Для того, щоб вважати його мешканцем, планеті потрібно мати рідку воду. Клітини, найменша одиниця життя, для виконання своїх функцій потребує води. Для існування рідкої води температура планети повинна бути правильною. Але як щодо розміру планети?
Без достатньої маси планети не вистачить сили тяжіння, щоб утримати свою воду. Нове дослідження намагається зрозуміти, як розмір впливає на здатність планети триматися на воді і, як результат, на її заселеність.
Питання про те, що може зробити планету придатною для життя, - це дискусія, що триває. Не тільки для екзопланет, але і для деяких лун майбутнього нашої Сонячної системи. Вчені мають досить гарне уявлення, скільки енергії потрібно отримувати планеті від своєї зірки, щоб підтримувати рідку воду. Це породило популярне поняття «Золота Золота», або навколосезонна зона проживання, діапазон близькості, який не є ні занадто близьким, ні занадто далеко від зірки, щоб рідка вода зберігалася на планеті.
Коли розширюється пошук екзопланет у населених пунктах, і коли ми отримуємо кращі телескопи та методи більш детального вивчення екзопланет, вченим потрібно більше обмежень щодо того, на яких планетах витрачати спостереження за ресурсами. Як показано в цьому документі, маса планети може бути корисним фільтром.
Новий документ має назву "Еволюція атмосфери у водних світах низької ваги". Він опублікований у The Astrophysical Journal. Головний автор - Константин Арншайдт, студент ступеня MIT.
Для підтримки рідкої води на її поверхні та атмосфери екзопланета або екзомун повинні мати достатню масу, інакше вода та атмосфера просто відпливуть у космос. І вона повинна триматися на своїй воді достатньо довго, щоб з’явилося життя. Астрономи використовують показник бального парку в мільярд років для цього.
"Коли люди замислюються про внутрішні та зовнішні краї житлової зони, вони, як правило, думають про це просторово. Це означає, наскільки близька планета до зірки", - сказав Константин Арнсхайд, перший автор статті. «Але насправді існує багато інших змінних умов проживання, включаючи масу. Встановлення нижньої межі для заселеності з точки зору розміру планети дає нам важливе обмеження в нашому постійному полюванні на придатні для життя екзопланети та ексумони ».
Розмір та дальність заселеної зони залежать від зірки. Менша, менш енергійна зірка, як червоний карлик, створює житлову зону ближче до себе, ніж більша зірка, як наше Сонце. Це добре зрозуміло. Якщо планета знаходиться занадто далеко від зірки, вода замерзає. Занадто близько, і трапляється парниковий ефект, і вода перетворюється на пару і може закипати в космос.
Але для маленьких планет з меншою масою відбувається більше. Вони, можливо, зможуть чинити опір утеченому парниковому ефекту.
У міру прогрівання планети нижчої маси атмосфера розширюється. Вона стає більшою щодо розміру планети, яку вона оточує. Це має два наслідки: збільшений розмір поверхні означає, що атмосфера може поглинати більше енергії, ніж раніше, а також може випромінювати більше енергії, ніж раніше.
Загальний результат цього, на думку дослідників, полягає в тому, що розширена атмосфера гальмує парниковий ефект, і вони можуть підтримувати їх поверхневу рідку воду. Це означає, що вони можуть бути ближче до своєї зірки, не втрачаючи води, тим самим розширюючи зону Золотинок на більш дрібні екзопланети.
Звичайно, є обмеження Якщо планета з низькою масою занадто мала, вона не матиме достатньої сили тяжіння, і атмосфера буде позбавлена, і вода або буде з неї очищена, або замерзла на поверхні. Це означає, що перспективи життя невизначені. Дослідники стверджують, що існує критична нижня межа для планети, яка може бути заселеною. Це означає, що не тільки існує смуга близькості до зірки, яка визначає придатність планети, існує обмеження розміру.
Простіше кажучи, планета може бути занадто малою для заселення, навіть якщо вона знаходиться в зоні Золотоверхів.
