Поиск обитаемых миров: вызовы и перспективы
Задача поиска обитаемых миров очевидна. Нам нужно уметь определять такие миры и различать биотические и абиотические процессы. В идеале учёные хотели бы делать это на основе популяций экзопланет, а не по каждой планете в отдельности.
Естественные термостаты экзопланет могут предоставить способ решения этой задачи.
Авторы нового исследования пишут: «Всего за несколько десятилетий поиск потенциально обитаемых и населённых экзопланет превратился из научной фантастики в центральное научное направление для сообщества экзопланетологов».
Сейчас, когда подтверждено существование более 5000 экзопланет, научный фокус смещается с обнаружения экзопланет на их характеристику.
Новое исследование
Новое исследование под названием «Обнаружение тенденций атмосферного CO₂ как популяционных подписей для долгосрочных стабильных водных океанов и биотической активности на умеренных землеподобных экзопланетах» будет опубликовано в The Astrophysical Journal. Ведущий автор — Янина Хансен из Института физики и астрофизики ETH Zurich. Исследование доступно на сервере препринтов arXiv.
Углекислый газ в атмосферах экзопланет
Землеподобные планеты, такие как Земля, имеют естественный термостат, называемый углеродно-силикатным (Cb-Si) выветриванием. Этот геохимический цикл регулирует содержание CO₂ в атмосфере планеты в течение длительных геологических периодов времени.
Когда CO₂ накапливается в атмосфере, атмосфера нагревается. Это создаёт больше испарения и осадков. Угольная кислота — это слабая кислота, которая образуется в атмосфере, когда вода соединяется с углекислым газом. Когда потепление атмосферы создаёт больше дождя, также увеличивается количество угольной кислоты.
Угольная кислота падает на поверхность планеты, выветривая силикатные породы и удаляя углерод. Углерод в конечном итоге смывается в море, где он поглощается морскими организмами. Он оседает на дно океана и в конечном итоге снова попадает в кору с помощью тектоники плит.
Учёные считают, что углеродно-силикатный цикл позволил нашей планете поддерживать поверхностные воды и обитаемость в течение миллиардов лет.
Вопрос в том, можно ли понять углеродно-силикатный цикл на примере популяции экзопланет?
Если да, то у учёных-экзопланетологов появится мощный новый способ понимания экзопланет без необходимости тратить много времени на их индивидуальное изучение.
С помощью предстоящих миссий углеродно-силикатный цикл может стать тем инструментом, который нужен учёным.
Исследователи объясняют, что углеродно-силикатное выветривание — это хорошо известный маркер обитаемости и потенциальный биологический индикатор. Цикл создаёт определённые тенденции CO₂ в атмосферах землеподобных планет.
В своей работе они исследуют идею о том, что можно определить тенденции CO₂, характерные для биотических или абиотических популяций планет. Они сделали это, создав смоделированные популяции экзопланет на основе геохимико-климатических прогнозов.
Их моделирование включает звёздный поток, различные звёзды типа F, G и K в пределах 20 парсеков от Солнца и различные парциальные давления CO₂ в атмосфере.
Ограничения исследования
Хотя работа имеет некоторые ограничения, исследователи открыто их признают. Например, существуют систематические погрешности в измерениях парциального давления CO₂, и эти измерения критически важны для выявления тенденций. Их атмосферная модель также упрощена и содержит только H₂O, CO₂ и N₂, которые являются важными компонентами атмосферы Земли, но не полной картиной.
Включение дополнительных видов, таких как CH₄ или O₃, повлияло бы на самосогласованное моделирование планетарных атмосфер, влияя на тепловые структуры и поверхностные условия.
В результате этот метод показывает перспективность для выявления популяционных тенденций CO₂ в популяциях из 30 и более кандидатов в экзо-Земли. Если учёные смогут это сделать, они смогут сузить круг целей, достойных углублённого изучения и характеристики.
Это только начало популяционной характеристики экзопланет и их биотических и абиотических сигнатур. Вместо того чтобы искать «улики» жизни на отдельных планетах, мы можем обнаружить и идентифицировать жизнь через большие статистические закономерности на множестве планет.