Ce anume face ca o exoplaneta să fie „habitabilă”?

Unul dintre cele mai interesante subiecte în astronomie de astăzi este căutarea unor exoplanete sau planete dincolo de sistemul nostru solar. Până în prezent, am găsit peste 5.000 de exoplanete, fiind descoperite mai multe în fiecare an. Iar Sfântul Graal al cercetării exoplanetelor este să găsim planete locuibile unde am putea căuta viață dincolo de propria noastră planetă.

Dacă sunteți interesat de astronomie, probabil că ați văzut titluri de știri despre exoplanete locuibile care au fost descoperite prin misiuni precum Telescopul spațial Kepler al NASA sau Satelitul de cercetare exoplanetă în tranziție (TESS). Aceste planete sunt de obicei asemănătoare Pământului și ar putea avea apă lichidă pe suprafața lor și se crede că ar putea susține viața. Dar cum putem spune dacă o planetă este locuibilă de la milioane de kilometri distanță? Și, oricum, ce înțelegem mai exact prin locuibil?

Am vorbit cu expertul în locuință Abel Méndez de la Laboratorul de Habitabilitate Planetară de la Universitatea din Puerto Rico din Arecibo, care ne-a spus că locuibilitatea este mult mai complicată decât tine ar putea crede.

Habitabilitatea nu este binară

Modul în care majoritatea oamenilor vorbesc despre locuință este ca și cum ar fi o stare binară. Fie o planetă este locuibilă, fie nu este. Dar când te gândești la problemă în profunzime, este clar că această definiție nu va funcționa. Ne referim la locuibil ca în capacitatea de a susține viața umană? Sau viata microbiana? Vrem să spunem că este un mediu confortabil pentru ca viața să reușească sau unul în care supraviețuirea este dificilă, dar teoretic posibilă? Vrem să spunem că viața ar fi putut evolua în acel mediu sau că dacă viața ar fi ajuns acolo ar putea supraviețui?

Nu există un răspuns clar la aceste întrebări, motiv pentru care este o greșeală să ne gândim la locuință ca la o întrebare da/nu. În schimb, ar trebui să ne gândim la locuință ca o măsură a aptitudinii pentru un anumit tip de viață.

Această confuzie nu există numai între membrii publicului. Méndez a spus că există o lipsă de consens în rândul oamenilor de știință cu privire la ceea ce înseamnă și locuibilitatea. Este „un cuvânt încărcat”, a spus el, „pentru că în conversațiile noastre obișnuite, locuibilitatea înseamnă locuință pentru oameni.” Dar când ne uităm la alte planete, nu ne gândim doar la oameni, ci și la alte tipuri de viață.

Tot timpul în care astrobiologii s-au întrebat despre locuibilitatea exoplanetelor, sa întors acolo a existat un alt grup de oameni care s-au gândit la locuință de zeci de ani: Ecologiștii. Ecologiștii vorbesc despre „adecvarea habitatului” a mediilor de aici pe Pământ – cum ar fi adecvarea unui anumit mediu pentru un anumit tip de viață să prospere. La asta încerca comunitatea de astrobiologie să ajungă cu cercetările sale pe exoplanete.

La începutul cercetării sale asupra subiectului, Méndez a dat peste această lucrare de ecologie, el a spus: „Mi-am dat seama că ceea ce oamenii din Domeniul astrobiologiei pe care încercau să-l facă – să definească și să cuantifice locuibilitatea – a fost deja făcut cu zeci de ani în urmă de către ecologisti.”

Cum rămâne cu zona locuibilă?

Problema, așadar, nu este despre a determina dacă o exoplanetă este sau nu locuibilă, ci mai degrabă despre a determina ce caracteristici ar face-o potrivită pentru tipuri de viață.

