למרות אלפי האקסופלאנטים שהתגלו על ידי אסטרונומים בשנים האחרונות, קביעת האם מישהו מהם ראוי למגורים או לאו הוא אתגר גדול. מכיוון שאיננו יכולים ללמוד ישירות את כוכבי הלכת הללו, המדענים נאלצים לחפש אינדיקציות עקיפות. אלה ידועים כביגינורות, המורכבים מתוצרי הלוואי הכימיים שאנו מקשרים לחיים אורגניים המופיעים באטמוספירה של כדור הארץ.
מחקר חדש שנערך על ידי צוות מדעני נאס"א מציע שיטה חדשה לחיפוש אחר סימני חיים פוטנציאליים מעבר למערכת השמש שלנו. המפתח, הם ממליצים, הוא לנצל סערות כוכבים תכופות מכוכבי ננס צעירים וקרירים. סערות אלה מפילות עננים ענקיים של חומר מהממים וקרינה לחלל, מקיימים יחסי גומלין עם אטמוספרות exoplanet ומייצרים ביו-חתימות שניתן לאתר.
המחקר, שכותרתו "משואות חיים אטמוספריות מ Exoplanets סביב G ו- K Stars", הופיע לאחרונה ב דוחות טבע מדעיים. בראשותו של ולדימיר ס. אייראפטיאן, אסטרופיזיקאי בכיר בחטיבת מדעי הליופיסיקה (HSD) במרכז טיסת החלל גודארד נאס"א, כלל הצוות חברים ממרכז המחקר לאנגלי של נאס"א, ממערכות המדע והיישומים המאוחדים (SSAI) והאוניברסיטה האמריקאית. .
באופן מסורתי, חוקרים חיפשו סימנים של חמצן ומתאן באטמוספרות האקסופלטות, מכיוון שמדובר בתוצרי לוואי ידועים של תהליכים אורגניים. עם הזמן גזים אלה מצטברים ומגיעים לכמויות שניתן היה לאתר באמצעות ספקטרוסקופיה. עם זאת, גישה זו גוזלת זמן ומחייבת את האסטרונומים לבלות ימים בניסיון להתבונן בספקטרום מכוכב לכת מרוחק.
אך לטענת אייראפטיאן ועמיתיו, ניתן לחפש חתימות גסות יותר על עולמות פוטנציאליים למגורים. גישה זו תסתמך על טכנולוגיה ומשאבים קיימים ותיקח פחות זמן משמעותית. כפי שהסביר Airapetian בהודעה לעיתונות של נאס"א:
"אנו מחפשים אחר מולקולות הנוצרות מדרישות קדם בסיסיות לחיים - במיוחד חנקן מולקולרי, המהווה 78 אחוז מהאטמוספירה שלנו. אלה מולקולות בסיסיות ידידותיות לביולוגיה ובעלי כוח פולט אינפרא אדום חזק, מה שמגדיל את הסיכוי שלנו לאתר אותן. "
על ידי שימוש בחיים על כדור הארץ כתבנית, Airapetian וצוותו עיצבו שיטה חדשה למראה או סימנים של תוצרי לוואי אדי מים, חנקן וחמצן באטמוספרות exoplanets. אולם הטריק האמיתי הוא לנצל את סוגי אירועי מזג האוויר הקיצוניים בחלל המתרחשים עם כוכבי ננס פעילים. אירועים אלה, החושפים את האטמוספרה הפלנטרית לפרצי קרינה, גורמים לתגובות כימיות שאסטרונומים יכולים לנקוט בהן.
כשמדובר בכוכבים כמו השמש שלנו, גמד צהוב מסוג G, אירועי מזג אוויר כאלה שכיחים כאשר הם עדיין צעירים. עם זאת, ידוע שכוכבים צהובים וכתומים אחרים נשארים פעילים במשך מיליארדי שנים, ומייצרים סערות של חלקיקים אנרגטיים וטעונים. וכוכבי סוג M (גמד אדום), הסוג הנפוץ ביקום, נשארים פעילים לאורך כל חייהם הארוכים, ומכניסים מעת לעת את כוכבי הלכת שלהם למיני אבוקות.
כאשר אלה מגיעים לאקסופלט, הם מגיבים עם האטמוספירה וגורמים לניתוק כימי של חנקן (N²) וחמצן (O²) לאטומים בודדים, ואדי מים למימן וחמצן. אטומי החנקן והחמצן המפורקים גורמים אז למפל של תגובות כימיות המייצרות הידרוקסיל (OH), חמצן מולקולרי יותר (O) ותחמוצת החנקן (NO) - מה שמדענים מכנים "משואות אטמוספריות".
כאשר אור הכוכב פוגע באטמוספרה של כוכב לכת, מולקולות המשואה הללו סופגות את האנרגיה ופולטות קרינה אינפרא אדום. על ידי בחינת אורכי הגל הספציפיים של קרינה זו, מדענים מסוגלים לקבוע אילו יסודות כימיים קיימים. עוצמת האות של אלמנטים אלה מהווה גם אינדיקציה ללחץ אטמוספרי. ביחד, קריאות אלה מאפשרות למדענים לקבוע את צפיפות האווירה וההרכב שלה.
