MEELDETULETUS: – Universe Today korraldab neljapäeval, 15. oktoobril intervjuu dr Dirk Schulze-Makuchiga, käesolevas artiklis käsitletud uuringu kaasautoriga.th, 2020 kell 8:30 PT. Otseülekande vaatamiseks või salvestatud voogu hiljem vaatamiseks klõpsake alloleval videol
Maa maandamine
Mis planeet see on?
c. NASA
Kui sa ütlesid Hoth , see on hea oletus. Kuid tegelikult on see Maa kujutatud ühes kahest teadaolevast 'lumepall' osariigid. Kogu planeedi pind oli krüogeeni perioodil 650 miljonit aastat tagasi ja Huroni jäätumise ajal 2 – 2,4 miljardit aastat tagasi liustikujää alla lukustatud.
Elamiskõlblikkuse kaalumisel kaldume kasutama Maad universumi planeetide kuldstandardina. Kuid isegi Maa elamiskõlblikkus on kataklüsmiliste sündmuste või kliimamuutuste tõttu ohustatud. Veelgi enam, mis siis, kui on planeete, mis on Maast väljas planeedist Maa, olles Maa sarnased – paremini optimeeritud mitmekesise ja keeruka elu arenguks? Sees uus uuring , autorid Dirk Schulze-Makuch, Berliini Tehnikaülikooli astronoomia ja astrofüüsika keskuse professor; astrofüüsik René Heller Max Plancki päikesesüsteemi uurimise instituudis; ja Edward Guinan, Villanova ülikooli astronoomiaosakonna professor, ütlevad:
'Asjaolu, et Maa kubiseb elust, muudab veidraks küsida, kas meie galaktikas võiks olla teisi planeete, mis võiksid olla eluks sobivamad.'
Schulze-Makuch, Heller ja Guinan 2020
Aga see, mida autorid on püüdnud leida – planeedid, mis on veelgi elamiskõlblikumad kui Maa või'Super elamiskõlbulik'
Planeedijaht
Uuringus uuriti üleelamiskõlblike maailmade otsimisel 4000+ kinnitatud planeeti ja planeedikandidaati, mis olid KOI (Kepler Object of Interest) andmebaasis. Kepler on planeetide jahi teleskoop käivitati 2009. aastal, otsides planeete väljaspool meie päikesesüsteemi ehk eksoplaneete. Kuigi on ebatõenäoline, et meie Päike oli ainus planeetidega täht, ei olnud meil lõplikke tõendeid eksoplaneetide olemasolu kohta enne 1992. aastat, kui leidsime mitu ümber tiirlevat neutrontähte. B1257+12 . Vaid mõne aasta jooksul pärast käivitamist avastas Kepler selle abil tuhandeid teisi 'transiidi meetod.' Kepler tuvastab kaugete maailmade heidetud varjud, kui need ristuvad meie vaateväljast oma ematähtedele (transiit), mis blokeerivad osa tähevalgusest. Kepler võttis osa taevast Cygnuse ja Lyra tähtkujude lähedal ning kinnitas, et universumil on tõenäoliselt isegi rohkem planeete kui tähtedel. Muidugi tahame teada, kas elu võib nendes maailmades eksisteerida? Kas nad on elamiskõlblikud? Kas nad on potentsiaalsedrohkemelamiskõlbulik kui meie maailm?
