Pentru a putea fi considerată locuibilă, o planetă trebuie să aibă apă lichidă. Celulele, cea mai mică unitate de viață, au nevoie de apă pentru a-și îndeplini funcțiile. Pentru ca apa lichidă să existe, temperatura planetei trebuie să fie corectă. Dar ce zici de dimensiunea planetei?
Fără o masă suficientă, o planetă nu va avea suficientă gravitație pentru a-și ține apa. Un nou studiu încearcă să înțeleagă modul în care dimensiunea afectează capacitatea unei planete de a-și ține apa și, ca urmare, locuința.
Problema a ceea ce ar putea face o planetă locuibilă este o dezbatere continuă. Nu numai pentru exoplanete, ci pentru unele dintre lunile din viitorul nostru sistem solar. Oamenii de știință au o idee destul de bună despre câtă energie trebuie să primească o planetă de la steaua sa pentru a menține apa lichidă. Aceasta a dat naștere noțiunii populare din „Goldilocks Zone” sau a zonei habitabile circumstanțiale, o gamă de apropiere care nu este nici prea aproape nici prea departe de o stea pentru ca apa lichidă să persiste pe o planetă.
Odată cu căutarea exoplanetelor în zone locuibile care se acumulează și pe măsură ce obținem telescoape și tehnici mai bune pentru a studia exoplanetele mai în detaliu, oamenii de știință au nevoie de mai multe constrângeri cu privire la ce planete ar putea cheltui observând resursele. După cum arată această lucrare, masa unei planete ar putea fi un filtru util.
Noua lucrare este intitulată „Evoluția atmosferică pe lumile de apă cu gravitație scăzută”. Este publicat în The Astrophysical Journal. Autorul principal este Constantin W. Arnscheidt, un student Grad la MIT.
Pentru a menține apa lichidă pe suprafața sa și o atmosferă, un exoplanet sau un exomoon trebuie să aibă suficientă masă, în caz contrar, apa și atmosfera pur și simplu se vor deriva în spațiu. Și trebuie să-și țină apa suficient de mult pentru ca viața să apară. Astronomii folosesc o cifră de biliard de un miliard de ani pentru ca acest lucru să se întâmple.
„Când oamenii se gândesc la marginile interioare și exterioare ale zonei locuibile, ei tind să se gândească doar la asta spațial, adică cât de aproape este planeta de stea”, a declarat Constantin Arnscheidt, primul autor al lucrării. „Dar, de fapt, există multe alte variabile ale locuinței, inclusiv masa. Stabilirea unei limite mai scăzute pentru locuință în ceea ce privește dimensiunea planetei ne oferă o constrângere importantă în vânătoarea noastră continuă pentru exoplanete și exomoone locuibile. "
Mărimea și aria zonei locuibile depinde de stea. O stea mai mică, mai puțin energică, precum o pitică roșie, creează o zonă locuibilă mai aproape de sine decât o stea mai mare ca Soarele nostru. Acest lucru este bine înțeles. Dacă o planetă este prea departe de stea, apa îngheață. Prea aproape, iar efectul de seră fugit se întâmplă, iar apa se transformă în aburi și se poate fierbe departe în spațiu.
Dar pentru planete mici, cu masă inferioară, se întâmplă mai multe. Este posibil să reziste la efectul de seră fugit.
Pe măsură ce o planetă cu masă inferioară se încălzește, atmosfera se extinde. Devine mai mare în raport cu dimensiunea planetei pe care o înconjoară. Acest lucru are două efecte: dimensiunea crescută a suprafeței înseamnă că atmosfera poate absorbi mai multă energie decât o făcea și, de asemenea, poate radia mai multă energie decât o făcea.
Rezultatul general al acestui lucru, potrivit cercetătorilor, este că atmosfera extinsă blochează efectul de seră scăpător și își pot menține apa lichidă de suprafață. Acest lucru înseamnă că pot fi mai aproape de steaua lor fără a-și pierde apa, extinzând astfel zona Goldilocks pentru exoplanete mai mici.
Desigur, există o limită. Dacă o planetă cu masă mică este prea mică, nu va avea suficientă gravitație și atmosfera va fi dezbrăcată, iar apa va fi dezbrăcată cu ea, sau va fi înghețată la suprafață. Asta înseamnă că perspectivele vieții sunt slabe. Cercetătorii spun că există o limită inferioară critică pentru ca o planetă să fie locuibilă. Asta înseamnă că nu numai că există o bandă de apropiere de stea care determină locuința unei planete, ci există o limită de dimensiune.