במשך עשרות שנים משתמשים באסטרונומים במודל כדי לחשב כיצד נוצר אוזון (O³) באטמוספירה של כדור הארץ מחמצן שנחשף לקרינת השמש. באמצעות אותו מודל זה - וזיווגו עם אירועי מזג אוויר בחלל הצפויים מכוכבים קרירים ופעילים - איירפטיאן ועמיתיו ביקשו לחשב כמה תחמוצת החנקן וההידרוקסיל תיווצר באווירה דמוית כדור הארץ וכמה אוזון ייהרס. .
כדי להשיג זאת הם התייעצו בנתונים מהמשימה של נאס"א Thermosphere Ionosphere Mesosphere Energetics Dynamics (TIMED), שחוקרת את היווצרות המשואות באטמוספירה של כדור הארץ במשך שנים. באופן ספציפי, הם השתמשו בנתונים משמיעת האווירה שלו באמצעות מכשיר SABER (Broadband Emission Radiometry Broadcast Emission), מה שאיפשר להם לדמות כיצד תצפיות אינפרא אדום של משואות אלה עשויות להופיע באטמוספרות של exoplanet.
כפי שציין מרטין מלינצ'אק, החוקר הראשי של SABER במרכז הלובלי למחקר של נאס"א, ומחבר העיתון.
"אם ניקח את מה שאנחנו יודעים על קרינת אינפרא אדום הנפלטת מהאטמוספרה של כדור הארץ, הרעיון הוא להסתכל על exoplanets ולראות איזה סוג של אותות אנו יכולים לזהות. אם אנו מוצאים איתותים Exoplanet כמעט באותה פרופורציה של כדור הארץ, נוכל לומר שכוכב הלכת הוא מועמד טוב לארח חיים. "
מה שהם מצאו הוא שתדירות הסופות הכוכבות העזים קשורה ישירות לחוזק אותות החום המגיעים מהמשואות האטמוספריות. ככל שמתרחשות יותר סערות, נוצרות יותר מולקולות משואות, ומייצרות איתות חזק מספיק בכדי להתבונן מכדור הארץ באמצעות טלסקופ חלל, ומבוסס על שעתיים בלבד של זמן תצפית.
הם גם מצאו ששיטה מסוג זה יכולה להפסיק exoplanets שאינם בעלי שדה מגנטי דמוי כדור הארץ, אשר באופן טבעי מתקשרים עם חלקיקים טעונים מהשמש. נוכחותו של שדה כזה היא שמבטיחה שהאווירה של כוכב לכת לא תיפשט, ולכן היא חיונית למגורים. כפי שהסביר איירפטיאן:
"כוכב לכת זקוק לשדה מגנטי, שמגן על האטמוספירה ומגן על כדור הארץ מפני סערות כוכבים וקרינה. אם רוחות הכוכבים אינן כה קיצוניות כדי לדחוס את השדה המגנטי של אקסופלאט קרוב לפני השטח שלו, השדה המגנטי מונע בריחה אטמוספרית, כך שיש יותר חלקיקים באטמוספרה ואות אינפרא אדום חזק יותר כתוצאה מכך. "
מודל חדש זה משמעותי מכמה סיבות. מצד אחד, זה מראה כיצד מחקרים המאפשרים מחקרים מפורטים על האווירה של כדור הארץ וכיצד הוא מתקשר עם מזג אוויר בחלל מועברים כעת לחקר exoplanets. זה גם מלהיב מכיוון שהוא יכול לאפשר מחקרים חדשים של הרגלי אקסופלאנט סביב סוגים מסוימים של כוכבים - החל מסוגים רבים של כוכבים צהובים וכתומים לכוכבים ננסיים אדומים.
גמדים אדומים הם סוג הכוכבים הנפוץ ביותר ביקום, ומהווים 70% מהכוכבים בגלקסיות ספירליות ו -90% בגלקסיות אליפטיות. יתרה מזאת, על סמך התגליות האחרונות, אסטרונומים מעריכים שכוכבי גמדים אדומים עשויים להסתפק במערכות של כוכבי לכת סלעיים. צוות המחקר צופה כי מכשירי החלל מהדור הבא כמו טלסקופ החלל ג'יימס ווב יגדילו את הסיכוי למצוא כוכבי לכת ראויים למגורים באמצעות מודל זה.
כמו שאמר וויליאם דנצ'י, אסטרופיזיקאי בכיר בגודארד במחקר,:
"תובנות חדשות לגבי פוטנציאל החיים על exoplanets תלויים באופן קריטי במחקר בינתחומי בו משתמשים, נתונים, מודלים וטכניקות מארבע חטיבות המדע של נאס"א גודארד: הליופיסיקה, אסטרופיזיקה, פלנטה ומדעי כדור הארץ. תערובת זו מייצרת מסלולים חדשים ייחודיים וחזקים למחקר אקס-פלנט. "
עד לזמן בו אנו מצליחים לחקור ישירות exoplanets, כל התפתחות שהופכת את הביולוגיה לביצועים ניכרת יותר וקל יותר לאיתור היא בעלת ערך להפליא. בשנים הבאות, פרויקט כחול ופריצת דרך סטארשוט מקווים לבצע את המחקרים הישירים הראשונים של מערכת Alpha Centauri. אבל בינתיים, דגמים משופרים המאפשרים לנו לסקור אינספור כוכבים אחרים עבור Exoplanets פוטנציאליים למגורים זהובים!
לא רק שהם ישפרו במידה ניכרת את ההבנה שלנו לגבי מידת נפוצה של כוכבי לכת כאלה, הם עלולים פשוט להפנות אותנו לכיוון של כדור הארץ 2.0 או אחד יותר!
