跨学科的方法对于寻找其他世界的生活至关重要

在寻找超越地球的生活中跨越学科

Kepler-186f的插图,第一个在星星的可居住区内发现的一个地球大小的星球。科学家们现在知道成千上万的外产网,但我们的知识是有限的,因为我们还无法直接观察它们。信用:美国宇航局AMES / Seti Institute / JPL-CALTECH

寻求超越地球的生活正在嘲笑创造力和创新。追随金匆忙外产在过去二十年中发现,是时候解决下一步:确定已知的外产上的哪个是终身的适当候选者。

科学家们美国宇航局两所大学提出了新的结果,致力于跨越天体科学,地球科学,光晕物理学和行星科学的领域的这项任务 - 展示了一种跨学科的方法对于在其他世界的生活中找到生活至关重要 - 在12月美国地球物理联盟的秋季会议上2017年,2017年,在新奥尔良,路易斯安那州。

“宇宙中潜在居住的房地产大大扩大,”NASA戈达德太空飞行中心在马里兰州Greenbelt的Astrobiogratigorgs Giada Arney说。“我们现在知道成千上万的外产网,但我们对他们所知的是有限的,因为我们还无法直接看到它们。”

目前,科学家大多依靠间接的方法来识别和研究外产上的外产;这些方法可以告诉他们行星是否是地球状的,也可以将其父母明星接近。但这还没有足以说星球是否真正适合,或适合生活 - 为此,科学家必须最终能够直接观察外产。

直接成像仪器和任务设计正在进行中,但与此同时,Arney解释说,科学家们正在进行进展。他们正在建立计算模型来模拟可居住的行星可能看起来像什么,以及它们如何与他们的父母的明星互动。为了验证他们的模型,他们希望在我们自己的太阳系内的行星,作为我们可能有一天发现的外产的类似物。当然,这包括地球本身 - 我们所知道的地球,我们唯一知道这是可居住的。

“在我们对其他世界的生活寻求生活中,科学家们非常重要,以考虑从整体意义上的外产儿 - 即,从多个学科的角度来看,”阿尼说。“我们需要这些多学科研究,以检查外产上的塑造世界,塑造多个天体物理,行星和恒星过程,而不是天空中的遥远点。”

将地球作为外产

当人类开始收集第一张系外行星的直接图像时,即使是最近的图像也会以少量像素的形式出现。关于行星生命,我们能从点点滴滴的像素中了解到什么?

斯蒂芬·凯恩是加州大学的河滨河畔的Expoplanets专家已经提出了一种使用NASA的地球多色成像相机回答该问题,这些问题是国内海洋和大气管理的深度空间气候观测所在的气候天文台或DSCOVR。凯恩解释说,他和他的同事采取DSCOVR的高分辨率图像 - 通常用于记录地球的全球天气模式和其他与气候相关的事件 - 并将其降至图像尺寸的几个像素。Kane通过噪声过滤器运行DSCOVR图像,该噪声过滤器试图模拟Exoplanet任务所期望的干扰。

DSCOVR-EPIC相机拍摄的地球图像

左侧,来自DSCOVR-EPIC相机的地球图像。对,相同的图像劣化到3×3像素的分辨率,类似于研究人员在未来的外出观察中看到的。积分:NOAA / NASA / DSCOVR

“从少数像素中,我们试图提取我们尽可能地了解地球的信息,”凯恩说。“如果我们能够准确地完成地球,我们可以为其他明星的行星做这件事。”

Dscovr每半小时拍一张照片,它已经在轨道上两年。它超过30,000只图像是迄今为止存在的全磁盘观测的最长持续记录。由observing how the brightness of Earth changes when mostly land is in view compared with mostly water, Kane has been able to reverse-engineer Earth’s albedo, obliquity, rotation rate and even seasonal variation — something that has yet to be measured directly for exoplanets — all of which could potentially influence a planet’s ability to support life.

寻找其他金星

科学家使用地球作为居住行星的案例研究,他们还在太阳系中使用行星 - 因此,他们更熟悉的行星 - 作为使行星无法居住的行星的研究。

凯恩还研究地球的姐姐星球,金星,表面为850度华氏温度和大气 - 充满硫酸- 在地面上的90倍下降到地面上的沼泽。由于地球和金星在其居住性前景方面如此贴近,但在其居住前的前景如此不同,他有兴趣开发用于区分地球和金星模拟在其他行星系统中的方法,作为识别潜在居住的地面行星的方式。

凯恩解释说,他可以通过定义“金星区”,识别来自美国国家航空航天局的开普勒数据的维纳斯类似物,其中通过行星展示 - 给定的星球从其主恒星获得多少光 - 在大气侵蚀和温室气体周期中起着关键作用。

“地球和金星的命运和他们的气氛彼此束缚,”凯恩说。“通过寻找类似的行星,我们正试图了解他们的进化,最终发展行星的频率如何结束像地狱般的Hellscape。”

寻找其他金星

由于地球,右边和金星,在加利福尼亚大学河畔大学的居住者前景,斯蒂芬·凯恩的居住前景方面如此近似,但对河滨大学的专家有兴趣开发区分地球的方法 -和其他行星系统中的金星类似物,作为识别潜在居住的地面行星的一种方式。积分:NASA / JPL-CALTECH / AMES

