Nikt nie zgadza się, co to znaczy, że planeta nadaje się do zamieszkania

Koncepcja artystyczna Keplera 22b NASA

Niecały miesiąc temu naukowcy ogłosili, że para wodna została zauważona w atmosferze K2-18b, egzoplanety oddalonej o 110 lat świetlnych. Co najważniejsze, planeta znajdowała się w strefie nadającej się do zamieszkania swojej gwiazdy (obszar wokół gwiazdy, który jest wystarczająco umiarkowany dla płynnej wody powierzchniowej, czasami nazywany strefą Złotowłosej). Ale użycie tego wyrażenia jest dość kontrowersyjne. Chociaż ludzie z pewnością nie mogliby żyć na K2-18b, jest łóżko porozumienie między ekspertami o tym, czy można tam znaleźć jakąś formę ekstremalnego życia mikrobiologicznego. Mógł być w strefie mieszkalnej, ale nikt nie mógł się zgodzić, czy K2-18b był naprawdę zamieszkały lub nie T .

Ten spór wynikał częściowo z tego, że nie mieliśmy zgody co do rodzaju planety K2-18b, ale także dlatego, że istnieje wiele różnych sposobów definiowania zdatności do zamieszkania. Niektórzy naukowcy uważają, że kamienista powierzchnia jest niezbędna. Inni uważali, że życie drobnoustrojów może znaleźć sposób na istnienie w powietrzu, jak bakterie unoszące się na wietrze. Niektórzy chcieli dowodu na grubą, ciepłą powierzchnię, podczas gdy inni nie byli pewni, czy jest to konieczne.

Nic z tego nie było zaskakujące. Zamieszkanie to niejasny, żargonowy termin. Jeśli poprosisz stu naukowców, aby zdefiniowali, co sprawia, że ​​planeta nadaje się do zamieszkania, otrzymasz sto różnych odpowiedzi.

Wiele dyskusji było napędzanych tym, co wiemy i jaką technologią mamy do modelowania planet, mówi Rory Barnes, astronom i astrobiolog z Virtual Planet Laboratory na Uniwersytecie Waszyngtońskim.

Do niedawna nie wiedzieliśmy nawet, czy planety poza Układem Słonecznym są powszechne. Astronomowie dokonali tu i ówdzie kilku odkryć, ale sprawy nie wystartowały, dopóki w 2009 r. nie uruchomiono Kosmicznego Teleskopu Keplera NASA, oferując ostrzejszą metodę identyfikacji planet przechodzących przed ich gwiazdami macierzystymi.

Dane, które dostarczyły te obserwacje, były bardzo ograniczone. Na przykład w 2007 roku naukowcy odkryli Gliese 581c, pierwszą egzoplanetę, która była zarówno skalista, jak i znaleziona w strefie nadającej się do zamieszkania. W tamtym czasie były to dwa wymagania, których ludzie musieli wstawać rano z łóżka i myśleć, że jest coś, na co warto zwrócić uwagę, mówi Barnes.

Woda jest niezbędna do życia, jakie znamy, więc z jednej strony był to naprawdę przydatny pierwszy krok do zawężenia tego, które nowe światy powinny przyciągać naszą uwagę. Z drugiej strony zaniedbał inne wymagania życiowe, takie jak źródło węgla, źródło energii i niezbędne składniki odżywcze, mówi Stephanie Olson, badaczka planet z Uniwersytetu w Chicago.

Planeta, na której brakuje tych innych rzeczy, jest praktycznie tak samo niezdatna do zamieszkania jak Pluton. Co więcej, planeta nie musi znajdować się w strefie nadającej się do zamieszkania. Księżyc Jowisza, Europa, czy księżyce Saturna, Tytan i Enceladus, to tylko kilka przykładów możliwych światów oceanicznych, które wzbudzają zainteresowanie astrobiologów, mimo że znajdują się daleko poza strefą zamieszkania Słońca.

Częściowo problem polega na tym, że niewłaściwie oddzieliliśmy te badania od innych nauk. Zawsze mówię astronomom, że jeśli chcesz wiedzieć, czym jest zamieszkanie, po prostu idź do biologii, mówi Abel Méndez, astrobiolog planetarny i dyrektor Planetary Habitability Laboratory na Uniwersytecie Portoryko w Arecibo. Wielu obawia się, że astronomowie niewłaściwie stosują lekcje z biologii i klimatologii do światów pozaziemskich i że to jest przyczyną tak wielu tych sprzeczek.

Odwrotnie, istnieje niebezpieczeństwo zbytniego skoncentrowania się na Ziemi, mówi Barnes. Rozumiemy, jak Ziemia działa naprawdę dobrze i możemy oszukać się myśląc, że pewne sygnatury są automatycznie oznaką życia lub negują możliwość życia. Życie może istnieć na Tytanie lub Europie, a może nawet Wenus, w jakiejś formie, której nie jesteśmy gotowi znaleźć.

Poprawa naszego podejścia oznacza, że ​​potrzebujemy lepszej wymiany edukacji i danych między różnymi dziedzinami nauki. To prowadzi nas do Virtual Planet Lab, założonego w 2001 roku, aby zrozumieć, w jaki sposób tworzy się i ewoluuje nadająca się do zamieszkania planeta oraz jak możemy faktycznie zaobserwować ten proces na prawdziwej egzoplanecie. Wydział laboratoryjny, który obejmuje klimatologów, badaczy atmosfery, informatyków, biologów, geofizyków i astronomów, odzwierciedla multidyscyplinarne podejście, które powinna realizować planetologia.

