Når de søker etter potensielt beboelige eksoplaneter, blir forskere tvunget til å ta den lite hengende frukt-tilnærmingen. Siden jorden er den eneste planeten vi kjenner til som er i stand til å støtte liv, kommer dette søket i utgangspunktet til å lete etter planeter som er “jordlignende”. Men hva hvis Jorden ikke er målerpinnen for beboelighet som vi alle har en tendens til å tro at den er?
Dette var gjenstand for et hovedforedrag som nylig ble holdt på Goldschmidt Geochemistry Congress, som fant sted fra 18. til 23. august i Barcelona, Spania. Her forklarte et team av NASA-støttede forskere hvordan en undersøkelse av hva som går ut på å definere beboelige soner (HZs) viser at noen eksoplaneter kan ha bedre forutsetninger for at livet skal trives enn jorden selv har.
Presentasjonen var basert på en studie med tittelen “A Limited Habitable Zone for Complex Life”, som dukket opp i juni 2019-utgaven av The Astrophysical Journal. Studien ble utført av forskere fra Caltech, NASA Goddard Institute for Space Studies, NASA Astrobiology Institute, NASA Postdoctoral Program, NExSS Virtual Planetary Laboratory, Blue Marble Space Institute of Science og flere universiteter.
Som de indikerer i studien, er HZs ofte definert som avstanden fra en vertsstjerne som flytende vann kan eksistere på overflaten. Dette tar imidlertid ikke hensyn til den atmosfæriske dynamikken som er nødvendig for å sikre klimastabilitet - som inkluderer tilbakemelding av karbonat-silikat for å holde overflatetemperaturene innenfor et visst område.
Siden bare indirekte metoder er tilgjengelige for å måle hvordan forholdene er på fjerne eksoplaneter, er astronomer avhengige av sofistikerte modeller for planetarisk klima og evolusjon. I løpet av å presentere sin syntese av denne tilnærmingen under hovedforedraget, beskrev Dr. Stephanie Olson fra University of Chicago (en medforfatter på studien) søket for å identifisere de beste miljøene for livet på eksoplaneter:
"NASAs søk etter livet i universet er fokusert på såkalte Habitable Zone-planeter, som er verdener som har potensiale for flytende vannhav. Men ikke alle hav er like gjestfrie - og noen hav vil være bedre steder å bo enn andre på grunn av deres globale sirkulasjonsmønster.
”Arbeidet vårt har hatt som mål å identifisere eksoplanetthavene som har størst kapasitet til å være vertskap for et rikt og aktivt liv globalt. Livet i jordens hav er avhengig av oppvelling (oppoverstrømning) som gir næringsstoffer tilbake fra havets mørke dybder til de solfylte delene av havet der fotosyntetisk liv lever. Mer oppvåkning betyr mer tilførsel av næringsstoffer, noe som betyr mer biologisk aktivitet. Dette er forholdene vi må se etter på eksoplaneter.
For studiens skyld modellerte Olsen og hennes kolleger hvilke forhold som sannsynligvis vil være på forskjellige typer eksoplaneter ved bruk av ROCKE-3D-programvare. Denne generelle sirkulasjonsmodellen (GCM) ble utviklet av NASAs Goddard Institute for Space Studies (GISS) for å studere forskjellige punkter i historien til Jorden og andre jordsystemer fra solsystemet (som Merkur, Venus og Mars).
Denne programvaren kan også brukes til å simulere hvordan klima og havhabitater vil være på forskjellige typer eksoplaneter. Etter å ha modellert en rekke mulige eksoplaneter (basert på over 4000 som er oppdaget til dags dato), var de i stand til å bestemme hvilke typer eksoplaneter som er mest sannsynlig å utvikle og opprettholde blomstrende biosfærer.
Dette besto av å bruke en havsirkulasjonsmodell som identifiserte hvilke eksoplaneter som ville ha den mest effektive boligen og dermed kunne opprettholde hav med gjestfrie forhold. Det de fant var at planeter med høyere atmosfæretetthet, langsommere rotasjonshastighet og tilstedeværelsen av kontinenter alle gir høyere oppvekningsrate.
En viktig takeaway fra dette er at Jorden kanskje ikke er optimal beboelig, gitt dens ganske raske rotasjonsrate. "Dette er en overraskende konklusjon," sa Dr. Olson, "det viser oss at forholdene på noen eksoplaneter med gunstige havsirkulasjonsmønstre kan være bedre egnet til å støtte liv som er rikere eller mer aktivt enn livet på jorden."
Dette er slags gode nyheter / dårlige nyheter. På den ene siden sprenger det på en måte illusjonen om at Jorden er standarden som andre potensielt beboelige eksoplaneter kan måles. På den annen side indikerer det at livet kan være mer rikelig i vårt univers enn tidligere konservative estimater skulle tilsi.
Men som Olsen antydet, vil det alltid være et gap mellom livet og det som kan påvises av oss på grunn av begrensninger i vår teknologi. Denne studien er derfor viktig ved at den oppfordrer astronomer til å rette sin innsats mot undergruppen av eksoplaneter som mest sannsynlig vil favorisere “store, globalt aktive biosfærer der livet vil være lettest å oppdage - og hvor ikke-deteksjoner vil være mest meningsfylt”.
Dette vil være mulig i det kommende tiåret takket være distribusjonen av neste generasjons teleskoper som James Webb romteleskop (JWST), som astronomer forventer å være medvirkende til å karakterisere atmosfærene og overflatemiljøene til eksoplaneter. Andre teleskoper, som fremdeles er på tegnebrettet, kan komme enda lenger - delvis takket være studier som dette.
"Ideelt sett vil dette informere om teleskopdesign for å sikre at fremtidige oppdrag," sa Dr. Olson, "slik som de foreslåtte LUVOIR- eller HabEx-teleskopkonseptene, har de rette egenskapene; nå vet vi hva vi skal se etter, så vi må begynne å lete ”.
Når det gjelder å lete etter bevis på liv utover vårt solsystem (eller i det), kan det være enda viktigere å vite hva du skal se etter enn å ha de mest sofistikerte verktøyene å gjøre det med. I de kommende årene vil astronomer ha fordelen av avansert teknologi og forbedrede metoder, ved å bruke alt vi hittil har lært for å finne bevis på annet liv enn vårt eget.
