NASA와 다른 우주 기관들은 미래를 바라 볼 때, 외계 행성 연구 분야에 대한 높은 기대를 가지고 있습니다. 지난 10 년 동안 알려진 외계 행성의 수는 4000 개에 육박했으며, 차세대 망원경이 가동되면 더 많은 것이 발견 될 것으로 예상됩니다. 그리고 연구 할 외계 행성이 너무 많아서 연구 목표는 발견 과정에서 특성화로 천천히 옮겨 갔다.
불행하게도 과학자들은 여전히 우리가“거주 가능한 구역”으로 간주되는 것은 많은 가정의 대상이된다는 사실에 시달리고 있습니다. 이를 해결하기 위해 국제 연구팀은 최근 미래의 외계 행성 측량이 지구-아날로그 예를 넘어 거주성에 대한 지표로보고보다 포괄적 인 접근 방식을 채택 할 수있는 방법을 제시 한 논문을 발표했다.
“Habitable Zone 예측과 테스트 방법”이라는 제목의 논문은 최근 온라인으로 게재되었으며 천문학과 천체 물리학에 관한 Astro 2020 Decadal Survey에 백서로 제출되었습니다. 그 뒤에있는 팀은 Earth-Life Science Institute (ELSI)와 Space Science Institute (SSI)의 연구원 인 Ramses M. Ramirez가 이끌 었으며 23 개 대학 및 기관의 공동 저자 및 공동 서명자가 참여했습니다.
10 년간의 설문 조사의 목적은 다양한 연구 분야에서 이전에 이루어진 진보를 고려하고 향후 10 년 동안 우선 순위를 정하는 것입니다. 따라서이 조사는 NASA, NSF (National Space Foundation) 및 에너지 부에 미래의 천문학 및 천체 물리학 연구 목표를 계획 할 때 중요한 지침을 제공합니다.
현재, 이러한 목표 중 다수는 외계 행성 연구에 중점을두고 있으며, 이는 다음과 같은 차세대 망원경의 배치로 향후 몇 년 동안 도움이 될 것입니다. 제임스 웹 우주 망원경 (JWST)와 광 시야 적외선 우주 망원경 (WFIRST) 및 ELT (극도로 큰 망원경), 30 미터 망원경 및 GMT (Giant Magellan Telescope)와 같은 지상 관측소.
외계 행성 연구의 우선 순위 중 하나는 외계 생명체가 존재할 수있는 행성을 찾는 것입니다. 이와 관련하여 과학자들은 행성이 별의 거주 가능 구역 (HZ) 내에서 궤도를 돌고 있는지 여부에 따라 행성을 "잠재적으로 거주 할 수있는"(따라서 후속 관찰에 가치가있는) 것으로 지정합니다. 이러한 이유로 HZ 정의에 무엇이 들어가는 지 살펴 보는 것이 현명합니다.
라미레즈 (Ramirez)와 그의 동료들이 그들의 논문에서 지적했듯이, 외계 행성 거주 성과 관련된 주요 이슈 중 하나는 가정의 수준이다. 그것을 분해하기 위해, 대부분의 HZ 정의는 표면에 물이 존재한다고 가정합니다. 이것은 현재 호스트 수명으로 알려진 유일한 용매이기 때문입니다. 이와 동일한 정의는 생명체가 적당히 밝고 따뜻한 별을 공전하는 지각 활동을 가진 바위 같은 행성이 필요하다고 가정합니다.
그러나 최근의 연구는 이러한 많은 가정에 의문을 제기했습니다. 여기에는 대기 산소가 생명의 존재를 자동으로 의미하지 않는 방법을 나타내는 연구가 포함되어 있습니다. 특히 산소가 광분해가 아닌 화학적 해리의 결과 인 경우에 그러합니다. 다른 연구에 따르면 행성의 진화 초기에 산소 가스의 존재가 어떻게 기본 생명체의 상승을 막을 수 있는지가 밝혀졌습니다.
