Selleks, et planeeti saaks pidada elamiskõlblikuks, peab sellel olema vedel vesi. Rakud, elu väikseim ühik, vajavad oma funktsioonide täitmiseks vett. Vedela vee olemasoluks peab planeedi temperatuur olema õige. Aga kuidas oleks planeedi suurusega?
Ilma piisava massita pole planeedil piisavalt raskust, et oma veele kinni jääda. Uue uuringuga püütakse mõista, kuidas suurus mõjutab planeedi võimet oma vett kinni hoida ja selle tagajärjel ka selle asustatavust.
Pidev arutelu on küsimus, mis võiks muuta planeedi elamiskõlblikuks. Mitte ainult eksoplaneetide jaoks, vaid ka mõne meie Päikesesüsteemi tuleviku kuu jaoks. Teadlastel on üsna hea idee, kui palju energiat vajab planeet tähelt vedela vee säilitamiseks. See on põhjustanud populaarse idee "Goldilocksi tsoon" või ümmargune asustatav tsoon - lähedusvahemik, mis ei ole tähest liiga lähedal ega liiga kaugel, et vedel vesi püsiks planeedil.
Kuna eksoplaneetide otsimine asustatavates tsoonides on tõusmas, ja kuna meil on paremad teleskoobid ja tehnikad eksoplaneetide üksikasjalikumaks uurimiseks, vajavad teadlased rohkem piiranguid, millistel planeetidel ressursside vaatlemiseks kulutada. Nagu see paber näitab, võib planeedi mass olla kasulik filter.
Uus paber kannab pealkirja “Atmosfääri evolutsioon madala gravitatsiooniga veemaailmadel”. See on avaldatud ajakirjas The Astrophysical Journal. Peaautor on MITi Grad Student Constantin W. Arnscheidt.
Vedela vee ja atmosfääri hoidmiseks peab eksoplaneedil või eksomoonil olema piisavalt massi, vastasel juhul triivib vesi ja atmosfäär lihtsalt kosmosesse. Ja see peab oma veele piisavalt kaua vastu pidama, et elu ilmuks. Astronoomid kasutavad selleks miljardi aasta pikkust palliplatsi.
"Kui inimesed mõtlevad elamiskõlbliku tsooni sisemisele ja välimisele servale, kipuvad nad selle üle mõtlema ainult ruumiliselt, mis tähendab, kui lähedal on planeet tähele," ütles töö esimene autor Constantin Arnscheidt. “Kuid tegelikult on elamiskõlblikkusel palju muid muutujaid, sealhulgas mass. Asustatavuse alumise piiri kehtestamine planeedi suuruse osas paneb meile olulise piirangu meie jätkuvas jahipidamisel elamiskõlblike eksoplaneetide ja eksomoonide jaoks. ”
Asustatava tsooni suurus ja ulatus sõltub tähest. Väiksem, vähem energiline täht, nagu punane kääbus, loob elamiskõlbliku tsooni endale lähemal kui suurem täht nagu meie Päike. See on hästi mõistetav. Kui planeet on tähest liiga kaugel, külmub vesi. Liiga lähedal tekib põgenenud kasvuhooneefekt, vesi muutub auruks ja võib kosmosesse keema minna.
Kuid väikeste, väiksema massiga planeetide jaoks on seal veel palju toimumas. Võimalik, et nad suudavad põgenevale kasvuhooneefektile vastu seista.
Kui väiksema massiga planeet soojeneb, laieneb atmosfäär. See muutub suuremaks selle ümbritseva planeedi suuruse suhtes. Sellel on kaks mõju: suurenenud pinna suurus tähendab, et atmosfäär suudab absorbeerida rohkem energiat kui vanasti ja see võib kiirgata ka rohkem energiat kui vanasti.
Selle üldine tulemus on teadlaste sõnul see, et laienenud atmosfäär varjab põgenenud kasvuhooneefekti ja nad suudavad säilitada oma pinna vedelat vett. See tähendab, et nad saavad oma tähele lähemal ilma vett kaotamata, laiendades sellega Goldilocksi tsooni väiksemate eksoplaneetide jaoks.
Muidugi on piir. Kui väikese massiga planeet on liiga väike, pole sellel piisavalt gravitatsiooni, atmosfäär eemaldatakse ja vesi kas eemaldatakse sellest või külmutatakse pinnale. See tähendab, et eluväljavaated on hämarad. Teadlaste sõnul on planeedi elamiskõlblik kriitiline alampiir. See tähendab, et mitte ainult tähe läheduse riba, mis määrab planeedi asustatavuse, on olemas ka suurusepiirang.
