Aby mohla byť planéta považovaná za obývateľnú, musí mať tekutú vodu. Bunky, najmenšia jednotka života, potrebujú vodu na vykonávanie svojich funkcií. Aby mohla existovať tekutá voda, teplota planéty musí byť správna. Ale čo veľkosť planéty?
Bez dostatočnej hmotnosti nebude mať planéta dostatok gravitácie, aby sa udržala na vode. Nová štúdia sa snaží pochopiť, ako veľkosť ovplyvňuje schopnosť planéty udržať sa na vode a ako výsledok jej obývateľnosť.
Otázka, čo by mohlo spôsobiť obývateľnosť planéty, je prebiehajúca diskusia. Nielen pre exoplanety, ale aj pre niektoré mesiace v budúcnosti našej vlastnej slnečnej sústavy. Vedci majú celkom dobrý nápad, koľko energie potrebuje planéta od svojej hviezdy na udržanie tekutej vody. To viedlo k populárnemu ponímaniu „zóny Goldilocks“ alebo obvodnej obývateľnej zóny, rozsahu blízkosti, ktorý nie je ani príliš blízko, ani príliš ďaleko od hviezdy na to, aby tekutá voda vydržala na planéte.
S rozširovaním hľadania exoplanet v obývateľných zónach, a keď dostávame lepšie teleskopy a techniky na podrobnejšie štúdium exoplanet, potrebujú vedci viac obmedzení na to, na čo planéty strávia pozorovaním zdrojov. Ako ukazuje tento dokument, hmota planéty by mohla byť užitočným filtrom.
Nový príspevok s názvom „Atmosférický vývoj na nízko gravitačných vodných svetoch“. Publikuje sa v The Astrophysical Journal. Hlavným autorom je Constantin W. Arnscheidt, doktorand na MIT.
Na udržanie tekutej vody na jej povrchu a atmosféry musí mať exoplaneta alebo exomoon dostatok hmoty, inak sa voda a atmosféra jednoducho odnesú do vesmíru. A musí držať svoju vodu dosť dlho, aby sa objavil život. Astronómovia používajú na to miliardár rokov.
"Keď ľudia premýšľajú o vnútorných a vonkajších okrajoch obývateľnej zóny, majú tendenciu o nej uvažovať iba priestorovo, čo znamená, ako blízko je planéta k hviezde," povedal Constantin Arnscheidt, prvý autor článku. „Ale v skutočnosti existuje mnoho ďalších premenných týkajúcich sa obývateľnosti vrátane masy. Stanovenie dolnej hranice pre obývateľnosť z hľadiska veľkosti planéty nám poskytuje dôležité obmedzenie v našom pokračujúcom love na obývateľné exoplanety a exomoóny. “
Veľkosť a rozsah obytnej zóny závisí od hviezdy. Menšia, menej energetická hviezda ako červený trpaslík vytvára obývateľnú zónu bližšiu sebe ako väčšia hviezda ako naše Slnko. Toto je dobre pochopené. Ak je planéta príliš ďaleko od hviezdy, voda zamrzne. Príliš blízko a dochádza k útekovému skleníkovému efektu, voda sa mení na paru a môže vrieť do vesmíru.
Ale pre malé planéty s nízkou hmotnosťou sa toho deje ešte viac. Môžu byť schopní odolať útekovému skleníkovému efektu.
Keď sa planéta s nízkou hmotnosťou zahrieva, atmosféra sa rozširuje. V porovnaní s veľkosťou planéty, ktorú obklopuje, sa zväčšuje. To má dva účinky: zväčšená veľkosť povrchu znamená, že atmosféra môže absorbovať viac energie, než predtým. Môže tiež vyžarovať viac energie ako predtým.
Celkovým výsledkom toho podľa vedcov je, že rozšírená atmosféra brzdí útek skleníkového efektu a môže si udržať svoju povrchovú tekutú vodu. To znamená, že môžu byť bližšie k svojej hviezde bez straty vody, čím sa rozširuje zóna Goldilocks pre menšie exoplanety.
Existuje samozrejme limit. Ak je planéta s nízkou hmotnosťou príliš malá, nebude mať dostatočnú gravitáciu a atmosféra bude odstránená a voda s ňou bude odstránená alebo zamrznutá na povrchu. To znamená, že vyhliadky na život sú slabé. Vedci tvrdia, že pre existenciu planéty je kritická dolná hranica. To znamená, že nielenže existuje pásmo blízkosti hviezdy, ktorá určuje obývateľnosť planéty, ale aj limit veľkosti.
Jednoducho povedané, planéta môže byť príliš malá na to, aby bola obývateľná, aj keď je v zóne Goldilocks.
