När de söker efter potentiellt bebodda exoplaneter tvingas forskare att ta den låghängande fruktmetoden. Eftersom jorden är den enda planeten vi känner till som kan stödja livet, kommer denna sökning i princip att leta efter planeter som är "jordliknande". Men vad händer om Jorden inte är mätstickan för bebörlighet som vi alla tenderar att tro att det är?
Det var ämnet för en grundföreläsning som nyligen hölls på Goldschmidt Geochemistry Congress, som ägde rum 18-18-23 i Barcelona, Spanien. Här förklarade ett team av NASA-stödda forskare hur en undersökning av vad som går ut på att definiera bebörliga zoner (HZs) visar att vissa exoplaneter kan ha bättre förutsättningar för att livet ska frodas än jorden själv har.
Presentationen baserades på en studie med titeln “A Limited Habitable Zone for Complex Life”, som dök upp i juni-numret av The Astrophysical Journal. Studien genomfördes av forskare från Caltech, NASA Goddard Institute for Space Studies, NASA Astrobiology Institute, NASA Postdoktoralt program, NExSS Virtual Planetary Laboratory, Blue Marble Space Institute of Science och flera universitet.
Som de indikerar i sin studie, definieras HZ: er ofta som avståndet från en värdstjärna inom vilken flytande vatten kan existera på ytan. Detta tar emellertid inte hänsyn till den atmosfäriska dynamiken som krävs för att säkerställa klimatstabilitet - som inkluderar en karbonatsilikatåterkoppling för att bibehålla yttemperaturer inom ett visst intervall.
Eftersom det bara finns indirekta metoder för att mäta hur förhållandena är på avlägsna exoplaneter, är astronomer beroende av sofistikerade modeller för planetklimat och evolution. Dr Stephanie Olson från University of Chicago (en medförfattare till studien) beskrev under sökningen för att identifiera de bästa miljöerna för livet på exoplaneter:
”NASAs sökning efter livet i universum fokuserar på så kallade Habitable Zone-planeter, som är världar som har potential för flytande vattenhav. Men inte alla hav är lika gästvänliga - och vissa hav kommer att vara bättre ställen att bo än andra på grund av deras globala cirkulationsmönster.
”Vårt arbete har syftat till att identifiera de exoplanetiska hav som har den största förmågan att vara värd för ett globalt rikligt och aktivt liv. Livet i jordens hav är beroende av våg (uppåt flöde) som återför näringsämnen från havets mörka djup till de solbelysta delarna av havet där fotosyntetiska liv lever. Mer uppbyggnad innebär mer tillförsel av näringsämnen, vilket innebär mer biologisk aktivitet. Dessa är de förutsättningar vi måste leta efter på exoplaneter.
För studiens skull modellerade Olsen och hennes kollegor vilka förhållanden som troligen skulle vara på olika typer av exoplaneter med ROCKE-3D-programvara. Denna allmänna cirkulationsmodell (GCM) har utvecklats av NASAs Goddard Institute for Space Studies (GISS) för att studera olika punkter i jordens historia och andra jordsystem från solsystemet (som Merkurius, Venus och Mars).
Denna programvara kan också användas för att simulera hur klimat och havsmiljöer skulle vara på olika typer av exoplaneter. Efter att ha modellerat olika möjliga exoplaneter (baserat på de över 4000 som hittills upptäckts) kunde de bestämma vilka typer av exoplaneter som är mest troliga att utveckla och upprätthålla blomstrande biosfärer.
Detta bestod av att använda en havscirkulationsmodell som identifierade vilka exoplaneter som skulle ha den mest effektiva uppbyggnaden och därmed kunna upprätthålla hav med gästvänliga förhållanden. Vad de fann var att planeter med högre atmosfärstäthet, långsammare rotationshastigheter och närvaron av kontinenter alla ger högre uppehållshastigheter.
En viktig takeaway härifrån är att Jorden kanske inte är optimalt bebodd, med tanke på dess ganska snabba rotationsgrad. "Detta är en överraskande slutsats", sade Dr. Olson, "det visar oss att förhållandena på vissa exoplaneter med gynnsamma havscirkulationsmönster kan vara bättre lämpade för att stödja liv som är mer rikligt eller mer aktivt än livet på jorden."
Det här är en typ av goda nyheter / dåliga nyheter. Å ena sidan splittra det på ett visst sätt illusionen om att Jorden är den standard genom vilken andra potentiellt bebodda exoplaneter kan mätas. Å andra sidan indikerar det att livet kan vara mer rikligt i vårt universum än tidigare konservativa uppskattningar skulle indikera.
Men som Olsen antydde kommer det alltid att finnas ett gap mellan livet och det som kan upptäckas av oss på grund av begränsningar i vår teknik. Denna studie är därför betydelsefull i det att den uppmuntrar astronomer att rikta sina ansträngningar mot delmängden exoplaneter som troligen kommer att gynna "stora, globalt aktiva biosfärer där livet är lättast att upptäcka - och där icke-upptäckt kommer att vara mest meningsfullt".
Detta kommer att vara möjligt under det kommande decenniet tack vare införandet av nästa generations teleskoper som James Webb rymdteleskop (JWST), som astronomer förväntar sig att vara avgörande för att karakterisera atmosfärer och ytmiljöer på exoplaneter. Andra teleskop, som fortfarande finns på ritbordet, skulle kunna gå ännu längre - delvis tack vare studier som denna.
"Helst detta arbete kommer att informera teleskopdesign för att säkerställa att framtida uppdrag," sade Dr. Olson, "såsom de föreslagna LUVOIR- eller HabEx-teleskopkoncepten har rätt kapacitet; nu vet vi vad vi ska leta efter, så vi måste börja leta.
När det gäller att leta efter bevis på liv bortom vårt solsystem (eller inom det) kan det vara ännu viktigare att veta vad man ska leta efter än att ha de mest sofistikerade verktygen att göra det med. Under de kommande åren kommer astronomer att ha fördelen med den senaste tekniken och förbättrade metoder och använder allt vi hittills har lärt oss för att hitta bevis på annat liv än vårt eget.
