За да бъде смятана за обитаема, една планета трябва да има течна вода. Клетките, най-малката единица от живота, се нуждаят от вода, за да изпълняват функциите си. За да съществува течна вода, температурата на планетата трябва да е правилна. Но какво ще кажете за размера на планетата?
Без достатъчна маса една планета няма да има достатъчно гравитация, за да се задържи върху водата си. Ново проучване се опитва да разбере как размерът влияе върху способността на планетата да се задържи над водата си и в резултат на това обитаемостта.
Въпросът за това какво може да направи обитаема планета е продължаващ дебат. Не само за екзопланети, но и за някои луни в бъдещето на нашата Слънчева система. Учените имат доста добра представа колко енергия трябва да получи планетата от звездата си, за да поддържа течна вода. Това е породило популярната представа за „Зоната на Златоделците“ или обитаемата зона на обиколката, обхват на близост, който не е нито твърде близък, нито прекалено далеч от звезда, за да може течната вода да съществува на планетата.
С търсенето на екзопланети в обитаеми зони нараства и тъй като получаваме по-добри телескопи и техники за изучаване на екзопланетите по-подробно, учените се нуждаят от повече ограничения за това, на какви планети да се харчат, наблюдавайки ресурси. Както показва този документ, масата на планетата може да бъде полезен филтър.
Новата книга е озаглавена „Атмосферна еволюция на водни светове с ниска гравитация.“ Публикувано е в The Astrophysical Journal. Водещ автор е Константин У. Арнсхайд, студент в MIT.
За да поддържа течна вода на нейната повърхност и атмосфера, екзопланетата или екзомонусът трябва да имат достатъчно маса, в противен случай водата и атмосферата просто ще се оттичат в космоса. И трябва да се задържи над водата си достатъчно дълго, за да се появи животът. Астрономите използват балпак цифра от милиард години, за да се случи това.
"Когато хората мислят за вътрешните и външните ръбове на обитаемата зона, те са склонни да мислят за това само пространствено, което означава колко близо е планетата до звездата", казва Константин Арншайт, първи автор на статията. „Но всъщност има много други променливи за обитаемост, включително маса. Определянето на долна граница за обитаемост по отношение на размера на планетата ни създава важно ограничение в нашия продължаващ лов на обитаеми екзопланети и екзомони. “
Размерът и обхватът на обитаемата зона зависи от звездата. По-малка, по-малко енергична звезда като червено джудже създава обитаема зона по-близо до себе си от по-голяма звезда като нашето Слънце. Това е добре разбрано. Ако една планета е твърде далеч от звездата, водата замръзва. Твърде близо е, а ефектът на избягалия парник се случва и водата се превръща в пара и може да заври в космоса.
Но за малките планети с по-малка маса се случва повече. Те може да са в състояние да устоят на избягалия парников ефект.
Докато планетата с по-ниска маса се затопля, атмосферата се разширява. Той става по-голям спрямо размера на планетата, която заобикаля. Това има два ефекта: увеличеният размер на повърхността означава, че атмосферата може да абсорбира повече енергия, отколкото преди, а също така може да излъчва повече енергия, отколкото преди.
Общият резултат на това, според изследователите, е, че разширената атмосфера спира гасения парников ефект и те могат да поддържат повърхностната си течна вода. Това означава, че те могат да бъдат по-близо до своята звезда, без да губят водата си, като по този начин разширяват зоната на Goldilocks за по-малки екзопланети.
Има ограничение разбира се Ако планетата с ниска маса е твърде малка, тя няма да има достатъчно гравитация и атмосферата ще се отнеме, а водата или ще бъде отстранена с нея, или замръзнала на повърхността. Това означава, че перспективите за живот са неясни. Изследователите казват, че има критична долна граница, за да може една планета да бъде обитаема. Това означава, че не само има ивица близост до звездата, която определя обитаемостта на планетата, има и ограничение на размера.
Най-просто казано, една планета може да бъде твърде малка, за да бъде обитаема, дори и да е в зоната на Златилотокс.
Този критичен размер според Арншайт и другите автори на изследването е 2,7 процента от масата на Земята. Казват, че всяка по-малка от това и планетата просто няма да може да задържи атмосферата и водата си достатъчно дълго, за да се появи животът. За контекст Луната е 1,2 процента от масата на Земята, а Меркурий е 5,53 процента.
Изследователите използват като пример кометни планети. Кометите имат много вода, която се сублимира, когато се приближат до Слънцето. Но им липсва необходимата маса за задържане на тези пари и те никога не могат да образуват атмосфера. Водата се губи в космоса. Така че планетата, която беше твърде малка, дори ако имаше много вода, никога няма да се задържи върху нея.
Изследователите са използвали модели за оценка на обитаемата зона на планетата с ниска маса около два различни типа звезди: звезда тип М или червено джудже и звезда от тип G като нашето Слънце.
Те може би са решили и друг дългогодишен въпрос за обитаемост в нашата собствена Слънчева система. Луните на Юпитер Ганимед, Калисто и Европа имат много течна вода, хваната под слоеве лед. Астрономите са се питали дали биха били обитаеми, когато Слънцето излъчва повече енергия в някакъв момент от своето звездно бъдеще. Но според работата на авторите им липсва маса, за да се задържат върху тази вода, дори и да са станали достатъчно топли. Ганимед се приближава, с 2,5% земна маса, но той е достатъчно малък, за да бъде „подобен на комета“ и да губи цялата си вода в космоса.
„Водни светове с ниска маса са увлекателна възможност в търсенето на живот и този документ показва колко различно е поведението им в сравнение с това на планетите, подобни на Земята“, казва Робин Уордсуърт, доцент по екологични науки и инженерство в SEAS и старши автор на изследването. "След като наблюденията за този клас обекти станат възможни, ще бъде вълнуващо да се опитаме да тестваме тези прогнози директно."
Изследователите направиха някои необходими предположения в работата си. Те предположиха, че атмосферата на техните светове с ниска маса е чиста водна пара. Те също така предположиха, че водата е фиксирана на 40% от масата на планетата. Те също така пренебрегнаха някои други фактори, като колоездене с CO2, облачно покритие и океанска химия. Просто има твърде много променливи, които да се моделират на този етап от тяхната работа.
Авторите също се занимават с идеята за обитаеми екзомони, а не за екзопланети. Възможно е в други слънчеви системи луните да са по-склонни да обитават от планетите. В този случай влизат в игра други фактори, като приливните сили. Това може да е особено вярно около звезди от тип М или червени джуджета. Това е така, защото обитаемата зона на обиколката около тези звезди с ниска енергия вече е много по-близо до звездата, отколкото около звезда от тип G като нашето Слънце. Комбинираните гравитационни сили на екзомона, неговата планета и звездата могат напълно да елиминират обитаемостта.
Те също така признават някои от голямото разнообразие от други фактори, които влияят на обитаемостта. Например, въпреки че луните като Ганимед може да са твърде малки, за да бъдат обитаеми в техния модел, те могат да бъдат живот в подземните океани, където водата е възпрепятствана да избяга от дебел слой лед.
Трябва да се свърши много повече работа по отношение на определянето на обитаемостта. Както авторите казват в своя документ, „По-нататъшната работа може да разгледа по-сложни модели на хидродинамично бягство.“ В екзопланетите има повече разнообразие и сложност, отколкото знаем в момента, но това проучване започва да се занимава с някои от тях.
Повече ▼:
- Прессъобщение: Златиста зона за размер на планетата
- Документ за изследване: Атмосферна еволюция на водни светове с ниска гравитация
- Космическо списание: Кои обитаеми зони са най-доброто за реално търсене на живот?
