Många av rubrikerna och diskussionerna kring exoplaneternas beboelighet är fokuserade på deras närhet till deras stjärna och på närvaron av vatten. Det är vettigt, eftersom det är starkt begränsande faktorer. Men de planetegenskaperna är egentligen bara en utgångspunkt för diskussionen om beboeligt/ej beboeligt. Vad som händer i en planets inre är också viktigt.
Det finns ett nästan förbryllande antal faktorer som gör jorden till en livsuppehållande planet. Atmosfären, vattnet, närheten till dess stjärna. Typen av stjärna och dess stabilitet, planetens omloppsstabilitet, dess placering i galaxen. Det är bara några av dem som ofta diskuteras. Andra, mer esoteriska faktorer som Månens storlek kan också spela en avgörande roll.
Från 'Vad gör en planet beboelig?'
'Hjärtat av beboelighet ligger i planetens inre.'
Men det är också jordens smälta kärna som spelar en övergripande roll i jordens beboelighet, genom att skapa magnetosfären som skyddar oss från solens dödsstrålar. Och även om vi kanske är bekanta med den aspekten av jordens kärna som tillåter beboelighet, bidrar dess inre sammansättning på andra sätt.
Ett team av forskare vid Carnegie Institute har skrivit en brev publicerad i Science e uppmanar forskare att vidga sin räckvidd när det gäller att bestämma beboelighet. Kärnan i deras brev är att beboelighet är alldeles för komplex för en vetenskaplig disciplin att avgöra, och att en övergripande holistisk eller högintegrerad strategi behövs för att få en mer praktisk metod för att avgöra vilken exoplanet som kan vara beboelig.
Och det är fascinerande läsning.
Från 'Vad gör en planet beboelig.'
'Mänskligheten kommer att bygga ett bibliotek med information om de gasformiga höljena som bara omfattar en miljondel av en exoplanets massa.'
När vår observationskraft växer, hävdar forskarna att vår metodik för att bestämma beboelighet också måste växa.
För närvarande kan forskare upptäcka en exoplanet, bestämma dess närhet till dess stjärna, begränsa dess massa och densitet och sedan göra sannolikhetsgissningar om potentiell beboelighet därifrån. Fokus för detta är att försöka fastställa vad en given planets atmosfär sannolikt kommer att vara. Men även om vi får rätt atmosfär, har vi egentligen bara skalat det första lagret av löken. Som de säger i sitt brev, 'Mänskligheten kommer att bygga ett bibliotek med information om de gasformiga höljena som bara omfattar en miljondel av en exoplanets massa.'
Men vad då? Hur är det med resten av planetens massa? Avgör det beboelighet?
Mycket av vår bestämning av en planets beboelighet bygger på vår förståelse av den beboeliga zonen, ett avståndsintervall från värdstjärnan som tillåter flytande vatten. Forskarna bakom detta brev säger att vi måste gå längre. Bildkredit: Chester Harman. Planeter: PHL vid UPR Parecibo, NASA/JPL.
Teamet av forskare är Anat Shahar, Peter Driscoll, Alycia Weinberger och George Cody. I sitt brev talar de om de många sätt som jordens inre bestämmer dess beboelighet.
Teamet erkänner att ur vårt planetjaktsperspektiv börjar allt med atmosfären. Tantaliserande signaler från atmosfären, som närvaron av syre eller en obalanserad kemisk sammansättning, kan vara tecken på liv och beboelighet. Men de är långt ifrån definitiva.
Atmosfärer är komplexa, dynamiska saker. De är föremål för alla typer av insatser, från källor till kemikalier i jordens inre till förmågan hos ett inre att fungera som sänkor för kemikalier. De är alltid i förändring, och det kräver någon typ av stabilitet under långa tidsperioder för att livet ska blomstra.
Alla är bekanta med jordens vattenkretslopp, men det finns andra kretslopp på jobbet också. När vulkaner får utbrott och magma når ytan genom ventiler frigörs kemikalier som sedan återvinns tillbaka till jordskorpan. Om vissa kemikalier tillåts byggas upp, begränsar de avsevärt utsikterna för liv. I uppsatsen använder författarna exemplet kol, som atmosfäriska processer kan ta bort från atmosfären och ta ner till havsbotten. Där återvinns de tillbaka in i det inre vid subduktionszonerna mellan tektoniska plattor.
