Въпреки хилядите екзопланети, открити от астрономите през последните години, определянето дали някоя от тях е обитаема или не е голямо предизвикателство. Тъй като не можем да изучаваме тези планети директно, учените са принудени да търсят косвени индикации. Те са известни като биосигнатури, които се състоят от химични странични продукти, които свързваме с органичния живот, показващ се в атмосферата на планетата.
Ново проучване на екип от учени от НАСА предлага нов метод за търсене на потенциални признаци на живот извън нашата Слънчева система. Ключът, препоръчват те, е да се възползвате от честите звездни бури от готини, млади звезди джуджета. Тези бури хвърлят огромни облаци от звезден материал и радиация в космоса, взаимодействайки с атмосферата на екзопланета и произвеждайки биосигнатури, които могат да бъдат открити.
Изследването, озаглавено „Атмосферни маяци на живота от екзопланети около G и K Stars“, наскоро се появи в Природни научни доклади. Воден от Владимир С. Айрапетян, старши астрофизик в Отдела за наука за хелиофизиката (HSD) в Центъра за космически полети на НАСА Годдард, екипът включваше членове от изследователския център на Лангли на НАСА, включените научни системи и приложения (SSAI) и Американския университет ,
Традиционно изследователите търсят признаци на кислород и метан в екзопланетни атмосфери, тъй като това са добре познати странични продукти на органичните процеси. С течение на времето тези газове се натрупват, достигайки количества, които биха могли да бъдат открити с помощта на спектроскопия. Този подход обаче отнема много време и изисква астрономите да прекарват дни в опити да наблюдават спектри от далечна планета.
Според Айрапетян и неговите колеги е възможно да се търсят по-груби подписи в потенциално обитаеми светове. Този подход ще разчита на съществуващите технологии и ресурси и ще отнеме значително по-малко време. Както обясни Айрапетян в прессъобщението на НАСА:
„Ние търсим молекули, формирани от основни предпоставки за живота - по-специално молекулен азот, който представлява 78 процента от нашата атмосфера. Това са основни молекули, които са биологично чисти и имат силна инфрачервена излъчваща сила, което увеличава шанса ни да ги открием. “
Използвайки живота на Земята като шаблон, Айрапетян и неговият екип създадоха нов метод за търсене или признаци на странични продукти от водни пари, азот и кислород в атмосферата на екзопланети. Истинският трик обаче е да се възползвате от видовете екстремни космически метеорологични събития, които се случват с активни звезди джуджета. Тези събития, които излагат планетарна атмосфера на излъчвания на радиация, причиняват химически реакции, които астрономите могат да изберат.
Когато става въпрос за звезди като нашето Слънце, жълто джудже от тип G, подобни метеорологични събития са често срещани, когато са все още млади. Известно е обаче, че други жълти и оранжеви звезди остават активни в продължение на милиарди години, създавайки бури от енергийни, заредени частици. А звездите от М тип (червено джудже), най-разпространеният тип във Вселената, остават активни през целия си дълговечен живот, периодично подлагайки планетите си на мини-пламъци.
Когато те достигнат до екзопланета, те реагират с атмосферата и предизвикват химическа дисоциация на азот (N²) и кислород (O²) в единични атоми, а водната пара в водород и кислород. Разградените азотни и кислородни атоми след това причиняват каскада от химични реакции, които произвеждат хидроксил (OH), по-молекулен кислород (O) и азотен оксид (NO) - това, което учените наричат „атмосферни маяци“.
Когато звездната светлина удари атмосферата на планетата, тези молекули на маяците поглъщат енергията и излъчват инфрачервено лъчение. Изследвайки конкретните дължини на вълната на това излъчване, учените могат да определят какви химически елементи присъстват. Силата на сигнала на тези елементи е също индикация за атмосферно налягане. Взети заедно, тези показания позволяват на учения да определи плътността и състава на атмосферата.
