Da bi planet veljal za bivalnega, mora imeti tekočo vodo. Celice, najmanjša življenjska enota, potrebujejo vodo za izvajanje svojih funkcij. Za obstoj tekoče vode mora biti temperatura planeta prava. Kako pa je z velikostjo planeta?
Brez zadostne mase planet ne bo imel dovolj gravitacije, da bi obdržal svojo vodo. Nova študija poskuša razumeti, kako velikost vpliva na sposobnost planeta, da zadrži vodo, in posledično na njegovo bivalnost.
Vprašanje, kaj bi lahko naredilo planet za bivanje, je stalna razprava. Ne samo za eksoplanete, ampak za nekatere lune v prihodnosti našega lastnega Osončja. Znanstveniki imajo precej dobro predstavo, koliko energije mora planet prejeti od svoje zvezde za vzdrževanje tekoče vode. To je povzročilo popularno predstavo o ' Zlatolaska cona ,« ali okolizvezdno bivalno območje, območje bližine, ki ni niti preblizu niti predaleč od zvezde, da bi tekoča voda obdržala na planetu.
Ker se iskanje eksoplanetov v bivalnih območjih povečuje, in ko dobimo boljše teleskope in tehnike za podrobnejše preučevanje eksoplanetov, potrebujejo znanstveniki več omejitev glede tega, katere planete naj porabijo za opazovanje virov. Kot kaže ta dokument, bi lahko bila masa planeta koristen filter.
Novi dokument ima naslov » Atmosferska evolucija na vodnih svetovih z nizko gravitacijo .” Objavljena je v The Astrophysical Journal. Glavni avtor je Constantin W. Arnscheidt, podiplomski študent na MIT.
Za vzdrževanje tekoče vode na svoji površini in atmosfere mora imeti eksoplanet ali eksoluna dovolj mase, sicer bosta voda in atmosfera preprosto odnesla v vesolje. In mora zadržati vodo dovolj dolgo, da se pojavi življenje. Astronomi uporabljajo približno milijardo let, da se to zgodi.
'Ko ljudje razmišljajo o notranjih in zunanjih robovih bivalnega območja, o tem razmišljajo le prostorsko, kar pomeni, kako blizu je planet zvezdi,' je dejal Constantin Arnscheidt, prvi avtor članka. 'Toda dejansko obstaja veliko drugih spremenljivk za bivanje, vključno z maso. Določitev spodnje meje za bivalnost glede na velikost planeta nam predstavlja pomembno omejitev pri našem nenehnem lovu na bivalne eksoplanete in eksomune.'
Območje 'Zlatolaska' okoli zvezde je tam, kjer planet ni niti prevroč niti prehladen, da bi podpiral tekočo vodo. Toda nove raziskave kažejo, da planeti ne smejo biti le v pravem razponu bližine, da bi jih lahko šteli za bivalne, ampak morajo imeti dovolj mase. Ilustracije Petigura/UC Berkeley, Howard/UH-Manoa, Marcy/UC Berkeley.
Velikost in obseg bivalne cone sta odvisna od zvezde. Manjša, manj energična zvezda, kot je rdeči škrat, ustvari bivalno območje bližje sebi kot večja zvezda, kot je naše Sonce. To se dobro razume. Če je planet predaleč od zvezde, voda zmrzne. Preblizu in zgodi se pobegni učinek tople grede, voda pa se spremeni v paro in lahko zavre v vesolje.
Toda za majhne planete z manjšo maso se dogaja več. Morda se bodo lahko uprli pobeglemu učinku tople grede.
Ko se planet z manjšo maso segreje, se atmosfera razširi. Postane večja glede na velikost planeta, ki ga obdaja. To ima dva učinka: povečana velikost površine pomeni, da lahko atmosfera absorbira več energije, kot je bila nekoč, in lahko oddaja več energije kot nekoč.
Skupni rezultat tega je po mnenju raziskovalcev, da razširjena atmosfera zavira pobegni učinek tople grede in lahko ohranijo svojo površinsko tekočo vodo. To pomeni, da so lahko bližje svoji zvezdi, ne da bi pri tem izgubili vodo in s tem razširili območje Zlatolaska za manjše eksoplanete.
Seveda obstaja meja. Če je planet z majhno maso premajhen, ne bo imel dovolj gravitacije in atmosfera bo odstranjena, voda pa bo bodisi odstranjena z njim bodisi zamrznjena na površini. To pomeni, da so možnosti za življenje nejasne. Raziskovalci pravijo, da obstaja kritična spodnja meja, da je planet primeren za bivanje. To pomeni, da ne obstaja le pas bližine zvezde, ki določa bivalnost planeta, obstaja tudi omejitev velikosti.
Preprosto povedano, planet je lahko premajhen, da bi bil primeren za bivanje, tudi če je v območju Zlatolaska.
Ta ilustracija prikazuje spodnjo mejo za bivalnost glede na maso planeta. Če je objekt manjši od 2,7 odstotka mase Zemlje, bo njegova atmosfera pobegnila, preden bo imela možnost razviti površinsko tekočo vodo (ilustracija z dovoljenjem Harvard SEAS).