Un loc relativ ușor de început este cu cerința ca apă lichidă să fie disponibilă. Apa lichidă este esențială pentru aproape toate formele de viață așa cum o cunoaștem, datorită proprietăților sale de solvent. Multe lucruri se dizolvă în apă, ceea ce înseamnă că este bine pentru a amesteca lucrurile împreună, ceea ce permite reacții chimice. De asemenea, joacă un rol important în modul în care funcționează enzimele. Deci, atunci când oamenii de știință și-au imaginat cerințele pentru o exoplanetă locuibilă, a avea la dispoziție apă lichidă se află în fruntea listei.

Aceasta este ceea ce ne dă ideea de „zonă locuibilă”. Aceasta este o regiune din jurul unei stele în care se estimează că o planetă ar fi la temperatura potrivită pentru a avea apă lichidă la suprafața sa. Dacă ar fi să găsim un Planetă asemănătoare Pământului în zona locuibilă a unei stele raționamentul spune că am fi găsit un bun punct de plecare pentru a căuta viața.

Cu toate acestea, a fi în zona locuibilă nu este totul și sfârșitul locuinței. Este doar o cerință de bază. Și, spune Méndez, termenul a provocat „multă confuzie”, deoarece adesea astronomii vor spune că o planetă este locuibilă atunci când înseamnă că se află în zona locuibilă. El preferă termenul „potențial locuibil” pentru a arăta clar că aceasta este departe de a fi o întrebare soluționată.

Factori de locuibilitate

Ok, deci apa lichidă este obligatorie. Ce altceva este necesar pentru ca o planetă să găzduiască viață? Avem o înțelegere solidă a acestui lucru, bazată pe formele de viață de aici pe Pământ. Când vine vorba de evaluarea locuinței exoplanetelor, astrobiologii doresc să știe despre factori precum masa și raza, precum și temperatura suprafeței sale, presiunea și fracția de planetă care este acoperită apă.

Este o provocare să determinați acești factori pentru orice exoplanetă dată. Pentru cele mai multe exoplanete descoperite acum, putem cunoaște factori precum perioada lor orbitală, raza sau masa lor și fluxul lor stelar, care este cantitatea de radiație pe care o primesc de la steaua gazdă. Dar pentru a le cunoaște temperatura sau presiunea suprafeței, de exemplu, ar trebui să știm despre atmosfera lor.

Pentru a vedea de ce, uită-te la propriul nostru sistem solar. Venus are cea mai ridicată temperatură la suprafață din sistemul solar, chiar dacă este mai departe de Soare decât Mercur. Asta pentru că Venus are o atmosferă extrem de groasă care captează căldura și ridică temperatura suprafeței. Un astrobiolog extraterestru care se uită la sistemul nostru solar ar putea să nu știe cât de fierbinte era Venus, deoarece nu este evident de la distanță.

Lucrările viitoare efectuate de telescoape precum telescopul spațial James Webb ne vor permite să aflăm mai multe despre atmosfere exoplanetelor, dar deocamdată oamenii de știință trebuie să estimeze temperaturile de suprafață.

Cantitatea de suprafață acoperită cu apă este de asemenea importantă. Numită fracțiune oceanică, aceasta contează pentru că natura dinamică a oceanelor îi face grozavi în transportul nutrienților în jurul planetei pentru a face locul mai primitor pentru viață.

În prezent, nu avem instrumente capabile să măsoare fracția oceanică a exoplanetelor. Cu toate acestea, există idei pentru telescoape viitoare care ar putea analiza modul în care cantitatea de lumină reflectată de o exoplanetă se modifică pe măsură ce se rotește, ceea ce poate indica cantitatea de ocean care îi acoperă suprafața.

În ciuda tuturor complexităților în determinarea acestor factori, Méndez crede că știința exoplanetelor se dezvoltă atât de repede încât îi vom putea măsura în următorii douăzeci de ani. „Zece ani pentru măsurători ale atmosferei cu diferite instrumente, apoi zece ani pentru telescoape noi care vor fi capabile să vadă planetele individual și să măsoare fracția oceanului”, a prezis el.

