בעשורים האחרונים התגלו בתוך הגלקסיה שלנו אלפי כוכבי לכת חוץ-סולאריים. נכון ל- 28 ביולי 2018 אושרו בסך הכל 3,374 כוכבי לכת חוץ-סולאריים ב -2,814 מערכות פלנטריות. בעוד שרוב כוכבי הלכת הללו היו ענקי גז, מספר גדל והולך היה טבורי יבשתי (כלומר סלעי) ונמצא כי הם מסתובבים באזורם המוגן של הכוכבים שלהם (HZ).
עם זאת, כפי שמראה מערכת השמש, HZs אינם הכרחיים מכיוון שכוכב לכת יכול לתמוך בחיים. למרות שנוגה ומאדים נמצאים בקצה הפנימי והחיצוני של ה- HZ של השמש (בהתאמה), איש מהם אינו מסוגל לתמוך בחיים על פני השטח שלו. ועם התגלות של כוכבי לכת יותר פוטנציאליים למגורים כל הזמן, מחקר חדש מציע כי ייתכן שהגיע הזמן לשכלל את ההגדרה שלנו לאזורים ראויים למגורים.
המחקר שכותרתו "אזור מגורים מקיף יותר למציאת חיים בכוכבי לכת אחרים" הופיע לאחרונה ברשת. המחקר נערך על ידי ד"ר רעמסס מ. רמירז, מדען מחקר במכון מדעי כדור הארץ, במכון הטכנולוגי בטוקיו. ד"ר רמירז עוסק במשך שנים בחקר עולמות פוטנציאליים למגורים ובנה מודלים אקלימיים כדי להעריך את התהליכים שהופכים כוכבי לכת למגורים.
כפי שציין ד"ר רמירז במחקרו, ההגדרה הגנרית ביותר של אזור ראוי למגורים היא האזור המעגלי סביב כוכב בו טמפרטורות פני השטח בגוף המקיף יספיקו בכדי לשמור על מים במצב נוזלי. עם זאת, אין זה אומר כי כוכב לכת הוא ראוי למגורים, ויש לקחת בחשבון שיקולים נוספים כדי לקבוע אם חיים באמת יכולים להתקיים שם. כפי שד"ר רמירז אמר למגזין החלל באמצעות הדוא"ל:
"הגלגול הפופולרי ביותר של ה- HZ הוא ה- HZ הקלאסי. הגדרה קלאסית זו מניחה כי גזי החממה החשובים ביותר בכוכבי לכת שעלולים להיות מיושבים הם פחמן דו חמצני ואדי מים. זה גם מניח שההתמדה בכוכבי לכת כאלה נשמרת על ידי מחזור הפחמן-סיליקט, כמו שקורה לכדור הארץ. בכוכב הלכת שלנו, מחזור הסיליקט הפחמתי מופעל על ידי טקטוניקת צלחות.
"מחזור הפחמן-סיליקט מווסת את העברת הפחמן הדו-חמצני בין האטמוספרה, פני השטח והפנימה של כדור הארץ. הוא פועל כתרמוסטט פלנטרי לאורך טווחי זמן ארוכים ומבטיח כי אין יותר מדי CO2 באטמוספרה (הכוכב מתחמם מדי) או מעט מדי (כוכב הלכת מתקרר מדי). ה- HZ הקלאסי גם מניח (בדרך כלל) כי כוכבי לכת המיועדים למגורים מחזיקים מלאי מים מלאים (למשל, סך כל המים באוקיינוסים ובים) הדומים בגודלם לזו על פני כדור הארץ. "
זה מה שאפשר להתייחס אליו כאל גישת "פרי תלוי נמוך", שם מדענים חיפשו סימני יכולת להתבסס על מה שאנו כבני אדם מכירים ביותר. בהתחשב בעובדה שהדוגמה היחידה שיש לנו להתייעלות היא כדור הארץ, מחקרי אקסופלטים התמקדו במציאת כוכבי לכת שהם "דמויי אדמה" בהרכב (כלומר סלעי), מסלול וגודל.
עם זאת, בשנים האחרונות הגדרה זו באה לאתגר על ידי מחקרים חדשים יותר. מכיוון שמחקרי הניתוח התרחקו רק מאיתור ואישוש קיומם של גופים סביב כוכבים אחרים ועברו לאפיון, צצו ניסוחים חדשים של HZs שניסו לתפוס את המגוון של עולמות שניתן יהיה למגורים בהם.
כפי שהסביר ד"ר רמירז, הניסוחים החדשים יותר הללו החמיאו לתפיסות המסורתיות של HZs בהתחשב בכך שלכוכבי לכת ראויים למגורים יש יצירות אטמוספריות שונות:
"למשל, הם רואים את ההשפעה של גזי חממות נוספים, כמו CH4 ו- H2, ששניהם נחשבו חשובים לתנאים מוקדמים גם על פני כדור הארץ וגם על מאדים. תוספת גזים אלה הופכת את האזור למגורים לרחב יותר ממה שניתן היה לחזות בהגדרת HZ הקלאסית. זה נהדר, מכיוון שכוכבי לכת שנחשבו להיות מחוץ ל- HZ, כמו TRAPPIST-1h, עשויים להיות עכשיו בתוכו. כמו כן נטען כי כוכבי לכת עם אטמוספרות CO2-CH4 צפופות בסמוך לקצה החיצוני של ה- HZ של כוכבים חמים יותר עשויים להיות מאוכלסים מכיוון שקשה לקיים אטמוספרות כאלה ללא נוכחות חיים. "
מחקר אחד כזה נערך על ידי ד"ר רמירז וליסה קלטנגר, פרופסור חבר במכון קרל סייגן באוניברסיטת קורנל. על פי עיתון שהפיקו בשנת 2017, שהופיע ב- מכתבי כתבי עת אסטרופיסיים,ציידי exoplanet יכלו למצוא כוכבי לכת שיום אחד יהפכו למגורים על בסיס נוכחות של פעילות וולקנית - דבר שניתן יהיה להבחין בהם בנוכחות גז מימן (H2) באטמוספירה שלהם.
