แม้จะมีดาวเคราะห์นอกระบบหลายพันดวงที่ถูกค้นพบโดยนักดาราศาสตร์ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาการพิจารณาว่ามีสิ่งมีชีวิตอาศัยอยู่หรือไม่นั้นเป็นความท้าทายที่สำคัญ เนื่องจากเราไม่สามารถศึกษาดาวเคราะห์เหล่านี้โดยตรงนักวิทยาศาสตร์จึงถูกบังคับให้มองหาสิ่งบ่งชี้ทางอ้อม สิ่งเหล่านี้เรียกว่าชีวประวัติซึ่งประกอบด้วยผลพลอยได้ทางเคมีที่เราเชื่อมโยงกับชีวิตอินทรีย์ที่ปรากฏในชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์
การศึกษาใหม่โดยทีมนักวิทยาศาสตร์ของนาซ่าเสนอวิธีการใหม่ในการค้นหาสัญญาณชีพของชีวิตที่นอกเหนือจากระบบสุริยะของเรา กุญแจสำคัญที่พวกเขาแนะนำคือการใช้ประโยชน์จากพายุดาวฤกษ์บ่อยครั้งจากดาวแคระที่อายุน้อยและเย็น พายุเหล่านี้ส่งผลกระทบต่อก้อนเมฆขนาดใหญ่ของวัสดุที่เป็นตัวเอกและการแผ่รังสีออกสู่อวกาศมีปฏิสัมพันธ์กับชั้นบรรยากาศดาวเคราะห์นอกระบบและผลิตชีวประวัติที่สามารถตรวจจับได้
การศึกษาเรื่อง“ บีคอนบรรยากาศแห่งชีวิตจากดาวเคราะห์นอกระบบรอบดาวฤกษ์ G และ K” ปรากฏตัวเมื่อเร็ว ๆ นี้ รายงานทางวิทยาศาสตร์ธรรมชาติ นำโดย Vladimir S. Airapetian นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์อาวุโสกับ Heliophysics Science Division (HSD) ที่ NASA Goddard Space Flight Center ทีมรวมสมาชิกจากศูนย์วิจัย Langley ของนาซ่าระบบวิทยาศาสตร์และแอปพลิเคชันรวม (SSAI) และมหาวิทยาลัยอเมริกัน .
ตามเนื้อผ้านักวิจัยได้ค้นหาสัญญาณของออกซิเจนและมีเธนในชั้นบรรยากาศดาวเคราะห์นอกระบบเนื่องจากเป็นผลพลอยได้จากกระบวนการอินทรีย์ เมื่อเวลาผ่านไปก๊าซเหล่านี้สะสมถึงจำนวนที่สามารถตรวจจับได้โดยใช้สเปกโทรสโกปี อย่างไรก็ตามวิธีนี้ใช้เวลานานและต้องการให้นักดาราศาสตร์ใช้เวลาหลายวันในการพยายามสังเกตสเปกตรัมจากดาวเคราะห์ที่ห่างไกล
แต่ตาม Airapetian และเพื่อนร่วมงานของเขาก็เป็นไปได้ที่จะค้นหาลายเซ็น cruder ในโลกที่อาศัยอยู่ที่อาจเกิดขึ้น วิธีนี้จะขึ้นอยู่กับเทคโนโลยีและทรัพยากรที่มีอยู่และจะใช้เวลาน้อยลงอย่างมาก ดังที่ Airapetian อธิบายไว้ในการแถลงข่าวของนาซา:
“ เรากำลังค้นหาโมเลกุลที่เกิดขึ้นจากสิ่งที่จำเป็นเบื้องต้นถึงชีวิต - โดยเฉพาะโมเลกุลของโมเลกุลซึ่งเป็น 78 เปอร์เซ็นต์ของชั้นบรรยากาศของเรา เหล่านี้เป็นโมเลกุลพื้นฐานที่เป็นมิตรกับชีวภาพและมีพลังเปล่งอินฟราเรดที่แข็งแกร่งซึ่งเป็นการเพิ่มโอกาสของเราในการตรวจจับพวกมัน”
การใช้สิ่งมีชีวิตบนโลกเป็นเทมเพลต Airapetian และทีมของเขาได้ออกแบบวิธีการใหม่ในการมองหรือสัญญาณของไอน้ำ, ไนโตรเจนและก๊าซออกซิเจนผลพลอยได้ในชั้นบรรยากาศดาวเคราะห์นอกระบบ อย่างไรก็ตามเคล็ดลับที่แท้จริงคือการใช้ประโยชน์จากเหตุการณ์สภาพอากาศในอวกาศที่รุนแรงซึ่งเกิดขึ้นกับดาวแคระที่ยังคุกรุ่นอยู่ เหตุการณ์เหล่านี้ซึ่งทำให้ชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์ระเบิดรังสีทำให้เกิดปฏิกิริยาทางเคมีที่นักดาราศาสตร์สามารถเลือกได้
