Når de søger efter potentielt beboelige eksoplaneter, er forskere tvunget til at tage den lavt-hængende frugt tilgang. Da Jorden er den eneste planet, vi kender til, der er i stand til at støtte liv, kommer denne søgning dybest set ned på at lede efter planeter, der er ”Jordlignende”. Men hvad nu hvis Jorden ikke er målepinden for beboelsesevne, som vi alle har tendens til at tro, at det er?
Det var emnet for et grundlæggende foredrag, der for nylig blev holdt på Goldschmidt Geochemistry Congress, der fandt sted fra 18. til 23. august i Barcelona, Spanien. Her forklarede et team af NASA-støttede forskere, hvordan en undersøgelse af, hvad der går i at definere beboelige zoner (HZ'er), viser, at nogle eksoplaneter måske har bedre betingelser for, at livet kan trives, end Jorden selv har.
Præsentationen var baseret på en undersøgelse med titlen "A Limited Habitable Zone for Complex Life", som dukkede op i juni 2019-udgaven af The Astrophysical Journal. Undersøgelsen blev udført af 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 angiver i deres undersøgelse, defineres HZ'er almindeligvis som afstanden fra en værtsstjerne, inden for hvilken der kan findes flydende vand på overfladen. Dette tager dog ikke højde for den atmosfæriske dynamik, der er nødvendig for at sikre klimastabilitet - som inkluderer en carbonat-silikat-feedback for at opretholde overfladetemperaturer inden for et bestemt område.
Da der kun er indirekte metoder til rådighed for at måle, hvordan forholdene er på fjerntliggende exoplaneter, er astronomer afhængige af sofistikerede modeller for planetarisk klima og evolution. I løbet af at præsentere deres syntese af denne tilgang under foredraget, beskrev Dr. Stephanie Olson fra University of Chicago (en medforfatter på undersøgelsen) søgningen efter at identificere de bedste miljøer for livet på exoplaneter:
”NASAs søgning efter livet i universet er fokuseret på såkaldte Habitable Zone-planeter, som er verdener, der har potentialet for flydende vandhav. Men ikke alle oceaner er lige så gæstfri - og nogle oceaner vil være bedre steder at bo end andre på grund af deres globale cirkulationsmønstre.
”Vores arbejde har været rettet mod at identificere de exoplanethav, der har den største kapacitet til at være vært for et globalt rigeligt og aktivt liv. Livet i Jordens oceaner afhænger af bopæl (opadgående strøm), der returnerer næringsstoffer fra havets mørke dybder til de soloplagte dele af havet, hvor fotosyntetisk liv lever. Mere opsving betyder mere tilbagelevering af næringsstoffer, hvilket betyder mere biologisk aktivitet. Dette er de forhold, vi er nødt til at se efter på exoplaneter ”.
Af hensyn til deres undersøgelse modellerede Olsen og hendes kolleger, hvilke forhold der sandsynligvis ville være på forskellige former for exoplaneter ved hjælp af ROCKE-3D-software. Denne generelle cirkulationsmodel (GCM) blev udviklet af NASA's Goddard Institute for Space Studies (GISS) for at studere forskellige punkter i Jorden og andre jordbaserede planeter i solsystemet (som Merkur, Venus og Mars).
Denne software kan også bruges til at simulere, hvordan klimaer og havhabitater ville være på forskellige typer af exoplaneter. Efter at have modelleret en række mulige exoplaneter (baseret på de over 4000, der er blevet opdaget til dato), var de i stand til at bestemme, hvilke slags exoplaneter der er mest sandsynligt at udvikle og opretholde blomstrende biosfærer.
Dette bestod af at bruge en havcirkulationsmodel, der identificerede, hvilke eksoplaneter, der ville have den mest effektive bolig, og således kunne opretholde havene med gæstfri forhold. Hvad de fandt, var, at planeter med højere atmosfæretæthed, langsommere rotationshastighed og tilstedeværelsen af kontinenter alle giver højere boliger.
En væsentlig takeaway herfra er, at Jorden muligvis ikke er optimalt beboelig, i betragtning af dens ret hurtige rotationshastighed. "Dette er en overraskende konklusion", sagde Dr. Olson, "det viser os, at forholdene på nogle eksoplaneter med gunstige havcirkulationsmønstre kan være bedre egnet til at støtte liv, der er mere rigeligt eller mere aktivt end livet på Jorden."
Dette er slags en god nyhed / dårlig nyhedssituation. På den ene side sprænger det slags illusionen om, at Jorden er den standard, hvormed andre potentielt beboelige exoplaneter kan måles. På den anden side indikerer det, at livet kan være mere rigeligt i vores univers, end tidligere konservative estimater ville indikere.
Men som Olsen påpegede, vil der altid være en kløft mellem livet og det, der kan påvises af os på grund af begrænsninger i vores teknologi. Denne undersøgelse er derfor vigtig, idet den opfordrer astronomer til at rette deres indsats mod undergruppen af exoplaneter, der sandsynligvis vil favorisere "store, globalt aktive biosfærer, hvor livet vil være lettest at opdage - og hvor ikke-detektioner vil være mest meningsfulde".
Dette vil være muligt i det kommende årti takket være installationen af næste generations teleskoper som James Webb-rumteleskop (JWST), som astronomer forventer at være medvirkende til at karakterisere atmosfære og overflademiljøer på exoplaneter. Andre teleskoper, der stadig er på tegnebrættet, kunne gå endnu længere - delvis takket være undersøgelser som dette.
”Ideelt set dette arbejde vil dette informere teleskopdesign for at sikre, at fremtidige missioner,” sagde Dr. Olson, “såsom de foreslåede LUVOIR- eller HabEx-teleskopkoncepter, har de rette muligheder; nu ved vi, hvad vi skal kigge efter, så vi er nødt til at begynde at kigge ”.
Når det kommer til at lede efter bevis for liv ud over vores solsystem (eller inden i det), er det endnu vigtigere at vide, hvad man skal kigge efter, end at have de mest sofistikerede værktøjer til at gøre det med. I de kommende år vil astronomer have fordelen af avanceret teknologi og forbedrede metoder ved at bruge alt, hvad vi hidtil har lært til at finde bevis på andet liv end vores eget.
