Mikä tarkalleen tekee eksoplaneetasta asumiskelpoisen?

Yksi jännittävimmistä tähtitieteen aiheista nykyään on eksoplaneettojen tai aurinkokuntamme ulkopuolisten planeettojen etsiminen. Olemme löytäneet tähän mennessä yli 5 000 eksoplaneettaa, ja lisää löydetään joka vuosi. Ja eksoplaneettojen tutkimuksen pyhä malja on löytää asumiskelpoisia planeettoja, joilta voisimme etsiä elämää oman planeettamme ulkopuolelta.

Jos olet kiinnostunut tähtitiedestä, olet todennäköisesti nähnyt uutisotsikoita aiheesta löydetyt asumiskelpoiset eksoplaneetat tehtävillä, kuten NASAn Kepler Space Telescope tai Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS). Nämä planeetat ovat tyypillisesti Maan kaltaisia ​​ja niiden pinnalla voi olla nestemäistä vettä, ja niiden uskotaan mahdollisesti tukevan elämää. Mutta kuinka voimme kertoa, onko planeetta asumiskelpoinen miljoonien kilometrien etäisyydeltä? Ja mitä me tarkalleen ottaen tarkoitamme asumiskelpoisella?

Puhuimme asuttavuusasiantuntijan Abel Méndezin kanssa Planetary Habitability Laboratorysta Puerto Ricon yliopisto Arecibossa, joka kertoi meille, että asuttavuus on paljon monimutkaisempaa kuin sinä saattaa ajatella.

Asuttavuus ei ole binääristä

Tapa, jolla useimmat ihmiset puhuvat asuttavuudesta, on ikään kuin se olisi binääritila. Joko planeetta on asuttava tai ei. Mutta kun asiaa ajattelee syvällisesti, on selvää, että tämä määritelmä ei kelpaa. Tarkoitammeko asumiskelpoista ihmiselämää ylläpitävää? Tai mikrobielämää? Tarkoitammeko sitä, että se on mukava ympäristö elämän menestymiselle vai sellainen, jossa selviytyminen on vaikeaa, mutta teoriassa mahdollista? Tarkoitammeko sitä, että elämä olisi voinut kehittyä tuossa ympäristössä vai että jos elämä saapuisi sinne, se voisi säilyä?

Näihin kysymyksiin ei ole selkeää vastausta, minkä vuoksi on virhe ajatella asuttavuutta kyllä/ei-kysymyksenä. Sen sijaan meidän pitäisi ajatella asutettavuutta tietyntyyppiseen elämään soveltuvuuden mittana.

Tämä hämmennys ei ole olemassa vain yleisön keskuudessa. Méndez sanoi, että tutkijoiden keskuudessa ei ole yksimielisyyttä siitä, mitä myös asuttavuus tarkoittaa. Se on "ladattu sana", hän sanoi, "koska tavallisissa keskusteluissamme asuttavuus tarkoittaa asumista ihmisiä." Mutta kun katsomme muita planeettoja, emme ajattele vain ihmisiä, vaan myös muita planeettoja elämästä.

Koko sen ajan, jonka astrobiologit olivat ihmetelleet eksoplaneettojen asuttavuutta, se kääntyi siellä oli toinen ryhmä ihmisiä, jotka ovat pohtineet asumiskelpoisuutta vuosikymmeniä: Ekologit. Ekologit puhuvat ympäristöjen "elinympäristön soveltuvuudesta" täällä maan päällä – kuten tietyn ympäristön soveltuvuudesta tietyntyyppisen elämän kukoistamiseen. Juuri tähän astrobiologian yhteisö yritti päästä eksoplaneettatutkimuksellaan.

Aihetta tutkiessaan Méndez törmäsi tähän ekologiseen työhön ja sanoi: "Tajusin, että ihmiset Ekologit tekivät jo vuosikymmeniä sitten astrobiologian alan, jota yritettiin tehdä – määritellä ja mitata asuttavuus.”

Entä asumisalue?

Ongelma ei siis ole sen määrittämisessä, onko eksoplaneetta asuttava vai ei, vaan pikemminkin sen määrittämisessä, mitkä ominaisuudet tekisivät siitä sopivan erilaisille elämäntyypeille.

