Under de senaste decennierna har astronomer upptäckt många planeter som de tror är "jordliknande" i naturen, vilket innebär att de verkar vara markbundna (dvs. steniga) och kretsar om sina stjärnor på rätt avstånd för att stödja förekomsten av flytande vatten på deras ytor . Tyvärr har nyligen gjord forskning visat att många av dessa planeter i själva verket kan vara ”vattenvärlder”, där vatten utgör en betydande del av planetens massa.
För det vetenskapliga samhället tycktes detta tyder på att dessa världar inte kunde förbli bebodda mycket länge eftersom de inte skulle kunna stödja cykling av mineraler och gaser som håller klimatet stabilt på jorden. Enligt en ny studie från ett team av forskare från University of Chicago och Pennsylvania State University kan dessa "vattenvärldar" dock vara mer bebodda än vi tror.
Deras studie, med titeln "Habitability of exoplanet waterworlds", dykte nyligen upp i The Astrophysical Journal. Studien genomfördes av Edwin S. Kite, biträdande professor vid institutionen för geofysiska vetenskaper vid University of Chicago; och Eric B. Ford, professor vid Pennsylvania State University's Center for Exoplanets and Habitable Worlds, Institute for CyberScience och Pennsylvania State Astrobiology Research Center.
För sin studie konstruerade Kite och Ford modeller för steniga planeter som hade många gånger jordens vatten, med hänsyn till hur havstemperatur och kemi skulle utvecklas under en period på flera miljarder. Syftet med detta var att ta itu med några långsiktiga antaganden när det gäller planetenes levnadsförmåga. De främsta bland dem är att planeter måste ha liknande förhållanden som Jorden för att stödja livet under långa tidsperioder.
Till exempel har planeten Jorden kunnat upprätthålla stabila temperaturer under långa tidsskalor genom att dra ner växthusgaser till mineraler (vilket leder till global kylning) och värma upp sig själv genom att släppa ut växthusgaser via vulkaner. En sådan process skulle inte vara möjlig på vattenvärlden, där hela ytan (och till och med en betydande massfraktion) på planeten består av vatten.
På dessa världar skulle vatten förhindra upptag av koldioxid av stenar och undertrycka vulkanisk aktivitet. För att hantera detta inrättade Kite och Ford en simulering med tusentals slumpmässigt genererade planeter och spårade utvecklingen av deras klimat över tid. Det de fann var att vattenvärlden fortfarande skulle kunna upprätthålla temperaturjämvikt i miljarder år. Som Kite förklarade i ett nyligen pressmeddelande från UChicago News:
"Detta skjuter verkligen tillbaka mot idén att du behöver en jordklon - det vill säga en planet med lite land och ett grunt hav ... Överraskningen var att många av dem förblir stabila i mer än en miljard år, bara med tanke på dragningen. Vår bästa gissning är att den är i storleksordningen 10 procent av dem. "
För dessa planeter, som ligger precis på rätt avstånd från sina stjärnor, indikerade simuleringarna att det fanns rätt mängd kol närvarande. Och även om de inte hade tillräckligt med mineraler och element från jordskorpan upplöst i haven för att dra ut kol ur atmosfären, hade de tillräckligt med vatten för att cykla kol mellan atmosfären och havet. Denna process var tydligen tillräcklig för att hålla klimatet stabilt under flera miljarder år.
"Hur mycket tid en planet har är i princip beroende av koldioxid och hur den är uppdelad mellan havet, atmosfären och klipporna under de första åren," sade Kite. "Det verkar som om det finns ett sätt att hålla en planet beboelig på lång sikt utan den geokemiska cykeln vi ser på jorden."
Simuleringarna baserades på planeter som kretsade stjärnor som våra egna - stjärnor av G-typ (gul dvärg) - men resultaten var också optimistiska för stjärnor av M-typen (röd dvärg). Under de senaste åren har astronomer fastställt att dessa system lovar att främja liv på grund av deras naturliga livslängd och hur de blir ljusare långsammare med tiden - vilket ger livet mycket längre tid att dyka upp.
Medan röda dvärgar också är kända för att vara variabla och instabila jämfört med vår sol, vilket resulterar i många facklor som kan rensa bort en planetens atmosfär, är det faktum att en havsvärld skulle kunna cykla tillräckligt med kol för att hålla atmosfären vid en jämn temperatur uppmuntrande. Om man antar att några av planeterna som kretsar runt röda dvärgar har en skyddande magnetosfär, kan de också kunna upprätthålla livsförhållanden under långa perioder.
Under de senaste åren har flödet av exoplanetupptäckt orsakat fokus för exoplanetstudier att skiftas från detektion till karakterisering. Detta i sin tur har fått forskare att börja spekulera om de typer av förhållanden under vilka liv kan dyka upp och frodas. Medan "låghängande frukt" -metoden fortfarande är det primära sättet som används av forskare för att hitta potentiellt bebodda planeter - där forskare söker planeter som har liknande förhållanden som Jorden - är det uppenbart att andra möjligheter finns.
Under de kommande åren, med utbyggnaden av rymdbaserade teleskoper som James Webb rymdteleskop (JWST) och markbaserade teleskoper som Thirty Meter Telescope, Extremely Large Telescope och Giant Magellan Telescope, astronomer kommer att kunna karakterisera atmosfären i exoplaneter och bestämma om de verkligen är vattenvärldar eller planeter med kontinentala skorpor (som Jorden) ).
Samma teleskop tillåter också astronomer att söka efter biosignaturer i dessa atmosfärer, vilket inte bara hjälper till att avgöra om de är "potentiellt bebodda", utan "potentiellt bebodda".
