Nieuw NASA-onderzoek helpt ons begrip van kandidaat-planeten buiten ons zonnestelsel die mogelijk leven ondersteunen, te verfijnen.

"Door een model te gebruiken dat de atmosferische omstandigheden realistischer simuleert, we hebben een nieuw proces ontdekt dat de bewoonbaarheid van exoplaneten regelt en ons zal begeleiden bij het identificeren van kandidaten voor verder onderzoek, " zei Yuka Fujii van NASA's Goddard Institute for Space Studies (GISS), New York, New York en het Earth-Life Science Institute van het Tokyo Institute of Technology, Japan, hoofdauteur van een paper over het onderzoek gepubliceerd in de Astrofysisch tijdschrift 17 okt.

Eerdere modellen simuleerden atmosferische omstandigheden langs één dimensie, de verticaal. Net als sommige andere recente bewoonbaarheidsstudies, het nieuwe onderzoek gebruikte een model dat de omstandigheden in alle drie de dimensies berekent, waardoor het team de circulatie van de atmosfeer en de speciale kenmerken van die circulatie kan simuleren, wat eendimensionale modellen niet kunnen. Het nieuwe werk zal astronomen helpen schaarse waarnemingstijd toe te wijzen aan de meest veelbelovende kandidaten voor bewoonbaarheid.

Vloeibaar water is noodzakelijk voor het leven zoals we het kennen, dus het oppervlak van een buitenaardse wereld (bijvoorbeeld een exoplaneet) wordt als potentieel bewoonbaar beschouwd als de temperatuur het toelaat dat vloeibaar water lang genoeg (miljarden jaren) aanwezig is om leven te laten gedijen. Als de exoplaneet te ver van zijn moederster verwijderd is, het zal te koud zijn, en zijn oceanen zullen bevriezen. Als de exoplaneet te dichtbij is, het licht van de ster zal te intens zijn, en zijn oceanen zullen uiteindelijk verdampen en verloren gaan in de ruimte. Dit gebeurt wanneer waterdamp opstijgt naar een laag in de bovenste atmosfeer die de stratosfeer wordt genoemd en door ultraviolet licht van de ster in zijn elementaire componenten (waterstof en zuurstof) wordt gebroken. De extreem lichte waterstofatomen kunnen dan naar de ruimte ontsnappen. Planeten die op deze manier hun oceanen verliezen, zouden vanwege hun vochtige stratosferen in een "vochtige kas"-staat zijn terechtgekomen.

Om waterdamp naar de stratosfeer te laten stijgen, eerdere modellen voorspelden dat de oppervlaktetemperaturen op de lange termijn hoger moesten zijn dan wat dan ook op aarde - meer dan 150 graden Fahrenheit (66 graden Celsius). Deze temperaturen zouden intense convectieve stormen veroorzaken; echter, het blijkt dat deze stormen niet de reden zijn dat water de stratosfeer bereikt voor langzaam roterende planeten die een vochtige broeikas ingaan.

"We hebben een belangrijke rol gevonden voor het type straling dat een ster afgeeft en het effect dat het heeft op de atmosferische circulatie van een exoplaneet bij het maken van de vochtige broeikasstaat, " zei Fujii. Voor exoplaneten die dicht bij hun moedersterren draaien, de zwaartekracht van een ster zal sterk genoeg zijn om de rotatie van een planeet te vertragen. Hierdoor kan het getijde worden vergrendeld, met de ene kant altijd naar de ster gericht - waardoor hij de eeuwige dag krijgt - en de andere kant altijd naar de ster gericht - waardoor hij de eeuwige nacht krijgt.

Wanneer dit gebeurt, dikke wolken vormen zich aan de dagzijde van de planeet en fungeren als een parasol om het oppervlak te beschermen tegen een groot deel van het sterrenlicht. Hoewel dit de planeet koel kan houden en kan voorkomen dat waterdamp opstijgt, het team ontdekte dat de hoeveelheid nabij-infraroodstraling (NIR) van een ster de warmte kan leveren die nodig is om een ​​planeet in de vochtige kasstaat te brengen. NIR is een soort licht dat onzichtbaar is voor het menselijk oog. Water als damp in lucht en waterdruppels of ijskristallen in wolken absorberen sterk NIR-licht, de lucht opwarmen. Terwijl de lucht opwarmt, het komt op, het water naar de stratosfeer brengen waar het de vochtige kas creëert.

Dit proces is vooral relevant voor planeten rond sterren met een lage massa die koeler en veel zwakker zijn dan de zon. Bewoonbaar zijn, planeten moeten veel dichter bij deze sterren staan ​​dan onze aarde bij de zon. Op zo'n korte afstand, deze planeten ervaren waarschijnlijk sterke getijden van hun ster, waardoor ze langzaam draaien. Ook, hoe cooler een ster is, hoe meer NIR het uitzendt. Het nieuwe model toonde aan dat aangezien deze sterren het grootste deel van hun licht uitstralen op NIR-golflengten, een vochtige broeikastoestand zal zelfs resulteren in omstandigheden die vergelijkbaar zijn met of iets warmer zijn dan de tropen op aarde. Voor exoplaneten dichter bij hun sterren, het team ontdekte dat het NIR-gestuurde proces het vocht in de stratosfeer geleidelijk verhoogde. Dus, het is mogelijk, in tegenstelling tot oude modelvoorspellingen, dat een exoplaneet dichter bij zijn moederster bewoonbaar zou kunnen blijven.

Dit is een belangrijke observatie voor astronomen die op zoek zijn naar bewoonbare werelden, aangezien lichte sterren de meest voorkomende zijn in de melkweg. Hun enorme aantal vergroot de kans dat er een bewoonbare wereld onder hen te vinden is, en hun kleine formaat vergroot de kans om planetaire signalen te detecteren.

Het nieuwe werk zal astronomen helpen bij het screenen van de meest veelbelovende kandidaten in de zoektocht naar planeten die leven zouden kunnen ondersteunen. "Zolang we de temperatuur van de ster kennen, we kunnen inschatten of planeten dicht bij hun sterren het potentieel hebben om zich in de vochtige kasstaat te bevinden, " zei Anthony Del Genio van de AIVD, een co-auteur van het artikel. "De huidige technologie zal tot het uiterste worden gedreven om kleine hoeveelheden waterdamp in de atmosfeer van een exoplaneet te detecteren. Als er genoeg water is om te worden gedetecteerd, het betekent waarschijnlijk dat de planeet in de vochtige kas staat."

In dit onderzoek, onderzoekers gingen uit van een planeet met een atmosfeer zoals de aarde, maar volledig bedekt door oceanen. Dankzij deze aannames kon het team duidelijk zien hoe het veranderen van de baanafstand en het type stellaire straling de hoeveelheid waterdamp in de stratosfeer beïnvloedde. In de toekomst, the team plans to vary planetary characteristics such as gravity, maat, atmosferische compositie, and surface pressure to see how they affect water vapor circulation and habitability.