Aby byla planeta považována za obyvatelnou, musí mít tekutou vodu. Buňky, nejmenší jednotka života, potřebují vodu, aby mohly vykonávat své funkce. Aby mohla existovat kapalná voda, musí být teplota planety správná. Ale co velikost planety?
Bez dostatečné hmotnosti nebude mít planeta dostatek gravitace, aby se udržela na vodě. Nová studie se snaží pochopit, jak velikost ovlivňuje schopnost planety držet se na vodě a v důsledku toho i její obyvatelnost.
Otázka toho, co by mohlo učinit planetu obyvatelnou, je pokračující debata. Nejen pro exoplanety, ale i pro některé měsíce naší budoucnosti Sluneční soustavy. Vědci mají docela dobrý nápad, kolik energie potřebuje planeta od své hvězdy, aby udržovala tekutou vodu. To vyvolalo populární představu o „Goldilocks Zone“ nebo o obvodní obyvatelné zóně, o dosahu, který není ani příliš blízko, ani příliš daleko od hvězdy, aby tekutá voda mohla na planetě přetrvávat.
S hledáním exoplanet v obývatelných zónách roste a jak získáváme lepší dalekohledy a techniky pro podrobnější studium exoplanet, potřebují vědci více omezení na to, na co planety utratí pozorovací zdroje. Jak ukazuje tento článek, hmota planety by mohla být užitečným filtrem.
Nový článek s názvem „Atmosférická evoluce na nízko gravitačních vodních světech“. Je publikován v The Astrophysical Journal. Vedoucím autorem je Constantin W. Arnscheidt, student gradu na MIT.
K udržení tekuté vody na jejím povrchu a atmosféře, exoplanet nebo exomoon musí mít dostatek hmoty, jinak se voda a atmosféra jednoduše unášejí do vesmíru. A musí držet svou vodu tak dlouho, aby se objevil život. Astronomové využívají k tomu miliardového roku.
"Když lidé přemýšlejí o vnitřních a vnějších okrajích obyvatelné zóny, mají tendenci o tom přemýšlet jen prostorově, což znamená, jak blízko je planeta ke hvězdě," řekl Constantin Arnscheidt, první autor článku. "Ale ve skutečnosti existuje mnoho dalších proměnných k obyvatelnosti, včetně hmoty." Stanovení nižší hranice pro obývatelnost, pokud jde o velikost planety, nám dává významné omezení v našem pokračujícím honbě za obyvatelnými exoplanety a exomoony. “
Velikost a rozsah obytné zóny závisí na hvězdě. Menší, méně energetická hvězda jako červený trpaslík vytváří obyvatelnou zónu blíže sobě než větší hvězda jako naše Slunce. To je dobře pochopeno. Pokud je planeta příliš daleko od hvězdy, voda zamrzne. Příliš blízko a dojde k úniku skleníkového efektu a voda se změní na páru a může se vařit do vesmíru.
Ale pro malé planety s nižší hmotností se toho děje ještě víc. Mohou být schopni odolat utlumenému skleníkovému efektu.
Když se planeta nižší hmotnosti zahřívá, atmosféra se rozšiřuje. Stává se větší vzhledem k velikosti planety, kterou obklopuje. To má dva účinky: zvětšená velikost povrchu znamená, že atmosféra může absorbovat více energie než dříve a může také vyzařovat více energie než dříve.
Celkovým výsledkem toho podle vědců je, že rozšířená atmosféra brzdí útěk skleníkového efektu a mohou udržovat svou povrchovou kapalnou vodu. To znamená, že mohou být blíže ke své hvězdě, aniž by ztratili vodu, čímž se rozšíří zóna Goldilocks pro menší exoplanety.
Existuje samozřejmě limit. Pokud je planeta s nízkou hmotností příliš malá, nebude mít dostatečnou gravitaci a atmosféra bude odstraněna a voda s ní bude odstraněna nebo zmrzlá na povrchu. To znamená, že vyhlídky na život jsou slabé. Vědci tvrdí, že existuje kritická dolní hranice pro to, aby byla planeta obyvatelná. To znamená, že nejenže existuje pásmo blízkosti hvězdy, které určuje obývatelnost planety, ale i omezení velikosti.
