Παρά τους χιλιάδες εξωπλανήτες που έχουν ανακαλυφθεί από αστρονόμους τα τελευταία χρόνια, το να καθοριστεί εάν κάποιος από αυτούς είναι κατοικήσιμος ή όχι είναι μια μεγάλη πρόκληση. Δεδομένου ότι δεν μπορούμε να μελετήσουμε αυτούς τους πλανήτες άμεσα, οι επιστήμονες αναγκάζονται να αναζητήσουν έμμεσες ενδείξεις. Αυτά είναι γνωστά ως βιουπογραφές, τα οποία αποτελούνται από τα χημικά υποπροϊόντα που συνδέουμε με την οργανική ζωή που εμφανίζεται στην ατμόσφαιρα ενός πλανήτη.
ΠΡΟΣ ΤΟ νέα μελέτη από μια ομάδα επιστημόνων της NASA προτείνει μια νέα μέθοδο για την αναζήτηση πιθανών σημείων ζωής πέρα από το ηλιακό μας σύστημα. Το κλειδί, συνιστούν, είναι να εκμεταλλευτείτε τις συχνές αστρικές καταιγίδες από δροσερά, νεαρά νάνους αστέρια. Αυτές οι καταιγίδες εκτοξεύουν τεράστια σύννεφα αστρικού υλικού και ακτινοβολίας στο διάστημα, αλληλεπιδρώντας με ατμόσφαιρες εξωπλανητών και παράγοντας βιουπογραφές που θα μπορούσαν να ανιχνευθούν.
Η μελέτη με τίτλο « Ατμοσφαιρικοί Φάροι Ζωής από Εξωπλανήτες γύρω από τα αστέρια G και K », εμφανίστηκε πρόσφατα στοNature Scientific Reports.Με επικεφαλής τον Vladimir S. Airapetian, ανώτερο αστροφυσικό με το Τομέας Επιστήμης Ηλιοφυσικής (HSD) στο Κέντρο Διαστημικών Πτήσεων της NASA Goddard, η ομάδα περιλάμβανε μέλη από το Ερευνητικό Κέντρο Langley της NASA, το Επιστημονικά Συστήματα και Εφαρμογές που έχουν ενσωματωθεί (SSAI), και το Αμερικανικό Πανεπιστήμιο.
Οι φάροι της ζωής θα μπορούσαν να βοηθήσουν τους ερευνητές να εντοπίσουν δυνητικά κατοικήσιμους κόσμους. Συντελεστές: Κέντρο διαστημικών πτήσεων Goddard της NASA/Mary Pat Hrybyk
Παραδοσιακά, οι ερευνητές έψαχναν για σημάδια οξυγόνου και μεθανίου σε ατμόσφαιρες εξωπλανητών, καθώς πρόκειται για γνωστά υποπροϊόντα οργανικών διεργασιών. Με την πάροδο του χρόνου, αυτά τα αέρια συσσωρεύονται, φτάνοντας σε ποσότητες που θα μπορούσαν να ανιχνευθούν με τη χρήση φασματοσκοπίας. Ωστόσο, αυτή η προσέγγιση είναι χρονοβόρα και απαιτεί από τους αστρονόμους να περνούν μέρες προσπαθώντας να παρατηρήσουν φάσματα από έναν μακρινό πλανήτη.
Όμως, σύμφωνα με τον Airapetian και τους συναδέλφους του, είναι δυνατό να αναζητηθούν πιο ακατέργαστες υπογραφές σε δυνητικά κατοικήσιμους κόσμους. Αυτή η προσέγγιση θα βασιζόταν στην υπάρχουσα τεχνολογία και πόρους και θα απαιτούσε πολύ λιγότερο χρόνο. Όπως εξήγησε ο Αιραπετιάν σε μια NASA δελτίο τύπου :
«Αναζητούμε μόρια που σχηματίζονται από θεμελιώδη προαπαιτούμενα για τη ζωή - ειδικά το μοριακό άζωτο, το οποίο είναι το 78 τοις εκατό της ατμόσφαιράς μας. Αυτά είναι βασικά μόρια που είναι βιολογικά φιλικά και έχουν ισχυρή υπέρυθρη ισχύ εκπομπής, αυξάνοντας τις πιθανότητές μας να τα ανιχνεύσουμε».
