Annak érdekében, hogy életképesnek lehessen tekinteni, bolygónak folyékony vízzel kell rendelkeznie. A sejteknek, az élet legkisebb egységének, vízre van szüksége funkciói elvégzéséhez. A folyékony víz létezéséhez a bolygó hőmérsékletének megfelelőnek kell lennie. De mi lenne a bolygó méretével?
Elegendő tömeg nélkül a bolygónak nincs elegendő gravitációja ahhoz, hogy a vízén tartsa. Egy új tanulmány megkísérli megérteni, hogy a méret hogyan befolyásolja a bolygó képességét, hogy tapadjon a vízéhez, és ennek eredményeként a lakhatóságát.
Folyamatban van a vita annak a kérdésnek, hogy mi teszi a bolygót életképessé. Nem csak az exoplanetek számára, hanem a saját Naprendszerünk jövőjének néhány holdja számára is. A tudósoknak nagyon jó ötletük van, hogy mennyi energiát kell egy bolygónak megkapnia a csillagától a folyékony víz fenntartásához. Ez adta a népszerű „Goldilocks zóna” vagy a körkörös lakható zóna fogalmának, a közelség olyan tartományának, amely nem lehet túl közel vagy túl messze a csillagtól, hogy a folyékony víz fennmaradjon a bolygón.
Az élőlényes zónákban az exoplanetek keresésével és a jobb teleszkópok és technikák javulásával az exoplanetek részletesebb tanulmányozására a tudósoknak nagyobb korlátozásokra van szükségük azon bolygók számára, amelyekre az erőforrások megfigyelése céljából költenek. Mint ez a papír megmutatja, a bolygó tömege hasznos szűrő lehet.
Az új cikk címe: „Légköri evolúció az alacsony gravitációs vízvilágon”. Megjelent a The Astrophysical Journal-ban. A fő szerző Constantin W. Arnscheidt, a MIT Grad hallgatója.
Annak érdekében, hogy a folyékony víz a felszínén és a légkörben maradjon, az exoplanet vagy az exomoon tömegének elegendőnek kell lennie, különben a víz és a légkör egyszerűen sodródik az űrbe. És elég hosszú ideig meg kell tartania a vizét, hogy az élet megjelenhessen. A csillagászok egy milliárd éves ballpark-számot használnak ehhez.
"Amikor az emberek a lakható zóna belső és külső széleiről gondolkodnak, hajlamosak csak térben gondolkodni, vagyis azt jelentik, hogy milyen közel áll a bolygó a csillaghoz" - mondta Constantin Arnscheidt, a cikk első szerzője. „De valójában sok más változó is létezik az alkalmazhatóságban, ideértve a tömeget is. Az életképesség alsó határának a bolygó mérete alapján történő meghatározása fontos korlátozást jelent számunkra a lakható egzoplanetek és egzomónok vadászata során. "
A lakható zóna mérete és tartománya a csillagotól függ. Egy kisebb, kevésbé energikus csillag, mint egy vörös törpe, közelebb hozza magához a lakhatósági zónát, mint egy nagyobb csillag, mint a Nap. Ez jól érthető. Ha egy bolygó túl messze van a csillagtól, a víz lefagy. Túl közel van, és az elszabadult üvegházhatás megtörténik, és a víz gőzzé válik, és felforródhat az űrbe.
De a kicsi, kisebb tömegű bolygók esetében még több történik. Lehetséges, hogy ellenálljanak a rohanó üvegházhatásoknak.
Ahogy az alacsony tömegű bolygó felmeleged, a légkör tágul. Nagyobb lesz a körülvevő bolygó méretéhez képest. Ennek két hatása van: a megnövekedett felületméret azt jelenti, hogy a légkör több energiát képes elnyelni, mint régen, és több energiát is sugározhat, mint régen.
Ennek eredményeként a kutatók szerint az, hogy a kibővített légkör megakadályozza a kiszabadult üvegházhatást, és képesek fenntartani felszíni folyékony vízüket. Ez azt jelenti, hogy közelebb lehetnek csillagukhoz anélkül, hogy elveszítik a vizet, ezáltal kibővítik a Goldilocks zónát a kisebb exoplanetek számára.
Természetesen korlátozott. Ha az alacsony tömegű bolygó túl kicsi, akkor nem lesz elég gravitációja, és a légkört eltávolítják, és a vizet vagy eltávolítják vele, vagy megfagynak a felszínen. Ez azt jelenti, hogy az élet kilátásai gyenge. A kutatók szerint a bolygó kritikus alsó határa lehet az életképesség. Ez azt jelenti, hogy nemcsak a csillaghoz közeli sáv határozza meg a bolygó életképességét, de van egy méretkorlát is.
