Оскільки Космічний телескоп Кеплер була запущена в космос, кількість відомих планет за межами нашої Сонячної системи (екзопланет) зросла в геометричній прогресії. Наразі, 3917 планет були підтверджені в 2918 зоряних системах, а 3368 очікують підтвердження. З них, близько 50 орбіти в межах своєї зірки навколозоряна зона проживання (він же «Зона Златовласки»), відстань, на якій рідка вода може існувати на поверхні планет.
Однак нещодавні дослідження підняли можливість того, що ми вважаємо зону, придатну для проживання, занадто оптимістично. За словами а нове дослідження який нещодавно з’явився в мережі під назвою « Обмежена житлова зона для складного життя “, житлові зони можуть бути набагато вужчими, ніж вважалося спочатку. Ці знахідки можуть сильно вплинути на кількість планет, які вчені вважають «потенційно придатними для життя».
Дослідження проводив Едвард В. Швітерман, співробітник постдокторської програми NASA в Каліфорнійському університеті, Ріверсайд, і включав дослідників з Команда альтернативної землі (частина Інститут астробіології НАСА ), то Nexus для Exoplanet System Science (NExSS), і Інститут космічних досліджень імені Годдарда НАСА .
За попередніми оцінками на основіКеплерданих, вчені прийшли до висновку, що, ймовірно, є 40 мільярдів планет, подібних до Землі тільки в галактиці Чумацький Шлях, 11 мільярдів з яких, ймовірно, обертаються на орбіті, як зірки нашого Сонця (тобто жовті карлики G-типу). Інші дослідження показали, що ця цифра може бути такою високою, як 60 мільярдів або навіть 100 мільярдів , залежно від параметрів, які ми використовуємо для визначення житлових зон.
Ці результати, безумовно, обнадійливі, оскільки вони припускають, що Чумацький Шлях може кишити життям. На жаль, останні дослідження позасонячних планет поставили під сумнів ці попередні оцінки. Особливо це стосується тих випадків, коли припливно-замкнуті планети цю орбіту Зірки типу М (червоний карлик). стурбовані.
Крім того, дослідження того, як розвивалося життя на Землі, показало, що вода сама по собі не гарантує життя, а також наявність кисневий газ . Крім того, Швітерман і його колеги розглянули дві інші основні біосигнатури, які є важливими для життя, яким ми його знаємо, – вуглекислий газ і монооксид вуглецю.
Занадто велика кількість цих сполук була б токсичною для життя складних організмів, тоді як занадто мала означала б, що ранні прокаріоти не з’являться. Якщо життя на Землі є будь-яким свідченням, основні форми життя є важливими для розвитку більш складних форм життя, які споживають кисень. З цієї причини Швітерман та його колеги намагалися переглянути визначення житлової зони, щоб врахувати це.
Насильницькі спалахи червоних карликів, особливо молодих, можуть зробити планети в так званій зоні життя непридатними для життя. Авторство зображення: Авторство: NASA, ESA та D. Player (STScI)
Справедливості заради слід сказати, що обчислити площу житлової зони ніколи не буває легко. На додаток до їхньої відстані від зірки, температура поверхні планети залежить від різних механізмів зворотного зв’язку в атмосфері, таких як парниковий ефект. Крім того, звичайне визначення житлової зони передбачає існування « Землеподібний ” умови.
Це має на увазі атмосферу, багату азотом, киснем, вуглекислим газом і водою і стабілізовану тим самим процесом карбонатно-силікатного геохімічного циклу, який існує на Землі. У цьому процесі седиментація та вивітрювання призводять до того, що силікатні породи стають вуглецевими, тоді як геологічна активність призводить до того, що вуглецеві породи знову стають силікатними.