Χρησιμοποιώντας τη ζωή στη Γη ως πρότυπο, ο Airapetian και η ομάδα του σχεδίασαν μια νέα μέθοδο για την εξέταση ή ενδείξεις υδρατμών, αζώτου και υποπροϊόντων αερίου οξυγόνου σε ατμόσφαιρες εξωπλανητών. Το πραγματικό κόλπο, ωστόσο, είναι να επωφεληθείτε από τα είδη των ακραίων καιρικών φαινομένων στο διάστημα που συμβαίνουν με ενεργά νάνους αστέρια. Αυτά τα γεγονότα, που εκθέτουν τις πλανητικές ατμόσφαιρες σε εκρήξεις ακτινοβολίας, προκαλούν χημικές αντιδράσεις που μπορούν να επιλέξουν οι αστρονόμοι.
Η εντύπωση του καλλιτέχνη για το δροσερό κόκκινο αστέρι πάνω από έναν μακρινό εξωπλανήτη. Πίστωση: University of Warwick/Mark Garlick.
Όταν πρόκειται για αστέρια όπως ο Ήλιος μας, ένας κίτρινος νάνος τύπου G, τέτοια καιρικά φαινόμενα είναι κοινά όταν είναι ακόμη μικρά. Ωστόσο, άλλα κίτρινα και πορτοκαλί αστέρια είναι γνωστό ότι παραμένουν ενεργά για δισεκατομμύρια χρόνια, παράγοντας καταιγίδες από ενεργητικά, φορτισμένα σωματίδια. Και τα αστέρια τύπου Μ (ερυθρός νάνος), ο πιο κοινός τύπος στο Σύμπαν, παραμένουν ενεργά καθ' όλη τη διάρκεια της μακράς ζωής τους, υποβάλλοντας περιοδικά τους πλανήτες τους σε μίνι εκλάμψεις.
Όταν αυτά φτάνουν σε έναν εξωπλανήτη, αντιδρούν με την ατμόσφαιρα και προκαλούν τη χημική διάσταση του αζώτου (N²) και του αερίου οξυγόνου (O²) σε μεμονωμένα άτομα και των υδρατμών σε υδρογόνο και οξυγόνο. Τα διασπασμένα άτομα αζώτου και οξυγόνου προκαλούν στη συνέχεια έναν καταρράκτη χημικών αντιδράσεων που παράγουν υδροξύλιο (ΟΗ), περισσότερο μοριακό οξυγόνο (Ο) και μονοξείδιο του αζώτου (ΝΟ) - αυτό που οι επιστήμονες αναφέρουν ως «ατμοσφαιρικοί φάροι».
Όταν το αστρικό φως χτυπά την ατμόσφαιρα ενός πλανήτη, αυτά τα μόρια του φάρου απορροφούν την ενέργεια και εκπέμπουν υπέρυθρη ακτινοβολία. Εξετάζοντας τα συγκεκριμένα μήκη κύματος αυτής της ακτινοβολίας, οι επιστήμονες είναι σε θέση να προσδιορίσουν ποια χημικά στοιχεία υπάρχουν. Η ισχύς του σήματος αυτών των στοιχείων είναι επίσης ένδειξη ατμοσφαιρικής πίεσης. Συνολικά, αυτές οι μετρήσεις επιτρέπουν στους επιστήμονες να προσδιορίσουν την πυκνότητα και τη σύνθεση της ατμόσφαιρας.
Για δεκαετίες, οι αστρονόμοι έχουν επίσης χρησιμοποιήσει ένα μοντέλο για να υπολογίσουν πώς σχηματίζεται το όζον (O³) στην ατμόσφαιρα της Γης από το οξυγόνο που εκτίθεται στην ηλιακή ακτινοβολία. Χρησιμοποιώντας αυτό το ίδιο μοντέλο – και συνδυάζοντάς το με διαστημικά καιρικά φαινόμενα που αναμένονται από δροσερά, ενεργά αστέρια – ο Airapetian και οι συνεργάτες του προσπάθησαν να υπολογίσουν πόσο νιτρικό οξείδιο και υδροξύλιο θα σχηματίζονταν σε μια ατμόσφαιρα που μοιάζει με τη Γη και πόσο όζον θα καταστρεφόταν .
