In de afgelopen decennia hebben astronomen veel planeten ontdekt waarvan ze denken dat ze "aardachtig" van aard zijn, wat betekent dat ze lijken op aarde (dwz rotsachtig) en om hun sterren op de juiste afstand draaien om het bestaan van vloeibaar water op hun oppervlakken te ondersteunen . Helaas heeft recent onderzoek uitgewezen dat veel van deze planeten in feite 'waterwerelden' kunnen zijn, waar water een aanzienlijk deel van de massa van de planeet uitmaakt.
Voor de wetenschappelijke gemeenschap leek dit erop te wijzen dat deze werelden niet lang bewoonbaar konden blijven omdat ze de kringloop van mineralen en gassen die het klimaat op aarde stabiel houden, niet zouden kunnen ondersteunen. Volgens een nieuwe studie van een team van onderzoekers van de University of Chicago en Pennsylvania State University zouden deze 'waterwerelden' echter beter bewoonbaar zijn dan we denken.
Hun studie, getiteld "Habitability of exoplanet waterworlds", verscheen onlangs in The Astrophysical Journal. De studie werd uitgevoerd door Edwin S. Kite, een assistent-professor bij de afdeling Geofysische Wetenschappen van de Universiteit van Chicago; en Eric B. Ford, een professor aan het Pennsylvania State University's Center for Exoplanets and Habitable Worlds, Institute for CyberScience en het Pennsylvania State Astrobiology Research Center.
Voor hun studie bouwden Kite en Ford modellen voor rotsachtige planeten die vele malen het water van de aarde hadden, rekening houdend met hoe de temperatuur en de chemie van de oceaan gedurende een periode van meerdere miljarden zouden evolueren. Het doel hiervan was om een aantal lang bestaande veronderstellingen aan te pakken als het gaat om planetaire bewoonbaarheid. Een van de belangrijkste daarvan is dat planeten vergelijkbare omstandigheden als de aarde moeten hebben om het leven gedurende lange perioden te ondersteunen.
Zo heeft de planeet aarde gedurende lange tijdschalen stabiele temperaturen kunnen handhaven door broeikasgassen op te nemen in mineralen (wat leidt tot wereldwijde afkoeling) en zichzelf op te warmen door broeikasgassen vrij te geven via vulkanen. Een dergelijk proces zou niet mogelijk zijn op waterwerelden, waar het hele oppervlak (en zelfs een aanzienlijke massafractie) van de planeet uit water bestaat.
Op deze werelden zou water de opname van kooldioxide door rotsen voorkomen en vulkanische activiteit onderdrukken. Om dit aan te pakken, hebben Kite en Ford een simulatie opgezet met duizenden willekeurig gegenereerde planeten en de evolutie van hun klimaat in de tijd gevolgd. Wat ze ontdekten was dat waterwerelden nog steeds miljarden jaren het temperatuurevenwicht zouden kunnen handhaven. Zoals Kite uitlegde in een recent persbericht van UChicago News:
“Dit duwt echt terug tegen het idee dat je een kloon van de aarde nodig hebt - dat wil zeggen een planeet met wat land en een ondiepe oceaan… De verrassing was dat velen van hen gedurende meer dan een miljard jaar stabiel blijven, gewoon door geluk met de trekking. Onze beste schatting is dat het in de orde van grootte van 10 procent is. "
Voor deze planeten, die precies op de juiste afstand van hun sterren staan, gaven de simulaties aan dat er de juiste hoeveelheid koolstof aanwezig was. En hoewel ze niet genoeg mineralen en elementen uit de korst hadden opgelost in de oceanen om koolstof uit de atmosfeer te halen, hadden ze genoeg water om koolstof tussen de atmosfeer en de oceaan te laten circuleren. Dit proces was blijkbaar voldoende om het klimaat gedurende meerdere miljarden jaren stabiel te houden.
"Hoeveel tijd een planeet heeft, is in feite afhankelijk van kooldioxide en hoe deze in de beginjaren is verdeeld tussen de oceaan, de atmosfeer en de rotsen", zei Kite. "Het lijkt erop dat er een manier is om een planeet op lange termijn bewoonbaar te houden zonder de geochemische cycli die we op aarde zien."
De simulaties waren gebaseerd op planeten in een baan om sterren zoals onze eigen - G-type (gele dwerg) sterren - maar de resultaten waren ook optimistisch voor M-type (rode dwerg) sterren. In de afgelopen jaren hebben astronomen vastgesteld dat deze systemen veelbelovend zijn voor het bevorderen van leven vanwege hun natuurlijke levensduur en hoe ze in de loop van de tijd langzamer helderder worden, waardoor het leven veel langer zal ontstaan.
Hoewel rode dwergen ook bekend staan als variabel en onstabiel in vergelijking met onze zon, wat resulteert in talloze uitbarstingen die de atmosfeer van een planeet kunnen wegnemen, is het feit dat een oceaanwereld in staat zou zijn genoeg koolstof te fietsen om de atmosfeer op een constante temperatuur te houden bemoedigend. Ervan uitgaande dat sommige van de planeten die om rode dwergen draaien een beschermende magnetosfeer hebben, zouden ook zij in staat kunnen zijn om gedurende lange perioden levensdragend te leven.
In de afgelopen jaren heeft de golf van ontdekkingen van exoplaneten ervoor gezorgd dat de focus van exoplanetenonderzoeken is verschoven van detectie naar karakterisering. Dit heeft er op zijn beurt toe geleid dat wetenschappers begonnen te speculeren over de soorten omstandigheden waaronder het leven zou kunnen ontstaan en gedijen. Hoewel de 'laaghangende vrucht'-benadering nog steeds het belangrijkste middel is dat wetenschappers gebruiken om potentieel bewoonbare planeten te vinden - waar wetenschappers planeten zoeken die vergelijkbare omstandigheden hebben als de aarde - is het duidelijk dat er andere mogelijkheden bestaan.
In de komende jaren, met de inzet van ruimtetelescopen zoals de James Webb Space Telescope (JWST) en op de grond gebaseerde telescopen zoals de Thirty Meter Telescope, de Extremely Large Telescope en de Giant Magellan Telescope, zullen astronomen de atmosfeer van exoplaneten kunnen karakteriseren en kunnen bepalen of het inderdaad waterwerelden of planeten zijn met continentale korsten (zoals de aarde) ).
Met dezelfde telescopen kunnen astronomen ook zoeken naar biosignaturen in deze atmosferen, wat niet alleen zal helpen bepalen of ze "potentieel bewoonbaar" zijn, maar ook "potentieel bewoond".
