De buitenzonne-planeet die bekend staat als Proxima b heeft een speciale plaats ingenomen in de publieke opinie sinds haar bestaan in augustus 2016 werd aangekondigd. Als de dichtsbijzijnde exoplaneet van ons zonnestelsel, heeft haar ontdekking vragen opgeworpen over de mogelijkheid om deze te verkennen in de niet al te verre toekomst. En nog prikkelender zijn de vragen met betrekking tot de potentiële bewoonbaarheid.
Ondanks talloze onderzoeken die hebben geprobeerd aan te geven of de planeet geschikt zou kunnen zijn voor het leven zoals we dat nu kennen, is er niets definitiefs tot stand gekomen. Gelukkig heeft een team van astrofysica van de Universiteit van Exeter - met de hulp van meteorologische experts van het Britse Met Office - de eerste voorzichtige stappen gezet om te bepalen of Proxima b een bewoonbaar klimaat heeft.
Volgens hun studie, die onlangs in het tijdschrift verscheen Astronomie en astrofysicaheeft het team een reeks simulaties uitgevoerd met behulp van het ultramoderne Met Office Unified Model (UM). Dit numerieke model wordt al decennia lang gebruikt om de atmosfeer van de aarde te bestuderen, met toepassingen variërend van weersvoorspelling tot de effecten van klimaatverandering.
Met dit model simuleerde het team hoe het klimaat van Proxima b eruit zou zien als het een vergelijkbare atmosferische samenstelling zou hebben als de aarde. Ze voerden ook simulaties uit over hoe de planeet eruit zou zien als er een veel eenvoudigere atmosfeer zou zijn - een atmosfeer die bestaat uit stikstof met sporen van koolstofdioxide. Ten slotte hielden ze rekening met variaties in de baan van de planeet.
Gezien de afstand van de planeet tot de zon - 0,05 AU (7,5 miljoen km; 4,66 miljoen mijl) - waren er bijvoorbeeld vragen over de baankenmerken van de planeet. Aan de ene kant kan het netjes op slot zijn, waarbij één gezicht constant naar Proxima Centauri kijkt. Aan de andere kant zou de planeet in een 3: 2-baanresonantie met zijn zon kunnen zijn, waar hij driemaal om zijn as roteert voor elke twee banen (net zoals Mercurius ervaart met onze zon).
In beide gevallen zou dit ertoe leiden dat één kant van de planeet aan nogal wat straling wordt blootgesteld. Gezien de aard van rode dwergsterren van het M-type, die zeer variabel en onstabiel zijn in vergelijking met andere soorten sterren, zou de naar de zon gerichte zijde periodiek worden bestraald. Bovendien zou de planeet in beide orbitale scenario's onderhevig zijn aan aanzienlijke temperatuurschommelingen die het moeilijk zouden maken om vloeibaar water te laten bestaan.
Op een planeet die op een getijdenstelsel is vergrendeld, zullen de belangrijkste atmosferische gassen aan de nachtzijde waarschijnlijk bevriezen, waardoor de daglichtzone bloot en droog zou blijven. En op een planeet met een orbitale resonantie van 3: 2 zou een enkele zonnedag hoogstwaarschijnlijk heel lang duren (een zonnedag op Mercurius duurt 176 aardse dagen), waardoor de ene kant te heet wordt en de andere kant te koud wordt en droog.
Door met dit alles rekening te houden, zorgden de simulaties van het team voor een aantal cruciale vergelijkingen met eerdere onderzoeken, maar ook voor het team om verder te reiken. Zoals Dr. Ian Boutle, een Honorary University Fellow aan de University of Exeter en de hoofdauteur van de paper, uitlegde in een universitair persbericht:
'Ons onderzoeksteam heeft een aantal verschillende scenario's bekeken voor de waarschijnlijke orbitale configuratie van de planeet met behulp van een reeks simulaties. We hebben niet alleen gekeken hoe het klimaat zich zou gedragen als de planeet 'netjes opgesloten' was (waar één dag even lang is als een jaar), maar we hebben ook gekeken hoe een baan vergelijkbaar met Mercurius, die driemaal rond zijn as draait elke twee banen om de zon (een resonantie van 3: 2) zou de omgeving aantasten. ”
Uiteindelijk waren de resultaten vrij gunstig, aangezien het team constateerde dat Proxima b een opmerkelijk stabiel klimaat zou hebben met zowel atmosfeer als in beide orbitale configuratie. In wezen toonden de UM-softwaresimulaties aan dat wanneer rekening zou worden gehouden met zowel de atmosfeer als de zowel getijde-vergrendelde als 3: 2-resonantieconfiguraties, er nog steeds gebieden op de planeet zouden zijn waar water in vloeibare vorm kon bestaan.
Natuurlijk resulteerde het 3: 2-resonantievoorbeeld erin dat grotere delen van de planeet binnen dit temperatuurbereik vielen. Ze ontdekten ook dat een excentrische baan, waar de afstand tussen de planeet en Proxima Centauri in de loop van een enkele omloopperiode in aanzienlijke mate varieerde, zou leiden tot een verdere toename van de potentiële bewoonbaarheid.
Zoals Dr. James Manners, een andere Honorary University Fellow en een van de co-auteurs op het papier, zei:
“Een van de belangrijkste kenmerken die deze planeet van de aarde onderscheidt, is dat het licht van de ster grotendeels in het nabije infrarood is. Deze lichtfrequenties werken veel sterker samen met waterdamp en kooldioxide in de atmosfeer, wat het klimaat beïnvloedt dat in ons model naar voren komt. ”
Er moet natuurlijk nog veel meer werk worden verricht voordat we echt kunnen begrijpen of deze planeet in staat is het leven te ondersteunen zoals we het kennen. Afgezien van de hoop van degenen die het op een dag gekoloniseerd zouden willen zien, zijn onderzoeken naar de omstandigheden van Proxima b ook van extreem belang om te bepalen of het inheemse leven daar nu al dan niet bestaat.
Maar in de tussentijd zijn studies zoals deze buitengewoon nuttig om te anticiperen op wat voor soort omgevingen we op verre planeten zouden kunnen vinden. Dr. Nathan Mayne - de wetenschappelijke leider op het gebied van exoplaneetmodellering aan de Universiteit van Exeter en een co-auteur van het artikel - gaf ook aan dat dergelijke klimaatstudies toepassingen zouden kunnen hebben voor wetenschappers hier thuis.
"Met het project dat we bij Exeter hebben, proberen we niet alleen de ietwat verbijsterende diversiteit van exoplaneten die worden ontdekt te begrijpen, maar ook dit te exploiteren om hopelijk ons begrip te verbeteren van hoe ons eigen klimaat is en zal evolueren", zei hij. Bovendien helpt het om te illustreren hoe de omstandigheden hier op aarde kunnen worden gebruikt om te voorspellen wat er in extra-zonne-omgevingen kan bestaan.
Hoewel dat misschien een beetje op de aarde gericht klinkt, is het volkomen redelijk om aan te nemen dat planeten in andere sterrenstelsels onderhevig zijn aan processen en mechanica die vergelijkbaar zijn met wat we op de zonneplaneten hebben gezien. En dit is iets wat we altijd moeten doen als het gaat om het zoeken naar bewoonbare planeten en leven buiten ons zonnestelsel. Totdat we daar rechtstreeks naartoe kunnen gaan, zullen we gedwongen zijn om te meten wat we niet weten aan wat we doen.
