Ученые идентифицировали более 4000 подтвержденных планет за пределами нашей Солнечной системы. Теперь исследования показывают, что некоторые из этих экзопланет могут быть более гостеприимными для жизни, чем сама Земля.
Поскольку эти планеты находятся так далеко-сотни, даже тысячи световых лет-ученые в основном узнают о них через дистанционные наблюдения, используя телескопы и другое оборудование. Но чтобы понять больше об их характеристиках и о том, могут ли они принимать жизнь, Исследователи разработали сложные планетные модели.
Существующие модели, как правило, упускают из виду динамику океана или роль, которую океаны играют в транспортировке тепла вокруг планеты и регулировании ее климата. На Земле эта динамика имеет решающее значение для определения «продуктивности и распределения жизни сегодня и на протяжении всей истории планеты», согласно исследованию, представленному геохимиком Чикагского университета Стефани Олсон на недавнем геохимическом Конгрессе Goldschmidt в Барселоне.
«Поиск жизни за пределами нашей Солнечной системы сосредоточился на планетах с потенциалом океанов на их поверхности, потому что жизнь, как мы знаем, требует жидкой воды», — сказал Олсон «Ньюсуик» . «Однако океаны являются динамичными средами обитания, и жизнь предъявляет дополнительные требования к своей окружающей среде. Особое значение на Земле имеют такие питательные вещества, как фосфат, который является ключевым компонентом ДНК. Фосфат и другие питательные вещества, как правило, гравитационно накапливаются на глубине в океане Земли, потому что мертвые клетки тонут через толщу воды.»
«По этой причине распределение и активность жизни в нашем океане контролируются океанской циркуляцией, которая переносит богатые питательными веществами воды с глубины на бедную питательными веществами поверхность», — сказала она в процессе, известном как апвеллинг. «Это будет справедливо и для фотосинтетических биосфер на других планетах. Мы знаем, что атмосферная циркуляция резко отличается среди обитаемых планет—но детали океанической циркуляции на других планетах и ее последствия для снабжения питательными веществами никогда не изучались. В нашем исследовании рассматривается этот критический вопрос.»
Эта концепция художника показывает, как может выглядеть планетная система TRAPPIST-1, основанная на доступных данных о диаметрах, массах и расстояниях планет от звезды-хозяина по состоянию на февраль 2018 года. Три из семи экзопланет находятся в «обитаемой зоне», где возможна жидкая вода. NASA/JPL-Caltech
Олсон и ее коллеги исследовали динамику океана среди множества различных экзопланет, используя систему, известную как ROCKE-3D, чтобы определить, какие типы имеют наибольший океанический апвеллинг и поэтому могут содержать наиболее активные биосферы. Программное обеспечение, разработанное НАСА, позволяет ученым моделировать климат и океаническую среду экзопланет.
Олсон систематически варьировал ключевые свойства планет в модели, включая поверхностное давление, скорость вращения, радиус, соленость океана и количество звездной энергии, которую получает планета, а затем количественно определил, как в ответ на это изменяются модели циркуляции океана.
Моделирование показало, какие виды экзопланет с большей вероятностью поддерживают правильные условия для «глобальной изобильной и активной жизни».»
«Мы обнаружили, что характер циркуляции океана будет отличаться среди обитаемых планет—и эти различия могут быть биологически важными», — сказал Олсон. «Высокие поверхностные давления и медленные скорости вращения по сравнению с Землей усиливают апвеллинг океана, и таким образом увеличивают потенциал для пополнения питательных веществ. Прибрежный апвеллинг особенно важен для переработки питательных веществ, и поэтому планеты, на которых отсутствуют континенты, могут быть плохими местами для жизни.»
«Это удивительное заключение», — сказала она. «Модели циркуляции океана могут позволить жизнь, которая более обильна или более активна, чем жизнь на Земле. Это означает, что некоторые планеты могут содержать жизнь, которую будет легче обнаружить, чем жизнь на земле-близнеце.»
Результаты могут иметь значительные последствия для поиска внеземной жизни, добавила она. -В поисках жизни за пределами нашей Солнечной системы наиболее перспективными планетами могут оказаться не близнецы Земли.»
Олсен признает, однако, что ее гипотеза может быть проверена только с помощью телескопов следующего поколения, которые еще не работают.
