Οι ωκεανικοί κόσμοι με ατμόσφαιρες πλούσιες σε υδρογόνο θα μπορούσαν να είναι τα τέλεια σημεία για τη ζωή
Η αναζήτηση πλανητών πέρα από το ηλιακό μας σύστημα ( εξωηλιακούς πλανήτες ) έχει αυξηθεί αλματωδώς την τελευταία δεκαετία. Συνολικά 4.514 εξωπλανήτες έχουν επιβεβαιωθεί σε 3.346 πλανητικά συστήματα, με άλλους 7.721 υποψήφιους να αναμένουν επιβεβαίωση. Προς το παρόν, οι αστροβιολόγοι επικεντρώνονται σε μεγάλο βαθμό στην προσέγγιση των «χαμηλών καρπών» της αναζήτησης εξωπλανητών παρόμοιων σε μέγεθος, μάζα και ατμοσφαιρική σύνθεση με τη Γη (γνωστός και ως. Σαν γη . ”)
Ωστόσο, οι αστροβιολόγοι ενδιαφέρονται επίσης να βρουν παραδείγματα «εξωτικής ζωής», του είδους που προέκυψε κάτω από συνθήκες που δεν είναι «όμοιες με τη Γη». Για παράδειγμα, μια ομάδα αστρονόμων από το Πανεπιστήμιο του Κέιμπριτζ έκανε πρόσφατα μια μελέτη που έδειχνε πώς θα μπορούσε να αναδυθεί ζωή σε πλανήτες καλυμμένους από ωκεανούς με ατμόσφαιρες πλούσιες σε υδρογόνο (γνωστός και ως «Hycean» πλανήτες). Αυτά τα ευρήματα θα μπορούσαν να έχουν σημαντικές επιπτώσεις στις μελέτες εξωπλανητών και στον τομέα της αστροβιολογίας.
Επικεφαλής της έρευνας ήταν Ο Δρ. Nikku Madhusudhan , Αναγνώστης στην Αστροφυσική και την Εξωπλανητική Επιστήμη από το Πανεπιστήμιο του Κέμπριτζ Ινστιτούτο Αστρονομίας (ΙοΑ). Μαζί του έγινε ο Ph.D. Η φοιτήτρια αστροφυσικής Anjali Piette (ο Δρ. Madhusudhan είναι ο επιβλέπων της) και ο συνάδελφος μέλος της ΔΟΑ Δρ. Σάββας Κωνσταντίνου. Η μελέτη που περιγράφει τα ευρήματά τους, με τίτλο « Κατοικισιμότητα και βιουπογραφές των Υκεανικών Κόσμων », εμφανίστηκε πρόσφατα στοThe Astrophysical Journal.
Η αντίληψη ενός καλλιτέχνη για το πόσο κοινοί είναι οι εξωπλανήτες στον Γαλαξία μας. Πίστωση εικόνας: Wikipedia
Ζωή στους μικρούς γίγαντες του πάγου;
Από όλους τους εξωπλανήτες που έχουν ανακαλυφθεί τα τελευταία 30 χρόνια, η συντριπτική πλειονότητά τους ήταν είτε κυρίως βραχώδεις πλανήτες πολλαπλάσιες της Γης ('Super-Earths') ή γίγαντες πάγου με ατμόσφαιρες πλούσιες σε υδρογόνο ('mini-Neptunes' ) ή κάπου ενδιάμεσα. Ενώ οι Super-Earths αντιπροσωπεύουν περίπου το 30% (1.383) όλων των εξωπλανητών που έχουν ανακαλυφθεί μέχρι σήμερα, οι μίνι-Ποσειδώνες είναι οι πιο άφθονοι, αντιπροσωπεύοντας το 34% (1.531).
Οι περισσότεροι μίνι-Ποσειδώνες έχουν μέγεθος πάνω από 1,7 και 3,9 φορές το μέγεθος της Γης και πιστεύεται ότι έχουν εσωτερικό που αποτελείται από πάγο, βράχο και ωκεανούς πτητικών στοιχείων. Προηγούμενες μελέτες τέτοιων πλανητών έχουν βρει ότι οι συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας κάτω από τις πλούσιες σε υδρογόνο ατμόσφαιρές τους θα ήταν πολύ μεγάλες για να υποστηρίξουν τη ζωή. Ωστόσο, σε ένα προηγούμενη μελέτη , ο Nikku Madhusudhan και η ομάδα του ανακάλυψαν ότι αυτοί οι πλανήτες θα μπορούσαν να υποστηρίξουν ζωή υπό ορισμένες συνθήκες.