Jednoduše řečeno, planeta může být příliš malá na to, aby byla obyvatelná, i když je v zóně Goldilocks.
Tato kritická velikost je podle Arnscheidta a dalších autorů studie 2,7 procenta hmotnosti Země. Říkají, že o nic menšího a planeta prostě nebude schopna udržet svou atmosféru a vodu tak dlouho, aby se objevil život. V kontextu je Měsíc 1,2% hmotnosti Země a Merkur 5,53%.
Vědci používají jako příklad planety podobné kometám. Komety mají hodně vody, která se sublimuje, když se dostanou k Slunci. Ale postrádají potřebnou hmotnost, aby se udrželi v této páře, a nikdy nemohou vytvořit atmosféru. Voda je ztracena do vesmíru. Takže planeta, která byla příliš malá, i kdyby měla hodně vody, by se jí nikdy nedržela.
Vědci použili modely k odhadu obyvatelné zóny planety s nízkou hmotností kolem dvou různých typů hvězd: hvězdy typu M nebo červené trpasličí hvězdy a hvězdy typu G, jako je naše Slunce.
Možná také vyřešili další dlouhodobou otázku obyvatelnosti v naší vlastní sluneční soustavě. Jupiterovy měsíce Ganymede, Callisto a Europa mají spoustu tekuté vody uvězněné pod vrstvami ledu. Astronomové přemýšleli, zda by byli obyvatelní, když Slunce v určitém bodě své hvězdné budoucnosti vyzařuje více energie. Podle práce autorů jim však chybí masa, která by se mohla té vodě držet, i když se dostatečně zahřejí. Ganymede se blíží, při hmotnosti 2,5% Země, ale je dost malý na to, aby byl „kometový“ a ztratil veškerou vodu do vesmíru.
"Nízkohmotné vodní světy jsou fascinující možností při hledání života a tento článek ukazuje, jak rozdílné bude jejich chování ve srovnání s chováním planet podobných Zemi," řekl Robin Wordsworth, docent ekologie a inženýrství na SEAS a hlavní autor studie. "Jakmile budou pozorování pro tuto třídu objektů možná, bude vzrušující vyzkoušet si tyto předpovědi přímo."
Vědci ve své práci učinili několik nezbytných předpokladů. Předpokládali, že atmosféra jejich nízkohmotných světů byla čistá vodní pára. Také předpokládali, že voda byla stanovena na 40% hmotnosti planety. Ignorovali také některé další faktory, jako je cyklování CO2, oblačnost a chemie oceánů. V této fázi jejich práce je prostě příliš mnoho proměnných.
Autoři se také zabývají myšlenkou obyvatelných exomoonů spíše než exoplanet. Lze si představit, že v jiných solárních systémech bude pravděpodobně větší pravděpodobnost obývání měsíců než planet. V tom případě přicházejí do hry další faktory, jako přílivové síly. To by mohlo platit zejména u hvězd typu M nebo červených trpaslíků. Je to proto, že obvodová obývatelná zóna kolem těchto nízkoenergetických hvězd je již mnohem blíže hvězdě než kolem hvězdy typu G, jako je naše Slunce. Kombinované gravitační síly exomoonu, jeho planety a hvězdy by mohly zcela eliminovat obyvatelnost.
Rovněž uznávají některé ze široké škály dalších faktorů, které ovlivňují obyvatelnost. Například, i když měsíce, jako je Ganymede, mohou být příliš malé na to, aby byly ve svém modelu obyvatelné, mohou být velmi dobře životem v jejich podpovrchových oceánech, kde je zabráněno úniku vody silnou vrstvou ledu.
Co se týče určování obyvatelnosti, je třeba vykonat mnohem více práce. Jak autoři ve své práci říkají, „Další práce by mohla uvažovat o složitějších modelech hydrodynamického úniku.“ V exoplanetech je více rozmanitosti a složitosti, než víme teď, ale tato studie se některé z nich začíná zabývat.
Více:
- Tisková zpráva: Zlatá zóna pro velikost planety
- Výzkumný článek: Atmosférická evoluce na nízko gravitačních vodních světech
- Space Magazine: Které obyvatelné zóny jsou tím nejlepším pro život?
