Khi nói đến việc tìm kiếm những thế giới có thể hỗ trợ sự sống ngoài Trái đất, các nhà khoa học hiện đang dựa vào phương pháp tiếp cận trái cây treo thấp. Vì chúng ta chỉ biết một tập hợp các điều kiện mà sự sống có thể phát triển - tức là những gì chúng ta có ở đây trên Trái đất - thật có ý nghĩa khi tìm kiếm những thế giới có cùng điều kiện này. Chúng bao gồm nằm trong khu vực có thể ở sao Star, có bầu không khí ổn định và có thể duy trì nước lỏng trên bề mặt.
Cho đến nay, các nhà khoa học đã dựa vào các phương pháp khiến việc phát hiện hơi nước trong bầu khí quyển của các hành tinh trên mặt đất rất khó khăn. Nhưng nhờ một nghiên cứu mới do Yuka Fujii thuộc Viện nghiên cứu vũ trụ NASA Gd (NASA), điều đó có thể sắp thay đổi. Sử dụng một mô hình ba chiều mới có tính đến các mô hình lưu thông toàn cầu, nghiên cứu này cũng chỉ ra rằng các ngoại hành tinh có thể ở được có thể phổ biến hơn chúng ta nghĩ.
Nghiên cứu có tiêu đề Khí quyển ẩm trên bầu không khí được điều khiển bởi NIR của NIR, xuất hiện gần đây trong Tạp chí Vật lý thiên văn. Ngoài Tiến sĩ Fujii, cũng là thành viên của Viện Khoa học Sự sống Trái đất tại Viện Công nghệ Tokyo, nhóm nghiên cứu bao gồm Anthony D. Del Genio (GISS) và David S. Amundsen (Đại học GISS và Columbia).
Nói một cách đơn giản, nước lỏng là điều cần thiết cho cuộc sống như chúng ta biết. Nếu một hành tinh không có bầu khí quyển đủ ấm để duy trì nước lỏng trên bề mặt của nó trong một khoảng thời gian đủ (theo thứ tự hàng tỷ năm), thì có khả năng sự sống sẽ không thể xuất hiện và phát triển. Nếu một hành tinh quá xa ngôi sao của nó, nước mặt của nó sẽ đóng băng; nếu quá gần, nước mặt của nó sẽ bốc hơi và bị mất vào không gian.
Mặc dù nước đã được phát hiện trong bầu khí quyển của các ngoại hành tinh trước đó, nhưng trong mọi trường hợp, các hành tinh là những người khổng lồ khí khổng lồ quay quanh rất gần các ngôi sao của chúng. (hay còn gọi là. Khi Fujii và các đồng nghiệp của cô tuyên bố trong nghiên cứu của họ:
Mặc dù chữ ký H2O đã được phát hiện trong bầu khí quyển của Sao Mộc nóng, việc phát hiện chữ ký phân tử, bao gồm H2O, trên các hành tinh trên mặt đất ôn đới là vô cùng khó khăn, vì bán kính hành tinh nhỏ và chiều cao quy mô nhỏ (do nhiệt độ thấp hơn và có nghĩa là lớn hơn trọng lượng phân tử).
Khi nói đến các ngoại hành tinh trên mặt đất (tức là đá), các nghiên cứu trước đây đã buộc phải dựa vào các mô hình một chiều để tính toán sự hiện diện của nước. Điều này bao gồm đo lượng tổn thất hydro, trong đó hơi nước trong tầng bình lưu bị phân hủy thành hydro và oxy do tiếp xúc với bức xạ cực tím. Bằng cách đo tốc độ mất hydro trong không gian, các nhà khoa học sẽ ước tính lượng nước lỏng vẫn còn trên bề mặt.