Kunstnik kujutab Keplerit planeetide transiite nägemas. Kepler näeb maailmade varje, kui need ületavad oma kaugete tähtede nägu ja mõõdab tähtede heleduse langust – c. NASA
Elu nagu me seda teame…
'Elamiskõlbuliku' defineerimisel räägime tegelikult eluaegsest elamiskõlblikkusestnagu me seda teamesest see on meil ainus näide. Autorid kasutasid loendit keskkonnatingimustest, mis piiravad elu biokeemiat Maal, sealhulgas temperatuuri, pH-d, vett, hapnikku, rõhku, kiirgust ja vahemikke, milles elu elab. Näiteks mõned olendid, kes elavad 11 100 meetri sügavuses Mariaani süvikus, meie ookeanide sügavaimas punktis, on allutatud tuhandeid kordi suuremale survele kui planeedi pinnal, kuid elu eksisteerib mõlemas kohas. Siiski ei saa me veel mõõta kõiki neid tingimusi kauges maailmas meie planeedi samade üksikasjadega. Selle asemel püüame välja selgitada, millised üldised eeldused viisid Maa elamiskõlblikkuseni, ja rakendada neid kaugetes maailmades. Mida me saame näha, on eksoplaneet tiirleva tähe tüüpi, kui eksoplaneet tiirleb oma tähe ümber kaugel, et säilitada vedelat vett soodustavat temperatuuri (mida nimetatakse elamiskõlblikuks tsooniks), eksoplaneedi massi ja vanuse hinnangut. eksoplaneedist ja peremeestähest.
Superelamistingimused
Vanemtäht:
Meie päike on kääbusklassi G täht või 'dG', mida mõnikord nimetatakse ka kollaseks kääbuseks. Kuna me oleme siin ja tiirleme selle tähe ümber, võib järeldada, et G-klassi tähed sobivad ideaalselt keeruka elu arenguks. Kuid keeruline elu nõudis enam kui 3 miljardi aasta pikkust evolutsiooni. Tehnoloogiline eluiga nõudis 4 miljardit. Vaadates meie Päikese elutsüklit, saime sellest vaevalt hakkama. Meie Päikesel on jäänud 5 miljardit aastat vesinikkütuse ammendumiseni, kuid selle käigus ta soojeneb ja aurustab Maa ookeane veel vaid ühe miljardi võrra – see on murdosa kogu ajast, mis meil evolutsiooni käigus kulus. Massiivsemad tähed; klass F, A, B ja O; tühjendavad oma vesinikku palju kiiremini – mõned 5 miljardi aasta või isegi vaid mõne miljoni aasta pärast –, jättes elule vähe ruumi arenemiseks… või isegi alguseks. Meie Päikesest vähem massiivsed tähed, K- ja M-klassid, elavad kauem, pakkudes oma päikesesüsteemi planeetidel rohkem aega evolutsiooniks. M-klassi tähed, mis on võimelised põlema suurusjärgus sadu miljardeid kuni triljoneid aastaid, on aga varustatud hoiatustega. Nende madal energiatootlus nõuab, et planeedid tiirleksid nii tihedalt, et säilitada vedelat vett soodustavat temperatuuri, et nad 'looduslikult lukustuks'. Planeedi üks külg on gravitatsiooni poolt lukustatud, et olla alati suunatud tähe poole – täpselt nagu meie Kuu on loodete tõttu Maaga lukustatud. Temperatuuri kõikumised loodetega lukustatud planeedil oleksid äärmuslikud ühelt poolt teisele. Lisaks muudab planeedi lähedus tähele selle haavatavaks intensiivsete päikesekiirguse puhangute suhtes. supertuled ja päikesetormid. Nii et M on ilmselt väljas. See jätab K-klassi tähed, mis on G-st veidi allapoole jääv kaaluklass, mis autorite sõnul 'võib pakkuda ülielamiskõlblike planeetide jaoks kõige soodsamat keskkonda'. Statistiliselt on see hea uudis, kuna K-tähed moodustavad meie galaktika tähtedest suurema protsendi kui G – 12% vs 8%.
