במבט לעתיד, לנאס"א וסוכנויות חלל אחרות יש תקוות גדולות לתחום המחקר של כדור הארץ חוץ-סולארי. בעשור האחרון, מספר ה Exoplanets הידוע הגיע למבוכה בלבד של 4000, ורבים נוספים צפויים להימצא לאחר כניסת הטלסקופים של הדורות הבאים. ועם כל כך הרבה exoplanets ללמוד, יעדי המחקר התרחקו לאט מתהליך הגילוי ולקראת אפיון.
לרוע המזל מדענים עדיין מוטרדים מהעובדה שמה שאנו רואים כ"אזור ראוי למגורים "כפוף להרבה הנחות. בהתייחסו לכך, צוות חוקרים בינלאומי פרסם לאחרונה מאמר בו הם הצביעו כיצד סקרי Exoplanet עתידיים יכולים להרחיק מעבר לדוגמאות אנלוגיות של כדור הארץ כסימנים לרגלי חיים ולאמץ גישה מקיפה יותר.
העיתון, שכותרתו "תחזיות אזור הרגלים ואיך לבחון אותן", הופיע לאחרונה באופן מקוון והוגש כמסמך לבן לסקר Decadal Astro 2020 בנושא אסטרונומיה ואסטרופיסיקה. את הצוות שמאחוריו הובילו רעמסס מ. רמירז, חוקר במכון למדעי כדור הארץ (ELSI) והמכון למדעי החלל (SSI), אליהם הצטרפו מחברים שותפים וחותמים משותפים מ 23 אוניברסיטאות ומוסדות.
מטרת סקר העשור האחרון לשקול התקדמות שנעשתה בעבר בתחומי מחקר שונים ולקבוע סדרי עדיפויות לעשור הקרוב. ככאלה, הסקר מספק הנחיות מכריעות לנאס"א, הקרן הלאומית לחלל (NSF) ומחלקת האנרגיה כאשר הם מתכננים את יעדי המחקר שלהם בנושא אסטרונומיה ואסטרופיסיקה לעתיד.
נכון לעכשיו, רבות ממטרות אלה מתמקדות בחקר Exoplanets, אשר ירוויחו בשנים הקרובות מההתפרסות של הטלסקופים מהדור הבא כמו טלסקופ החלל ג'יימס ווב (JWST) וה טלסקופ חלל אינפרא אדום רחב שדה (WFIRST), כמו גם מצפה כוכבים מבוסס קרקע כמו הטלסקופ הגדול ביותר (ELT), טלסקופ השלושים מטר וטלסקופ הענק מגלן (GMT).
אחת מסדרי העדיפויות הגדולים ביותר של מחקר Exoplanet היא חיפוש אחר כוכבי לכת בהם יכולים להתקיים חיים חוץ-ארציים. מהבחינה הזו, מדענים מייעדים כוכבי לכת כאל "פוטנציאליים למגורים" (ולכן ראויים לתצפיות מעקב) בהתבסס על אם הם עוברים במסלול באזורי המגורים הכוכבים שלהם או לא. מסיבה זו, זה נבון לבדוק מה הולך להגדרת HZ.
כפי שרמיירז ועמיתיו ציינו בעיתונם, אחד הנושאים העיקריים עם יכולת ההרגלים האקסופלאנדית הוא רמת ההנחות שמושמעות. כדי לפרק אותה, רוב ההגדרות של HZs מניחות נוכחות של מים על פני השטח מכיוון שזהו הממס היחיד הידוע כיום לארח חיים. אותן הגדרות מניחות כי החיים דורשים כוכב לכת סלעי עם פעילות טקטונית המקיף כוכב בהיר וחם מתאים.
עם זאת, מחקרים עדכניים הטילו ספק ברבים מהנחות אלה. זה כולל מחקרים המצביעים על כך שחמצן אטמוספרי אינו מתכוון אוטומטית לנוכחות חיים - במיוחד אם חמצן זה הוא תוצאה של דיסוציאציה כימית ולא פוטוסינתזה. מחקרים אחרים הראו כיצד הימצאותו של גז חמצן בתקופות המוקדמות של התפתחות כדור הארץ עשויה למנוע עליית צורות חיים בסיסיות.
כמו כן, היו מחקרים שנעשו לאחרונה שהראו כיצד טקטוניקת צלחות עשויה שלא להיות נחוצה כדי שהחיים יתעוררו, וכי מה שמכונה "עולמות מים" אולי לא יוכלו לתמוך בחיים (אך עדיין יכולים). נוסף על כל אלה, יש לך עבודה תיאורטית המצביעה על כך שהחיים עשויים להתפתח בים של מתאן או אמוניה בגופי שמים אחרים.
