Da bi ga lahko šteli za bivanje, mora planet imeti tekočo vodo. Celice, najmanjša enota življenja, za opravljanje svojih funkcij potrebujejo vodo. Da lahko tekoča voda obstaja, mora biti temperatura planeta prava. Kako pa je z velikostjo planeta?
Brez zadostne mase planet ne bi imel dovolj gravitacije, da bi zadrževal svojo vodo. Nova študija poskuša razumeti, kako velikost vpliva na sposobnost planeta, da se zadrži svojo vodo, in kot rezultat na njegovo bivalnost.
Vprašanje, kaj bi lahko naredilo življenje na planetu, je stalna razprava. Ne samo za eksoplanete, ampak tudi za nekatere lune v prihodnosti našega osončja. Znanstveniki imajo precej dobro predstavo, koliko energije potrebuje planet, da dobi svojo zvezdo za vzdrževanje tekoče vode. Tako je nastala priljubljena predstava o "Zlati zlati", ali obodnem naselju, območju bližine, ki ni niti približno niti oddaljeno od zvezde, da bi tekoča voda obstajala na planetu.
Z iskanjem eksoplanetov v območjih, v katerih se prebivajo, in ko postajamo boljši teleskopi in tehnike za podrobnejše preučevanje eksoplanetov, znanstveniki potrebujejo več omejitev, na katerih planetih bodo porabili za opazovanje virov. Kot je razvidno iz tega prispevka, bi lahko bila masa planeta koristen filter.
Nov prispevek je naslovljen "Atmosferska evolucija na vodnih svetovih z nizko gravitacijo." Objavljeno je v The Astrophysical Journal. Glavni avtor je Constantin W. Arnscheidt, študent na MIT.
Da bi ohranili tekočo vodo na svoji površini in ozračju, mora imeti eksoplanet ali eksoon dovolj maso, v nasprotnem primeru se voda in ozračje preprosto odlijeta v vesolje. In držati se mora svoje vode dovolj dolgo, da se pojavi življenje. Astronomi za to uporabljajo številčno milijardo let.
"Ko ljudje razmišljajo o notranjih in zunanjih robovih območja bivanja, ponavadi razmišljajo le o tem prostorsko, kar pomeni, kako blizu je planeta zvezda," je dejal Constantin Arnscheidt, prvi avtor prispevka. "Toda v resnici obstaja veliko drugih spremenljivk za bivanje, vključno z maso. Določitev spodnje meje življenjske dobe glede na velikost planeta nam daje pomembno omejitev pri našem nenehnem lovu na bivalne eksoplanete in eksomone. "
Velikost in obseg bivalne cone sta odvisna od zvezde. Manjša, manj energična zvezda kot rdeči palček ustvarja bivalno cono bližje sebi kot večja zvezda, kot je naše Sonce. To se dobro razume. Če je planet predaleč od zvezde, voda zmrzne. Preveč blizu in zgodi se učinek bega toplogrednih plinov, voda pa se pretvori v paro in lahko zavre v vesolje.
Toda pri majhnih planetih manjše mase se dogaja več. Morda se bodo lahko uprli učinku begajočih toplogrednih plinov.
Ko se planet z manjšo maso segreva, se ozračje širi. Poveča se glede na velikost planeta, ki ga obdaja. To ima dva učinka: povečana velikost površine pomeni, da ozračje lahko absorbira več energije kot nekoč, poleg tega pa lahko izžareva več energije kot nekoč.
Po mnenju raziskovalcev je skupni rezultat tega, da razširjena atmosfera zavira učinek izpustov toplogrednih plinov in lahko ohranjajo svojo površinsko tekočo vodo. To pomeni, da so lahko bližje svoji zvezdi, ne da bi izgubili vodo in s tem razširili območje Goldilocks za manjše eksoplanete.
Seveda obstaja omejitev. Če je planet z majhno maso premajhen, ne bi imel dovolj gravitacije, ozračje se bo odstranilo, voda pa se bo z njim odstranila, ali zamrznila na površju. To pomeni, da so možnosti za življenje majhne. Raziskovalci pravijo, da obstaja kritična spodnja meja, da bo planet lahko bival. To pomeni, da ni samo pas bližine zvezde, ki določa življenjsko dobo planeta, tudi omejitev velikosti.
Preprosto povedano, planet je lahko premajhen, da bi ga lahko bivali, tudi če je na območju Zlatorog.
