Da bi se smatrao useljivim, planet treba imati tekuću vodu. Stanicama, najmanjim jedinicama života, treba voda za obavljanje svojih funkcija. Da bi tekuća voda postojala, temperatura planeta mora biti ispravna. Ali kako je s veličinom planeta?
Bez dovoljne mase planeta neće imati dovoljno gravitacije da zadrži svoju vodu. Novo istraživanje pokušava shvatiti kako veličina utječe na sposobnost planeta da se drži na vodi i, kao rezultat, na njezino stanište.
Pitanje o tome što bi moglo učiniti planetu naseljenim je rasprava koja se nastavlja. Ne samo za egzoplanete, već i za neke mjesece iz budućnosti našeg Sunčevog sustava. Znanstvenici imaju prilično dobru ideju koliko energije planet treba dobiti od svoje zvijezde za održavanje tekuće vode. To je potaklo popularni pojam "Zona zlatokosa", ili obalna zona za stanovanje, raspon blizine koji nije ni preblizu, ni previše udaljen od zvijezde da bi tekuća voda mogla postojati na planeti.
Kada se pojačavaju egzoplaneti u naseljenim zonama koje se povećavaju, a kako dobivamo bolje teleskope i tehnike za detaljnije proučavanje egzoplaneta, znanstvenicima je potrebno više ograničenja na kojima će planete trošiti promatrajući resurse. Kao što pokazuje ovaj rad, masa planete mogla bi biti koristan filter.
Novi rad naslovljen je „Atmosferska evolucija u vodenim svjetovima niske gravitacije“. Objavljeno je u The Astrophysical Journal. Glavni autor je Constantin W. Arnscheidt, student studije na MIT-u.
Da bi se održala tekuća voda na njenoj površini i atmosferi, egzoplaneta ili egzoon moraju imati dovoljno mase, inače će se voda i atmosfera jednostavno odliti u svemir. I mora se zadržati na svojoj vodi dovoljno dugo da se pojavi. Astronomi koriste brojku od milijardu godina kako bi se to dogodilo.
„Kad ljudi razmišljaju o unutrašnjim i vanjskim rubovima nastanjivih zona, skloni su razmišljati o tome samo prostorno, što znači koliko je planet blizu zvijezde“, rekao je Constantin Arnscheidt, prvi autor rada. „Ali zapravo postoji mnogo drugih varijabli za stanovanje, uključujući masu. Postavljanje donje granice stanovanja u pogledu veličine planeta pruža nam važno ograničenje u našem stalnom lovu na useljive egzoplanete i eksoone. "
Veličina i raspon nastanjive zone ovise o zvijezdi. Manja, manje energična zvijezda poput crvenog patuljaka stvara obitavajuću zonu bližu sebi nego veća zvijezda poput našeg Sunca. To se dobro razumije. Ako je planet predaleko od zvijezde, voda se smrzava. Preblizu, dogodi se efekt bijelog staklenika, a voda se pretvori u paru i može zavreti u svemir.
Ali za male planete manje mase, događa se više. Možda će se moći oduprijeti bijesnom efektu staklene bašte.
Kako se planet manje mase grije, atmosfera se širi. Ona postaje veća u odnosu na veličinu planete koju okružuje. To ima dva učinka: povećana veličina površine znači da atmosfera može apsorbirati više energije nego nekada, a može i zračiti više energije nego što je nekada bila.
Prema rezultatima istraživača, sveukupni rezultat toga je da proširena atmosfera zaustavlja efekt stakleničkih plinova i oni mogu održavati svoju površinsku tekuću vodu. To znači da mogu biti bliže svojoj zvijezdi bez gubitka vode, čime se proširuje zona Goldilocks za manje egzoplanete.
Postoji ograničenje, naravno. Ako je planeta male mase premala, neće imati dovoljno gravitacije, atmosfera će joj biti oduzeta, a voda će joj biti oduzeta ili zamrznuta na površini. To znači da su izgledi za život slabi. Istraživači kažu da postoji kritična donja granica planete za stanovanje. To znači da ne samo da postoji pojas blizine zvijezde koji određuje životnu sposobnost planeta, već postoji i ograničenje veličine.