Mass:
Lisaks sellele, et Maa ei tiirle ümber kõige optimaalsema tähe, ei pruugi see olla ka optimaalne mass maapealse elu kandva planeedi jaoks. Rohkem massi tähendab suuremat pindala. Suurem pindala tähendab rohkem ruumi elule arenemiseks ja paksemat atmosfääri tänu suurenenud gravitatsioonile. Kuid jõuate kriitilise piirini. Planeedid, mis on Maa massist üle 1,5 korra suuremad, võivad tegelikult olla kauged gaasihiiglased, mida klassifitseeritakse 'Mini Neptuuniks'. Kui need on tegelikult maapealsed maailmad, mille mass on suurem kui 1,5 Maa massi, võib suurenenud gravitatsioon takistada laamtektoonika mehaanikat, Maa maismaamasside liikumist, mis on oluline pinna toitainete ringlussevõtuks maavärinate ja vulkanismi kaudu (näiteks Marsil puudub protsess). Laamtektoonika jaotab ühtlaselt ka maad ja vett. Minevikus oli Maa üksik superkontinentPangeakujutasid endast maismaa kõrbeid, kuna mandri kesksed piirkonnad asusid ookeaniveest kaugel, mille tulemuseks oli praegusest mandrikonfiguratsioonist kehvem elamiskõlblikkus. Suurema massiga planeet lukustab ka rohkem soojust oma tuuma, mis juhib tektoonilist aktiivsust pikemaks ajaks. Lisaks tekitab pöörlev sula planeedi tuum planeedi ümber kaitsva magnetvälja, nagu meie magnetväli kaitseb meid päikesekiirguse eest (nähtav aurora ajal). Autorid asuvad elama maapealsele planeedile, mis on 1,5 korda suurem kui Maa mass ja ligikaudu 10% suurem.
Animatsioon superkontinendi Pangea lagunemisest laamtektoonika kaudu miljonite aastate jooksul -
c. USGS avalik domeen
Temperatuur:
Planeedi temperatuur ja temperatuuri kõikumised sõltuvad enamasti kaugusest algtähest ja planeedi telje kaldest. Ideaalse temperatuuri ja stabiilse telje kalde saavutamiseks peab planeet asuma tähe elamiskõlblikus tsoonis, kus pinnal oleks vedel vesi (nagu Maa puhul) ja sellel oleks suur kuu. Kuu gravitatsiooniline tõmme Maale vähendab meie planeedi 'võnkumist'. Nagu vurr, kõigub meie Maa ümber oma telje, mis tähendab, et umbes 13 000 aasta pärast on Põhjanael Vega, mitte Polaris täht, kuna suund, millesse põhjapoolus osutab, triivib üle taeva. Ilma Kuu ankurdusefektita oleks Maa telje kõikumine palju suurem. Suured nihked planeedi aksiaalses kaldenurgas võivad põhjustada äärmuslikke temperatuuri- ja kliimamuutusi massilise väljasuremise korral . Teame ka, et kõige soojemad ja niiskemad paigad Maal on need, kus leiame suurima biomassi ja bioloogilise mitmekesisuse – nimelt vihmametsad. Maa ajaloo soojemad ja niiskemad ajastud olid sünonüümiks ka suurtele eluplahvatustele, nagu süsiniku periood 350 miljonit aastat tagasi, mil globaalne keskmine temperatuur oli 5 kraadi soojem kui praegu. Seega otsime elamiskõlblikust tsoonist niiskeid eksoplaneete, mille keskmine globaalne temperatuur on 5 kraadi soojem kui praegusel Maal ja millel on suur kuu.
Vanus:
Elu sai alguse umbes 700 miljonit aastat pärast Maa teket. Kuid keeruka mitmerakulise elu arendamiseks kulus eoneid rohkem aega. Kui aega on rohkem, on evolutsioonil rohkem võimalusi eluviiside proovimiseks. Pole selge, milline on optimaalne aeg keeruliseks eluks arenemiseks, kuid soovite võimalikult palju aega, enne kui planeedi tuum jahtub või ematäht oma kütuse ammendab. Lisaks suurendab liiga palju aega võimalust, et antud planeet satuvad juhuslikele kataklüsmilistele sündmustele, nagu komeedi kokkupõrked. Autorid valivad vanuseks 5–8 miljardit aastat ja Maa 4,5 miljardit aastat.
