Μπορούμε άραγε να ζήσουμε μακριά από τον Ήλιο;

Νέα όρια της ζώνης, που μπορεί να κατοικηθεί και αφορά σε πλανήτες του τύπου της Γης, πρότειναν οι ερευνητές από το Κρατικό Πανεπιστήμιο της Πενσιλβάνια των ΗΠΑ. Χρησιμοποιώντας ως βάση μελέτης ακριβέστερους συντελεστές απορρόφησης μορίων νερού και διοξειδίου του άνθρακα, κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι εν δυνάμει «κατοικήσιμοι» πλανήτες πρέπει να αναζητηθούν μακρύτερα από τα άστρα, σε σχέση με ότι πιστεύαμε παλαιότερα.

Ανάλογες μελέτες είναι πολύ σημαντικές για το σχεδιασμό των μελλοντικών προγραμμάτων αναζήτησης «εξωπλανητών», αλλά προς το παρόν δεν επαρκεί η κατανόησή σχετικά με το πώς είναι κατασκευασμένες οι κλιματικές μηχανές.

Κινητήρια δύναμη για την αναζήτηση πλανητών εκτός του Ηλιακού μας συστήματος αποτελεί η προσπάθεια να βρεθεί ζωή πέραν της μοναδικής μέχρι στιγμής κοιτίδας της. Ο αριθμός των «νέων κόσμων» αυξάνεται με τεράστια ταχύτητα: για περίπου 700 ουράνια σώματα είναι σχεδόν με βεβαιότητα γνωστό ότι πρόκειται όντως για εξωπλανήτες γύρω από άλλα άστρα, ενώ πάνω από 2.000 «υποψήφιοι» εξωπλανήτες, που έχουν ανακαλυφθεί από το τηλεσκόπιο «Κέπλερ», περιμένουν να επιβεβαιωθούν ή όχι ως τέτοιοι. Στο εγγύς μέλλον ο αριθμός αυτός θα αυξηθεί περαιτέρω. Είναι απαραίτητο με κάποιο τρόπο να ταξινομηθεί αυτή η αφθονία, ώστε κατόπιν να επιλεγούν για συστηματική μελέτη τα πιο ενδιαφέροντα ουράνια σώματα, δηλαδή εκείνα, που είναι πιθανότερο να αποτελέσουν τόπο διαβίωσης ζωντανών οργανισμών.

Κριτήριο για την επιλογή ενδέχεται να αποτελέσει η θέση του πλανήτη εντός της λεγόμενης «κατοικήσιμης ζώνης», το διαστημικό χώρο γύρω από ένα αστέρι, εντός του οποίου ένας πλανήτης με γήινη μάζα και παρόμοια σύνθεση ατμόσφαιρας (άζωτο, νερό, διοξείδιο του άνθρακα) μπορεί να διατηρήσει στην επιφάνειά του υγρό νερό. Όπως είναι γνωστό, στην επιφάνεια της Αφροδίτης και του Άρη δεν υπάρχει νερό.

Τα όρια της ζώνης, που μπορεί να κατοικηθεί, επηρεάζονται όχι μόνο από τη θερμοκρασία του αστεριού, αλλά και τη σύνθεση ή τις ιδιότητες της ατμόσφαιρας του ίδιου του πλανήτη. Όλα αυτά τα χαρακτηριστικά περιλαμβάνονται στο μοντέλο, βάσει του οποίου εν συνεχεία υπολογίζονται οι αποστάσεις, που συνήθως μετρώνται σε αστρονομικές μονάδες, δηλαδή την απόσταση του Ήλιου από τη Γη (1,5 εκατ. χιλιόμετρα).

Η νέα εργασία της ομάδας των ερευνητών από το Κρατικό Πανεπιστήμιο της Πενσιλβάνια, τη NASA, καθώς και από τα Πανεπιστήμια της Ουάσιγκτον και του Μπορντό στη Γαλλία έθεσε υπό αμφισβήτηση το μοντέλο, που είχε σχεδιαστεί νωρίτερα από τον Τζορτζ Κάστινγκ, το οποίο προέβλεπε ότι τα εσωτερικά και εξωτερικά όρια της κατοικήσιμης ζώνης για τον Ήλιο μας βρίσκονται μεταξύ 0,95 και 1,67 αστρονομικής μονάδας. Είναι αλήθεια ότι χρησιμοποιήθηκε σ’ αυτήν ένα αρκετά απλό μοντέλο πλανήτη, χωρίς σύννεφα. Σε κάθε περίπτωση προέκυπτε ότι η Γη βρίσκεται σε εντελώς οριακό σημείο της περιοχής, που είναι κατάλληλη για ζωή.

Ωστόσο, όπως επισημαίνει ο πρώτος συντάκτης της νέας μελέτης, Ραβί Κουμάρ Κοπαράπου, στο μοντέλο του Κάστινγκ χρησιμοποιήθηκαν πεπαλαιωμένοι και λιγότερο ακριβείς συντελεστές απορρόφησης της ηλιακής ακτινοβολίας από μόρια νερού και διοξειδίου του άνθρακα, το σημαντικότερο δηλαδή από τα αέρια του θερμοκηπίου. Τα δεδομένα αυτά είναι εξαιρετικά σημαντικά για την κατανόηση του πώς η ακτινοβολία των αστέρων επηρεάζει τη φωτοχημεία της ατμόσφαιρας, τη θερμοκρασία της επιφάνειας και την κατακράτηση ύδατος. Επιπλέον, στο μοντέλο υπήρχαν και κάποιες άλλες ανακρίβειες, ενώ δεν εξέταζε και τους αστέρες τύπου M (αρκετά κρύα και μικρά αστέρια και τους ερυθρούς νάνους).