Un catalog de exoplanete potențial locuibile

A fi capabil să studiezi exoplanetele atât de detaliat în deceniile viitoare este interesant, dar oamenii de știință doresc, de asemenea, să studieze exoplanete potențial locuibile acum. Din acest motiv, grupul lui Méndez menține Catalogul Exoplanete locuibile, care este o listă a tuturor exoplanetelor potențial locuibile descoperite până în prezent.

Pentru a fi inclusă în catalog, o planetă trebuie să aibă aproximativ dimensiunea Pământului și să orbiteze în zona locuibilă a stelei sale. Dar pentru a permite mulți factori pe care încă nu îi putem ști despre aceste exoplanete, există două criterii diferite pentru mediile de dimensiunea Pământului. Catalogul are atât o listă conservatoare, care enumeră planete de până la 1,6 ori raza Pământului sau trei. de ori masa sa și o listă optimistă, care are planete cu până la 2,5 raza Pământului sau de 10 ori mai mare decât cea a Pământului. masa.

Asta pentru că atunci când căutăm o potențială locuință, căutăm planete stâncoase precum Pământul, și nu planete gazoase. Exoplanetele cu densitate scăzută, cum ar fi giganții gazosi, nu sunt bune pentru viață, deoarece sunt proaste să se țină nutrienții care trebuie să fie disponibili pentru viață - același motiv pentru care nu găsești viață în nori Pământ. Planetele de până la aproximativ două ori mai mari decât Pământul vor fi planete stâncoase, dar planetele mai mari decât acestea pot fi un tip numit mini Neptun sau pitică gazoasă, care este puțin probabil să susțină viață.

Cu peste 5.000 de exoplanete confirmate Vă puteți imagina că catalogul ar enumera sute de candidați pentru locuință, dar, de fapt, sunt relativ puțini – doar 21 în lista conservatoare și încă 38 în lista optimistă.

Concizia listei s-ar putea datora parțial faptului că multe metode de detectare a exoplanetelor sunt mai bune la găsirea exoplanetelor mai mari. decât cele mai mici - este, în general vorbind, mai ușor de observat ceva care este mai mare - și unele cercetări sugerează că există ar putea fi miliarde de planete asemănătoare Pământului în galaxia noastră. Însă, deocamdată, numărul de exoplanete pe care le putem indica și care îndeplinesc cele mai de bază criterii de locuibilitate potențială rămâne scăzut.

Unde să cauți viața acum

Desigur, faptul că există puține exoplanete potențial locuibile despre care știm nu înseamnă că ar trebui să renunțăm să căutăm viața în altă parte. Într-un anumit fel, ușurează luarea deciziei privind obiectivele de cercetare atunci când aveți sisteme precum TRAPPIST-1, despre care se crede că va găzdui până la patru exoplanete potențial locuibile și care va fi o țintă cheie pentru viitoarea activitate științifică a Telescopul spațial James Webb.

Toate aceste discuții despre locuință se îndreaptă asupra ideii că, dacă există viață în altă parte a universului, aceasta va fi cel puțin comparabilă cu viața de aici pe Pământ. Când vorbim despre cerințele pentru apă sau pentru anumiți nutrienți, ne bazăm pe viața pe care am observat-o pe planeta noastră. Presupunem că în altă parte va fi viața așa cum o cunoaștem, dar este cu siguranță posibil să existe o viață de o formă complet diferită undeva acolo.

Deși oamenii de știință recunosc această posibilitate, ei nu tind să acorde prea multă atenție conceptului, deoarece nu este practic util pentru cercetare. „Nu vei recunoaște viața așa cum nu o știm noi”, a subliniat Méndez, așa că nu este ceva ce am putea căuta.

Căutăm viață în propriul nostru sistem solar

Unii cercetători susțin că, în loc să ne uităm la exoplanete, am putea căuta în propriul nostru sistem solar lumi potențial locuibile - locuri precum luna Enceladus a lui Saturn sau luna Europa a lui Jupiter. Chiar dacă sunt prea departe de soare pentru a avea apă lichidă pe suprafața lor, se crede că ambele au oceane de apă sărată lichidă sub cruste înghețate.