Nende tingimustega jõuame ülielamiskõlblikule planeedile:
- Maapealne planeet, mis tiirleb K-klassi kääbus-ematähe elamiskõlblikus tsoonis – vs Maa G-kääbustäht
- 5-8 miljardit aastat vana – vs Maa 4,5 miljardit aastat vana
- 1,5 korda suurem kui Maa mass ja 10% suurem kui Maa
- Keskmine pinnatemperatuur 5 kraadi Celsiuse järgi soojem – sarnane Maa süsinikuperioodile
- Niiske atmosfäär 25–30% O2kontsentratsioon - sarnane ka Maa süsiniku atmosfääri O-ga2kontsentratsioonid (praegu oleme 21%)
- Laamtektoonika, mille tulemuseks on planeedi pinna toitainete ning vee ja maa ühtlaselt jaotunud ringlussevõtt. Tänu aktiivsele laamtektoonikale on planeedil tõenäoliselt ka pöörlev sulatuum, mis tekitab kaitsva magnetvälja
- Hoiab suurt kuud, mis moodustab 1–10% planeedi massist ja tiirleb 10–100 planeediraadiuse kaugusel – Maa Kuu on 1,2% Maa massist ja tiirleb umbes 60 Maa raadiusega.
Niisiis, kas on planeete, mis vastavad tingimustele!? See on kindel ... võib-olla. Me ei saa mõõta kõiki neid kriteeriume kaugustest, mida me praeguste tehnoloogiatega jälgime. Näiteks ei saa me veel kindlaks teha, kas eksoplaneedil on aktiivne laamtektoonika või kas sellel on kuu. Kuid me saame mõõta eksoplaneedi massi, olenemata sellest, kas see tiirleb elamiskõlblikus tsoonis, hinnata selle vanust ja klassifitseerida lähtetähte. Skaneerides 4000+ Kepleri planeeti ülielamiskõlblike kriteeriumide leidmiseks, leiavad autorid 24 maapealset kandidaati, mis vastavad vähemalt mõnele tingimusele. 9 orbiidil K tähte, 16 on 5–18 miljardi aasta vanused ja 5 on optimaalse temperatuuri vahemikus 10 kraadi. 24-st vastab ÜKS kõigile vaadeldavatele kriteeriumidele, KOI 5715.01, mis tiirleb ümber K-klassi oranži kääbustähe umbes 3000 valgusaasta kaugusel Maast.
joonisel fig. 1 Schulze-Makuchilt, Hellerilt ja Guinanilt 2020. Ligikaudu 4500 Päikesevälise planeedi ja Päikesevälise planeedi kandidaadi täheplaneetide kaugused (piki abstsisstelda) ja peremeestähe mass (piki ordinaati). Tähtede temperatuurid on tähistatud sümbolivärvidega (vt värviriba). Planetaarsed raadiused on kodeeritud sümbolite suurustesse (vt suurusskaalat allosas). Konservatiivne elamisvöönd, mis on määratletud niiske kasvuhoone ja kasvuhoone maksimaalsete piirnormidega (Kopparapu et al., 2013), on piiritletud mustade pidevate joontega. Nende piiride parameetrite määramiseks vajalikud tähtede heledused võeti Baraffe et al. (2015) massi funktsioonina, nagu on näidatud piki diagrammi ordinaati. Andmed alates exoplanets.org seisuga 20. mai 2019.
Kas keegi on kodus?
Kuigi kandidaatidel võivad olla ülielamiskõlblikkuse eeldused, me ei tea, kas nad on tegelikult asustatud. Kuigi me teame, milliseid tingimusi elu (nagu me seda teame) õitsenguks vajab, ei tea me, milliseid tingimusi on vajapäritoluelust.Kui aga pall veerema hakkab, näib elu olevat keerukuse suunas ajendatud.