הדוגמה העיקרית כאן היא ירח שבתאי של סטורן, שמתהדר בסביבה עשירה בתנאים פרביוטיים וכימיה אורגנית - שלדעת כמה מדענים יכולים לתמוך בצורות חיים אקזוטיות. בסופו של דבר, מדענים מחפשים סמנים ביולוגיים ידועים כמו מים ופחמן דו חמצני מכיוון שהם קשורים לחיים על כדור הארץ, הדוגמה היחידה הידועה לכוכב לכת הנושא חיים.
אך כפי שהסביר רמירז למגזין החלל באמצעות אימיילים, הלך הרוח הזה (שבו אנלוגים של כדור הארץ נחשבים כמתאימים לכל החיים) עדיין רצוף בעיות:
ההגדרה של האזור הקלאסי ראוי למגורים פגומה מכיוון שבנייתו מבוססת בעיקר על טיעונים אקלימטיים ממוקדי כדור הארץ שעשויים או לא עשויים להיות חלים על כוכבי לכת אחרים שיכולים להיות מיושבים. לדוגמה, היא מניחה שאפשר לתמוך באטמוספרות CO2 מרובות-ברים על כוכבי לכת שעלולים להיות ראויים למגורים בסמוך לאזור החיצוני של האזור. עם זאת, רמות CO2 כה גבוהות רעילות לצמחים ובעלי חיים בכדור הארץ, וללא הבנה טובה יותר של גבולות החיים, איננו יודעים עד כמה הנחה זו סבירה.
"ה- HZ הקלאסי גם מניח ש- CO2 ו- H2O הם גזי החממה העיקריים המקיימים כוכבי לכת שעלולים להיות ראויים למגורים, אך מספר מחקרים בשנים האחרונות פיתחו הגדרות HZ חלופיות המשתמשות בשילובים שונים של גזי חממה, כולל כאלה שעל אף שהם מינוריים יחסית בכדור הארץ. חשוב לכוכבי לכת אחרים שיכולים להיות בעלי חיים. "
במחקר קודם שנערך על ידי ד"ר רמירז הראה כיצד גם נוכחות של מתאן וגז מימן עלולה לגרום
למזלנו, להגדרות אלה תהיה הזדמנות להיבדק, בזכות פריסת הטלסקופים מהדור הבא. לא רק שמדענים יוכלו לבחון כמה מההנחות ארוכת השנים שעליהן מבוססים ה- HZs,
"הטלסקופים מהדור הבא יכלו לבחון את האזור המיושב על ידי חיפוש אחר עלייה חזויה בלחץ ה- CO2 האטמוספרי ככל הרחוק יותר מכוכבי הלכת שלהם. זה גם יבחן אם מחזור הסיליקט הפחמתי, שזה מה שרבים מאמינים שהחזיק את כדור הארץ שלנו במשך חלק גדול מההיסטוריה שלו, הוא תהליך אוניברסלי או לא. "
בתהליך זה ממירים סלעי סיליקט לסלעי פחמן באמצעות בליה ושחיקה, ואילו סלעי פחמן מומרים לסלעי סיליקט באמצעות פעילות וולקנית וגיאולוגית. מחזור זה מבטיח את היציבות לטווח הארוך של האטמוספרה של כדור הארץ על ידי שמירה על רמות CO2 אחידות לאורך זמן. זה גם ממחיש כיצד טקטוניקת מים וצלחות חיוניים לחיים כפי שאנו מכירים אותם.
עם זאת, מחזור מסוג זה יכול להתקיים רק בכוכבי לכת שיש בהם אדמה, אשר למעשה פוסל "עולמות מים". אומרים כי exoplanets אלה - אשר עשויים להיות נפוצים סביב כוכבים מסוג M (גמד אדום) - הם עד 50% מים לפי מסה. כאשר כמות מים זו על פני השטח שלהם, "עולמות מים" עשויים להיות בעלי שכבות קרח צפופות בגבול ליבת המעטפת שלהם, ובכך מונעים פעילות הידרותרמית.
אך כפי שכבר צוין, יש מחקר שמצביע על כך שכוכבי לכת אלה עדיין יכולים להיות ראויים למגורים. בעוד ששפע המים ימנע ספיגת פחמן דו חמצני על ידי סלעים ומדכא את הפעילות הוולקנית, הדמיות הראו כי כוכבי לכת אלה עדיין יכולים למחזור פחמן בין האטמוספירה לאוקיאנוס, ובכך לשמור על האקלים יציב.