Αυτές τις ανακρίβειες ανέλαβε να διορθώσει η νέα μελέτη. Στο μοντέλο πρωτίστως έχουν συμπεριληφθεί τα πλέον πρόσφατα στοιχεία για την απορρόφηση της ηλιακής ακτινοβολίας. Εν συνεχεία διασαφηνίστηκαν κάποιοι φυσικοί μηχανισμοί συμπεριφοράς της ακτινοβολίας στην ατμόσφαιρα. Στην εργασία τους οι ερευνητές παρέθεσαν ταυτοχρόνως αρκετά συμπεράσματα: πού θα βρίσκεται η κατοικήσιμη ζώνη γύρω από τα αστέρια διαφόρων τύπων και τί είδους θα είναι αυτή για τους διάφορους πλανήτες.

Είναι ενδιαφέρον, ποιους περιορισμούς θέτει η «ζώνη» σχετικά με τη θέση της Γης έναντι του Ηλίου. Αποδεικνύεται ότι ο πλανήτης μας μόλις και μετά βίας συμπεριλαμβάνεται στα αναγκαία όρια: το εσωτερικό σύνορο της «κατοικήσιμης ζώνης» βρίσκεται στην 0,99 αστρονομική μονάδα από τον Ήλιο και το εξωτερικό στην 1,70, πράγμα που σημαίνει συνολικά λίγο περισσότερο από ότι έδινε το μοντέλο του Κάστινγκ.

Εκτός αυτού, αρκετοί από τους εξωπλανήτες που ανακαλύφθηκαν, όπως για παράδειγμα ο HD85512b, σύμφωνα με το νέο μοντέλο, τίθεται εκτός της «κατοικήσιμης ζώνης», αν και στο παρελθόν θεωρούνταν ότι βρίσκεται εντός αυτής.

Οι ίδιοι οι συγγραφείς επισημαίνουν ότι το μοντέλο είναι απίθανο να θεωρηθεί πλήρες, λόγω της έλλειψης υπολογισμού των νεφών στην ατμόσφαιρα, τα οποία είναι σε θέση να αντανακλούν την ηλιακή ακτινοβολία και επομένως να εμποδίζουν με αυτό τον τρόπο την υπερθέρμανση του πλανήτη και να χρησιμεύουν ως «κάλυμμα» για την εσωτερική θερμότητα, μη επιτρέποντάς της να διαφύγει στο Διάστημα. Με την εμφάνιση των νεφών τα όρια της ζώνης μπορούν να διευρυνθούν προς αμφότερες τις κατευθύνσεις. Επιπλέον, προσθέτουν οι σχολιαστές, ο ίδιος ο πλανήτης μπορεί να θερμαίνεται χάρη στις εσωτερικές διεργασίες του, κάτι που επίσης δεν έχει υπολογιστεί στο μοντέλο.

Τι προσφέρει όμως η μελέτη, εκτός από μια ακόμη κατά προσέγγιση εκτίμηση;

Οι συγγραφείς επισημαίνουν ότι, βάσει των αποτελεσμάτων τους είναι δυνατή με μεγαλύτερη ακρίβεια η «στόχευση» των εργαλείων, που προορίζονται να αναζητήσουν δυνητικά κατοικήσιμους πλανήτες, ιδιαίτερα γύρω από αστέρια τύπου K και M. Για παράδειγμα, το μελλοντικό τηλεσκόπιο James Webb (JWST) έχει τη δυνατότητα να καταγράψει το φάσμα ενός παρόμοιου με τη Γη πλανήτη, που περιστρέφεται γύρω από ένα αστέρι τύπου M. Στο βαθμό, που το JWST δεν έχει σχεδιαστεί κυρίως για τη μελέτη εξωπλανητών, οι έρευνες αυτές θα πρέπει να είναι πολύ προσεκτικά στοχευμένες.

Το άρθρο εγκρίθηκε και θα δημοσιευθεί στο περιοδικό Astrophysical Journal. Εκτός από τα έντυπα συμπεράσματά τους, οι συντάκτες του σχεδίασαν επίσης και ένα «υπολογιστικό σύστημα κατοικήσιμης ζώνης», ένα διαδικτυακό πρόγραμμα, που επιτρέπει να υπολογιστούν τα όρια της ζώνης για αστέρες βασικής ακολουθίας με θερμοκρασίες 2.600-7.200 βαθμών Kelvin. Φυσικά, αυτή η προσομοίωση βασίζεται μόνο στη σημερινή κατανόηση του προβλήματος, αλλά είναι απίθανο χωρίς αυτές τις αναγκαστικά κατά προσέγγιση προσπάθειες να κατανοήσουμε πώς είναι δυνατή η ζωή στο Σύμπαν.