Egyszerűen fogalmazva: egy bolygó lehet túl kicsi ahhoz, hogy életképes legyen, még akkor is, ha a Goldilocks övezetben helyezkedik el.
Arnscheidt és a tanulmány többi szerzője szerint ez a kritikus méret a Föld tömegének 2,7 százaléka. Azt mondják, hogy ennél kisebb is, és a bolygó egyszerűen nem lesz képes tartani a légkörét és a vizet elég hosszú ideig, hogy az élet megjelenhessen. Összességében a Hold a Föld tömegének 1,2, a higany pedig 5,53%.
A kutatók példaként üstökös bolygót használnak. A üstökösöknek sok vizük van, amelyet szublimálnak, amikor a Naphoz közelednek. De hiányzik a szükséges tömeg ahhoz, hogy megtartsa ezt a gőzt, és soha nem képesek atmoszférát képezni. A víz elveszik az űrbe. Tehát egy túl kicsi bolygó, még ha sok vizet is tartalmaz, soha nem fog rajta tartani.
A kutatók modellek segítségével becsülték meg az alacsony tömegű bolygó lakóövezetét két különböző csillagtípus körül: egy M-típusú vagy vörös törpe csillag és egy G-típusú csillag, mint a Napunk.
Lehet, hogy megoldottak egy másik, régóta fennálló, a saját Naprendszerünkben való alkalmazhatóság kérdését is. A Jupiter holdainak, a Ganymede-nek, a Callisto-nak és az Europanak rengeteg folyékony vízük van, amelyek jégrétegek alatt vannak csapdában. A csillagászok azon tűnődtek, vajon lakhatnának-e, amikor a Nap csillag jövőjének egy bizonyos pontján több energiát sugároz. De a szerzők munkája szerint hiányzik a tömeg ahhoz, hogy megtartsa ezt a vizet, még akkor is, ha elég melegednek. A Ganymede közel áll, 2,5% -os Föld tömegnél, de elég kicsi ahhoz, hogy „üstökös” legyen, és elveszítse az összes vízét az űrbe.
"Az alacsony tömegű vízi világok lenyűgöző lehetőségek az élet keresésében, és ez a cikk megmutatja, mennyire különbözik viselkedésük valószínűleg a Föld-szerű bolygók viselkedésével összehasonlítva" - mondta Robin Wordsworth, a Környezettudományi és Műszaki Egyetemi docens. SEAS és a tanulmány vezető szerzője. "Amint lehetővé válnak az objektumok ezen osztályának megfigyelései, izgalmas lesz megpróbálni ezeket a jóslatokat közvetlenül kipróbálni."
A kutatók munkájuk során szükséges feltételezéseket tettek. Feltételezték, hogy kis tömegű világuk légköre tiszta vízgőz. Azt is feltételezték, hogy a víz a bolygó tömegének 40% -án van rögzítve. Figyelembe nem vették néhány egyéb tényezőt is, mint például a CO2-ciklus, a felhőborítás és az óceánkémia. Munkájuk ezen szakaszában egyszerűen túl sok változó modellezése.
A szerzők az exoplanetek helyett az életképes egzómonok gondolatával is foglalkoznak. Elképzelhető, hogy más naprendszerekben a holdak valószínűleg életképesebbek, mint a bolygók. Ebben az esetben más tényezők játszanak szerepet, például az árapály erők. Különösen igaz ez az M-típusú csillagok vagy a vörös törpék körül. Ennek oka az, hogy ezen kevés energiájú csillagok körül a körkörös lakható zóna már sokkal közelebb van a csillaghoz, mint egy G-típusú csillag körül, mint a Nap. Az exomoon, a bolygó és a csillag együttes gravitációs erői teljes mértékben kiküszöbölhetik az alkalmazhatóságot.
Elismerik a lakhatóságot befolyásoló egyéb tényezők sokaságát is. Például, bár a holdak, mint például a Ganymede, túlságosan kicsik lehetnek ahhoz, hogy modellekké válhassanak, életük valószínűleg a felszín alatti óceánokban történik, ahol egy vastag jégréteg megakadályozza a víz eljutását.
Sokkal több tennivalónk van az alkalmazhatóság meghatározásában. Ahogy a szerzők a cikkükben mondják: „További munkák megfontolhatnák a hidrodinamikai menekülés bonyolultabb modelljeit”. Az exoplanetekben sokkal több változatosság és bonyolultság áll rendelkezésre, mint amit jelenleg tudunk, ám ez a tanulmány kezeli annak néhány részét.
Több:
- Sajtóközlemény: A Goldilocks zóna a bolygómérethez
- Kutatási cikk: Légköri evolúció az alacsony gravitációs vízvilágon
- Űrmagazin: Mely lakható zónák a legjobbak az élet kereséséhez?