Jednostavno rečeno, planeta može biti premala da bi se mogla useliti, čak i ako se nalazi u zoni Goldilocks.
Ta kritična veličina, prema Arnscheidtu i drugim autorima studije, iznosi 2,7 posto mase Zemlje. Kažu da je bilo koji manji od toga, i planet se jednostavno neće moći zadržati na svojoj atmosferi i vodi dovoljno dugo da se život pojavi. U kontekstu, Mjesec je 1,2 posto Zemljine mase, a Merkur 5,53 posto.
Istraživači koriste primjere planeta na kometi. Kometi imaju puno vode, što se sublimira kada se približe Suncu. Ali nedostaje im potrebna masa da zadrže tu paru i nikad ne mogu stvoriti atmosferu. Voda se gubi u svemiru. Dakle, planet koji je bio premali, čak i da ima mnogo vode, nikad ga ne bi zadržao.
Istraživači su koristili modele za procjenu zone za stanovanje planeta male mase oko dvije različite vrste zvijezda: zvijezde M ili crvene patuljke i zvijezde tipa G poput našeg Sunca.
Oni su također mogli riješiti još jedno dugogodišnje pitanje habitabilnosti u našem vlastitom Sunčevom sustavu. Mjeseci Jupitera Ganymede, Callisto i Europa imaju obilje tekuće vode zarobljene u slojevima leda. Astronomi su se pitali bi li im bilo moguće useliti kada Sunce zrači više energije u nekom trenutku svoje zvjezdane budućnosti. No, prema autorskom djelu, nema im mase da zadrže tu vodu, čak i ako im postane dovoljno toplo. Ganymede se približava, s 2,5% mase Zemlje, ali dovoljno je mali da bude "nalik kometi" i izgubi svu svoju vodu u svemir.
"Vodeni svjetovi male mase fascinantna su mogućnost u potrazi za životom, a ovaj rad pokazuje koliko je vjerojatno da će se njihovo ponašanje usporediti s onim na planetama poput Zemlje", rekao je Robin Wordsworth, izvanredni profesor nauke i inženjerstva o okolišu pri SEAS i viši autor studije. "Jednom kada opažanja za ovu klasu objekata postanu moguća, bit će uzbudljivo pokušati izravno testirati ta predviđanja."
Istraživači su učinili neke potrebne pretpostavke u svom radu. Pretpostavili su da je atmosfera njihovih svjetova male mase čista vodena para. Pretpostavili su i da je voda fiksirana na 40% mase planeta. Također su zanemarili i neke druge čimbenike, poput biciklizma CO2, oblaka i oblaka oceana. Jednostavno je previše varijabli koje se mogu modelirati u ovoj fazi njihovog rada.
Autori se također bave idejom useljivih egzoona, a ne egzoplaneta. Moguće je da bi u drugim solarnim sustavima Mjeseci mogli biti podsjećljivi od planeta. U tom slučaju igraju se i drugi čimbenici, poput sila plima. To bi moglo biti posebno istinito oko zvijezda tipa M ili crvenih patuljaka. To je zato što je obodna životna zona oko ovih zvijezda niske energije već znatno bliža zvijezdi nego oko zvijezde tipa G poput našeg Sunca. Kombinirane gravitacijske sile exomoona, njegovog planeta i zvijezde mogu u potpunosti eliminirati životnu sposobnost.
Oni također priznaju neke od velikog broja drugih čimbenika koji utječu na useljenost. Na primjer, iako su mjeseci poput Ganymede-a možda premali da bi se mogli nastanjivati u svom modelu, njihov život može biti život u njihovim podzemnim oceanima, gdje voda ne može pobjeći debelim slojem leda.
Moramo još mnogo raditi na utvrđivanju useljivosti. Kako autori kažu u svom radu, "Daljnji rad mogao bi razmotriti složenije modele hidrodinamičkog bijega." Postoji više raznolikosti i složenosti egzoplaneta nego što to trenutno znamo, ali ovo istraživanje počinje rješavati neke od njih.
Više:
- Priopćenje za javnost: Zona zlatokosa za veličinu planete
- Istraživački rad: Atmosferska evolucija u vodenim svjetovima male gravitacije
- Svemirski magazin: Koje su životne zone najbolje za stvarno traženje života?