Tuy nhiên, như Tiến sĩ Fujii và các đồng nghiệp của cô giải thích, các mô hình như vậy dựa trên một số giả định không thể giải quyết, bao gồm sự vận chuyển toàn cầu của hơi nước và hơi nước, cũng như ảnh hưởng của các đám mây. Về cơ bản, các mô hình trước đó dự đoán rằng để hơi nước đến tầng bình lưu, nhiệt độ bề mặt dài hạn trên các ngoại hành tinh này sẽ phải cao hơn 66 ° C (150 ° F) so với những gì chúng ta trải nghiệm ở đây trên Trái đất.
Những nhiệt độ này có thể tạo ra những cơn bão đối lưu mạnh mẽ trên bề mặt. Tuy nhiên, những cơn bão này không thể là lý do nước đến tầng bình lưu khi các hành tinh quay chậm đi vào trạng thái nhà kính ẩm ướt - nơi hơi nước tăng cường nhiệt. Các hành tinh quay gần với các ngôi sao mẹ của chúng được biết là có tốc độ quay chậm hoặc bị khóa chặt với các hành tinh của chúng, do đó không thể có bão đối lưu.
Điều này xảy ra khá thường xuyên đối với các hành tinh trên mặt đất nằm xung quanh các ngôi sao khối lượng thấp, cực kỳ mát mẻ, loại M (sao lùn đỏ). Đối với các hành tinh này, sự gần gũi của chúng với ngôi sao chủ của chúng có nghĩa là ảnh hưởng lực hấp dẫn của nó sẽ đủ mạnh để làm chậm hoặc hoàn toàn bắt giữ vòng quay của chúng. Khi điều này xảy ra, những đám mây dày hình thành vào ban ngày của hành tinh, bảo vệ nó khỏi phần lớn ánh sáng của ngôi sao.
Nhóm nghiên cứu nhận thấy rằng, trong khi điều này có thể giữ cho ngày mát mẻ và ngăn hơi nước bốc lên, lượng bức xạ hồng ngoại gần (NIR) có thể cung cấp đủ nhiệt để khiến một hành tinh rơi vào trạng thái nhà kính ẩm ướt. Điều này đặc biệt đúng với loại M và các ngôi sao lùn mát mẻ khác, được biết là sản xuất nhiều hơn theo cách của NIR. Khi bức xạ này làm ấm các đám mây, hơi nước sẽ bốc lên tầng bình lưu.
Để giải quyết vấn đề này, Fujii và nhóm của cô đã dựa vào các mô hình lưu thông chung ba chiều (GCMs) kết hợp lưu thông khí quyển và không đồng nhất khí hậu. Vì lợi ích của mô hình của họ, nhóm nghiên cứu bắt đầu với một hành tinh có bầu khí quyển giống Trái đất và hoàn toàn được bao phủ bởi các đại dương. Điều này cho phép nhóm nghiên cứu thấy rõ sự thay đổi khoảng cách từ các loại sao khác nhau sẽ ảnh hưởng đến điều kiện trên các bề mặt hành tinh.
Những giả định này cho phép nhóm nghiên cứu thấy rõ sự thay đổi khoảng cách quỹ đạo và loại bức xạ sao ảnh hưởng đến lượng hơi nước trong tầng bình lưu. Như Tiến sĩ Fujii đã giải thích trong thông cáo báo chí của NASA:
Sử dụng một mô hình mô phỏng thực tế hơn các điều kiện khí quyển, chúng tôi đã phát hiện ra một quy trình mới kiểm soát khả năng cư trú của các ngoại hành tinh và sẽ hướng dẫn chúng tôi xác định các ứng cử viên để nghiên cứu thêm. Chúng tôi thấy một vai trò quan trọng đối với loại bức xạ mà một ngôi sao phát ra và ảnh hưởng của nó có sự lưu thông khí quyển của một ngoại hành tinh trong việc tạo ra trạng thái nhà kính ẩm ướt.
Cuối cùng, mô hình mới của nhóm Team đã chứng minh rằng vì ngôi sao có khối lượng thấp phát ra phần lớn ánh sáng của chúng ở bước sóng NIR, trạng thái nhà kính ẩm sẽ dẫn đến các hành tinh quay gần với chúng. Điều này sẽ dẫn đến các điều kiện trên bề mặt của chúng tương đương với những gì Trái đất trải qua ở vùng nhiệt đới, nơi điều kiện nóng và ẩm, thay vì nóng và khô.