또한, 판 구조론이 어떻게 생명이 출현하기 위해 필요하지 않을 수 있고, 소위 "물 세계"가 생명을 지탱할 수는 없지만 (아직도 가능할 수 있음) 최근의 연구가 있습니다. 무엇보다도 다른 천체의 메탄이나 암모니아 바다에서 생명이 진화 할 수 있음을 암시하는 이론적 연구가 있습니다.
여기서 중요한 예는 토성의 위성 타이탄인데, 이것은 프리 바이오 틱 조건과 유기 화학이 풍부한 환경을 자랑합니다. 일부 과학자들은 이국적인 생명체를 지원할 수 있다고 생각합니다. 결국 과학자들은 생명체를 가진 지구의 유일한 예인 지구상의 생명체와 관련되어 있기 때문에 물과 이산화탄소와 같은 알려진 바이오 마커를 검색합니다.
그러나 라미레즈가 이메일을 통해 스페이스 매거진에 설명했듯이,이 사고 방식 (지구 분석가들이 삶에 적합한 것으로 간주되는 곳)에는 여전히 문제가 있습니다.
“고전적인 거주 가능 구역 정의는 그 구성이 주로 잠재적으로 다른 거주 가능 행성에 적용되거나 적용되지 않을 수있는 지구 중심의 기후 학적 주장에 기초하기 때문에 결함이 있습니다. 예를 들어, 거주 구역 외부 가장자리 근처의 거주 가능한 행성에서 멀티 바 CO2 대기가 지원 될 수 있다고 가정합니다. 그러나 이러한 높은 CO2 수준은 지구 식물과 동물에 유독하므로 수명 한계를 더 잘 이해하지 못하면이 가정이 얼마나 합리적인지 알 수 없습니다.
“클래식 HZ는 또한 CO2와 H2O가 잠재적으로 거주 가능한 행성을 유지하는 주요 온실 가스라고 가정하지만, 최근 몇 년간의 몇몇 연구는 지구상에서 비교적 작은 것이지만 온실 가스의 다른 조합을 사용하여 다른 HZ 정의를 개발했습니다. 잠재적으로 다른 거주 가능한 행성에 중요합니다.”
이전 연구에서 라미레즈 박사는 메탄과 수소 가스의 존재가 어떻게
운 좋게도 차세대 망원경의 배치 덕분에 이러한 정의를 테스트 할 수 있습니다. 과학자들이 HZ의 기반이되는 오랜 가정을 테스트 할 수있을뿐만 아니라,
“차세대 망원경은 거주 가능한 행성이 별에서 멀어 질수록 대기 CO2 압력의 예상 증가를 검색하여 거주 가능한 지역을 테스트 할 수 있습니다. 이것은 또한 많은 사람들이 우리 행성이 많은 역사를 위해 거주 할 수있게 해준 탄산염 실리케이트주기가 보편적 인 과정인지 아닌지를 테스트 할 것입니다.”
이 과정에서 규산염 암석은 풍화 및 침식을 통해 탄소 암석으로 변환되는 반면, 탄소 암석은 화산 및 지질 활동을 통해 규산염 암석으로 변환됩니다. 이주기는 시간이 지남에 따라 CO2 수준을 일정하게 유지함으로써 지구 대기의 장기적인 안정성을 보장합니다. 또한 물과 판 구조론이 우리가 알고있는 삶에 필수적인 방법을 보여줍니다.
그러나 이러한 유형의주기는 육지가있는 행성에만 존재할 수 있으며,“물 세계”를 효과적으로 배제합니다. M 형 (붉은 왜성) 별에서 흔히 볼 수있는이 외계 행성은 질량에 의해 최대 50 %의 물로 여겨진다. 표면에이 양의 물이 있으면“물 세계”는 맨틀 경계에 짙은 얼음 층이있어 열수 활동을 막을 수 있습니다.
그러나 이미 언급했듯이이 행성들이 여전히 거주 할 수 있다는 연구 결과가 있습니다. 풍부한 물은 암석에 의한 이산화탄소 흡수를 막고 화산 활동을 억제하는 반면, 시뮬레이션에 따르면이 행성들은 여전히 대기와 바다 사이에서 탄소를 순환시켜 기후를 안정적으로 유지할 수 있음을 보여줍니다.