เมื่อพูดถึงดาวอย่างดวงอาทิตย์ดาวแคระเหลือง G-type เหตุการณ์สภาพอากาศเช่นนี้เป็นเรื่องธรรมดาเมื่อพวกมันยังเด็ก อย่างไรก็ตามดาวฤกษ์สีเหลืองและสีส้มอื่น ๆ ทราบว่ายังคงทำงานอยู่เป็นเวลาหลายพันล้านปีก่อให้เกิดพายุที่เต็มไปด้วยอนุภาคที่ทรงพลัง และดาว M-type (ดาวแคระแดง) ซึ่งเป็นชนิดที่พบมากที่สุดในจักรวาลยังคงทำงานอยู่ตลอดชีวิตอันยาวนานของพวกมันโดยการส่งดาวเคราะห์ไปเป็นระยะ ๆ
เมื่อสิ่งเหล่านี้มาถึงดาวเคราะห์นอกระบบพวกมันจะทำปฏิกิริยากับชั้นบรรยากาศและทำให้เกิดการแตกตัวทางเคมีของไนโตรเจน (N²) และออกซิเจน (O²) เป็นอะตอมเดี่ยวและไอน้ำกลายเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจน อะตอมของไนโตรเจนและออกซิเจนที่ถูกย่อยสลายจะก่อให้เกิดปฏิกิริยาทางเคมีซึ่งทำให้เกิดไฮดรอกซิล (OH), โมเลกุลของออกซิเจน (O) และไนตริกออกไซด์ (NO) มากขึ้น - สิ่งที่นักวิทยาศาสตร์เรียกว่า "บีคอนบรรยากาศ"
เมื่อแสงดาวกระทบชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์โมเลกุลบีคอนเหล่านี้จะดูดซับพลังงานและปล่อยรังสีอินฟราเรดออกมา โดยการตรวจสอบความยาวคลื่นเฉพาะของรังสีนี้นักวิทยาศาสตร์สามารถกำหนดองค์ประกอบทางเคมีที่มีอยู่ ความแรงของสัญญาณขององค์ประกอบเหล่านี้เป็นตัวบ่งชี้ความดันบรรยากาศด้วย เมื่อนำมารวมกันการอ่านเหล่านี้ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์กำหนดความหนาแน่นและองค์ประกอบของชั้นบรรยากาศ
นักดาราศาสตร์ใช้แบบจำลองเพื่อคำนวณว่าโอโซน (O³) ก่อตัวขึ้นในชั้นบรรยากาศของโลกจากออกซิเจนที่สัมผัสกับรังสีดวงอาทิตย์มานานหลายทศวรรษแล้ว การใช้แบบจำลองเดียวกันนี้และจับคู่กับเหตุการณ์สภาพอากาศในอวกาศที่คาดว่าจะเกิดจากดาวฤกษ์ที่เย็นและมีพลัง - Airapetian และเพื่อนร่วมงานของเขาพยายามคำนวณว่าไนตริกออกไซด์และไฮดรอกซิลจะก่อตัวในชั้นบรรยากาศโลกได้อย่างไร .
เพื่อให้บรรลุผลดังกล่าวพวกเขาได้ศึกษาข้อมูลจากภารกิจ Thermosphere Ionosphere Mesosphere Energetics Dynamics (TIMED) ของนาซ่าซึ่งได้ศึกษาการก่อตัวของบีคอนในชั้นบรรยากาศของโลกมาหลายปี โดยเฉพาะพวกเขาใช้ข้อมูลจากการสร้างบรรยากาศโดยใช้เครื่องมือ Broadband Emission Radiometry (SABER) ซึ่งอนุญาตให้พวกเขาจำลองว่าการสังเกตการณ์บีคอนเหล่านี้อาจปรากฏในบรรยากาศดาวเคราะห์นอกระบบได้อย่างไร
ในฐานะที่เป็น Martin Mlynczak ผู้ร่วมงานวิจัยหลักของ SABer ที่ศูนย์วิจัย Langley ของ NASA และผู้ร่วมเขียนรายงานระบุว่า:
“ จากสิ่งที่เรารู้เกี่ยวกับรังสีอินฟราเรดที่ปล่อยออกมาจากชั้นบรรยากาศของโลกความคิดคือการมองดาวเคราะห์นอกระบบและดูสัญญาณที่เราสามารถตรวจจับได้ หากเราพบสัญญาณดาวเคราะห์นอกระบบในสัดส่วนที่ใกล้เคียงกับโลกเราอาจกล่าวได้ว่าดาวเคราะห์นั้นเป็นตัวเลือกที่ดีสำหรับการใช้ชีวิต”
สิ่งที่พวกเขาพบก็คือความถี่ของพายุดาวฤกษ์ที่รุนแรงนั้นสัมพันธ์โดยตรงกับความแรงของสัญญาณความร้อนที่มาจากบีคอนบรรยากาศ ยิ่งมีพายุเกิดขึ้นก็ยิ่งมีการสร้างโมเลกุลบีคอนมากขึ้นสร้างสัญญาณที่แรงพอที่จะสังเกตจากโลกด้วยกล้องโทรทรรศน์อวกาศและใช้เวลาสังเกตเพียงสองชั่วโมง
