최근 몇 년간 천문학 자들이 발견 한 수천 개의 외계 행성에도 불구하고 그것들 중 어느 것이 거주 가능한지 아닌지를 결정하는 것은 큰 도전입니다. 우리는이 행성들을 직접 연구 할 수 없기 때문에 과학자들은 간접적 인 지시를 찾아야합니다. 이것들은 우리가 행성 대기에서 나타나는 유기 생명체와 관련된 화학 부산물로 구성된 생체 서명으로 알려져 있습니다.
NASA 과학자 팀의 새로운 연구는 태양계를 넘어서서 잠재적 인 삶의 징후를 찾는 새로운 방법을 제안합니다. 그들이 추천하는 열쇠는 시원하고 어린 드워프 스타들의 잦은 별 폭풍을 이용하는 것입니다. 이 폭풍은 우주에 거대한 항성 물질과 방사선을 방출하여 외계 행성과 상호 작용하고 감지 할 수있는 생체 신호를 생성합니다.
“G와 K 별 주위의 외계 행성에서 대기권의 생명 표지”라는 제목의 연구는 최근에 자연 과학 보고서. NASA Goddard 우주 비행 센터에서 헬리오 물리학 과학 부서 (HSD)의 선임 천체 물리학자인 Vladimir S. Airapetian이 이끄는 팀은 NASA의 Langley Research Center, Science Systems and Applications Incorporated (SSAI) 및 미국 대학의 멤버로 구성되었습니다. .
전통적으로 연구자들은 외계 행성 환경에서 산소와 메탄의 징후를 찾았다. 유기 공정에서 잘 알려진 부산물이기 때문이다. 시간이 지남에 따라, 이들 가스는 축적되어 분광법으로 검출 할 수있는 양에 도달합니다. 그러나이 방법은 시간이 많이 걸리며 천문학 자들은 먼 행성의 스펙트럼을 관찰하기 위해 며칠을 소비해야합니다.
그러나 Airapetian과 그의 동료들에 따르면 잠재적으로 거주 할 수있는 세계에서 조잡한 서명을 검색 할 수 있다고합니다. 이 접근 방식은 기존 기술과 리소스에 의존하며 시간이 덜 걸립니다. Airapetian이 NASA 보도 자료에서 설명했듯이 :
“우리는 기본 전제 조건에서 생명까지 형성되는 분자, 특히 대기의 78 % 인 분자 질소를 찾고 있습니다. 이것들은 생물학적으로 친근하고 강력한 적외선 방 출력을 가진 기본적인 분자이며,이를 감지 할 가능성이 높아집니다.”
Airapetian과 그의 팀은 지구의 생명체를 템플릿으로 사용하여 외계 행성 대기에서 수증기, 질소 및 산소 가스 부산물을 보거나 표시하는 새로운 방법을 설계했습니다. 그러나 실제 트릭은 활동적인 왜소한 별에서 발생하는 다양한 우주 기상 현상을 이용하는 것입니다. 행성 대기를 파열에 노출시키는 이러한 사건은 천문학자가 선택할 수있는 화학 반응을 일으킨다.
G 형 노란 왜 성인 우리 태양과 같은 별들에 관해서는, 그러한 날씨는 아직 어릴 때 일반적입니다. 그러나 다른 황색 및 주황색 별은 수십억 년 동안 활성 상태로 남아 활력이 있고 하전 된 입자의 폭풍을 생성하는 것으로 알려져 있습니다. 그리고 우주에서 가장 흔한 유형 인 M 형 (빨간색 왜성) 별은 오랜 기간 동안 활동을 유지하며 행성을 주기적으로 미니 플레어에 노출시킵니다.
이들이 외계 행성에 도달하면 대기와 반응하여 질소 (N²) 및 산소 (O²) 가스를 단일 원자로, 수증기를 수소와 산소로 화학적으로 해리시킵니다. 분해 된 질소와 산소 원자는 일련의 화학 반응을 일으켜 하이드 록실 (OH), 더 많은 분자 산소 (O) 및 산화 질소 (NO)를 생성합니다. 과학자들은“대기 비컨”이라고합니다.
별빛이 행성의 대기에 닿으면이 비콘 분자가 에너지를 흡수하고 적외선을 방출합니다. 이 방사선의 특정 파장을 조사함으로써 과학자들은 어떤 화학 원소가 존재하는지 확인할 수 있습니다. 이들 요소의 신호 강도는 대기압을 나타냅니다. 이 측정 값을 종합하면 과학자들은 대기의 밀도와 구성을 결정할 수 있습니다.
수십 년 동안 천문학 자들은이 모델을 사용하여 태양 복사에 노출 된 산소로 지구 대기에서 오존 (O³)이 어떻게 형성되는지 계산했습니다. Airapetian과 그의 동료들은이 같은 모델을 사용하여 시원하고 활동적인 별에서 예상되는 우주 기상 사건과 짝을 이뤄 지구와 같은 대기에서 얼마나 많은 산화 질소와 히드 록실이 형성되고 얼마나 많은 오존이 파괴 될지를 계산하려고했습니다. .