Jordens inre spelar en viktig roll för atmosfärisk stabilitet genom subduktion. Bildkredit: Av KDS4444 – Eget arbete, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=49035989
Poängen de gör är att du inte riktigt kan bedöma atmosfären utan att veta vad planetens inre processer är.
Men det är inte bara processerna i det inre som påverkar beboeligheten. Det är också kompositionen.
De elementära byggstenarna för planeter är konsekventa och inkluderar syre, kisel och järn. Men mängderna och proportionerna av dessa byggstenar kan variera mycket. Det bestäms av förhållandena i den protoplanetära skivan som planeterna bildades från. Som författarna klargör i sitt brev kan mängden av dessa element och hur de bearbetas under planetbildningen variera med stor marginal.
Bild av den planetbildande skivan HL Tau tagen med Atacama Large Millimeter Array. Förhållandena inuti skivan bidrar till en planets eventuella beboelighet. Kredit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)
Deras slutliga sammansättning på planeten kan också variera på grund av förhållandena i den protoplanetära skivan. Till exempel kan bildandet av jätteplaneter tidigt i solsystemet påverka sammansättningen av planeter som bildas senare.
All denna variation skapar en förvirrande uppsättning variabler när det gäller att bestämma beboelighet.
Från 'Vad gör en planet beboelig.'
'Den forskning som behövs för att konsekvent undersöka dessa processer kan inte göras av forskare i en enda disciplin isolerat.'
Vad författarna argumenterar för är ett nytt sätt att söka efter beboelighet. De föreslår ett mer tvärvetenskapligt sätt att göra det på. Som de säger i sitt brev, 'Den forskning som behövs för att konsekvent undersöka dessa processer kan inte utföras av forskare i en enda disciplin isolerad.'
De föreslår experimentell forskning som fokuserar på saker som mineralfysik och mer observationsstudier av stjärnskivor och planetskivors sammansättningar. Denna nya kunskap skulle användas för att bygga en bättre modell för att förstå beboelighet, något som skulle ta oss längre än vårt beroende av flytande vatten, atmosfärisk sammansättning, närhet till dess stjärna och de andra faktorerna vi använder för att försöka bestämma beboelighet.
Så ger forskare inte tillräckligt med vikt åt en planets inre när de försöker bestämma beboelighet? Svaret är... kanske.
Kanske behöver vi ett mer graderat system för att klassificera exoplaneter. Nivå ett beboelighet skulle kunna indikera de mest grundläggande kraven på beboelighet. Närhet till en lämplig stjärna, troligtvis flytande vatten, sådana saker. Därifrån kunde olika nivåer kodifieras efter allt strängare villkor.
Den här illustrationen visar en stjärnas ljus som lyser upp atmosfären på en planet. Inom en snar framtid kommer kraftfullare teleskop att göra det möjligt för oss att förstå sammansättningen av exoplanetatmosfärer, och kanske till och med ta bilder av några. Men det säger oss inte om en är beboelig eller inte. Medverkande: NASA Goddard Space Flight Center
Lammer et. al. föreslog något liknande detta i sin tidning från 2009 'Vad gör en planet beboelig?' Men deras klassificeringssystem på fyra nivåer grävde inte alltför djupt in i exoplaneternas inre. I en tidning från 2012 heter 'Om sannolikheten för beboeliga planeter' Francois Forget berättade om Lammer et. al.s klassificeringssystem innan man gräver djupare i geofysiska processer som måste finnas innan en planet kan bli beboelig.
Detta brev uppmanar forskarvärlden att gå längre.
En fungerande, mer detaljerad modell av exoplaneternas interiörer, baserad inte bara på atmosfären utan på skivans sammansättning och förhållanden, behövs förmodligen. Inom en snar framtid kommer kraftfullare teleskop hjälpa oss att lära oss mer om exoplaneter, kanske till och med ge oss faktiska bilder av några av dem.
Men om teamet bakom det här brevet har rätt, kommer det inte att räcka för att fastställa beboelighet. Vi måste dra tillbaka fler lager av löken, och det kan kräva den mer sofistikerade typen av modell de föreställer sig.