• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  • Vilka beboeliga zoner är bäst att faktiskt söka efter liv?

    Kredit:NASA

    Med blicken mot framtiden, NASA och andra rymdorganisationer har stora förhoppningar på området för forskning om planeter utanför solen. Under det senaste decenniet, antalet kända exoplaneter har bara nått 4000, och många fler förväntas hittas när nästa generations teleskop tas i bruk. Och med så många exoplaneter att studera, forskningsmålen har sakta flyttats bort från upptäcktsprocessen och mot karakterisering.

    Tyvärr, forskare plågas fortfarande av det faktum att vad vi anser vara en "beboelig zon" är föremål för många antaganden. Att ta itu med detta, ett internationellt team av forskare publicerade nyligen en artikel där de angav hur framtida exoplanetundersökningar skulle kunna se bortom jordanaloga exempel som indikationer på beboelighet, och anta ett mer omfattande tillvägagångssätt.

    Pappret, med titeln "Habitable Zone-förutsägelser och hur man testar dem, " nyligen dök upp online och skickades in som en vitbok till Astro 2020 Decadal Survey on Astronomy and Astrophysics. Teamet bakom det leddes av Ramses M. Ramirez, en forskare vid Earth-Life Science Institute (ELSI) och Space Science Institute (SSI), som fick sällskap av medförfattare och medundertecknare från 23 universitet och institutioner.

    Syftet med decadalundersökningen är att överväga tidigare framsteg inom olika forskningsområden och att göra prioriteringar för det kommande decenniet. Som sådan, undersökningen ger avgörande vägledning till NASA, National Space Foundation (NSF), och Department of Energy när de planerar sina forskningsmål för astronomi och astrofysik för framtiden.

    För närvarande, många av dessa mål fokuserar på studiet av exoplaneter, som kommer att dra nytta av nästa generations teleskop som James Webb Space Telescope (JWST) och Wide-Field Infrared Space Telescope (WFIRST), såväl som markbaserade observatorier som Extremely Large Telescope (ELT), trettio meter teleskopet, och Giant Magellan Telescope (GMT).

    En av de överordnade prioriteringarna för exoplanetforskning är att leta efter planeter där utomjordiskt liv kan existera. I det här avseendet, forskare betecknar planeter som "potentiellt beboeliga" (och därför värda uppföljningsobservationer) baserat på om de kretsar inom sina stjärnors beboeliga zoner (HZ) eller inte. Av denna anledning, det är klokt att ta en titt på vad som ingår i att definiera en HZ.

    Som Ramirez och hans kollegor angav i sin tidning, en av de stora problemen med exoplaneternas beboelighet är antalet antaganden som görs. För att bryta ner det, De flesta definitioner av HZ antar närvaron av vatten på ytan eftersom detta är det enda lösningsmedlet som för närvarande är känt för att vara värd för liv. Samma definitioner antar att livet kräver en stenig planet med tektonisk aktivitet som kretsar kring en lämpligt ljus och varm stjärna.

    Dock, Ny forskning har gett tvivel om många av dessa antaganden. Detta inkluderar studier som indikerar att atmosfäriskt syre inte automatiskt betyder närvaron av liv - särskilt om det syret är resultatet av kemisk dissociation och inte fotosyntes. Annan forskning har visat att närvaron av syrgas under de tidiga perioderna av en planets evolution kan förhindra uppkomsten av grundläggande livsformer.

    Också, det har gjorts nyligen studier som visar att plattektonik kanske inte är nödvändig för att liv ska uppstå, och att så kallade "vattenvärldar" kanske inte kan försörja liv (men ändå kunde). Ovanpå allt det, du har teoretiskt arbete som tyder på att liv skulle kunna utvecklas i hav av metan eller ammoniak på andra himlakroppar.

    Det viktigaste exemplet här är Saturnus måne Titan, som har en miljö som är rik på prebiotiska förhållanden och organisk kemi, som vissa forskare tror kan stödja exotiska livsformer. I slutet, forskare söker efter kända biomarkörer som vatten och koldioxid eftersom de är förknippade med livet på jorden, det enda kända exemplet på en livbärande planet.