Yksi suhteellisen helppo paikka aloittaa on vaatimuksen, että nestemäistä vettä on saatavilla. Nestemäinen vesi on välttämätöntä lähes kaikille elämän muodoille, sellaisina kuin me sen tunnemme sen liuotinominaisuuksien vuoksi. Monet asiat liukenevat veteen, mikä tarkoittaa, että se on hyvä sekoittamaan asioita yhteen, mikä mahdollistaa kemialliset reaktiot. Sillä on myös tärkeä rooli entsyymien toiminnassa. Joten kun tiedemiehet ovat kuvitelleet vaatimukset asuttavalle eksoplaneetalle, nestemäisen veden saatavuus on listan kärjessä.

Tämä antaa meille ajatuksen "asuttavasta vyöhykkeestä". Tämä on tähtiä ympäröivä alue, jossa planeetan arvioidaan olevan oikeassa lämpötilassa nestemäisen veden pinnalle. Jos löytäisimme Maan kaltainen planeetta tähden asuttavalla alueella päättelyn mukaan olisimme löytäneet hyvän lähtökohdan elämän etsimiselle.

Asumiskelpoisella vyöhykkeellä oleminen ei kuitenkaan ole asumisen lopputulos. Se on vain yksi perusvaatimus. Ja Méndez sanoo, että termi on aiheuttanut "paljon hämmennystä", koska usein tähtitieteilijät sanovat planeetan olevan asuttava, kun he tarkoittavat sen olevan asuttavalla alueella. Hän pitää parempana termiä "mahdollisesti asuttava" tehdäkseen selväksi, että tämä ei ole läheskään ratkaistu.

Asumisen tekijät

Ok, nestemäinen vesi on siis välttämätöntä. Mitä muuta tarvitaan, jotta planeetalla voisi olla elämää? Meillä on siitä vankka käsitys, joka perustuu elämänmuotoihin täältä maan päältä. Kun on kyse eksoplaneettojen asuttavuuden arvioinnista, astrobiologit haluavat tietää tekijöistä, kuten planeetan massa ja säde sekä sen pintalämpötila, paine ja planeetan osuus, joka peittyy vettä.

On haastavaa määrittää nämä tekijät mille tahansa eksoplaneetalle. Useimpien nyt löydettyjen eksoplaneettojen osalta voimme tietää tekijöitä, kuten niiden kiertoradan, säteen tai massan ja tähtivuon, joka on isäntätähdestään saaman säteilyn määrä. Mutta jotta voisimme tietää esimerkiksi niiden pintalämpötilan tai paineen, meidän on tiedettävä niiden ilmakehä.

Katsoaksesi miksi, katso omaa aurinkokuntaamme. Venuksen pintalämpötila on aurinkokunnan korkein, vaikka se on kauempana auringosta kuin Merkurius. Tämä johtuu siitä, että Venuksella on erittäin paksu ilmakehä, joka vangitsee lämmön ja nostaa pinnan lämpötilaa. Aurinkokuntaamme tarkasteleva ulkomaalainen astrobiologi ei ehkä tiedä kuinka kuuma Venus oli, koska se ei ole ilmeinen kaukaa.

James Webb -avaruusteleskoopin kaltaisten teleskooppien tuleva työ antaa meille mahdollisuuden oppia lisää eksoplaneetan ilmapiirit, mutta toistaiseksi tutkijoiden on arvioitava pintalämpötilat.

Myös veden peittämän pinnan määrä on tärkeä. Tätä kutsutaan valtameren jakeeksi, sillä tällä on merkitystä valtamerten dynaaminen luonne tekee niistä erinomaisia ​​kuljettamaan ravinteita ympäri planeettaa tehdäkseen paikasta vieraanvaraisemman elämälle.

Meillä ei tällä hetkellä ole laitteita, jotka pystyisivät mittaamaan eksoplaneettojen valtameren osuutta. Niitä kuitenkin on ideoita tuleviin teleskooppeihin joka voisi tarkastella kuinka eksoplaneetan heijastaman valon määrä muuttuu sen pyöriessä, mikä voi osoittaa sen pinnan peittävän valtameren määrän.

Huolimatta monimutkaisuudesta näiden tekijöiden määrittämisessä, Méndez uskoo, että eksoplaneettatiede kehittyy niin nopeasti, että voimme mitata ne seuraavien 20 vuoden aikana. "Kymmenen vuotta ilmakehän mittauksiin eri instrumenteilla, sitten kymmenen vuotta uusille teleskoopeille, jotka pystyvät näkemään planeettoja yksittäin ja mittaamaan valtameren osuuden", hän ennusti.