Це призводить до петлі зворотного зв’язку, яка гарантує, що рівні вуглекислого газу в атмосфері залишаються відносно стабільними, що дозволяє підвищити температуру поверхні (так само як парниковий ефект). Чим ближче планета до внутрішнього краю придатної для життя зони, тим менше вуглекислого газу потрібно для цього. Як пояснив Швітерман у нещодавній статті автора Технологічний огляд MIT :
«Але для середніх і зовнішніх регіонів придатної для життя зони концентрації вуглекислого газу в атмосфері повинні бути набагато вищими, щоб підтримувати температуру, сприятливу для поверхневої рідкої води».
Екзопланеті Kepler 62f знадобиться атмосфера, багата вуглекислим газом, щоб вода була в рідкому вигляді. Ілюстрація художника: NASA Ames/JPL-Caltech/T. Пайл
Для ілюстрації команда використала Кеплер-62f як приклад, супер-Земля, яка обертається навколо зірки типу К (трохи меншої та тьмянішої, ніж наше Сонце), розташованої приблизно в 990 світлових роках від Землі. Ця планета обертається навколо своєї зірки приблизно на тій самій відстані, що і Венера навколо Сонця, але менша маса зірки означає, що вона знаходиться на зовнішньому краю зони проживання.
Коли її виявили в 2013 році, вважалося, що ця планета є а хороший кандидат для позаземного життя, припускаючи наявність достатнього парникового ефекту. Однак Швітерман і його колеги підрахували, що для цього буде потрібно в 1000 разів більше вуглекислого газу (від 300 до 500 кілопаскалей), ніж те, що існувало на Землі, коли вперше розвивалися складні форми життя (приблизно 1,85 мільярда років тому).
Однак така кількість вуглекислого газу буде токсичною для більшості складних форм життя тут, на Землі. В результаті Kepler-62f не був би підходящим кандидатом для життя, навіть якби він був досить теплим, щоб мати рідку воду. Після того, як вони врахували ці фізіологічні обмеження, Швітерман і його команда дійшли висновку, що зона життя для складного життя має бути значно вужчою – на чверть того, що було оцінено раніше.
Швітерман і його колеги також підрахували, що деякі екзопланети, ймовірно, мають вищий рівень чадного газу, оскільки вони обертаються навколо холодних зірок. Це накладає значне обмеження на зони проживання червоних карликів, на які припадає 75% зірок у Всесвіті – і які вважаються найімовірніше місце знайти планети земної (тобто скелястої) природи.
Діаграма, що зображує межі зони проживання (HZ) і те, як на них впливає тип зірки. Авторство: Wikipedia Commons/Честер Харман
Ці висновки можуть мати серйозні наслідки для того, що вчені вважають «потенційно придатним для проживання», не кажучи вже про межі зони проживання зірки. Як Швітерман пояснив :
«Один з наслідків полягає в тому, що ми не можемо очікувати знайти ознаки розумного життя або техносигнатури на планетах, що обертаються навколо пізніх карликів M, або на потенційно придатних для життя планетах поблизу зовнішнього краю їхніх зон життя».
Щоб ще більше ускладнити ситуацію, це дослідження є одним із кількох, які накладають додаткові обмеження на те, що останнім часом можна вважати придатними для життя планетами. Тільки в 2019 році було проведено дослідження, яке показує, що зоряні системи червоних карликів можуть не мати необхідного сирі матеріали щоб утворилося життя, і цей червоний карлик може не забезпечувати достатньо фотонів щоб відбувався фотосинтез.
Все це створює явну можливість того, що життя в нашій галактиці може бути рідкішим, ніж вважалося раніше. Але, звичайно, щоб знати з певністю межі придатності для проживання, буде потрібно більше досліджень. На щастя, нам не доведеться занадто довго чекати, щоб дізнатися, оскільки кілька телескопів наступного покоління почнуть працювати в найближче десятиліття.
До них належать Космічний телескоп Джеймса Вебба (JWST), Надзвичайно великий телескоп (ELT) і Гігантський телескоп Магеллана (GMT). Очікується, що ці та інші передові інструменти дозволять проводити набагато більш детальні дослідження та характеристики екзопланет. І коли вони це зроблять, ми матимемо краще уявлення про те, наскільки ймовірно життя там.
Подальше читання: Технологічний огляд MIT , arXiv