建模星球 - 行星相互作用

当凯恩谈论行星的时候,戈达德太空科学家凯瑟琳·加西亚-塞奇专注于行星与他们的宿主恒星的相互作用方式。科学家们还必须考虑,主星的质量和行星的电磁环境(可以保护它免受严酷的恒星辐射)是如何阻碍或有助于宜居性的。例如,地球磁场保护大气层免受强烈太阳风的影响,太阳风是太阳不断释放出的带电物质,它可以在一个被称为电离层逃逸的过程中带走大气中的气体。

Garcia-sage描述了Proxima B的研究,这是一个偏远的四个光年,并且已知在其红矮星,Proxima Centauri的可居住区内存在。但只是因为它在可居住的区域 - 距离水可以在行星表面上池的明星的正确距离 - 并不一定意味着它可居住。

虽然科学家尚未判断Proxima B是否被磁化,但它们可以使用计算模型来模拟地球状磁场会如何保护其在Exoplanet的关闭轨道到Proxima Centauri的大气,这通常会产生暴力恒星风暴。这种风暴对给定的星球空间环境的影响是统称为空间天气。

“我们需要了解一个星球的空间天气环境,了解一个星球是否可居住,”Garcia-sage说。“如果星星过于活跃,它可以危及一种气氛,这是提供液态水所必需的。但是有一条细线:有一些迹象表明来自星星的辐射可以生产用于生命的构建块。“

红矮星 - 当极端紫外线辐射电离大气气体时,我们的银河系中最常见的恒星中最常见的星星之一,这些紫外线电离大气气体,可以沿着磁场线流出空间的电荷颗粒。

外行星离子逃逸寻找地球以外的生命

在这个例证中,来自活跃的红矮星的极端紫外线,导致离子逃离外出的大气。积分:美国宇航局的戈达德太空飞行中心

根据美国宇航局钱德拉x射线天文台的观测结果,科学家们计算出了半人马座比邻星平均产生多少辐射。在比邻星b的轨道上,科学家们发现他们的类地行星遭遇了强烈的紫外线辐射,强度是地球从太阳受到的紫外线的数百倍。

Garcia-Sage和她的同事设计了一种计算机模型,用于研究地球状星球 - 与地球的大气,磁场和重力 - 在Proxima B的轨道上是否可以坚持其大气。他们检查了推动电离层逃生的三个因素:脱渣辐射,中性气氛的温度,偏离偏离的区域。

科学家们表明,在Proxima B可能存在极端条件,该地球可能会失去相当于100万年的地球大气层的金额 - 迄今为止,仅仅是Proxima B的一小部分。即使在最好的情况下,大量逃脱超过20亿年,在地球的一生中也是如此。

火星,研究外产的实验室

虽然Garcia-Sage谈到了磁化行星,大卫脑,科罗拉多大学的行星科学家,博尔德,谈到火星 - 没有磁场的星球。

“火星是一个思考外产的伟大实验室,”大脑说。“我们可以使用火星来帮助限制我们对我们没有观察的各种岩石的外产的思考。”

大脑的研究使用美国国家航空航天局的火星氛围和挥发演进,或马来斯的观察,或者询问问题:如果它是轨道的不同类型的明星,火星会如何进化?答案提供了岩石行星如何与我们自己不同的信息 - 在不同情况下可以不同地发展。

有人认为火星曾经被携带水和一个可能使它热情地生活的气氛。但是,通过各种化学物质和物理流程随着时间的推移而失去了大部分气氛 - 自2013年底以来,Maven已经观察到地球上的类似大气损失。

布莱恩是MAVEN的合作研究者,他和同事们将MAVEN的见解应用到一个假设的模拟中,模拟一颗围绕m级恒星(通常被称为红矮星)运行的类似火星的行星。在这种想象的情况下,这颗行星接收到的紫外线辐射将比真正的火星多5到10倍,这反过来会加速大气逃逸的速度。他们的计算表明,这颗行星的大气层可能会失去3到5倍的带电粒子,大约5到10倍的中性粒子。

这种大气损失的速度表明,在一个安静的M级明星的可居住区的边缘,而不是我们的阳光,可以缩短这个星球的可居住时期大约五到20。

探索地球之外的生命

要获得与火星从我们的太阳收到的相同数量的星光,那么一个星球型红矮小的行星将不得不定位到它的恒星比汞在太阳。积分:美国宇航局的戈达德太空飞行中心

“但我不会放弃岩石行星绕侏儒的希望,”脑说。“我们选择了一个最糟糕的情况。火星是一个小星球,缺乏磁场,因此太阳风可以更有效地剥离其大气层。我们还挑选了一个没有地质活跃的火星,所以没有内在的大气来源。如果你改变了任何一个因素,这样的星球可能是一个更快乐的地方。“

这些研究中的每一个都贡献了一个更大的难题 - 确定我们应该寻找的特点,并需要识别,在寻找可能支持生活的行星中。这种跨学科研究奠定了基础,确保了,因为新的任务更清楚地观察了外产的,我们将准备好确定他们是否可能只是举办终身生活。

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