Luettelo mahdollisesti asumiskelpoisista eksoplaneetoista

Mahdollisuus tutkia eksoplaneettoja niin yksityiskohtaisesti tulevina vuosikymmeninä on jännittävää, mutta tutkijat haluavat tutkia myös mahdollisesti asuttavia eksoplaneettoja nyt. Tästä syystä Méndezin ryhmä pitää kiinni Asuttavien eksoplaneettojen luettelo, joka on luettelo kaikista tähän mennessä löydetyistä mahdollisesti asutuskelpoisista eksoplaneetoista.

Jotta planeetta voidaan sisällyttää luetteloon, sen on oltava suunnilleen Maan kokoinen ja sen kiertoradalla tähtensä asumiskelpoisella vyöhykkeellä. Mutta ottaaksemme huomioon monet tekijät, joita emme vielä voi tietää näistä eksoplaneetoista, on olemassa kaksi erilaista kriteeriä maan kokoisille keinoille. Luettelossa on molemmat konservatiivinen luettelo, jossa luetellaan planeetat, joiden säde on enintään 1,6 kertaa Maan säde tai kolme kertaa sen massa ja optimistinen luettelo, jossa on planeettoja, joiden säde on jopa 2,5 Maan sädettä tai 10 kertaa sen säde massa.

Tämä johtuu siitä, että kun etsimme mahdollista asumiskelpoisuutta, etsimme kiviplaneettoja, kuten Maata, emme kaasuplaneettoja. Pienitiheyksiset eksoplaneetat, kuten kaasujättiläiset, eivät ole hyväksi elämälle, koska ne eivät pidä kiinni ravintoaineet, joiden on oltava saatavilla elämää varten – samasta syystä et löydä elämää pilvistä Maapallo. Planeetat, jotka ovat jopa noin kaksi kertaa Maan kokoisia, ovat kiviplaneettoja, mutta sitä suuremmat planeetat voivat olla mini-Neptunukseksi kutsuttuja planeettoja tai kaasukääpiöitä, jotka eivät todennäköisesti elä elämää.

Yli kanssa 5000 vahvistettua eksoplaneettaa voisi kuvitella, että luettelossa luetellaan satoja asumiskelpoisuusehdokkaita, mutta itse asiassa niitä on suhteellisen vähän – vain 21 konservatiivisella listalla ja 38 lisää optimistisella listalla.

Luettelon lyhyys voi johtua osittain siitä, että monet eksoplaneettojen havaitsemismenetelmät ovat parempia suurempien eksoplaneettojen löytämisessä kuin pienemmät – on yleisesti ottaen helpompi havaita jotain, joka on suurempi – ja jotkut tutkimukset viittaavat siihen voisi olla miljardeja Maan kaltaisia ​​planeettoja galaksissamme. Mutta toistaiseksi niiden eksoplaneettojen määrä, jotka voimme osoittaa, jotka täyttävät mahdollisen asuttavuuden peruskriteerit, on edelleen pieni.

Mistä etsiä elämää nyt

Se, että tiedämme vain vähän mahdollisesti asuttavia eksoplaneettoja, ei tietenkään tarkoita, että meidän pitäisi luopua elämän etsimisestä muualta. Jollain tapaa se helpottaa tutkimuskohteiden päättämistä, kun sinulla on järjestelmiä, kuten TRAPPIST-1, jonka uskotaan isännöivän jopa neljää potentiaalisesti asuttavaa eksoplaneettaa ja joka tulee olemaan keskeinen kohde maakunnan tulevalle tiedetyölle. James Webbin avaruusteleskooppi.

Kaikki nämä keskustelut asutettavuudesta saavat aikaan ajatuksen, että jos muualla maailmankaikkeudessa on elämää, se on ainakin verrattavissa elämään täällä maan päällä. Kun puhumme veden tai tiettyjen ravinteiden tarpeista, perustamme tämän planeetallamme havaittuun elämään. Oletamme, että muualla on elämää sellaisena kuin sen tunnemme, mutta on varmasti mahdollista, että jossain siellä voi olla elämää täysin eri muodossa.

Vaikka tiedemiehet tunnustavat tämän mahdollisuuden, he eivät yleensä kiinnitä konseptia paljon huomiota, koska se ei ole käytännössä hyödyllinen tutkimukselle. "Et tunnista elämää sellaisena kuin me emme sitä tunne", Méndez huomautti, joten emme voi etsiä sitä.

Etsimme elämää omasta aurinkokunnastamme

Jotkut tutkijat väittävät, että eksoplaneettojen sijaan voisimme etsiä omasta aurinkokunnastamme mahdollisesti asuttavia maailmoja – paikkoja, kuten Saturnuksen kuu Enceladus tai Jupiterin kuu Europa. Vaikka ne ovat liian kaukana auringosta, jotta niiden pinnalla olisi nestemäistä vettä, molemmilla uskotaan olevan nestemäisiä suolaisen veden valtameriä jäisten kuorien alla.

