Kad planeta būtų laikoma tinkama gyventi, joje turi būti skysto vandens. Ląstelėms, mažiausiam gyvenimo vienetui, savo funkcijoms atlikti reikalingas vanduo. Kad egzistuotų skystas vanduo, planetos temperatūra turi būti tinkama. Bet kaip su planetos dydžiu?
Be pakankamos masės planeta neturės pakankamai gravitacijos, kad galėtų išlaikyti savo vandenį. Nauju tyrimu bandoma suprasti, kaip dydis daro įtaką planetos sugebėjimui sulaikyti jos vandenį ir dėl to jos apgyvendinamumą.
Vyksta diskusijos dėl to, kas galėtų paversti planetą gyvenamąja. Ne tik egzoplanetoms, bet ir kai kuriems mūsų Saulės sistemos ateities mėnuliams. Mokslininkai turi gana gerą idėją, kiek energijos planeta turi gauti iš savo žvaigždės skystam vandeniui palaikyti. Dėl šios priežasties atsirado populiari „aukso kojyčių zona“ arba apskritos gyvenamosios zonos, artumo diapazonas, kuris nėra nei per arti, nei per toli nuo žvaigždės, kad skystas vanduo išliktų planetoje.
Ieškodami egzoplanetų gyvenamosiose zonose, didėjant, ir kadangi mes gauname geresnius teleskopus ir technikas, kad galėtume išsamiau ištirti egzoplanetas, mokslininkams reikia daugiau suvaržymų, kurioms planetoms išleisti stebėjimo išteklius. Kaip parodyta šiame dokumente, naudingas filtras gali būti planetos masė.
Naujasis straipsnis pavadintas „Atmosferos evoliucija žemo svorio vandens pasauliuose“. Jis paskelbtas „The Astrophysical Journal“. Pagrindinis autorius yra Constantin W. Arnscheidt, MIT studentas.
Norint, kad egzistuojantis skystas vanduo ir atmosfera išliktų, egzoplanetos ar egzomono masė turi būti pakankama, kitaip vanduo ir atmosfera tiesiog nubėgs į kosmosą. Ir jis turi pakankamai ilgai laikyti ant savo vandens, kad pasirodytų gyvybė. Astronomai naudojasi milijardo metų kamuoliu parko skaičiumi, kad tai įvyktų.
„Kai žmonės galvoja apie vidinius ir išorinius gyvenamosios zonos kraštus, jie paprastai galvoja tik apie tai erdvėje, tai reiškia, kokia arti planetos yra žvaigždė“, - sakė pirmasis straipsnio autorius Constantinas Arnscheidtas. „Tačiau iš tikrųjų yra daugybė kitų apgyvendinimo kintamųjų, įskaitant masę. Apatinės apgyvendinimo ribos nustatymas atsižvelgiant į planetos dydį suteikia mums svarbų apribojimą nuolatinėse apgyvendintų egzoplanetų ir egzomonų medžioklėje. “
Gyvenamosios zonos dydis ir diapazonas priklauso nuo žvaigždės. Mažesnė, mažiau energinga žvaigždė, pavyzdžiui, raudonasis nykštukas, sukuria gyvenamąją zoną arčiau savęs nei didesnė žvaigždė, tokia kaip mūsų Saulė. Tai gerai suprantama. Jei planeta yra per toli nuo žvaigždės, vanduo užšąla. Per arti, ir išbėgus šiltnamio efektui, vanduo virsta garu ir gali išvirti į kosmosą.
Tačiau mažoms, mažesnės masės planetoms bus dar daugiau. Jie gali atsispirti bėgančiam šiltnamio efektui.
Šiltinant mažesnės masės planetą, atmosfera plečiasi. Jis tampa didesnis, palyginti su aplink ją esančios planetos dydžiu. Tai turi du padarinius: padidėjęs paviršiaus dydis reiškia, kad atmosfera gali absorbuoti daugiau energijos nei įpratusi, taip pat ji gali spinduliuoti daugiau energijos nei įpratusi.
Bendras to rezultatas, anot tyrėjų, yra tas, kad išsiplėtusi atmosfera užstoja bėgančio šiltnamio efektą, ir jie gali išlaikyti savo paviršinį skystą vandenį. Tai reiškia, kad jie gali būti arčiau savo žvaigždės neprarasdami vandens ir taip išplėsti Goldilocks zoną mažesnėms egzoplanetoms.
Žinoma, yra ribota. Jei mažos masės planeta yra per maža, jai nebus pakankamai gravitacijos, o atmosfera bus pašalinta, o vanduo bus pašalintas arba sušalęs ant paviršiaus. Tai reiškia, kad gyvenimo perspektyvos yra menkos. Tyrėjai teigia, kad yra kritiškai žemiausia riba, kad planeta galėtų gyventi. Tai reiškia, kad ne tik yra arti žvaigždės esanti juosta, lemianti planetos pritaikomumą, bet ir dydžio apribojimas.