Laboratorium niedawno odsłonięte VPLanet , otwarte oprogramowanie, które symuluje ewolucję planety na przestrzeni miliardów lat, głównie (choć nie wyłącznie) w celu oceny, czy planeta jest lub była potencjalnie zdatna do zamieszkania i czy może utrzymywać wodę w stanie ciekłym na swojej powierzchni.

Modele VPLanet uwzględniają wiele różnych dynamik, w tym procesy wewnętrzne i geologiczne, ewolucję pola magnetycznego, klimat, ucieczkę atmosferyczną, efekty rotacyjne, siły pływowe, orbity, powstawanie i ewolucję gwiazd, niezwykłe warunki, takie jak układy podwójne gwiazd oraz perturbacje grawitacyjne z przechodzące ciała. Inni badacze mogą pisać nowe moduły, które aproksymują inne procesy fizyczne i podłączać je do oprogramowania.

Narzędzie takie jak VPLanet ma pomóc zawęzić, które planety w strefie nadającej się do zamieszkania (i inne dobre kandydatki) są najbardziej warte dogłębnego przestudiowania przy użyciu istniejących instrumentów i nowych, które mają pojawić się w Internecie. Ale jego próby scharakteryzowania historii planety mogą również skłonić nas do przyjrzenia się niektórym egzoplanetom, które normalnie moglibyśmy spisać na straty. Zwykle myślimy o historii Ziemi jako o dzikiej przejażdżce ewolucyjnej, ale Barnes sugeruje, że może być ona w rzeczywistości dość oswojona w porównaniu z doświadczeniami wielu innych egzoplanet, które teraz identyfikujemy.

W przypadku planet krążących wokół gwiazd o małej masie, takich jak Proxima b, prawdopodobnie przeszły znaczną ewolucję, mówi Barnes. Jasność ich gwiazd macierzystych spadła znacznie szybciej, emitują więcej wysokiej klasy promieniowania, które jest szkodliwe dla atmosfer i wywołują więcej efektów pływowych na orbitujących planetach – to tylko kilka rzeczy, które mogą radykalnie zmienić rachunek, czy planeta może podtrzymywać życie .

Inne modele mogą pomóc nam rozpoznać inne rodzaje dynamiki, które mogą promować lub utrudniać życie. Niektórzy mają zrewidowano strefę mieszkalną granice na podstawie ostrzejszej nauki o klimacie. Olson niedawno był współautorem papier który zbadał, jaki rodzaj dynamiki oceanów może mieć kluczowe znaczenie dla wspierania cyklu składników odżywczych sprzyjającego życiu. Sama obecność oceanu, przekonuje, nie przesądza, czy nowy świat nadaje się do zamieszkania, czy nie. Bez, powiedzmy, wystarczającej siły obrotowej lub gęstej atmosfery ocean nie będzie miał większego znaczenia w zwiększaniu perspektyw zamieszkania.

To, czego ostatecznie potrzebujemy, to poprawa reprezentacji biologii w tego typu modelach, mówi Olson. Biolodzy mają swoje modele, klimatolodzy mają swoje zabawki, są też astronomowie. Musimy znaleźć sposoby na powiązanie danych.

Ale modele to tylko jedna część równania. Musimy także dokonywać lepszych obserwacji tych światów. Chcemy sprawdzić, czy planeta ma gęstą atmosferę złożoną z rodzajów pierwiastków ważnych dla życia. Chcemy szukać biosygnatur, takich jak metan, które są wytwarzane w procesach biologicznych. Instrumenty takie jak teleskopy kosmiczne Hubble i Kepler NASA wywarły ogromny wpływ, ale ich możliwości są już rozciągnięte do granic możliwości (Kepler przeszedł na emeryturę w zeszłym roku, a Hubble jest na ostatnich nogach).

Następca Hubble'a, Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, jest przygotowany do wyniesienia naszej wiedzy na temat tych egzoplanet na nowe wyżyny. Jego niezrównana optyka i zdolność do prowadzenia niezrównanych obserwacji w podczerwieni oznacza, że ​​powinien być w stanie bez problemu scharakteryzować atmosfery odległych egzoplanet. Teleskop kosmiczny ARIEL ESA, który ma zostać wystrzelony w 2029 roku, został specjalnie zaprojektowany do obserwacji chemicznych i termicznych struktur atmosfer egzoplanet.

Mendez uważa również, że mądrze jest być otwartym na wykrycie technopodpisy kiedy myślimy o możliwości zamieszkania, być może w postaci emisji radiowych, światła lub chemikaliów z produkcji przemysłowej. Są inne sposoby patrzenia na system i dostrzegania oznak życia, mówi.

Jednak faktem jest, że jedynym prawdziwym sposobem na stwierdzenie, czy dane miejsce nadaje się do zamieszkania, nie jest mierzenie tych różnych zmiennych – to znalezienie życia, mówi Méndez. W biologii to ostateczna odpowiedź. Nie ma na to innego sposobu. Wstyd się tego, wszystko jest tylko przybliżeniem – oceną potencjał zamieszkiwanie. Na razie więc kłótnie będą kontynuowane.

ukryć