Η ιδέα του καλλιτέχνη για το διαστημόπλοιο TIMED της NASA, το οποίο παρατηρεί την ανώτερη ατμόσφαιρα της Γης εδώ και 15 χρόνια. Πιστώσεις: NASA/JHU-APL
Για να το πετύχουν αυτό, συμβουλεύτηκαν δεδομένα από τη NASA Θερμόσφαιρα Ιονόσφαιρα Μεσόσφαιρα Ενεργειακή Δυναμική (TIMED), η οποία μελετά τον σχηματισμό φάρων στην ατμόσφαιρα της Γης εδώ και χρόνια. Συγκεκριμένα, χρησιμοποίησαν δεδομένα από αυτό Ήχος της Ατμόσφαιρας με χρήση Ραδιομετρίας Εκπομπών Ευρυζωνικότητας όργανο (SABER), το οποίο τους επέτρεψε να προσομοιώσουν πώς οι υπέρυθρες παρατηρήσεις αυτών των φάρων μπορεί να εμφανίζονται σε ατμόσφαιρες εξωπλανητών.
Ως Martin Mlynczak, συνεργάτης κύριος ερευνητής του SABER στο Ερευνητικό Κέντρο Langley της NASA και συν-συγγραφέας της εργασίας, υποδεικνύεται :
«Λαμβάνοντας όσα γνωρίζουμε για την υπέρυθρη ακτινοβολία που εκπέμπεται από την ατμόσφαιρα της Γης, η ιδέα είναι να εξετάσουμε τους εξωπλανήτες και να δούμε τι είδους σήματα μπορούμε να ανιχνεύσουμε. Αν βρούμε σήματα εξωπλανητών σχεδόν στην ίδια αναλογία με αυτά της Γης, θα μπορούσαμε να πούμε ότι ο πλανήτης είναι ένας καλός υποψήφιος για να φιλοξενήσει ζωή».
Αυτό που βρήκαν ήταν ότι η συχνότητα των έντονων αστρικών καταιγίδων είχε άμεση σχέση με την ισχύ των σημάτων θερμότητας που προέρχονταν από τους ατμοσφαιρικούς φάρους. Όσο περισσότερες καταιγίδες συμβαίνουν, τόσο περισσότερα μόρια φάρου δημιουργούνται, δημιουργώντας ένα σήμα αρκετά ισχυρό ώστε να μπορεί να παρατηρηθεί από τη Γη με ένα διαστημικό τηλεσκόπιο και βασίζεται σε μόλις δύο ώρες χρόνου παρατήρησης.
Ένας εξωπλανήτης φαίνεται από το φεγγάρι του (εντύπωση καλλιτέχνη). Πίστωση: IAU
Βρήκαν επίσης ότι αυτού του είδους η μέθοδος μπορεί να εξαλείψει εξωπλανήτες που δεν διαθέτουν μαγνητικό πεδίο παρόμοιο με τη Γη, το οποίο φυσικά αλληλεπιδρά με φορτισμένα σωματίδια από τον Ήλιο. Η παρουσία ενός τέτοιου πεδίου είναι αυτό που διασφαλίζει ότι η ατμόσφαιρα ενός πλανήτη δεν απογυμνώνεται, και επομένως είναι απαραίτητη για την κατοικησιμότητα. Ως Αιραπετιανός εξήγησε :
«Ένας πλανήτης χρειάζεται ένα μαγνητικό πεδίο, το οποίο θωρακίζει την ατμόσφαιρα και προστατεύει τον πλανήτη από αστρικές καταιγίδες και ακτινοβολία. Εάν οι αστρικοί άνεμοι δεν είναι τόσο ακραίοι ώστε να συμπιέζουν το μαγνητικό πεδίο ενός εξωπλανήτη κοντά στην επιφάνειά του, το μαγνητικό πεδίο αποτρέπει την ατμοσφαιρική διαφυγή, οπότε υπάρχουν περισσότερα σωματίδια στην ατμόσφαιρα και ένα ισχυρότερο υπέρυθρο σήμα».