«У нашей технологии всегда будут ограничения, поэтому жизнь почти наверняка более распространена, чем» обнаруживаемая » жизнь, — сказала она. «Это означает, что в нашем поиске жизни во Вселенной мы должны нацелиться на подмножество обитаемых планет, которые будут наиболее благоприятны для больших, глобально активных биосфер, потому что это планеты, где жизнь будет легче всего обнаружить—и где отсутствие обнаружения будет наиболее значимым.»
«В идеале эта работа будет информировать дизайн телескопа, чтобы гарантировать, что будущие миссии—такие как предлагаемые концепции телескопа LUVOIR или HabEx—имеют правильные возможности; теперь мы знаем, что искать, поэтому нам нужно начать искать.»
Дуглас Гобей, профессор физики из Университета Род-Айленда, высоко оценил работу Олсона.
«Жидкая вода является лакмусовой бумажкой для пригодности жизни, как мы ее знаем в настоящее время», — сказал Гобейль, который не участвовал в исследовании «Ньюсуик» . — Исследование доктора Олсона предлагает более четко сфокусироваться на том, какой из этих миров обладает наибольшим потенциалом для рождения, эволюции и поддержания жизни. Эта работа расширяет поле миров, на которых может возникнуть жизнь, предполагая, что Близнецы на Земле могут производить жизнь, но другие могут сделать это с большей готовностью.»
«Будет интересно посмотреть, как эта работа повлияет на мириады кандидатов на жизнь, в том числе на суперземлях»,-сказал он. «Эти планеты, с массами в 2-10 раз больше земной и, возможно, до 25 процентов больше в радиусе, с их повышенной гравитацией, могут иметь поверхности, более похожие на большие островные цепи по сравнению с многочисленными наземными массами Земли над уровнем моря. Хотя в Солнечной системе нет сверхземель, это исследование будет еще больше влиять на поиск жизни в потенциальных мирах ближе к Земле с жидкими океанами, такими как спутники Юпитера Европа и спутники Сатурна Энцелад и Титан.»
Гобейль отмечает, что это исследование, вероятно, будет представлять большой интерес для предстоящих миссий космических аппаратов на Европу, включая миссию Европейского космического агентства JUICE (Jupiter Icy moons Explorer) и миссию НАСА Europa Clipper.
Терри Освальт, профессор физики авиационного университета Эмбри-Риддл во Флориде, сказал, что Олсон и ее команда делают «очень интересный момент», что окружающая среда Земли может быть не оптимальной для жизни.
«С одной стороны, человеческая деятельность влияет на наш климат, и не очень хорошо», — сказал Освальт «Ньюсуик» . «Кроме того, Земля имеет естественные циклы, такие как ледниковые периоды, внезапные события, такие как огромные вулканические взрывы, постепенный дрейф континентов и т. д. это заставляет нашу окружающую среду меняться. Группа Олсона исследовала, как океаны влияют на обитаемость планет земного типа. Циркуляция океанской воды, тепло, которое она может удерживать или выделять, химические вещества, которые она может растворять или выделять в окружающую среду, — все это способствует обитаемости. Быть теплым и иметь жидкую воду-это только два из многих важных факторов возможного возникновения жизни.»
«Модели Олсона показывают, что океаны оказывают сильное влияние на то, какие планеты внутри обитаемой зоны их родительской звезды могут быть или не быть обитаемыми», — сказал он. «Полученные результаты помогут астрономам сосредоточить свои исследования в первую очередь на наиболее вероятных «земных» экзопланетах. Это также может помочь нынешним климатологам лучше понять, как бороться с нашей проблемой глобального потепления.»
Освальт сказал, что тот факт, что дюжина или около того тел в Солнечной системе-как Европа-похоже, имеют ледяные корки, защищающие глубокие теплые океаны, предполагает, что жизнь, скорее всего, может быть найдена на планетах или лунах, которые кажутся необитаемыми на первый взгляд.
«До сих пор у нас нет технологии для детального изучения влияния океанов на другие планеты, поэтому Земля и ее океаны обеспечивают лучший способ проверить такие модели», — сказал он. «Интересно наблюдать, как астрономия, биология, химия, геология, океанография и физика сходятся на таких глубоких вопросах, как то, где мы должны искать жизнь вне—и в других местах внутри—Солнечной системы.»
Космический телескоп НАСА имени Джеймса Уэбба, преемник космического телескопа Хаббла, как ожидается, запустится в 2021 году и в конечном итоге покажет характеристики экзопланет в беспрецедентных деталях, что позволит астрономам определить, сколько из них имеют океаны, подобные Земле.
https://www.newsweek.com/planets-alien-life-solar-system-scientists-1455729
Загрузка...
