Για να θεωρηθεί κατοικήσιμος, ένας πλανήτης πρέπει να έχει υγρό νερό. Τα κύτταρα, η μικρότερη μονάδα ζωής, χρειάζονται νερό για να εκτελέσουν τις λειτουργίες τους. Για να υπάρχει υγρό νερό, η θερμοκρασία του πλανήτη πρέπει να είναι σωστή. Τι γίνεται όμως με το μέγεθος του πλανήτη;
Χωρίς επαρκή μάζα, ένας πλανήτης δεν θα έχει αρκετή βαρύτητα για να συγκρατήσει το νερό του. Μια νέα μελέτη προσπαθεί να καταλάβει πώς το μέγεθος επηρεάζει την ικανότητα ενός πλανήτη να συγκρατεί το νερό του και, ως αποτέλεσμα, τη βιωσιμότητά του.
Το ζήτημα του τι μπορεί να κάνει έναν πλανήτη κατοικήσιμο είναι μια συνεχιζόμενη συζήτηση. Όχι μόνο για εξωπλανήτες, αλλά και για μερικά από τα φεγγάρια στο μέλλον του ηλιακού μας συστήματος. Οι επιστήμονες έχουν μια πολύ καλή ιδέα πόση ενέργεια χρειάζεται ένας πλανήτης από το αστέρι του για τη διατήρηση υγρού νερού. Αυτό προκάλεσε τη δημοφιλή έννοια της «Ζώνης Goldilocks» ή της υπό συνθήκες κατοικήσιμης ζώνης, μια σειρά εγγύτητας που δεν είναι ούτε πολύ κοντά ούτε πολύ μακριά από ένα αστέρι για να διατηρηθεί το υγρό νερό σε έναν πλανήτη.
Με την αναζήτηση εξωπλανητών σε κατοικήσιμες ζώνες αυξάνονται, και καθώς παίρνουμε καλύτερα τηλεσκόπια και τεχνικές για να μελετήσουμε λεπτομερέστερα τους εξωπλανήτες, οι επιστήμονες χρειάζονται περισσότερους περιορισμούς για το ποιοι πλανήτες θα ξοδέψουν να παρατηρούν πόρους. Όπως δείχνει αυτό το έγγραφο, η μάζα ενός πλανήτη θα μπορούσε να είναι ένα χρήσιμο φίλτρο.
Το νέο άρθρο έχει τον τίτλο «Atmospheric Evolution on Low -avity-Waterworlds». Δημοσιεύθηκε στο The Astrophysical Journal. Ο κύριος συγγραφέας είναι ο Constantin W. Arnscheidt, Grad Student στο MIT.
Για να διατηρηθεί το υγρό νερό στην επιφάνειά του και σε μια ατμόσφαιρα, ένας εξωπλανήτης ή ένας εξωμόνας πρέπει να έχει αρκετή μάζα, διαφορετικά το νερό και η ατμόσφαιρα απλά θα παρασυρθούν στο διάστημα. Και πρέπει να κρατήσει το νερό του για αρκετό καιρό για να εμφανιστεί η ζωή. Οι αστρονόμοι χρησιμοποιούν μια εικόνα ύψους ενός δισεκατομμυρίου ετών για να συμβεί αυτό.
«Όταν οι άνθρωποι σκέφτονται τα εσωτερικά και εξωτερικά άκρα της κατοικήσιμης ζώνης, τείνουν να το σκέφτονται μόνο χωρικά, πράγμα που σημαίνει πόσο κοντά είναι ο πλανήτης με το αστέρι», δήλωσε ο Constantin Arnscheidt, πρώτος συγγραφέας της εφημερίδας. «Αλλά στην πραγματικότητα, υπάρχουν πολλές άλλες μεταβλητές ως προς την κατοικησιμότητα, συμπεριλαμβανομένης της μάζας. Ο καθορισμός ενός κατώτερου ορίου για τη βιωσιμότητα από την άποψη του μεγέθους του πλανήτη μας δίνει έναν σημαντικό περιορισμό στο συνεχιζόμενο κυνήγι μας για κατοικήσιμους εξωπλανήτες και εξωμόνια. "
Το μέγεθος και το εύρος της κατοικήσιμης ζώνης εξαρτάται από το αστέρι. Ένα μικρότερο, λιγότερο ενεργητικό αστέρι όπως ένας κόκκινος νάνος δημιουργεί μια κατοικήσιμη ζώνη πιο κοντά στον εαυτό της από ένα μεγαλύτερο αστέρι όπως ο Ήλιος μας. Αυτό είναι καλά κατανοητό. Εάν ένας πλανήτης είναι πολύ μακριά από το αστέρι, το νερό παγώνει. Πολύ κοντά, και το φαινόμενο του θερμοκηπίου που ξεφεύγει, και το νερό μετατρέπεται σε ατμό και μπορεί να βράσει στο διάστημα.