Ειδικότερα, εξέτασαν το εξωπλανήτης K2-18b , ένας μίνι-Ποσειδώνας που ήταν το επίκεντρο πολλής προσοχής το 2019, όταν δύο διαφορετικές ομάδες ανέφεραν ότι ανίχνευσαν υδρατμούς στην πλούσια σε υδρογόνο ατμόσφαιρά του. Τα αποτελέσματα που έλαβαν ο Δρ. Madhusudhan και η ομάδα του από αυτή τη μελέτη τους οδήγησαν να διερευνήσουν το πλήρες φάσμα των πλανητικών και αστρικών ιδιοτήτων που θα επέτρεπαν στους μίνι Ποσειδώνες να είναι δυνητικά κατοικήσιμοι.
Αυτό τους οδήγησε να προσδιορίσουν μια νέα κατηγορία πλανητών που ονόμασαν «Hycean», που είναι ένα σύνοψη των λέξεων «υδρογόνο» και «ωκεανός». Όπως οι λεγόμενοι «υδάτινοι κόσμοι», οι κόσμοι των Υκείων θα καλύπτονταν από ωκεανούς σε ολόκληρο τον πλανήτη, αλλά θα είχαν ατμόσφαιρες που θα κυριαρχούνταν από υδρογόνο (σύμφωνα με τους γίγαντες αερίων). Η παρουσία αυτού του ατμοσφαιρικού υδρογόνου θα επέτρεπε ένα φαινόμενο του θερμοκηπίου, το οποίο θα βοηθούσε να διασφαλιστεί ότι οι επιφανειακοί ωκεανοί θα παραμείνουν υγροί.
Η εντύπωση του καλλιτέχνη για το K2-18b. Πίστωση: Amanda Smith
Χαρακτηριστικά
Οι πλανήτες που εμπίπτουν σε αυτήν την ταξινόμηση θα έχουν διάμετρο περίπου 2,6 φορές μεγαλύτερη από αυτή της Γης και έχουν ατμοσφαιρικές θερμοκρασίες έως και 200°C (392°F), ανάλογα με τη φύση του αστέρα ξενιστή τους και την εγγύτητα του πλανήτη σε αυτό. Αυτό είναι παρόμοιο με αυτό που πιστεύουν οι επιστήμονες όπως ήταν οι συνθήκες στη Γη πριν από δισεκατομμύρια χρόνια, σε μια εποχή που άρχισαν να εμφανίζονται οι πρώτοι μονοκύτταροι μικροβιακοί οργανισμοί.
Όπως συνόψισε ο Δρ. Madhusudhan σε ένα πρόσφατο Πανεπιστήμιο του Cambridge δελτίο ειδήσεων , αυτά τα αποτελέσματα θα μπορούσαν να σημαίνουν ότι υπάρχει μια κατηγορία εξωπλανητών πιο άφθονων από αυτούς που μοιάζουν με τη Γη που υποστηρίζουν τη ζωή, γεγονός που καθιστά πολύ πιο εύκολο για τους αστροβιολόγους να βρουν:
«Οι πλανήτες του Υκείου ανοίγουν μια εντελώς νέα λεωφόρο στην αναζήτησή μας για ζωή αλλού. Ουσιαστικά, όταν ψάχναμε για αυτές τις διάφορες μοριακές υπογραφές, εστιάζαμε σε πλανήτες παρόμοιους με τη Γη, κάτι που είναι ένα λογικό μέρος για να ξεκινήσουμε. Αλλά πιστεύουμε ότι οι πλανήτες του Υκείου προσφέρουν καλύτερες πιθανότητες να βρουν πολλά ίχνη βιουπογραφών».
Επιπλέον, η ομάδα εντόπισε επίσης αρκετούς κύριους υποψηφίους Hycean για περαιτέρω παρατηρήσεις στη μελέτη της. Πολλά από αυτά είναι μεγαλύτερα και θερμότερα από τη Γη, αλλά μπορούν ακόμα να καλυφθούν σε μεγάλους ωκεανούς με τους τύπους συνθηκών που θα μπορούσαν να υποστηρίξουν τη μικροβιακή ζωή. Αυτή η ζωή πιθανότατα θα συγκεντρώνεται σε ακραία περιβάλλοντα, όπως η υδροθερμική στα όρια ωκεανού-μανδύα, παρόμοια με ό,τι έχει παρατηρηθεί εδώ στη Γη.