라미레즈 박사는 이러한 유형의 해양 세계가 존재한다면, 행성 밀도가 낮고 고압 대기를 통해이를 감지 할 수 있다고 말한다. 그리고 별의 유형에 따라 항상 따뜻한 지구 대기를 나타내는 것은 아닙니다. 다양한 온실 가스의 문제가 있습니다.
메탄은 지구를 따뜻하게하지만 메탄은 실제로 붉은 왜성 별을 도는 거주 구역 행성의 표면을 식히는 것을 발견했습니다!” 그는 말했다. “이런 경우, 그러한 행성에서 대기 중 메탄의 양이 높으면 생활을 호스팅하기에 적합하지 않은 얼어 붙은 조건을 의미 할 수 있습니다. 우리는 이것을 행성의 스펙트럼에서 관찰 할 수있을 것입니다.”
붉은 왜성에 대해 말하면서,이 별들을 공전하는 행성들이 대기를 유지할 수 있을지에 대한 논쟁이 벌어지고 있습니다. 지난 몇 년 동안, 바위가 많고 조용히 잠긴 행성들이 붉은 왜성 별들에서 흔하며 별들의 각각의 HZ 내에서 공전한다는 것을 암시하는 여러 가지 발견이 이루어졌다.
그러나 이후의 연구에 따르면 붉은 왜성 별의 불안정성은 태양 플레어로 인해 행성을 대기로 돌고있는 행성을 벗길 수 있다는 이론을 강화했습니다. 마지막으로 라미레즈와 그의 동료들은 거주 할 수있는 행성이 (최근까지) 가능성이없는 후보로 선회 할 수있는 가능성을 제기한다.
이들은 시리우스 A, 알테어, 베가와 같은 주 계열 A 형 별일 것인데, 이는 거주하기에 너무 밝고 뜨겁다 고 생각되었다. 라미레즈 박사는이 가능성에 대해 말했다.
“나는 또한 별을 공전하는 거주 가능한 지구 행성에 생명이 존재하는지 알아내는 데 관심이 있습니다. A-star 행성 거주성에 대한 많은 공개 된 평가는 없었지만 일부 차세대 아키텍처는이를 관찰 할 계획입니다. 우리는 곧 A-stars의 삶에 대한 적합성에 대해 더 많이 배울 것입니다.”
궁극적으로,“거주 가능한 구역”의 정의에 의문을 제기하는 이와 같은 연구는 차세대 미션이 과학 운영을 시작할 때 유용 할 것입니다. 더 높은 해상도와 더 민감한 기기를 사용하여 과학자가 만든 많은 예측을 테스트하고 검증 할 수 있습니다.
이 테스트는 또한 우리가 알고있는 생명 또는“지구와 같은”것으로 간주되는 매개 변수를 넘어 생명이 존재할 수 있는지 여부를 확인합니다. 그러나 Ramirez가 덧붙이 자 그와 그의 동료들이 수행 한 연구는 또한 우리가 첨단 망원경 기술에 계속 투자하는 것이 얼마나 중요한지를 강조합니다.
“우리의 논문은 또한 고급 망원경 기술에 대한 지속적인 투자의 중요성을 강조합니다. 우리는 생명을 찾을 수있는 기회를 극대화하려면 가능한 많은 거주 가능한 지구 행성을 찾아서 특성화 할 수 있어야합니다. 그러나 나는 또한 우리의 논문이 사람들이 앞으로 10 년을 넘어 꿈을 꾸도록 영감을주기를 바랍니다. 저는 현재 우리가 현재 설계하고있는 것보다 훨씬 더 유능한 임무가있을 것이라고 믿습니다. 우리의 현재 노력은 우리 종에 대한 훨씬 더 헌신적 인 노력의 시작일뿐입니다.”
2020 년 10 월 설문 조사 회의는 물리 과학 및 천문학위원회와 국립 과학 아카데미 우주 연구위원회가 공동으로 주최하고 있으며, 대략 2 년 후에 발표 될 보고서가 이어질 것입니다.