Mai simplu spus, o planetă poate fi prea mică pentru a fi locuibilă, chiar dacă este în zona Goldilocks.
Această dimensiune critică, potrivit lui Arnscheidt și a celorlalți autori ai studiului, este de 2,7 la sută din masa Pământului. Ei spun că oricare dintre acestea este mai mică, iar planeta pur și simplu nu va putea să țină atmosfera și apa suficient de mult pentru ca viața să apară. Pentru context, Luna reprezintă 1,2% din masa Pământului, iar Mercur 5,53%.
Cercetătorii folosesc, de exemplu, planetele asemănătoare cometelor. Cometele au multă apă, care este sublimată când se apropie de Soare. Dar le lipsește masa necesară pentru a ține acea vapori și nu pot forma niciodată o atmosferă. Apa se pierde în spațiu. Deci o planetă care era prea mică, chiar dacă avea multă apă, nu s-ar ține niciodată de ea.
Cercetătorii au folosit modele pentru a estima zona locuibilă a planetei cu masă scăzută în jurul a două tipuri diferite de stele: o stea tip M, sau o stea pitică roșie și o stea de tip G, precum Soarele nostru.
De asemenea, este posibil să fi rezolvat o altă problemă de lungă durată a locuinței în sistemul nostru solar. Lunile lui Jupiter Ganymede, Callisto și Europa au toate apă lichidă, prinse sub straturi de gheață. Astronomii s-au întrebat dacă ar fi locuibili atunci când Soarele radiază mai multă energie la un moment dat în viitorul său stelar. Dar, în conformitate cu lucrările autorilor, le lipsește masa pentru a reține acea apă, chiar dacă au devenit suficient de calde. Ganymede se apropie, la 2,5% masă a Pământului, dar este suficient de mică pentru a fi „ca o cometă” și a pierde toată apa în spațiu.
„Lumile de apă cu masă scăzută sunt o posibilitate fascinantă în căutarea vieții, iar această lucrare arată cât de diferit este comportamentul lor în comparație cu cel al planetelor similare Pământului”, a spus Robin Wordsworth, profesor asociat de știință și inginerie a mediului la SEAS și autorul principal al studiului. „După ce observațiile pentru această clasă de obiecte devin posibile, va fi interesant să încercăm să testăm aceste predicții direct.”
Cercetătorii au făcut câteva presupuneri necesare în activitatea lor. Ei au presupus că atmosfera lumilor lor cu masă scăzută era vapori de apă pură. De asemenea, au presupus că apa era fixată la 40% din masa planetei. De asemenea, au ignorat anumiți alți factori, cum ar fi ciclismul CO2, acoperirea norului și chimia oceanelor. Pur și simplu, există prea multe variabile de modelat în această etapă a activității lor.
Autorii abordează, de asemenea, ideea exomoonilor locuibili mai degrabă decât a exoplanetelor. Este de conceput că în alte sisteme solare, lunile ar putea fi mai probabil să fie locuibile decât planetele. În acest caz, alți factori intră în joc, cum ar fi forțele de maree. Acest lucru ar putea fi valabil mai ales în jurul stelelor de tip M sau al piticilor roșii. Acest lucru se datorează faptului că zona habitabilă circumstanțială din jurul acestor stele cu energie scăzută este deja mult mai aproape de stea decât în jurul unei stele de tip G, precum Soarele nostru. Forțele gravitaționale combinate ale exomoonului, ale planetei sale și ale stelei pot elimina locuința cu totul.
Ei recunosc, de asemenea, o parte din marea varietate de alți factori care influențează locuința. De exemplu, chiar dacă lunile precum Ganymede pot fi prea mici pentru a fi locuibile în modelul lor, acestea pot fi foarte bine viața în oceanele lor subterane, unde apa este împiedicată să scape de un strat gros de gheață.
Trebuie depus mult mai multe lucrări în ceea ce privește determinarea locuinței. După cum spun autorii în lucrarea lor, „Lucrări ulterioare ar putea lua în considerare modele mai complicate de evadare hidrodinamică.” Există mai multe varietăți și complexități în exoplanete decât știm acum, dar acest studiu începe să abordeze unele dintre acestea.
Mai Mult:
- Comunicat de presă: O zonă Goldilocks pentru dimensiunea planetei
- Lucrare de cercetare: Evoluție atmosferică asupra lumii de apă cu gravitație scăzută
- Space Magazine: Care zone habitabile sunt cele mai bune pentru a căuta efectiv viața?