От десетилетия астрономите също така използват модел, за да изчислят как се образува озон (O³) в земната атмосфера от кислород, изложен на слънчева радиация. Използвайки същия този модел - и да го сдвои с космически метеорологични събития, които се очакват от хладни, активни звезди - Айрапетян и неговите колеги се опитаха да изчислят колко азотен оксид и хидроксил ще се образуват в атмосфера, подобна на Земята и колко озон ще бъде унищожен ,
За да постигнат това, те се консултираха с данни от мисията на НАСА за термосферна ионосферна мезосфера на енергетиката (TIMED) на НАСА, която от години изучава образуването на маяци в земната атмосфера. По-конкретно, те използваха данни от нейното Звучане на атмосферата с помощта на широколентова радиометрия (SABER), което им позволява да симулират как инфрачервените наблюдения на тези маяци могат да се появят в атмосферата на екзопланета.
Както Мартин Mlynczak, сътрудник SABER главен изследовател в NASA Лангли изследователски център и съавтор на доклада, посочи:
„Като приемаме това, което знаем за инфрачервеното лъчение, излъчвано от земната атмосфера, идеята е да разгледаме екзопланетите и да видим какви сигнали можем да открием. Ако открием сигнали за екзопланета в почти същата пропорция като земната, можем да кажем, че планетата е добър кандидат за домакин на живот. "
Те откриха, че честотата на силните звездни бури е пряко свързана със силата на топлинните сигнали, идващи от атмосферните маяци. Колкото повече бури се случват, толкова повече молекули на маяците се създават, генериращи сигнал, достатъчно силен, за да бъде наблюдаван от Земята с космически телескоп и въз основа на само два часа време за наблюдение.
Те откриха също, че този вид метод може да премахва екзопланети, които не притежават магнитно поле, подобно на Земята, което естествено взаимодейства с заредени частици от Слънцето. Наличието на такова поле е това, което гарантира, че атмосферата на планетата не се отнема и затова е от съществено значение за обитаемостта. Както обясни Айрапетиан:
„Планетата се нуждае от магнитно поле, което защитава атмосферата и предпазва планетата от звездни бури и радиация. Ако звездните ветрове не са толкова екстремни, че да компресират магнитното поле на екзопланета близо до повърхността му, магнитното поле предотвратява избягването на атмосферата, така че в атмосферата има повече частици и по-силен получен инфрачервен сигнал. "
Този нов модел е важен по няколко причини. От една страна, това показва как изследванията, които са позволили подробни проучвания на земната атмосфера и как тя взаимодейства с космическото време, сега се насочват към изследването на екзопланети. Освен това е вълнуващо, защото може да позволи нови изследвания на обитаемостта на екзопланетите около определени класове звезди - от много видове жълти и оранжеви звезди до хладни, червени звезди джуджета.
Червените джуджета са най-разпространеният тип звезда във Вселената, представляващи 70% от звездите в спирални галактики и 90% в елиптичните галактики. Нещо повече, въз основа на последните открития астрономите изчисляват, че звездите на червените джуджета е много вероятно да имат системи от скални планети. Изследователският екип също така предвижда, че космическите инструменти от ново поколение като космическия телескоп Джеймс Уеб ще увеличат вероятността да намерят обитаеми планети, използвайки този модел.
Както казва Уилям Данчи, старши астрофизик и съавтор на Годард:
„Новите идеи за потенциала за живот на екзопланетите зависят критично от интердисциплинарните изследвания, в които се използват данни, модели и техники от четирите научни подразделения на НАСА Годард: хелиофизика, астрофизика, планетарни и земни науки. Тази смес произвежда уникални и мощни нови пътища за изследване на екзопланетите. “
До момента, в който можем да изучаваме екзопланетите директно, всяко развитие, което прави биосигнатурите по-забележими и по-лесни за откриване, е невероятно ценно. В следващите години Project Blue и Breakthrough Starshot се надяват да проведат първите директни проучвания на системата Alpha Centauri. Но междувременно подобрените модели, които ни позволяват да изследваме безброй други звезди за потенциално обитаеми екзопланети, са златни!
Те не само ще подобрят значително нашето разбиране за това колко често се срещат такива планети, но могат просто да ни насочат в посока на една или повече Земни 2.0!
