Wo kann man das Leben suchen? Astronomen entwickeln einen Bewohnbarkeitsindex, der die zukünftige Suche lenkt | 2020

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Anonim

Astronomen des Virtual Planetary Laboratory der Universität Washington haben einen Weg gefunden, Exoplaneten zu vergleichen und zu klassifizieren, um zu priorisieren, welcher der Tausenden entdeckten Gründe bei der Suche nach Leben jenseits der Erde genau untersucht werden muss.

Die neue Metrik, die als "Bewohnbarkeitsindex für Planeten im Transit" bezeichnet wird, wird in einem Papier vorgestellt, das zur Veröffentlichung im Internet angenommen wurde Astrophysical Journal von den UW-Astronomieprofessoren Rory Barnes und Victoria Meadows, mit der wissenschaftlichen Mitarbeiterin und Co-Autorin Nicole Evans.

"Grundsätzlich haben wir einen Weg gefunden, um alle verfügbaren Beobachtungsdaten zu nutzen und ein Priorisierungsschema zu entwickeln", sagte Barnes, "damit wir in einer Zeit, in der Hunderte von Zielen verfügbar sind, möglicherweise dazu in der Lage sind sagen Sie, 'OK, das ist derjenige, mit dem wir beginnen wollen.' "

Mit dem Kepler-Weltraumteleskop konnten Astronomen Tausende von Exoplaneten außerhalb unseres Sonnensystems nachweisen - weitaus mehr, als nacheinander untersucht werden können. Mit dem Weltraumteleskop James Webb, das 2018 starten soll, wird es erstmals möglich sein, die atmosphärische Zusammensetzung eines felsigen, möglicherweise erdähnlichen Planeten in der Ferne des Weltraums zu messen und so die Suche nach Leben erheblich zu verbessern.

Astronomen entdecken einige Planeten, wenn die Welten vor ihrem Wirtsstern "vorbeiziehen" oder vorbeiziehen und so einen Teil des Lichts blockieren. Der Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) soll 2017 starten und auf diese Weise viele weitere Welten finden. Aber es ist das Webb-Teleskop und seine "Transit-Transmissions-Spektroskopie", die Planeten wirklich genau studieren können, um auf Lebensjagd zu gehen.

Der Zugang zu solchen Teleskopen ist jedoch teuer und die Arbeit ist methodisch und zeitaufwändig. Der Index des Virtual Planetary Laboratory ist ein Hilfsmittel, um anderen Astronomen bei der Entscheidung zu helfen, auf welchen Welten möglicherweise die besten Chancen bestehen, Leben zu führen, und sollte daher auf begrenzte Ressourcen konzentriert werden.

Traditionell haben sich Astronomen auf die Suche nach Planeten in der "bewohnbaren Zone" ihres Sterns konzentriert, die informeller als "Goldlöckchenzone" bezeichnet wird. Dies ist der Bereich des Weltraums, der "genau richtig" ist, um einen erdähnlichen Planeten umkreisen zu können Haben Sie flüssiges Wasser auf der Oberfläche, vielleicht geben Sie dem Leben eine Chance. Bisher war dies jedoch nur eine Art binäre Bezeichnung, die nur angibt, ob sich ein Planet in diesem Bereich befindet oder nicht, der für das Leben als richtig angesehen wird.

"Das war ein großartiger erster Schritt, macht aber innerhalb der Wohnzone keine Unterschiede", sagte Barnes. "Jetzt ist es so, als hätte Goldlöckchen Hunderte von Brei-Schalen zur Auswahl."

Der neue Index ist nuancierter und erzeugt ein Kontinuum von Werten, die Astronomen in ein Webformular für ein virtuelles planetares Labor eingeben können, um den einstelligen Bewohnbarkeitsindex zu erhalten, der die Wahrscheinlichkeit darstellt, dass ein Planet flüssiges Wasser an seiner Oberfläche halten kann.

Bei der Erstellung des Index berücksichtigten die Forscher Schätzungen der Felsigkeit eines Planeten, wobei die felsigen Planeten eher erdähnlich waren. Sie erklärten auch ein Phänomen namens "Exzentrizität-Albedo-Entartung", das eine Art Spagat zwischen der Albedo eines Planeten - der von seiner Oberfläche in den Weltraum zurückgeworfenen Energie - und der Kreisförmigkeit seiner Umlaufbahn beschreibt, die sich auf die Art und Weise auswirkt viel Energie erhält es von seinem Wirtstern.

Die beiden wirken sich gegenseitig entgegen. Je höher die Albedo eines Planeten ist, desto mehr Licht und Energie werden in den Weltraum reflektiert, so dass weniger an der Oberfläche verbleibt, um die Welt zu erwärmen und mögliches Leben zu unterstützen. Aber je unrunder oder exzentrischer die Umlaufbahn eines Planeten ist, desto intensiver ist die Energie, die er erhält, wenn er sich auf seiner elliptischen Reise seinem Stern nähert.

Ein lebensfreundliches Energiegleichgewicht für einen Planeten in der Nähe des inneren Randes der bewohnbaren Zone - in Gefahr, zu heiß für das Leben zu werden -, sagte Barnes, wäre eine höhere Albedo, um die Welt durch Reflektion eines Teils dieser Wärme in den Weltraum abzukühlen . Umgekehrt würde ein Planet in der Nähe der kühlen Außenkante der bewohnbaren Zone möglicherweise ein höheres Maß an Exzentrizität der Umlaufbahn benötigen, um die für das Leben erforderliche Energie bereitzustellen.

Barnes, Meadows und Evans rangierten auf diese Weise die Planeten, die das Kepler-Weltraumteleskop bisher sowohl in seiner ursprünglichen Mission als auch in seiner Folgemission "K2" gefunden hatte. Sie fanden heraus, dass die besten Kandidaten für Bewohnbarkeit und Leben jene Planeten sind, die etwa 60 bis 90 Prozent der Sonnenstrahlung erhalten, die die Erde von der Sonne empfängt, was im Einklang mit den aktuellen Überlegungen über die Bewohnbarkeitszone eines Sterns steht.

Die Forschung ist Teil der laufenden Arbeit des Virtual Planetary Laboratory zur Erforschung ferner Planeten auf der Suche nach Leben und wurde vom NASA Astrobiology Institute finanziert.

"Dieser innovative Schritt ermöglicht es uns, über das zweidimensionale Konzept der bewohnbaren Zonen hinauszugehen und einen flexiblen Rahmen für die Priorisierung zu generieren, der mehrere beobachtbare Merkmale und Faktoren enthalten kann, die die Bewohnbarkeit der Planeten beeinflussen", sagte Meadows.

"Die Aussagekraft des Bewohnbarkeitsindex wird zunehmen, wenn wir mehr über Exoplaneten sowohl aus Beobachtungen als auch aus der Theorie erfahren."