אם סוגים אלה של עולמות אוקיינוסים קיימים, אומר ד"ר רמירז, מדענים יכולים לאתר אותם דרך צפיפות פלנטרית נמוכה יותר ואווירת הלחץ הגבוה שלהם. ואז יש עניין של גזי חממה שונים, שלא תמיד מהווים אינדיקציה לאווירה פלנטרית חמה יותר, תלוי בסוג הכוכב.
"למרות שמתאן מחמם את כוכב הלכת שלנו, מצאנו כי מתאן למעשה מקרר את פני השטח של כוכבי לכת אזוריים ראויים למגורים המקיפים כוכבי ננס אדומים!" הוא אמר. "אם זה המקרה, כמויות מתאן אטמוספרי גבוהות על כוכבי לכת כאלה יכולות להיות תנאים קפואים שאולי לא מתאימים לארח חיים. נוכל לראות זאת בספקטרום פלנטרי. "
אם כבר מדברים על גמדים אדומים, מתווכח הויכוח האם כוכבי לכת שמקיפים את הכוכבים הללו יוכלו לשמור על אווירה או לא. בשנים האחרונות התגלו גילויים רבים המרמזים על כך שכוכבי לכת סלעיים ונעולים היטב שכיחים נפוצים סביב כוכבי ננס אדומים, וכי הם מסתובבים בתוך HZs בהתאמה של הכוכבים שלהם.
עם זאת, מחקרים שנעשו לאחר מכן חיזקו את התיאוריה כי חוסר היציבות של כוכבי ננס אדומים עלול להוביל להתלקחות סולארית שתפשיט כל כוכבי לכת המקיפים אותם מהאטמוספרה שלהם. לבסוף, רמירז ועמיתיו מעלים את האפשרות שניתן למצוא פלנטות ראויות למגורים המקיפות את מה שנחשב (עד לאחרונה) למועמד בלתי סביר.
אלה יהיו כוכבי A מסוג רצף עיקרי - כמו סיריוס A, Altair ו- Vega - שנחשבו כהירים וחמים מכדי שיהיו מתאימים לקיום הרגל. ד"ר רמירז אמר מהאפשרות הזו:
"אני גם מעוניין לברר אם החיים מתקיימים בכוכבי לכת אזוריים הניתנים למסלולם סביב כוכבי A. לא נרשמו הרבה הערכות שפורסמו ביחס ליכולת ההרגשה הפלנטרית של כוכב A, אך חלק מהארכיטקטורות מהדור הבא מתכננות להתבונן בהן. בקרוב נלמד יותר על התאמתם של כוכבי A לחיים. "
בסופו של דבר, מחקרים כמו זה, המטילים ספק בהגדרת "אזור ראוי למגורים", יועילו כאשר משימות הדור הבא מתחילות בפעולות מדעיות. בעזרת מכשירים ברזולוציה גבוהה יותר ורגישים יותר, הם יוכלו לבדוק ולאמת רבים מהתחזיות שנבעו על ידי מדענים.
בדיקות אלה יאשרו גם אם חיים יכולים להתקיים שם או לא רק כפי שאנו מכירים אותם, או גם מעבר לפרמטרים שאנו רואים כאל "כדור הארץ". אך כפי שהוסיף רמירז, המחקר שהוא ועמיתיו ערכו גם מדגיש עד כמה חשוב שנמשיך להשקיע בטכנולוגיית טלסקופ מתקדמת:
"העיתון שלנו מדגיש גם את החשיבות של המשך השקעה בטכנולוגיית טלסקופ מתקדמת. עלינו להיות מסוגלים למצוא ולאפיין כמה שיותר כוכבי לכת אזוריים ראויים למגורים אם אנו רוצים למקסם את הסיכוי שלנו למצוא חיים. עם זאת, אני גם מקווה שהמאמר שלנו מעורר אנשים לחלום מעבר לעשר השנים הבאות. אני באמת מאמין שבסופו של דבר יהיו משימות שיהיו מסוגלות בהרבה מכל מה שאנחנו מתכננים כעת. המאמצים הנוכחיים שלנו הם רק ההתחלה של מאמץ הרבה יותר מחויב למין שלנו. "
ישיבת סקר Decadal לשנת 2020 מתארחת במשותף על ידי המועצה לפיזיקה ואסטרונומיה והמועצה לחקר החלל של האקדמיה הלאומית למדעים, ואחריה יופיע דו"ח שייצא בערך שנתיים מעכשיו.