Táto kritická veľkosť je podľa Arnscheidta a ďalších autorov štúdie 2,7 percenta hmotnosti Zeme. Hovorí sa, že o nič menší ako ten a planéta jednoducho nedokáže udržať svoju atmosféru a vodu dosť dlho na to, aby sa objavil život. Čo sa týka kontextu, Mesiac predstavuje 1,2 percenta zemskej hmotnosti a ortuť je 5,53 percenta.
Vedci používajú ako príklad planéty podobné kométom. Kométy majú veľa vody, ktorá sa sublimuje, keď sa dostanú k Slnku. Chýbajú im však potrebné hmotnosti, ktoré by zadržali túto paru, a nikdy nemôžu vytvoriť atmosféru. Voda sa stráca do vesmíru. Takže planéta, ktorá bola príliš malá, aj keby mala veľa vody, by sa jej nikdy nedrží.
Vedci použili modely na odhad obývateľnej zóny planéty s nízkou hmotnosťou okolo dvoch rôznych typov hviezd: hviezdy typu M alebo červenej trpaslíka a hviezdy typu G, ako je naše Slnko.
Možno tiež vyriešili ďalšiu dlhodobú otázku obývateľnosti v našej vlastnej slnečnej sústave. Mesiace Jupitera Ganymedeho, Callisto a Europa majú veľa tekutej vody, zachytenej pod vrstvou ľadu. Astronómovia sa pýtali, či by boli obývateľní, keď Slnko v určitom bode svojej hviezdnej budúcnosti vyžaruje viac energie. Ale podľa autorovho diela im chýba masa, aby sa tejto vode pridržiavali, aj keď sa dostatočne zahriali. Ganymede sa blíži, pri hmotnosti 2,5% Zeme, ale je dosť malý na to, aby bol „podobný kométe“ a stratil všetku svoju vodu do vesmíru.
„Vodné svety s nízkou hmotnosťou sú pri hľadaní života fascinujúcou možnosťou a tento dokument ukazuje, aké rozdielne je ich správanie v porovnaní so správaním planét podobných Zemi,“ povedal Robin Wordsworth, docent ekologie a inžinierstva na SEAS a hlavný autor štúdie. „Len čo budú možné pozorovania pre túto triedu objektov, bude vzrušujúce vyskúšať si tieto predpovede priamo.“
Vedci vo svojej práci urobili niekoľko nevyhnutných predpokladov. Predpokladali, že atmosféra ich nízkohmotných svetov bola čistá vodná para. Tiež predpokladali, že voda bola fixovaná na 40% hmotnosti planéty. Ignorovali tiež niektoré ďalšie faktory, ako napríklad cyklovanie CO2, oblačnosť a chémia oceánov. V tejto fáze ich práce je jednoducho príliš veľa premenných.
Autori sa zaoberajú aj myšlienkou obývateľných exomoónov, a nie exoplanet. Je možné si predstaviť, že v iných solárnych systémoch bude pravdepodobne viac obývateľná ako planéty. V takom prípade prichádzajú do hry ďalšie faktory, ako sú prílivové sily. To by sa mohlo týkať najmä hviezd typu M alebo červených trpaslíkov. Je to preto, že obvodná obývateľná zóna okolo týchto nízkoenergetických hviezd je už oveľa bližšie k hviezde ako okolo hviezdy typu G, ako je naše Slnko. Kombinované gravitačné sily exomoonu, jeho planéty a hviezdy môžu úplne eliminovať obývateľnosť.
Taktiež uznávajú niektoré zo širokej škály ďalších faktorov, ktoré ovplyvňujú obývateľnosť. Napríklad, hoci mesiace ako Ganymede môžu byť príliš malé na to, aby boli vo svojom modeli obývateľné, veľmi dobre to môže byť život v ich podpovrchových oceánoch, kde voda nemôže uniknúť silnou vrstvou ľadu.
Pokiaľ ide o určenie obývateľnosti, je potrebné vykonať ešte veľa práce. Ako autori vo svojej práci uvádzajú, „Ďalšou prácou by sa mohli zaoberať zložitejšími modelmi hydrodynamického úniku.“ V exoplanetách je viac rôznorodosti a zložitosti, ako ich poznáme teraz, ale táto štúdia sa niektoré z nich začína zaoberať.
Viac:
- Tlačová správa: Zóna Goldilocks pre veľkosť planéty
- Výskumný článok: Atmosférický vývoj na nízko gravitačných vodných svetoch
- Space Magazine: Ktoré obývateľné zóny sú najlepšie na hľadanie života?