Kot kaže Arnscheidt in drugi avtorji študije ta kritična velikost znaša 2,7 odstotka mase Zemlje. Pravijo, da je kateri koli manjši od tega, in planet preprosto ne bo mogel zadržati svoje atmosfere in vode dovolj dolgo, da se pojavi življenje. V ozadju je Luna 1,2 odstotka Zemljine mase, Merkur pa 5,53 odstotka.
Raziskovalci uporabljajo kot komete podobne planete. Kometi imajo veliko vode, ki se sublimira, ko se približajo Soncu. Vendar jim primanjkuje potrebne mase za zadrževanje teh hlapov in nikoli ne morejo tvoriti ozračja. Voda se izgubi v vesolju. Torej planet, ki je bil premajhen, tudi če bi imel veliko vode, ga nikoli ne bi zadrževal.
Raziskovalci so uporabili modele, da so ocenili območje bivanja planeta z nizko maso okoli dveh različnih vrst zvezd: tipa M ali rdeče pritlikave zvezde in zvezde tipa G, kot je naše Sonce.
Mogoče so morda rešili še eno dolgoletno vprašanje o bivanju v našem Osončju. Jupitrove lune Ganymede, Callisto in Europa imajo veliko tekoče vode, ujete pod plastmi ledu. Astronomi so se spraševali, ali bi se lahko nastanili, ko Sonce v nekem trenutku svoje zvezdne prihodnosti izžareva več energije. Toda po avtorjevem delu jim primanjkuje mase, da bi se zadržali na tej vodi, tudi če bi postali dovolj topli. Ganymede se približa 2,5-odstotni masi Zemlje, vendar je dovolj majhen, da je "podoben kometu" in izgubi vso vodo v vesolju.
"Vodni svetovi z nizko maso so privlačna možnost pri iskanju življenja. Ta članek prikazuje, kako drugačno je njihovo vedenje verjetno v primerjavi s planeti, podobnimi Zemlji," je dejal Robin Wordsworth, izredni profesor za okoljske znanosti in inženiring. SEAS in višji avtor študije. "Ko bodo opažanja za ta razred predmetov postala mogoča, bo vznemirljivo poskusiti te napovedi neposredno preizkusiti."
Raziskovalci so v svojem delu podali nekaj potrebnih predpostavk. Domnevali so, da je ozračje njihovih svetov z nizko maso čista vodna para. Predvidevali so tudi, da je bila voda določena na 40% mase planeta. Prav tako so prezrli nekatere druge dejavnike, kot so kolesarjenje s CO2, oblačno oblačnost in oceanska kemija. V tej fazi dela je preprosto preveč spremenljivk, ki bi jih lahko modelirali.
Avtorji se lotevajo tudi ideje o bivalnih eksooncih in ne eksoplanetih. V drugih sončnih sistemih je verjetno, da bodo lune pogosteje bivalne kot planeti. V tem primeru pridejo v poštev drugi dejavniki, kot so sile plimovanja. To bi lahko še posebej veljalo za zvezde tipa M ali rdeče palčke. To je zato, ker je obzidno območje bivanja okoli teh nizkoenergičnih zvezd že veliko bližje zvezdi kot okoli zvezde tipa G, kot je naše Sonce. Združene gravitacijske sile eksoona, njegovega planeta in zvezde bi lahko v celoti odpravile bivalnost.
Prav tako priznavajo nekatere najrazličnejše druge dejavnike, ki vplivajo na bivalnost. Čeprav so na primer lune, kot je Ganymede, v svojem modelu premajhne, da bi jih lahko bivali, bi bilo lahko življenje v njihovih podzemnih oceanih, kjer voda prepreči debelo plast ledu.
Na področju določitve življenjske dobe je treba narediti še veliko dela. Kot navajajo avtorji v svojem prispevku, "bi lahko pri nadaljnjem delu upoštevali bolj zapletene modele hidrodinamičnega bega." Na eksoplanetih obstaja več raznolikosti in zapletenosti, kot jih poznamo trenutno, vendar se ta študija začne ukvarjati z nekaterimi.
Več:
- Sporočilo za javnost: cona Goldilocks za velikost planeta
- Raziskovalni članek: Atmosferska evolucija na vodnih svetovih z nizko težo
- Vesoljska revija: Katere bivalne cone so najboljše za dejansko iskanje življenja?