Paprasčiau tariant, planeta gali būti per maža, kad galėtų joje gyventi, net jei ji yra Goldilocks zonoje.
Šis kritinis dydis, pasak Arnscheidto ir kitų tyrimo autorių, yra 2,7 procento Žemės masės. Jie sako, kad bet kuris mažesnis, ir planeta tiesiog negalės pakankamai ilgai išlaikyti savo atmosferos ir vandens, kad pasirodytų gyvybė. Atsižvelgiant į aplinkybes, Mėnulis sudaro 1,2 proc. Žemės masės, o gyvsidabris - 5,53 proc.
Kaip pavyzdį tyrėjai naudoja kometą primenančias planetas. Kometos turi daug vandens, kuris sublimuojasi, kai jie patenka prie Saulės. Bet jiems trūksta reikiamos masės, kad galėtų išlaikyti tuos garus, ir jie niekada negali sudaryti atmosferos. Vanduo netenka vietos. Taigi per maža planeta, net jei joje būtų daug vandens, niekada jos nelaikytų.
Tyrėjai naudojo modelius, kad įvertintų mažos masės planetos gyvenamąją zoną aplink du skirtingus žvaigždžių tipus: M tipo arba raudonąją nykštukinę žvaigždę ir G tipo žvaigždę, tokią kaip mūsų Saulė.
Jie taip pat galėjo išspręsti dar vieną seniai iškylantį klausimą dėl tinkamumo mūsų pačių Saulės sistemoje. Jupiterio mėnuliai Ganymede, Callisto ir Europa turi daug skysto vandens, įstrigę po ledo sluoksniais. Astronomai pasidomėjo, ar jie būtų tinkami gyventi, kai Saulė spinduliuoja daugiau energijos kažkokiu savo žvaigždžių ateities momentu. Tačiau, pasak autorių darbo, jiems trūksta masės, kad galėtų pripilti to vandens, net jei jie būtų pakankamai šilti. Ganimidas priartėja prie 2,5% žemės masės, tačiau jis yra pakankamai mažas, kad galėtų būti panašus į kometą ir prarasti visą savo vandenį į kosmosą.
„Mažo masės vandens pasauliai yra patraukli galimybė ieškant gyvybės. Šis straipsnis parodo, koks skirtingas jų elgesys gali būti lyginamas su panašių į Žemę planetų elgesiu“, - teigė Robinas Wordsworthas, Aplinkos mokslo ir inžinerijos docentas. SEAS ir vyresnysis tyrimo autorius. „Kai tik bus galima stebėti šios klasės objektus, bus įdomu išbandyti šias prognozes tiesiogiai.“
Tyrėjai padarė keletą būtinų prielaidų savo darbe. Jie manė, kad jų mažos masės pasauliuose atmosfera buvo gryni vandens garai. Jie taip pat padarė prielaidą, kad vanduo sudaro 40% planetos masės. Jie taip pat ignoravo kai kuriuos kitus veiksnius, tokius kaip CO2 ciklas, debesų danga ir vandenynų chemija. Šiame darbo etape modeliuoti tiesiog per daug kintamųjų.
Autoriai taip pat nagrinėja ne egzoplanetų, o gyvenamųjų egzomonų idėją. Įsivaizduojama, kad kitose saulės sistemose mėnuliai gali būti labiau gyvenamieji nei planetos. Tokiu atveju svarbūs kiti veiksniai, pavyzdžiui, potvynio jėgos. Tai gali būti ypač pasakytina apie M tipo žvaigždes ar raudonas nykštukus. Taip yra todėl, kad aplink šias mažai energijos naudojančias žvaigždes gyvenamoji zona jau yra daug arčiau žvaigždės, nei aplink tokią G tipo žvaigždę kaip mūsų Saulė. Egzomono, jo planetos ir žvaigždės sujungtos gravitacinės jėgos gali visiškai panaikinti tinkamumą gyventi.
Jie taip pat pripažįsta daugelį kitų veiksnių, turinčių įtakos apgyvendinimui. Pavyzdžiui, net jei tokie mėnuliai kaip Ganymede gali būti per maži, kad būtų tinkami gyventi pagal modelį, jie gali labai gerai gyventi jų požeminiuose vandenynuose, kur vanduo negali patekti pro storą ledo sluoksnį.
Turi būti padaryta dar daugiau darbo nustatant apgyvendinamumą. Kaip sako autoriai savo darbe, „Tolesniame darbe būtų galima apsvarstyti sudėtingesnius hidrodinaminio pabėgimo modelius“. Egzoplanetos yra įvairesnės ir sudėtingesnės, nei mes žinome dabar, tačiau šis tyrimas pradeda nagrinėti kai kurias iš jų.
Daugiau:
- Pranešimas spaudai: „Goldilocks“ planeta
- Tyrimo dokumentas: Žemo sunkio vandens pasaulių atmosferos evoliucija
- Žurnalas „Kosmosas“: kurios gyvenamosios zonos yra geriausios iš tikrųjų ieškant gyvenimo?