Dar Méndez nu este convins că aceste locații sunt locații foarte promițătoare pentru viață din cauza acelor cruste înghețate. Aceste cruste blochează accesul la orice atmosferă și împiedică transferul energiei de la suprafață, făcându-l prost potrivit pentru susținerea vieții. „Este mai rău decât oceanele adânci de pe planeta noastră. Este mult mai rău decât orice pe Pământ”, a spus el. „Nu cred că nimic dincolo de viața microbiană va trăi acolo.”

Chiar și găsirea vieții microbiene în afara Pământului ar fi extrem de interesantă, de unde și scopul misiunilor precum roverul Perseverance de a căuta dovezi ale vieții antice pe Marte. Dar Marte nu este tocmai ospitalier astăzi, deși ar fi putut fi la un moment dat în trecut. Studiile de locuință asupra mediului de pe Marte nu sunt promițătoare pentru ca ceva să fi supraviețuit acolo astăzi: „Noi a estimat că suprafața lui Marte este de o mie de ori mai rea decât deșertul Atacama”, pentru susținerea vieții, Méndez a spus.

Mai departe spre Marte

În ciuda rezervelor sale cu privire la condițiile aride de pe Marte, Méndez este pragmatic în ceea ce privește locul în care am putea găsi dovezi ale vieții dacă ar exista. „Dacă ar fi să pariez unde vom putea găsi viață, aș paria pe Marte”, a spus el, „deși iubesc mai mult exoplanetele!” Asta din cauza problemei detectării. Dacă vrei să știi că o planetă nu este doar potențial locuibilă, ci și găzduiește de fapt viață, ai nevoie de dovezi – iar această dovadă este extrem de dificil de obținut de la distanță mare.

Cu misiuni de întoarcere a probelor planificate pentru Marte în următoarele decenii, cursa este pornită pentru a aduce o bucată de Marte înapoi pe Pământ pentru studiu. Aceste mostre sunt cea mai bună șansă a noastră pentru o anumită detecție a vieții. „Răspunsul definitiv va veni dacă aveți o probă aici pe Pământ, pentru că căutați viață microbiană în cantități foarte mici”, a explicat el.

Scenariul de cercetare de vis ar fi colectarea unui eșantion dintr-un mediu de pe Marte care ar putea fi locuibil conform standardelor Pământului, ca un acvifer. Dacă am găsi dovezi ale vieții într-un astfel de mediu, atunci ar fi grozav - am fi descoperit că planeta noastră nu este singura care găzduiește viață.

Dar Méndez spune că a nu găsi nicio dovadă a vieții într-un astfel de mediu ar fi la fel de interesant. „Dacă găsim un loc locuibil după standardele terestre și nu există viață acolo, va fi uimitor și intrigant”, a spus el. "Ce a mers prost? Ce s-a întâmplat? De ce nu există viață?” Având în vedere că viața există într-o varietate atât de mare de medii de pe Pământ, și știm că Pământul și Marte au împărtășit material prin impact, ar fi într-adevăr ciudat dacă viața ar fi limitată la noi planetă.

„Ar fi o mare revelație să găsești viața, dar rezultatul negativ ar fi și mai profund”, a spus Méndez. „Nu există nicio modalitate de a greși aici. Este o situație de câștig-câștig. Răspunsul este pe Marte, este chiar acolo. Și orice răspuns este profund.”

Recomandările editorilor

• Iată de ce oamenii de știință cred că viața poate să fi prosperat pe „planeta iadului” Venus
• Astronomii observă o exoplanetă creând brațe spiralate în jurul stelei sale
• Nava spațială europeană BepiColombo face astăzi al treilea zbor cu Mercur
• Această exoplanetă are peste 2.000 de grade Celsiu, a vaporizat metal în atmosfera sa
• Căutarea de luni locuibile în sistemul solar se încălzește