Αυτό το νέο μοντέλο είναι σημαντικό για πολλούς λόγους. Από τη μία πλευρά, δείχνει πώς η έρευνα που επέτρεψε λεπτομερείς μελέτες της ατμόσφαιρας της Γης και πώς αλληλεπιδρά με τον καιρό του διαστήματος τίθεται τώρα στη μελέτη των εξωπλανητών. Είναι επίσης συναρπαστικό γιατί θα μπορούσε να επιτρέψει νέες μελέτες κατοικιμότητας εξωπλανητών γύρω από ορισμένες κατηγορίες άστρων – που κυμαίνονται από πολλούς τύπους κίτρινων και πορτοκαλί αστεριών έως ψυχρούς, κόκκινους νάνους αστέρες.
Οι κόκκινοι νάνοι είναι ο πιο κοινός τύπος αστεριών στο Σύμπαν, αντιπροσωπεύοντας το 70% των αστεριών στους σπειροειδείς γαλαξίες και το 90% στους ελλειπτικούς γαλαξίες. Επιπλέον, με βάση τις πρόσφατες ανακαλύψεις, οι αστρονόμοι εκτιμούν ότι είναι αστέρια κόκκινοι νάνοι πολύ πιθανό να έχει συστήματα βραχωδών πλανητών . Η ερευνητική ομάδα αναμένει επίσης ότι διαστημικά όργανα επόμενης γενιάς όπως το Διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb θα αυξήσει την πιθανότητα εύρεσης κατοικήσιμων πλανητών χρησιμοποιώντας αυτό το μοντέλο.
Η εντύπωση αυτού του καλλιτέχνη δείχνει τον πλανήτη σε τροχιά γύρω από το αστέρι Άλφα του Κενταύρου Β, ένα μέλος του συστήματος τριπλών αστέρων που είναι το πλησιέστερο στη Γη. Πίστωση: ESO
Ως William Danchi, ανώτερος αστροφυσικός Goddard και συν-συγγραφέας στη μελέτη, είπε :
«Οι νέες γνώσεις σχετικά με το δυναμικό ζωής σε εξωπλανήτες εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από τη διεπιστημονική έρευνα στην οποία χρησιμοποιούνται δεδομένα, μοντέλα και τεχνικές από τα τέσσερα επιστημονικά τμήματα της NASA Goddard: ηλιοφυσική, αστροφυσική, πλανητικές επιστήμες και επιστήμες της γης. Αυτό το μείγμα παράγει μοναδικά και ισχυρά νέα μονοπάτια για έρευνα εξωπλανητών».
Μέχρι να μπορέσουμε να μελετήσουμε απευθείας εξωπλανήτες, οποιαδήποτε εξέλιξη που κάνει τις βιουπογραφές πιο ευδιάκριτες και ευκολότερες στην ανίχνευση είναι απίστευτα πολύτιμη. Κατά τα επόμενα έτη, Project Blue και Ανακάλυψη Starshot ελπίζουν να πραγματοποιήσουν τις πρώτες άμεσες μελέτες του συστήματος Άλφα Κενταύρου. Αλλά στο μεταξύ, τα βελτιωμένα μοντέλα που μας επιτρέπουν να ερευνούμε αμέτρητα άλλα αστέρια για δυνητικά κατοικήσιμους εξωπλανήτες είναι χρυσάφι!
Όχι μόνο θα βελτιώσουν σημαντικά την κατανόησή μας για το πόσο συνηθισμένοι είναι αυτοί οι πλανήτες, αλλά μπορεί απλώς να μας κατευθύνουν προς την κατεύθυνση ενός ή περισσότερων Earth 2.0!
Περαιτέρω ανάγνωση: NASA , Nature Scientific Reports