Цей критичний розмір, на думку Арншайдта та інших авторів дослідження, становить 2,7 відсотка маси Землі. Вони кажуть, що будь-яка менша, ніж планета, і планета просто не зможе утримувати свою атмосферу і воду досить довго, щоб з'явилося життя. У контексті Місяць становить 1,2 відсотка маси Землі, а Меркурій - 5,53 відсотка.
Як приклад дослідники використовують кометоподібні планети. Комети мають багато води, яка сублімується, коли вони наближаються до Сонця. Але їм не вистачає необхідної маси для утримання цих пар, і вони ніколи не можуть створити атмосферу. Вода втрачається в космосі. Отже планета, яка була занадто маленькою, навіть якщо б було багато води, ніколи не трималася б на ній.
Дослідники використовували моделі для оцінювання житлової зони планети з низькою масою навколо двох різних типів зірок: типу М або червоної карликової зірки та зірки типу G, як наше Сонце.
Вони також, можливо, вирішили ще одне давнє питання про заселення у нашій Сонячній системі. Місяці Юпітера Ганімед, Каллісто та Європа мають багато рідкої води, захопленої під шарами льоду. Астрономи замислювалися про те, чи можна було б їх оселити, коли Сонце випромінює більше енергії в якийсь момент свого зоряного майбутнього. Але, згідно з роботами авторів, їм не вистачає маси, щоб утриматись на цій воді, навіть якщо їм стало досить тепло. Ганімед наближається до 2,5% маси Землі, але він досить малий, щоб бути «кометним» і втрачати всю свою воду в космосі.
"Водні світи з низькою масою є захоплюючою можливістю у пошуку життя. Цей документ показує, наскільки різна їх поведінка, можливо, порівняно з поведінкою планет, подібних до Землі", - сказав Робін Вордсворт, доцент кафедри екологічних наук та інженерії в SEAS та старший автор дослідження. "Як тільки спостереження за цим класом об'єктів стають можливими, буде цікаво спробувати перевірити ці прогнози безпосередньо".
Дослідники зробили деякі необхідні припущення у своїй роботі. Вони припускали, що атмосфера їхніх масових світів була чистою водяною парою. Вони також припускали, що вода була зафіксована на 40% від маси планети. Вони також ігнорували деякі інші фактори, такі як їзда на велосипеді з CO2, хмарний покрив та хімія океану. Існує просто занадто багато змінних для моделювання на цьому етапі їх роботи.
Автори також звертаються до ідеї заселених екзомонів, а не до екзопланет. Можливо, що в інших сонячних системах місяці можуть бути придатнішими для життя, ніж планети. У цьому випадку вступають у гру інші фактори, як сили припливу. Це може бути особливо вірно навколо зірок типу М або червоних карликів. Це тому, що навколосезонна зона проживання навколо цих зірок з низькою енергією вже набагато ближче до зірки, ніж навколо зірки типу G, як наше Сонце. Об'єднані сили гравітації екзомону, його планети та зірки можуть взагалі усунути придатність.
Вони також визнають деякі різноманітні фактори, що впливають на житло. Наприклад, незважаючи на те, що місяці, як Ганімед, можуть бути занадто маленькими, щоб їх можна було жити в їхній моделі, вони можуть бути життям у їх підземних океанах, де вода не може випливати товстим шаром льоду.
Потрібно зробити ще багато роботи щодо визначення придатності. Як зазначають автори у своїй роботі, "Подальша робота може розглянути більш складні моделі гідродинамічного втечі". У екзопланет є більше різноманітності та складності, ніж ми знаємо зараз, але це дослідження починає вирішувати деякі з них.
Більше:
- Прес-реліз: Зона золотистого кольору для розміру планети
- Дослідження: Еволюція атмосфери на водяних світах низької ваги
- Космічний журнал: Які житлові зони найкращі для фактичного пошуку життя?