Mutta Méndez ei ole vakuuttunut siitä, että nämä paikat ovat erittäin lupaavia paikkoja elämälle noiden jäisten kuorien takia. Nämä kuoret estävät pääsyn ilmakehään ja estävät energian siirtymisen pinnalta, mikä tekee siitä huonosti soveltuvan elämän ylläpitämiseen. "Se on pahempaa kuin planeettamme syvät valtameret. Se on paljon pahempaa kuin mikään muu maan päällä", hän sanoi. "En usko, että siellä elää mitään muuta kuin mikrobielämää."

Jopa mikrobielämän löytäminen Maan ulkopuolelta olisi valtavan jännittävää, ja siksi Perseverance-kuljettajan kaltaisten tehtävien tavoitteena on etsiä todisteita muinaisesta elämästä Marsissa. Mutta Mars ei ole aivan vieraanvarainen tänään, vaikka se olisi voinut olla jossain vaiheessa menneisyyttään. Mars-ympäristön asuttavuustutkimukset eivät lupaa, että siellä olisi tänään säilynyt mitään: "Me arvioi, että Marsin pinta on tuhat kertaa pahempi kuin Atacaman autiomaa”, Méndez elämän ylläpitämiseksi sanoi.

Eteenpäin Marsiin

Huolimatta varauksellisuudestaan ​​Marsin kuivia olosuhteita kohtaan, Méndez on pragmaattinen sen suhteen, mistä voisimme löytää todisteita elämästä, jos sitä on olemassa. "Jos minun pitäisi lyödä vetoa siitä, mistä voisimme löytää elämää, lyöisin vetoa Marsista", hän sanoi, "vaikka rakastan eksoplaneettoja enemmän!" Tämä johtuu tunnistusongelmasta. Jos haluat tietää, että planeetta ei ole vain potentiaalisesti asuttava, vaan se todella isännöi elämää, tarvitset todisteita – ja todisteita on erittäin vaikea saada kaukaa.

Seuraavien vuosikymmenten aikana Marsiin suunnitellaan näytepalautusmatkoja, joten kilpailu on käynnissä saadakseen palan Marsista takaisin Maahan tutkittavaksi. Nämä näytteet ovat paras mahdollisuutemme tietyn elämän havaitsemiseen. "Varma vastaus tulee, jos sinulla on näyte täällä maan päällä, koska etsit mikrobielämää hyvin pieninä määrinä", hän selitti.

Unelmatutkimuksen skenaario olisi kerätä näyte Marsin ympäristöstä, joka voisi olla asumiskelpoinen Maan standardien mukaan. akvifer. Jos löytäisimme todisteita elämästä tällaisessa ympäristössä, se olisi hienoa – olisimme havainneet, että planeettamme ei ole ainoa, jolla on elämää.

Mutta Méndez sanoo, että todisteiden löytäminen elämästä tällaisessa ympäristössä olisi yhtä jännittävää. "Jos löydämme maanpäällisten standardien mukaan asumiskelpoisen paikan eikä siellä ole elämää, se on hämmästyttävää ja kiehtovaa", hän sanoi. "Mikä meni vikaan? Mitä tapahtui? Miksi ei ole elämää?" Kun otetaan huomioon, että elämää on niin monenlaisissa ympäristöissä maan päällä, ja me tiedämme että maa ja Mars ovat jakaneet materiaalia törmäysten kautta, olisi todella outoa, jos elämä rajoittuisi meidän omiin planeetta.

"Elämän löytäminen olisi suuri paljastus, mutta negatiivinen tulos olisi vieläkin syvällisempi", Méndez sanoi. "Tässä ei voi mennä pieleen. Se on win-win -tilanne. Vastaus on Marsissa, se on siellä. Ja mikä tahansa vastaus on syvällinen."

Toimittajien suositukset

• Tästä syystä tutkijat ajattelevat, että elämä on voinut kukoistaa "helvettiplaneetalla" Venuksella
• Tähtitieteilijät havaitsevat eksoplaneetan, joka luo tähtensä ympärille kierrehaaroja
• Eurooppalainen BepiColombo-avaruusalus lentää tänään kolmannen Mercury-lentonsa
• Tämä eksoplaneetta on yli 2000 celsiusastetta, ja sen ilmakehässä on höyrystynyttä metallia
• Asumiskelpoisten kuuiden etsiminen aurinkokunnasta on kuumenemassa