    "Guldlock"-zonen runt en stjärna är där en planet varken är för varm eller för kall för att bära flytande vatten. Kredit:Petigura/UC Berkeley, Howard/UH-Manoa, Marcy/UC Berkeley.

    Men som Ramirez förklarade för Universe Today via e-post, detta tänkesätt (där jordanaloger anses lämpliga för livet) är fortfarande fyllt av problem:

    "Den klassiska definitionen av beboelig zon är felaktig eftersom dess konstruktion huvudsakligen är baserad på jordcentrerade klimatologiska argument som kan eller inte kan vara tillämpliga på andra potentiellt beboeliga planeter. Till exempel, den förutsätter att CO2-atmosfärer med flera barer kan stödjas på potentiellt beboeliga planeter nära den beboeliga zonens ytterkant. Dock, så höga CO2-nivåer är giftiga för jordens växter och djur, och därmed utan en bättre förståelse av livets gränser, vi vet inte hur rimligt detta antagande är.

    "Den klassiska HZ antar också att CO2 och H2O är de viktigaste växthusgaserna som upprätthåller potentiellt beboeliga planeter, men flera studier på senare år har utvecklat alternativa HZ-definitioner med olika kombinationer av växthusgaser, inklusive de som, även om det är relativt liten på jorden, kan vara viktigt för andra potentiellt beboeliga planeter."

    I en tidigare studie, Dr Ramirez visade att närvaron av metan och vätgas också kan orsaka global varning, och därmed förlänga den klassiska HZ något. Detta kom bara ett år efter att han och Lisa Kaltenegger (docent vid Carl Sagan Institute vid Cornell University) gjorde en studie som visar att vulkanisk aktivitet (som släpper ut vätgas i atmosfären) också kan förlänga en stjärnas HZ.

    Lyckligtvis, forskare kommer att få möjlighet att testa dessa definitioner, tack vare utplaceringen av nästa generations teleskop. Inte bara kommer forskare att kunna testa några av de långvariga antaganden som HZ är baserade på, de kommer att kunna jämföra olika tolkningar. Enligt Dr. Ramirez, ett bra exempel är nivåerna av CO2-gas som är beroende av en planets avstånd från dess stjärna:

    Exoplanet Kepler 62f skulle behöva en atmosfär rik på koldioxid för att vatten ska vara i flytande form. Kredit:NASA Ames/JPL-Caltech/T. Pyle

    "Nästa generations teleskop skulle kunna testa den beboeliga zonen genom att söka efter en förutspådd ökning av atmosfäriskt CO2-tryck ju längre bort som potentiellt beboeliga planeter är från sina stjärnor. Detta skulle också testa om karbonat-silikatcykeln, vilket är vad många tror har hållit vår planet beboelig under mycket av sin historia, är en universell process eller inte."

    I denna process, silikatstenar omvandlas till kolstenar genom vittring och erosion, medan kolbergarter omvandlas till silikatbergarter genom vulkanisk och geologisk aktivitet. Denna cykel säkerställer den långsiktiga stabiliteten av jordens atmosfär genom att hålla CO2-nivåerna konsekventa över tiden. Det illustrerar också att vatten och plattektonik är avgörande för livet som vi känner det.

    Dock, denna typ av kretslopp kan bara existera på planeter som har land, vilket effektivt utesluter "vattenvärldar". Dessa exoplaneter – som kan vara vanliga runt M-typ (röda dvärg) stjärnor – tros vara upp till 50 viktprocent vatten. Med denna mängd vatten på deras ytor, "vattenvärldar" kommer sannolikt att ha täta lager av is vid sin kärna-mantelgräns, förhindrar således hydrotermisk aktivitet.

    Men som redan nämnts, det finns en del forskning som tyder på att dessa planeter fortfarande kan vara beboeliga. Även om överflöd av vatten skulle förhindra absorption av koldioxid av stenar och undertrycka vulkanisk aktivitet, simuleringar har visat att dessa planeter fortfarande kan cirkulera kol mellan atmosfären och havet, därmed hålla klimatet stabilt.