이를 위해 NASA의 Thermosphere Iosphere Mesosphere Energetics Dynamics (TIMED) 미션에서 데이터를 참조하여 수년 동안 지구 대기에서 비콘 형성을 연구했습니다. 특히, 그들은 SABER (Broadband Emission Radiometry) 기기를 사용하여 대기의 소리에서 얻은 데이터를 사용하여이 비콘의 적외선 관측이 외계 행성에서 어떻게 나타나는지 시뮬레이션 할 수있었습니다.
NASA의 Langley Research Center의 SABER 부교수이자 논문 공동 저자 인 Martin Mlynczak은 다음과 같이 지적했습니다.
“지구의 대기에서 방출되는 적외선에 대해 우리가 알고있는 것은 외계 행성을보고 어떤 종류의 신호를 감지 할 수 있는지를 생각하는 것입니다. 지구와 거의 같은 비율의 외계 행성 신호를 발견하면 지구가 생명을 구하기에 좋은 후보라고 말할 수 있습니다.”
그들이 발견 한 것은 강렬한 별 폭풍의 빈도는 대기 비콘에서 나오는 열 신호의 강도와 직접 관련이 있다는 것입니다. 폭풍이 많을수록 더 많은 비콘 분자가 생성되어 우주 망원경으로 지구에서 관측하기에 충분히 강한 신호를 생성하며 단 2 시간의 관측 시간을 기준으로합니다.
또한 이러한 종류의 방법은 지구와 같은 자기장을 갖지 않는 외계 행성을 제거 할 수 있으며, 이는 태양으로부터 하전 된 입자와 자연적으로 상호 작용합니다. 이러한 필드가 존재하면 지구의 대기가 제거되지 않으므로 거주성에 필수적입니다. Airapetian은 다음과 같이 설명했습니다.
“행성에는 대기를 보호하고 별의 폭풍과 방사선으로부터 지구를 보호하는 자기장이 필요합니다. 외계 행성의 자기장을 표면에 가깝게 압축하기에 별 풍이 극단적이지 않은 경우, 자기장은 대기 탈출을 막아 대기 중에 더 많은 입자와 더 강한 적외선 신호를 발생시킵니다.”
이 새로운 모델은 몇 가지 이유로 중요합니다. 한편으로 지구 대기에 대한 자세한 연구를 가능하게 한 연구와 우주 날씨와의 상호 작용이 현재 외계 행성 연구에 어떻게 적용되는지 보여줍니다. 또한 많은 종류의 노란색과 주황색 별에서 시원하고 붉은 왜성에 이르기까지 특정 종류의 별에 대한 외계 행성에 대한 새로운 연구가 가능하기 때문에 흥미 롭습니다.
적색 왜성은 우주에서 가장 흔한 유형의 별이며 나선 은하에서 별의 70 %, 타원형 은하에서 90 %를 차지한다. 또한 최근의 발견에 따르면 천문학 자들은 붉은 왜성 별들이 바위 같은 행성계를 가지고있을 가능성이 높다고 추정합니다. 연구팀은 또한 제임스 웹 우주 망원경 (James Webb Space Telescope)과 같은 차세대 우주 기기가이 모델을 사용하여 거주 가능한 행성을 찾을 가능성을 높일 것으로 예상합니다.
고다드 선임 천체 물리학 자이자 공동 저자 인 윌리엄 단 치는 다음과 같이 말했다.
“외계 행에서의 생명의 잠재력에 대한 새로운 통찰은 NASA Goddard의 과학, 물리학, 천체 물리학, 행성 및 지구 과학의 네 가지 과학 부문에서 데이터, 모델 및 기술을 활용하는 학제 간 연구에 결정적으로 달려 있습니다. 이 혼합물은 외계 행성 연구를위한 독특하고 강력한 새로운 경로를 만들어냅니다.”
우리가 외계 행성 물질을 직접 연구 할 수있을 때까지, 생체 서명을 더 잘 식별하고 더 쉽게 감지 할 수있는 모든 개발은 엄청나게 가치가 있습니다. 향후 몇 년 동안 Project Blue와 혁신적인 Starshot은 Alpha Centauri 시스템에 대한 첫 번째 직접 연구를 수행하기를 희망합니다. 그러나 그 동안 잠재적으로 거주 가능한 외계 행성에 대해 수많은 다른 별을 조사 할 수있는 개선 된 모델은 황금입니다!
그들은 그러한 행성들이 얼마나 흔한 지에 대한 이해를 크게 향상시킬뿐만 아니라, 우리를 하나 이상의 지구 2.0의 방향으로 향하게 할 수도 있습니다!