Αυτός ο τύπος εξωπλανήτη μπορεί να περιλαμβάνει μια υποκατηγορία παλιρροϊκά κλειδωμένων πλανητών «σκοτεινών Υκεανών», όπου κατοικήσιμες συνθήκες υπάρχουν μόνο στις μόνιμες νυχτερινές πλευρές τους. Η πλευρά που βλέπει το άστρο υποδοχής του πλανήτη θα ήταν πολύ ζεστή για να διατηρήσει το νερό σε υγρή μορφή επ' αόριστον και να μεταφέρει θερμότητα στη σκοτεινή πλευρά μέσω ωκεάνιας και ατμοσφαιρικής μεταφοράς. Υπάρχει επίσης η πιθανότητα «κρύων Υκεανών» κόσμων που λαμβάνουν μικρή ακτινοβολία από τα αστέρια τους και έχουν παγωμένα κοχύλια.
Η εντύπωση του καλλιτέχνη για έναν πλανήτη «βολβό του ματιού», έναν υδάτινο κόσμο όπου η πλευρά που βλέπει στον ήλιο μπορεί να διατηρήσει έναν ωκεανό σε υγρό νερό. Πίστωση και πνευματικά δικαιώματα: eburacum45/ DeviantArt
Επιπτώσεις για την Αστροβιολογία
Οι πλανήτες αυτού του μεγέθους είναι οι πιο συνηθισμένοι μεταξύ των γνωστών εξωπλανητών πληθυσμών, αν και δεν έχουν μελετηθεί σχεδόν τόσες λεπτομέρειες όσο οι υπερ-Γη. Αλλά η κοινότητά τους από μόνη της σημαίνει ότι μερικά από τα πιο πολλά υποσχόμενα μέρη για να αναζητήσετε ζωή αλλού στον Γαλαξία μπορεί να κρύβονταν σε κοινή θέα. Επιπλέον, αυτοί οι πλανήτες επιτρέπουν μια πολύ ευρύτερη περικυκλική κατοικήσιμη ζώνη παρά πλανήτες που μοιάζουν με τη Γη.
Ο εντοπισμός αυτών των εξωπλανητών μεταξύ των στατιστικά σημαντικών πληθυσμών της Υπερ-Γης και του μίνι-Ποσειδώνα δεν θα ήταν απλώς θέμα προσδιορισμού του μεγέθους τους. Άλλες πτυχές όπως η μάζα, η θερμοκρασία και οι ατμοσφαιρικές ιδιότητες πρέπει επίσης να εξεταστούν προτού ένας υποψήφιος μπορεί να χαρακτηριστεί με σιγουριά ως Hycean. Αλλά πάνω απ 'όλα, οι αστρονόμοι θα πρέπει να ρίξουν μια καλή ματιά σε αυτούς τους πιθανούς Ύκηνες για να δουν αν υπάρχουν ενδείξεις βιουπογραφών.
«Είναι συναρπαστικό που θα μπορούσαν να υπάρχουν κατοικήσιμες συνθήκες σε πλανήτες τόσο διαφορετικούς από τη Γη», δήλωσε η Anjali Piette. Επίσης συναρπαστικό είναι το γεγονός ότι οι πιθανές βιουπογραφές του Υκείου που εντόπισαν ο Δρ. Madhusudhan και η ομάδα του θα είναι ευκολότερο να ανιχνευθούν χρησιμοποιώντας φασματοσκοπικές παρατηρήσεις. Τα μεγαλύτερα μεγέθη τους, οι υψηλότερες θερμοκρασίες και οι πλούσιες σε υδρογόνο ατμόσφαιρές τους σημαίνουν ότι τυχόν ατμοσφαιρικές υπογραφές θα είναι πολύ πιο ανιχνεύσιμες από ό,τι θα ήταν με πλανήτες που μοιάζουν με τη Γη. Είπε ο Madhusudhan:
«Μια ανίχνευση βιουπογραφής θα μεταμορφώσει την κατανόησή μας για τη ζωή στο σύμπαν. Πρέπει να είμαστε ανοιχτοί σχετικά με το πού περιμένουμε να βρούμε ζωή και ποια μορφή θα μπορούσε να πάρει αυτή η ζωή, καθώς η φύση συνεχίζει να μας εκπλήσσει με συχνά αδιανόητους τρόπους».