Lihtsamalt öeldes võib planeet olla elamiseks liiga väike, isegi kui see asub Goldilocksi tsoonis.
Arnscheidti ja teiste uuringu autorite sõnul on see kriitiline suurus 2,7 protsenti Maa massist. Nad ütlevad, et see on väiksem ja planeet lihtsalt ei suuda oma atmosfääri ja vee käes piisavalt kaua, et elu ilmuda. Kuu moodustab 1,2 protsenti Maa massist ja elavhõbe 5,53 protsenti Maa massist.
Teadlased kasutavad näitena komeeditaolisi planeete. Komeedil on palju vett, mis on sublimeeritud, kui nad päikese kätte jõuavad. Kuid neil puudub nõutav mass selle auru hoidmiseks ja nad ei saa kunagi atmosfääri moodustada. Vesi on kosmosesse kadunud. Nii et liiga väike planeet, isegi kui sellel oleks palju vett, ei hoitaks sellest kunagi.
Teadlased kasutasid mudeleid, et hinnata väikese massiga planeedi asustamistsooni kahe erinevat tüüpi tähtede ümber: M-tüüpi ehk punane kääbustäht ja G-tüüpi täht, nagu meie Päike.
Samuti on nad võib-olla lahendanud veel ühe pikaajalise asustatavuse küsimuse meie enda päikesesüsteemis. Jupiteri kuudes Ganymedes, Callisto ja Europa on kõigil palju vedelikku, mis on jääkihtide all kinni. Astronoomid on mõelnud, kas need oleksid elamiskõlblikud, kui Päike kiirgab oma tähtkuju mingil hetkel rohkem energiat. Kuid autorite tööde kohaselt puudub neil mass selle vee hoidmiseks, isegi kui nad oleksid piisavalt soojad. Ganymede on lähedal, umbes 2,5% Maa massist, kuid see on piisavalt väike, et olla “komeedilaadne” ja kaotada kogu oma vesi kosmosesse.
"Madala massiga veemaailmad on põnev võimalus elu otsimisel ja see artikkel näitab, kui erinevat nende käitumist tõenäoliselt võrreldakse Maa-sarnaste planeetide käitumisega," ütles Robin Wordsworth, Keskkonnateaduse ja keskkonnateaduse dotsent. SEAS ja uuringu vanem autor. "Kui selle klassi objektide vaatlused on võimalikud, on põnev proovida neid ennustusi otse testida."
Teadlased tegid oma töös mõned vajalikud eeldused. Nad arvasid, et nende väikese massiga maailmade atmosfäär on puhas veeaur. Samuti eeldasid nad, et vesi oli fikseeritud 40% -ni planeedi massist. Nad eirasid ka teatavaid muid tegureid, nagu CO2 tsüklid, pilvekate ja ookeani keemia. Nende töö selles etapis on lihtsalt liiga palju muutujaid, mida modelleerida.
Autorid käsitlevad ka elamiskõlblike eksomoonide, mitte eksoplaneetide ideed. On mõeldav, et teistes päikesesüsteemides võivad kuud elada tõenäolisemalt kui planeedid. Sel juhul võetakse arvesse muid tegureid, nagu loodete jõud. See võib eriti tõsi olla M-tüüpi tähtede või punaste kääbuste puhul. Selle põhjuseks on see, et nende madala energiatarbega tähtede ümber asuv ümmargune asustusvöönd on tähele juba palju lähemal kui G-tüüpi tähe ümber nagu meie Päike. Eksomoobi, selle planeedi ja tähe kombineeritud gravitatsioonijõud võivad täielikult kaotada kasutatavuse.
Samuti tunnistavad nad mitmesuguseid muid asustatavust mõjutavaid tegureid. Näiteks, kuigi sellised kuud, nagu Ganymede, võivad olla mudelis elamiseks liiga väikesed, võib nende elu väga hea olla merealuses ookeanis, kus paks jääjääk takistab vee väljapääsu.
Asustatavuse määramiseks on vaja veel palju ära teha. Nagu autorid oma töös ütlevad, võiks edasises töös kaaluda hüdrodünaamilise põgenemise keerukamaid mudeleid. Eksoplaneetide planeedil on rohkem mitmekesisust ja keerukust, kui me praegu teame, kuid see uurimus hakkab seda käsitlema.
Veel:
- Pressiteade: planeedi suuruse Goldilocksi tsoon
- Uurimistöö: Atmosfääri evolutsioon madala gravitatsiooniga veemaailmadel
- Ajakiri Kosmos: Millised asustatavad tsoonid on parimad, kui elu tegelikult otsida?