พวกเขายังพบว่าวิธีการเช่นนี้สามารถกำจัดดาวเคราะห์นอกระบบที่ไม่มีสนามแม่เหล็กคล้ายโลกซึ่งมีปฏิสัมพันธ์กับอนุภาคที่มีประจุจากดวงอาทิตย์ การปรากฏตัวของเขตข้อมูลดังกล่าวคือสิ่งที่ทำให้แน่ใจได้ว่าบรรยากาศของดาวเคราะห์ไม่ได้ถูกแยกออกไปและเป็นสิ่งจำเป็นต่อการอยู่อาศัย ในฐานะที่เป็น Airapetian อธิบาย:
“ ดาวเคราะห์ต้องการสนามแม่เหล็กที่คอยปกป้องบรรยากาศและปกป้องดาวเคราะห์จากพายุและการแผ่รังสีของดาวฤกษ์ หากลมแรงของดาวฤกษ์ไม่รุนแรงจนสามารถบีบอัดสนามแม่เหล็กของดาวเคราะห์นอกระบบได้ใกล้กับพื้นผิวสนามแม่เหล็กจะป้องกันการหลบหนีจากชั้นบรรยากาศดังนั้นจึงมีอนุภาคในชั้นบรรยากาศมากขึ้นและมีสัญญาณอินฟราเรดที่รุนแรงขึ้น”
รุ่นใหม่นี้มีความสำคัญด้วยเหตุผลหลายประการ ในอีกด้านหนึ่งมันแสดงให้เห็นว่าการวิจัยที่เปิดใช้งานการศึกษาอย่างละเอียดเกี่ยวกับชั้นบรรยากาศของโลกและวิธีการที่มันมีปฏิสัมพันธ์กับสภาพอากาศในอวกาศได้ถูกนำไปใช้ในการศึกษาดาวเคราะห์นอกระบบ นอกจากนี้ยังเป็นเรื่องที่น่าตื่นเต้นเพราะสามารถอนุญาตให้มีการศึกษาใหม่เกี่ยวกับการอยู่อาศัยของดาวเคราะห์นอกระบบรอบดาวฤกษ์บางประเภทตั้งแต่ดาวสีเหลืองและสีส้มไปจนถึงดาวแคระแดงที่เย็นและเย็น
ดาวแคระแดงเป็นดาวประเภทที่พบมากที่สุดในจักรวาลคิดเป็น 70% ของดาวในกาแลคซีกังหันและ 90% ในกาแลคซีทรงกลม ยิ่งไปกว่านั้นจากการค้นพบเมื่อไม่นานมานี้นักดาราศาสตร์ประเมินว่าดาวแคระแดงมีแนวโน้มที่จะมีระบบดาวเคราะห์หินมาก ทีมวิจัยยังคาดหวังว่าเครื่องมืออวกาศรุ่นต่อไปเช่นกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์จะเพิ่มโอกาสในการค้นหาดาวเคราะห์ที่อาศัยอยู่ได้โดยใช้แบบจำลองนี้
ในฐานะที่เป็นวิลเลียมดันชินักฟิสิกส์ดาราศาสตร์อาวุโสก็อดดาร์ดและผู้เขียนร่วมในการศึกษากล่าวว่า
“ ข้อมูลเชิงลึกใหม่เกี่ยวกับศักยภาพของชีวิตบนดาวเคราะห์นอกระบบขึ้นอยู่กับการวิจัยแบบสหวิทยาการซึ่งข้อมูลแบบจำลองและเทคนิคที่ใช้จากหน่วยงานวิทยาศาสตร์ทั้งสี่ของ NASA ก็อดดาร์ด: Heliophysics, astrophysics, ดาวเคราะห์และวิทยาศาสตร์โลก ส่วนผสมนี้สร้างเส้นทางใหม่ที่มีเอกลักษณ์และทรงพลังสำหรับการวิจัยดาวเคราะห์นอกระบบ”
จนกว่าจะถึงเวลาที่เราสามารถศึกษาดาวเคราะห์นอกระบบได้โดยตรงการพัฒนาใด ๆ ที่ทำให้ชีวประวัติสามารถมองเห็นและตรวจจับได้ง่ายขึ้นนั้นมีค่าอย่างไม่น่าเชื่อ ในอนาคตอันใกล้นี้ Project Blue และ Breakthrough Starshot หวังว่าจะได้ทำการศึกษาโดยตรงครั้งแรกของระบบ Alpha Centauri แต่ในขณะเดียวกันแบบจำลองที่ได้รับการปรับปรุงซึ่งช่วยให้เราสามารถสำรวจดาวอื่น ๆ นับไม่ถ้วนสำหรับดาวเคราะห์นอกระบบที่มีศักยภาพเป็นสีทอง!
ไม่เพียง แต่พวกเขาจะปรับปรุงความเข้าใจของเราอย่างกว้างขวางว่าดาวเคราะห์เหล่านี้เป็นเช่นไรพวกเขาอาจชี้ให้เราเห็นทิศทางของ Earth 2.0 อย่างน้อยหนึ่งอย่าง!