Άλλες πιθανές βιουπογραφές περιλαμβάνουν οργανικές ενώσεις όπως το μεθυλοχλωρίδιο και το διμεθυλοσουλφίδιο, που είναι λιγότερο άφθονα στη Γη, αλλά θα μπορούσαν να είναι δείκτες ζωής σε πλανήτες με ατμόσφαιρες πλούσιες σε υδρογόνο και χαμηλές ποσότητες οξυγόνου ή όζοντος. Και πάλι, αυτό είναι σύμφωνο με την προσέγγιση του «χαμηλού φρούτου», όπου αναζητούμε βιοδείκτες που απαιτούνται ή παράγονται από τη ζωή όπως τη γνωρίζουμε.
Όταν τα τηλεσκόπια επόμενης γενιάς γίνουν διαθέσιμα στο εγγύς μέλλον, το μεγάλο δείγμα πιθανών κόσμων του Υκείου που ετοιμάζει η ομάδα του Κέιμπριτζ θα είναι πρωταρχικές ευκαιρίες για περαιτέρω παρατηρήσεις. Επιπλέον, αυτοί οι πλανήτες είναι όλοι σχετικά κοντά με τα κοσμικά πρότυπα, σε τροχιά γύρω από αστέρια τύπου Μ (ερυθρός νάνος) που βρίσκονται 35 έως 150 έτη φωτός από το Ηλιακό Σύστημα. Ήδη, υπάρχουν σχέδια για τη μελέτη του K2-18b (ο πιο πολλά υποσχόμενος υποψήφιος) χρησιμοποιώντας την επόμενη γενιά Διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb (JWST).
Όταν το JWST εκτοξευτεί τον Νοέμβριο (ή αρχές Δεκεμβρίου) αυτού του έτους, οι αστρονόμοι θα μπορούν να Άμεση Απεικόνιση Μελέτες εξωπλανητών στα μήκη κύματος σχεδόν στο μέσο υπέρυθρο και αποκτούν φάσματα απευθείας από την ατμόσφαιρά τους. ο Ρωμαϊκό διαστημικό τηλεσκόπιο Nancy Grace Το (RST) θα ακολουθήσει το 2025, το οποίο θα διεξάγει επίσης άμεσες απεικονιστικές μελέτες χρησιμοποιώντας το προηγμένο σύστημα οπτικών, στεφανογράφων και φασματόμετρων.
Αυτά τα αποτελέσματα βοηθούν να καταδειχθεί πώς η έρευνα για εξωπλανήτες έχει αυξηθεί και μεταβεί τα τελευταία χρόνια. Με χιλιάδες επιβεβαιωμένους εξωπλανήτες τώρα διαθέσιμους για μελέτη, η διαδικασία έχει περάσει από την ανακάλυψη στον χαρακτηρισμό. Με βελτιωμένα όργανα και μεθόδους, οι αστρονόμοι μπορούν να θέτουν αυστηρότερους περιορισμούς για το πώς θα είναι τα πλανητικά περιβάλλοντα.
Μέσα σε όλα αυτά, οι επιστήμονες μπορούν να δοκιμάσουν τις θεωρίες τους σχετικά με τα είδη των συνθηκών υπό τις οποίες θα μπορούσε να υπάρξει ζωή στον κόσμο μας. Άλλωστε, ο απώτερος στόχος δεν είναι να βρούμε απλώς τη «ζωή όπως τη γνωρίζουμε», αλλά όπως υπάρχει σε όλη της την ποικιλομορφία και το μεγαλείο της. Αν και μπορεί να περιοριζόμαστε στην αναζήτηση του χαμηλού καρπού αυτή τη στιγμή, μπορεί να έρθει μια μέρα που θα μπορέσουμε να σκαρφαλώσουμε στο δέντρο της ζωής και να βρούμε ποιο είδος εξωτικού φρούτου μεγαλώνει πιο μακριά από τη γη.
Περαιτέρω ανάγνωση: Πανεπιστήμιο του Κέιμπριτζ , The Astrophysical Journal