Hơn nữa, mô hình của họ chỉ ra rằng các quá trình do NIR điều khiển tăng độ ẩm trong tầng bình lưu dần dần, đến mức các ngoại hành tinh quay quanh gần hơn với các ngôi sao của họ có thể ở được. Cách tiếp cận mới này để đánh giá khả năng cư trú tiềm năng sẽ cho phép các nhà thiên văn học mô phỏng sự lưu thông của khí quyển hành tinh và các tính năng đặc biệt của sự lưu thông đó, điều mà các mô hình một chiều không thể làm được.
Trong tương lai, nhóm nghiên cứu có kế hoạch đánh giá các biến đổi trong đặc điểm hành tinh - như trọng lực, kích thước, thành phần khí quyển và áp suất bề mặt - có thể ảnh hưởng đến sự lưu thông hơi nước và khả năng cư trú. Điều này sẽ cùng với mô hình 3 chiều của chúng có tính đến các mô hình lưu thông hành tinh, cho phép các nhà thiên văn xác định khả năng cư trú tiềm năng của các hành tinh xa xôi với độ chính xác cao hơn. Như Anthony Del Genio đã chỉ ra:
Miễn là chúng ta biết nhiệt độ của ngôi sao, chúng ta có thể ước tính liệu các hành tinh gần sao của chúng có khả năng ở trạng thái nhà kính ẩm hay không. Công nghệ hiện tại sẽ được đẩy đến giới hạn để phát hiện một lượng nhỏ hơi nước trong bầu khí quyển exoplanet. Nếu có đủ nước để phát hiện, điều đó có thể có nghĩa là hành tinh đó đang ở trạng thái nhà kính ẩm ướt.
Ngoài việc cung cấp cho các nhà thiên văn học một phương pháp toàn diện hơn để xác định khả năng cư trú của ngoại hành tinh, nghiên cứu này cũng là tin tốt cho những người săn ngoại hành tinh hy vọng tìm thấy các hành tinh có thể ở được quanh các ngôi sao loại M. Những ngôi sao loại M có khối lượng thấp, cực kỳ mát mẻ là những ngôi sao phổ biến nhất trong Vũ trụ, chiếm khoảng 75% tổng số sao trong Dải Ngân hà. Biết rằng họ có thể hỗ trợ các ngoại hành tinh có thể ở được làm tăng đáng kể tỷ lệ tìm thấy.
Ngoài ra, nghiên cứu này là tin tốt RẤT đưa ra các nghiên cứu gần đây đã đặt ra nghi ngờ nghiêm trọng về khả năng của các ngôi sao loại M để lưu trữ các hành tinh có thể ở được. Nghiên cứu này được thực hiện để đáp ứng với nhiều hành tinh trên mặt đất đã được phát hiện xung quanh các sao lùn đỏ gần đó trong những năm gần đây. Những gì họ tiết lộ là, nói chung, các ngôi sao lùn đỏ trải qua quá nhiều ngọn lửa và có thể tước đi các hành tinh tương ứng trong bầu khí quyển của họ.
Chúng bao gồm hệ thống TRAPPIST-1 7 hành tinh (ba trong số đó nằm trong vùng có thể ở sao Star) và ngoại hành tinh gần nhất với Hệ mặt trời, Proxima b. Số lượng lớn các hành tinh giống Trái đất được phát hiện xung quanh các ngôi sao loại M, cùng với lớp sao này có tuổi thọ tự nhiên, đã khiến nhiều người trong cộng đồng vật lý thiên văn mạo hiểm rằng các ngôi sao lùn đỏ có thể là nơi có khả năng tìm thấy các ngoại hành tinh nhất.
Với nghiên cứu mới nhất này, chỉ ra rằng những hành tinh này có thể ở được sau tất cả, có vẻ như quả bóng đã trở lại hiệu quả trong tòa án của họ!