    Om dessa typer av havsvärldar finns, säger Dr Ramirez, forskare kunde upptäcka dem genom deras lägre planettäthet och högtrycksatmosfär. Och så är det frågan om olika växthusgaser, som inte alltid är en indikation på varmare planetariska atmosfärer, beroende på typ av stjärna.

    Konstnärs skildring av en vattenvärld. En ny studie tyder på att jorden är i minoritet när det gäller planeter, och att de flesta beboeliga planeter kan vara större än 90 % hav. Kredit:David A. Aguilar (CfA)

    "Även om metan värmer vår planet, vi fann att metan faktiskt kyler ytorna på planeter i beboelig zon som kretsar kring röda dvärgstjärnor, " sa han. "Om så är fallet, höga atmosfäriska metanmängder på sådana planeter kan innebära frusna förhållanden som kanske är olämpliga för liv. Vi kommer att kunna observera detta i planetariska spektra."

    På tal om röda dvärgar, debatten rasar om huruvida planeter som kretsar kring dessa stjärnor skulle vara kapabla att upprätthålla en atmosfär. Under de senaste åren, flera upptäckter har föreslagit att stenig, tidvattenlåsta planeter är vanliga runt röda dvärgstjärnor, och att de kretsar inom sina stjärnors respektive HZ.

    Dock, Efterföljande forskning har förstärkt teorin att instabiliteten hos röda dvärgstjärnor sannolikt skulle resultera i solutbrott som skulle ta bort atmosfären från alla planeter som kretsar kring dem. Slutligen, Ramirez och hans kollegor tar upp möjligheten att beboeliga planeter kan hittas kretsar kring huvudsekvensen av typ A-stjärnor, som fram till nyligen ansetts vara osannolika kandidater. Huvudsekvens typ-A stjärnor Sirius A, Altair, och Vega ansågs vara för ljust och varmt för att vara beboeligt.

    Ramirez säger, "Jag är också intresserad av att ta reda på om det finns liv på planeter i beboelig zon som kretsar kring A-stjärnor. Det har inte funnits många publicerade bedömningar av A-stjärnas planetariska beboelighet, men vissa nästa generations arkitekturer planerar att observera dem. Vi kommer snart att lära oss mer om A-stjärnornas lämplighet för livet."

    I sista hand, studier som denna, som ifrågasätter definitionen av "beboelig zon, " kommer väl till pass när nästa generations uppdrag startar vetenskaplig verksamhet. Med högre upplösning, känsligare instrument, de kommer att kunna testa och validera många av de förutsägelser som har gjorts av forskare.

    Konstnärens koncept av jordliknande exoplaneter, som (enligt ny forskning) måste hitta den noggranna balansen mellan vatten och landmassa. Kredit:NASA

    Dessa tester kommer också att bekräfta om liv kan existera där ute bara som vi känner det, eller också bortom de parametrar som vi anser vara "jordliknande". Ramirez säger att studien som han och hans kollegor genomförde också belyser hur viktigt det är att vi fortsätter att investera i avancerad teleskopteknik:

    "Vår uppsats understryker också vikten av en fortsatt investering i avancerad teleskopteknik. Vi måste kunna hitta och karakterisera så många beboeliga zonplaneter som möjligt om vi vill maximera våra chanser att hitta liv. Men, Jag hoppas också att vårt papper inspirerar människor att drömma längre än bara de kommande 10 åren. Jag tror verkligen att det så småningom kommer att finnas uppdrag som kommer att vara mycket mer kapabla än något annat som vi för närvarande designar. Våra nuvarande ansträngningar är bara början på en mycket mer engagerad strävan för vår art."

    Decadal Survey-mötet 2020 arrangeras gemensamt av Board of Physics and Astronomy och Space Studies Board of National Academy of Sciences, och kommer att följas av en rapport som kommer att släppas om cirka två år.


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com