Αλλά για μικρούς πλανήτες χαμηλότερης μάζας, υπάρχουν περισσότερα. Μπορεί να είναι σε θέση να αντισταθούν στο φαινόμενο του θερμοκηπίου.
Καθώς ο πλανήτης χαμηλότερης μάζας θερμαίνεται, η ατμόσφαιρα επεκτείνεται. Γίνεται μεγαλύτερο σε σχέση με το μέγεθος του πλανήτη που περιβάλλει. Αυτό έχει δύο αποτελέσματα: το αυξημένο μέγεθος της επιφάνειας σημαίνει ότι η ατμόσφαιρα μπορεί να απορροφήσει περισσότερη ενέργεια από ό, τι στο παρελθόν και μπορεί επίσης να εκπέμψει περισσότερη ενέργεια από ό, τι στο παρελθόν.
Το γενικό αποτέλεσμα αυτού, σύμφωνα με τους ερευνητές, είναι ότι η διευρυμένη ατμόσφαιρα σταματά το φαινόμενο του θερμοκηπίου και μπορεί να διατηρήσει το επιφανειακό υγρό τους νερό. Αυτό σημαίνει ότι μπορούν να είναι πιο κοντά στο αστέρι τους χωρίς να χάσουν το νερό τους, επεκτείνοντας έτσι τη ζώνη Goldilocks για μικρότερους εξωπλανήτες.
Υπάρχει φυσικά ένα όριο. Εάν ένας πλανήτης χαμηλής μάζας είναι πολύ μικρός, δεν θα έχει αρκετή βαρύτητα και η ατμόσφαιρα θα απογυμνωθεί και το νερό είτε θα απογυμνωθεί μαζί του είτε θα παγώσει στην επιφάνεια. Αυτό σημαίνει ότι οι προοπτικές για τη ζωή είναι χαμηλές. Οι ερευνητές λένε ότι υπάρχει ένα κρίσιμο κατώτερο όριο για να είναι κατοικήσιμος ένας πλανήτης. Αυτό σημαίνει ότι δεν υπάρχει μόνο μια ζώνη εγγύτητας με το αστέρι που καθορίζει τη βιωσιμότητα ενός πλανήτη, αλλά και ένα όριο μεγέθους.
Με απλά λόγια, ένας πλανήτης μπορεί να είναι πολύ μικρός για να κατοικήσει, ακόμα κι αν βρίσκεται στη ζώνη Goldilocks.
Αυτό το κρίσιμο μέγεθος, σύμφωνα με τον Arnscheidt και τους άλλους συγγραφείς της μελέτης, είναι 2,7% της μάζας της Γης. Λένε ότι οποιοδήποτε μικρότερο από αυτό, και ο πλανήτης απλά δεν θα είναι σε θέση να κρατήσει την ατμόσφαιρα και το νερό του για αρκετό καιρό για να εμφανιστεί η ζωή. Για λόγους περιβάλλοντος, η Σελήνη είναι 1,2 τοις εκατό της μάζας της Γης και ο Υδράργυρος είναι 5,53 τοις εκατό.
Οι ερευνητές χρησιμοποιούν πλανήτες σαν κομήτες. Οι κομήτες έχουν άφθονο νερό, το οποίο εξαλείφεται όταν πλησιάζουν στον Ήλιο. Αλλά δεν διαθέτουν την απαιτούμενη μάζα για να συγκρατήσουν αυτόν τον ατμό και δεν μπορούν ποτέ να σχηματίσουν ατμόσφαιρα. Το νερό χάνεται στο διάστημα. Έτσι, ένας πλανήτης που ήταν πολύ μικρός, ακόμα κι αν είχε πολύ νερό, δεν θα το κρατούσε ποτέ.
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μοντέλα για να εκτιμήσουν την κατοικήσιμη ζώνη του πλανήτη χαμηλής μάζας γύρω από δύο διαφορετικούς τύπους αστεριών: ένα αστέρι τύπου Μ ή κόκκινο νάνο και ένα αστέρι τύπου Γ όπως ο Ήλιος μας.
Μπορούν επίσης να έχουν λύσει ένα άλλο μακροχρόνιο ζήτημα βιωσιμότητας στο δικό μας Ηλιακό Σύστημα. Τα φεγγάρια του Δία Ganymede, Callisto και Europa έχουν όλα άφθονο υγρό νερό, παγιδευμένα κάτω από στρώματα πάγου. Οι αστρονόμοι αναρωτήθηκαν αν θα μπορούσαν να κατοικήσουν όταν ο Ήλιος εκπέμπει περισσότερη ενέργεια σε κάποιο σημείο στο αστρικό μέλλον του. Αλλά σύμφωνα με το έργο των συγγραφέων, δεν έχουν τη μάζα για να συγκρατήσουν αυτό το νερό, ακόμα κι αν έγιναν αρκετά ζεστά. Το Ganymede έρχεται κοντά, με 2,5% μάζα της Γης, αλλά είναι αρκετά μικρό για να είναι "κομήτης" και να χάσει όλο το νερό του στο διάστημα.