Seotud uurimistöös, mille on kirjutanud ka Dirk Schulze-Makuch ja millega ühines MIT-i William Bains, väidavad nad, et kui elu algab planeedil, evolutsioon viib paratamatult keeruliste, makroskoopiliste vormideni arvestades elamiskõlblikke keskkonnatingimusi ja piisavalt aega. Schulze-Makuch ja Bains vaatasid läbi 'peamised uuendused' või elu peamised evolutsioonilised verstapostid Maal. Need verstapostid leidsid aset 'mitu korda sõltumatult väga erinevates organismirühmades', mis viitab sellele, et need uuendused pole evolutsiooniprotsessis, mis viib järjest keerulisemaks muutuva elu suunas, haruldased ega ainulaadsed. Ja kui need suured hüpped juhtuksid meie planeedil mitu korda, olenemata liigist või asukohast, võivad sarnased verstapostid aset leida ka teistes maailmades. Peamisi uuendusi katalüseerisid ka teistes maailmades levinud tingimused. Näiteks fotosüntees on loogiline evolutsiooniline hüpe, kuna elu jaoks kõige hõlpsamini saadav energiaallikas oleks tähevalgus planeedi pinnal. Võiksime siis eeldada, et tulnukate elu on samuti arenenud fotosünteesiks. Teised uuendused olid hapnikku tootvad bakterid, mis rikastasid meie atmosfääri O2 sisaldust, keeruline sisemine raku struktuur, keeruline geneetiline kodeerimine, hulkraksus, suured mitmerakulised organismid ja lõpuks tehnoloogilise luureni viiv intelligentsus. Kõigist elu uuenduslikest sammudest on kaks, mida me täielikult ei mõista, elu enda päritolu ja tehnoloogilise intelligentsuse areng – algus ja viimane. Väljaspool neid kahte uuendust järeldavad autorid, et kui piisavalt aega on antud, 'oleme kindlad, et seal, kus elu on tekkinud ja piisav energiavoog, leiame keerulise, loomataolise elu.' See ei pruugi olla tehnoloogiline loomaelu, kuid KUI elu sai alguse maailmas, ja eriti kui see maailm on ülielamiskõlblik, siis on suur tõenäosus, et selles maailmas elab keeruline loomaelu, kui elu areng Maal viitab sellele. Ja see on… vau.
Praegu ei asu ükski ülielamiskõlblikest kandidaatidest saja valgusaasta raadiuses, mis tähendab, et neid on raske üksikasjalikult uurida. Kuid arvestades teleskoopide, nagu eelseisvaid edusamme, James Webbi kosmoseteleskoop ja Starshade projekt , kui avastatakse mõni lähemal superelamiskõlblik kandidaat, julgustavad autorid seda lähemalt vaatama
'...seoses Päikesevälise elu otsimisega võivad potentsiaalselt ülielamiskõlblikud planeedid väärida jälgimisel kõrgemat prioriteeti kui enamik Maataolisi planeete.'
Schulze-Makuch, Heller ja Guinan 2020
Vahepeal on meile teada ÜKS maailm, kus on elu. Elamiskõlblikkuse osas teeme palju kahju. Kulus miljardeid aastaid, enne kui tingimused seadsid aluse meie Maale saabumiseks. Me muudame selle kõik kiiresti tagasi. Hellitagem Maad sama aukartuse ja aukartusega, nagu me tunnustaksime tema nõbu, kui leiaksime selle tähtede hulgast.
Rohkem uurida:
Universe Today intervjuu Dirk Schulze-Makuchiga
Otsides Maast paremat planeeti: ülielamiskõlbliku maailma parimad kandidaadid – Schulze-Makuch, Heller, Guinan 2020 (Pärisalane väljaanne)
Kui halvad on superpõletused planeedi elamisvõimele? – Universum täna
James Webb töötab suurepäraselt! Maapinnal. Järgmine trikk: tehke seda kosmosest – Universum täna
Äärmusliku kaldus variatsioonide mõju eksoplaneetide elamisvõimele – Amstrong et al 2014
Kepleri jaoks on see läbi. Kõigi aegade edukaimal Planet Hunteril on lõpuks kütus otsas ja see suleti – Universe täna Õhupallimissioon, mis võiks püüda kinnitada elu Veenusel – Universum täna