Ta kritična velikost je po mnenju Arnscheidta in drugih avtorjev študije 2,7 odstotka mase Zemlje. Pravijo, da je vse manjše od tega in planet preprosto ne bo mogel obdržati svoje atmosfere in vode dovolj dolgo, da bi se pojavilo življenje. Za kontekst je Luna 1,2 odstotka Zemljine mase, Merkur pa 5,53 odstotka.
Raziskovalci kot primer uporabljajo planete, podobne kometom. Kometi imajo veliko vode, ki se sublimira, ko se približajo Soncu. Vendar jim primanjkuje potrebne mase, da bi obdržali to paro, in nikoli ne morejo tvoriti atmosfere. Voda se izgubi v vesolju. Torej planet, ki je bil premajhen, tudi če bi imel veliko vode, ga nikoli ne bi držal.
Raziskovalci so uporabili modele za oceno bivalnega območja planeta z nizko maso okoli dveh različnih vrst zvezd: zvezde tipa M ali rdeče pritlikave zvezde in zvezde tipa G, kot je naše Sonce.
Umetnikova ilustracija eksoplaneta in njegove lune, ki kroži okoli zvezde rdeče pritlikave. Avtor NASA/Harvard-Smithsonian Center za astrofiziko/D. Aguilar – http://www.nasa.gov/sites/default/files/reddwarfplanet_cfa_full_1.jpg, javna domena, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=31666101
Morda so rešili še eno dolgoletno vprašanje bivalnosti v našem lastnem Osončju. Jupitrove lune Ganimed , Callisto , in Evrope vsi imajo veliko tekoče vode, ujete pod plastmi ledu. Astronomi so se spraševali, ali bi bili primerni za bivanje, ko bo Sonce na neki točki v svoji zvezdni prihodnosti oddalo več energije. Toda glede na delo avtorjev jim primanjkuje mase, da bi obdržali to vodo, tudi če so se dovolj segreli. Ganimed je blizu, z 2,5 % zemeljske mase, vendar je dovolj majhen, da je 'podoben kometu' in izgubi vso vodo v vesolje.
»Nizka masa vodni svetovi so fascinantna možnost pri iskanju življenja in ta dokument prikazuje, kako drugačno je njihovo vedenje v primerjavi z vedenjem planetov, podobnih Zemlji,« je dejal Robin Wordsworth, izredni profesor znanosti o okolju in inženirstvu pri SEAS in višji avtor knjige študij. 'Ko bodo opazovanja za ta razred predmetov možna, bo vznemirljivo poskusiti te napovedi preizkusiti neposredno.'
Kot se je izkazalo, ne samo, da je Zemlja na pravi razdalji od Sonca, da je primerna za bivanje, ampak je tudi naš planet v pravem masnem območju. Zasluge: NASA Goddard Space Flight Center
Raziskovalci so pri svojem delu naredili nekaj potrebnih predpostavk. Domnevali so, da je atmosfera njihovih svetov z majhno maso čista vodna para. Prav tako so domnevali, da je bila voda fiksirana na 40 % mase planeta. Prezrli so tudi nekatere druge dejavnike, kot so kroženje CO2, oblačnost in kemija oceana. V tej fazi njihovega dela je preprosto preveč spremenljivk za modeliranje.
Avtorji obravnavajo tudi idejo bivalnega exomoons namesto eksoplanetov. Možno je, da bi lahko v drugih sončnih sistemih lune bolj verjetno živele kot planeti. V tem primeru pridejo v poštev drugi dejavniki, kot so plimske sile. To bi lahko bilo še posebej res naokoli M-tip zvezde ali rdeče palčke. To je zato, ker je okolizvezdno bivalno območje okoli teh nizkoenergijskih zvezd že veliko bližje zvezdi kot okoli G-tip zvezda kot naše sonce. Kombinirane gravitacijske sile eksomune, njenega planeta in zvezde bi lahko popolnoma odpravile možnost bivanja.
Priznavajo tudi nekatere od številnih drugih dejavnikov, ki vplivajo na bivalnost. Na primer, čeprav so lune, kot je Ganimed, morda premajhne, da bi bile v njihovem modelu primerne za bivanje, je lahko njihovo življenje v njihovih podzemnih oceanih, kjer vodi debela plast ledu preprečuje, da bi ušla.
V zvezi z določanjem bivalnosti je treba opraviti še veliko dela. Kot pravijo avtorji v svojem prispevku, 'Nadaljnje delo bi lahko obravnavalo bolj zapletene modele hidrodinamičnega pobega.' V eksoplanetih je več raznolikosti in zapletenosti, kot jih trenutno poznamo, vendar se ta študija začne ukvarjati z nekaterimi od njih.
Več:
- Izjava za javnost: Območje Zlatolaska za velikost planeta
- Raziskovalna naloga: Atmosferska evolucija na vodnih svetovih z nizko gravitacijo
- Vesolje danes: Katera bivalna območja so najboljša za iskanje življenja?