«Οι θαλάσσιοι κόσμοι χαμηλής μάζας είναι μια συναρπαστική πιθανότητα στην αναζήτηση ζωής και αυτό το έγγραφο δείχνει πόσο διαφορετική είναι η συμπεριφορά τους σε σύγκριση με εκείνη των πλανητών που μοιάζουν με τη Γη», δήλωσε ο Robin Wordsworth, Αναπληρωτής Καθηγητής Επιστήμης και Μηχανικής Περιβάλλοντος στο SEAS και ανώτερος συγγραφέας της μελέτης. "Μόλις γίνουν δυνατές οι παρατηρήσεις για αυτήν την κατηγορία αντικειμένων, θα είναι συναρπαστικό να δοκιμάσετε αυτές τις προβλέψεις απευθείας."
Οι ερευνητές έκαναν κάποιες απαραίτητες υποθέσεις στο έργο τους. Υποθέτουν ότι η ατμόσφαιρα του κόσμου τους με χαμηλή μάζα ήταν καθαρός υδρατμός. Υποθέτουν επίσης ότι το νερό ήταν σταθερό στο 40% της μάζας του πλανήτη. Επίσης, αγνόησαν ορισμένους άλλους παράγοντες, όπως η ανακύκλωση CO2, η κάλυψη σύννεφων και η χημεία των ωκεανών. Υπάρχουν απλά πάρα πολλές μεταβλητές για να μοντελοποιηθούν σε αυτό το στάδιο της εργασίας τους.
Οι συγγραφείς εξετάζουν επίσης την ιδέα των κατοικήσιμων εξωμονίων παρά των εξωπλανητών. Είναι πιθανό ότι σε άλλα ηλιακά συστήματα, τα φεγγάρια μπορεί να είναι πιο πιθανό να κατοικήσουν από τους πλανήτες. Σε αυτήν την περίπτωση, άλλοι παράγοντες μπαίνουν στο παιχνίδι, όπως οι παλιρροιακές δυνάμεις. Αυτό θα μπορούσε να ισχύει ιδιαίτερα γύρω από αστέρια τύπου Μ ή κόκκινους νάνους. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η περιστασιακή κατοικήσιμη ζώνη γύρω από αυτά τα αστέρια χαμηλής ενέργειας είναι ήδη πολύ πιο κοντά στο αστέρι από ότι γύρω από ένα αστέρι τύπου G όπως ο Ήλιος μας. Οι συνδυασμένες βαρυτικές δυνάμεις του εξωμόνου, του πλανήτη του και του αστεριού μπορεί να εξαλείψουν εντελώς τη βιωσιμότητα.
Αναγνωρίζουν επίσης ορισμένους από τη μεγάλη ποικιλία άλλων παραγόντων που επηρεάζουν τη βιωσιμότητα. Για παράδειγμα, παρόλο που τα φεγγάρια όπως το Ganymede μπορεί να είναι πολύ μικρά για να κατοικήσουν στο μοντέλο τους, μπορεί να είναι πολύ καλή ζωή στους υποθαλάσσιους ωκεανούς τους, όπου το νερό εμποδίζεται να διαφύγει από ένα παχύ στρώμα πάγου.
Υπάρχει πολύ περισσότερη δουλειά που πρέπει να γίνει όσον αφορά τον προσδιορισμό της βιωσιμότητας. Όπως λένε οι συγγραφείς στην εφημερίδα τους, «Η περαιτέρω εργασία θα μπορούσε να εξετάσει πιο περίπλοκα μοντέλα υδροδυναμικής διαφυγής». Υπάρχει περισσότερη ποικιλία και πολυπλοκότητα στους εξωπλανήτες από ό, τι ξέρουμε τώρα, αλλά αυτή η μελέτη αρχίζει να αντιμετωπίζει ορισμένα από αυτά.
Περισσότερο:
- Δελτίο Τύπου: Μια ζώνη Goldilocks για μέγεθος πλανήτη
- Ερευνητικό Έγγραφο: Ατμοσφαιρική Εξέλιξη στους Υδάτινους Κόσμους χαμηλής βαρύτητας
- Space Magazine: Ποιες ζώνες με δυνατότητα κατοίκησης είναι οι καλύτερες για να αναζητήσετε πραγματικά τη ζωή;