תיאוריה זו היא הרחבה טבעית של החיפוש אחר תנאים "דמויי כדור הארץ", הרואה כי האטמוספרה של כדור הארץ לא הייתה תמיד כפי שהיא כיום. בעיקרון, מדענים מכוכבי לכת משערים שלפני מיליארדי שנים, האטמוספירה הקדומה של כדור הארץ הייתה בשפע של גז מימן (H2) בגלל התייבשות געשית ואינטראקציה בין מולקולות מימן וחנקן באטמוספרה זו היא שהחזיקה את כדור הארץ מספיק זמן על מנת שהחיים יתפתחו.
במקרה של כדור הארץ, מימן זה ברח בסופו של דבר לחלל, מה שלפי ההערכות הוא המקרה לכל כוכבי הלכת היבשתיים. עם זאת, בכוכב לכת שיש בו מספיק פעילות וולקנית ניתן היה לשמור על נוכחותו של גז מימן באטמוספרה, ובכך לאפשר אפקט חממה שישמור על חום משטחים שלהם. מהבחינה הזו, נוכחות של גז מימן באטמוספירה של כוכב לכת עשויה להאריך את ה- HZ של הכוכב.
לדברי רמירז, ישנו גם גורם הזמן, אשר בדרך כלל לא נלקח בחשבון בעת הערכת רמת ה- HZ. בקיצור, כוכבים מתפתחים עם הזמן ומוציאים רמות קרינה משתנות בהתאם לגילם. זה משפיע לשנות את המיקום אליו מגיע ה- HZ של כוכב, שאולי לא מקיף כוכב לכת שנחקר כעת. כפי שהסביר רמירז:
"[אני] הוכח כי גמדי M (כוכבים ממש מגניבים) כה כהים וחמים כשהם נוצרים לראשונה שהם יכולים לייבש כל כוכבי לכת צעירים שלימים נקבעים להיות ב- HZ הקלאסי. זה מדגיש את הנקודה כי רק מכיוון שכוכב לכת נמצא כיום באזור המגורים, זה לא אומר שהוא בעצם ניתן למגורים (קל וחומר המיושב). עלינו להיות מסוגלים להיזהר מהמקרים הללו.
לבסוף, ישנו סוגיה של סוגים של אסטרונומים של מערכות כוכבים שצפו במצוד אחר exoplanets. בעוד שסקרים רבים בדקו כוכב ננסי צהוב מסוג G (וזה מה שמש שלנו), מחקרים רבים התמקדו בכוכבי סוג M (גמד אדום) של מאוחר בגלל אריכות החיים שלהם והעובדה שהם האמינו שהם הכי הרבה ככל הנראה מקום למצוא כוכבי לכת סוערים שמקיפים את שטח הכוכבים שלהם.
"בעוד שרוב המחקרים הקודמים התמקדו במערכות של כוכב יחיד, עבודות אחרונות מראות כי ניתן למצוא כוכבי לכת ראויים למגורים במערכות כוכב בינאריות או אפילו מערכות ענקיות או גמדיות אדומות או לבנות. כוכבי לכת שעלולים להתממש בהם עשויים גם הם לקבל צורה של עולמות מדבריים או אפילו עולמות אוקיינוסים הם הרבה יותר רטובים מכדור הארץ, "אומר רמירז. "ניסוחים כאלה לא רק מרחיבים מאוד את מרחב הפרמטרים של כוכבי לכת שעלולים לחפש אותם, אלא הם מאפשרים לנו לסנן את העולמות שהכי סביר (ופחות) לארח חיים."
בסופו של דבר, מחקר זה מראה כי ה- HZ הקלאסי אינו הכלי היחיד בו ניתן להשתמש בכדי להעריך את האפשרות לחיים חוץ-ארציים. כיוון שכך, ממליץ רמירז כי בעתיד, אסטרונומים וציידים מהאקס-פלנט ימלאו את ה- HZ הקלאסי בשיקולים הנוספים שהעלו ניסוחים חדשים אלה. בכך הם עשויים רק להיות מסוגלים למקסם את סיכוייהם למצוא חיים ביום מן הימים.
"אני ממליץ למדענים להקדיש תשומת לב מיוחדת ממש לשלבים המוקדמים של מערכות פלנטאריות מכיוון שזה עוזר לקבוע את הסבירות שכוכב שנמצא כיום באזור המגורים של ימינו אכן שווה ללמוד יותר לעדויות נוספות לחיים," אמר. "אני גם ממליץ להשתמש בהגדרות ה- HZ השונות יחד כדי שנוכל לקבוע בצורה הטובה ביותר אילו כוכבי לכת עשויים לארח את החיים. כך נוכל לדרג את כוכבי הלכת האלה ולקבוע על אילו להעביר את מרבית הזמן והאנרגיה של הטלסקופ שלנו. לאורך הדרך נבדוק עד כמה תפיסת ה- HZ תקפה, כולל קביעה עד כמה אוניברסלי מחזור הפחמן-סיליקט הוא בסולם קוסמי. "
