על מנת להיחשב למגורים, על כוכב לכת להיות מים נוזליים. תאים, היחידה הקטנה ביותר בחיים, זקוקים למים כדי לבצע את תפקידיהם. כדי שקיימים מים נוזליים, הטמפרטורה של כדור הארץ צריכה להיות נכונה. אבל מה דעתך על גודל כדור הארץ?
ללא מסה מספקת לכוכב לכת לא יהיה מספיק כוח משיכה לאחוז במימיו. מחקר חדש מנסה להבין כיצד הגודל משפיע על יכולתו של כוכב לכת להחזיק במימיו, וכתוצאה מכך, את יכולת ההרגלים שלו.
הנושא של מה שעשוי להפוך את כדור הארץ למגורים הוא ויכוח מתמשך. לא רק עבור exoplanets, אלא עבור כמה ירחים בעתיד מערכת השמש שלנו. למדענים יש רעיון טוב למדי כמה אנרגיה כוכב לכת צריך לקבל מכוכבו בכדי לשמור על מים נוזליים. זה הוליד את התפיסה הפופולרית של "אזור גולדילוקים", או האזור המגורים העגום, טווח קרבה שאינו קרוב מדי ולא רחוק מדי מכוכב שמים נוזליים ימשיכו בכוכב לכת.
עם החיפוש אחר exoplanets באזורים ראויים למגורים המשתרעים, וככל שאנו מקבלים טלסקופים וטכניקות טובים יותר לחקר exoplanets בפירוט רב יותר, מדענים זקוקים לאילוצים רבים יותר על אילו כוכבי לכת לבזבז על משאבים. כפי שעולה ממאמר זה, מסה של כוכב לכת יכולה להיות מסנן שימושי.
המאמר החדש נקרא "אבולוציה אטמוספרית על עולמות מים בכבידה נמוכה." זה מתפרסם בכתב העת The Astrophysical. הסופר הראשי הוא קונסטנטין וו. ארנשידט, סטודנט לגראד ב- MIT.
כדי לשמור על מים נוזליים על פני השטח שלהם, ואת האטמוספרה, על אקסופלאנט או אקסומון להיות מספיק מסה, אחרת מים ואווירה פשוט יסחפו לחלל. והוא צריך להיאחז במימיו מספיק זמן כדי שהחיים יופיעו. אסטרונומים משתמשים בנתון של מיליארד שנה כדי שזה יקרה.
"כשאנשים חושבים על הקצוות הפנימיים והחיצוניים של האזור המגורים הם נוטים לחשוב על זה רק במרחב, כלומר עד כמה הכוכב קרוב לכוכב," אמר קונסטנטין ארנשידט, מחבר העיתון הראשון. "אבל למעשה, ישנם הרבה משתנים אחרים להרגליות, כולל מסה. קביעת גבול נמוך יותר למגורים מבחינת גודל כוכב הלכת מעניקה לנו אילוץ חשוב במצוד המתמשך שלנו אחר exoplanets ו exo.
גודל וטווח האזור המגורים תלוי בכוכב. כוכב קטן ופחות אנרגטי כמו גמד אדום יוצר אזור מגורים קרוב יותר לעצמו מכוכב גדול יותר כמו השמש שלנו. זה מובן היטב. אם כוכב לכת נמצא רחוק מדי מכוכב, המים קופאים. קרוב מדי, ואפקט החממה בורח קורה, והמים הופכים לאדים, ויכולים להתבשל בחלל.
אבל לכוכבי לכת קטנים בעלי מסה נמוכה יותר קורה. יתכן שהם יוכלו להתנגד לאפקט החממה הנמלט.
כאשר כוכב לכת במסה נמוכה מתחמם, האווירה מתרחבת. הוא הופך להיות גדול יותר יחסית לגודל כוכב הלכת שהוא מקיף. יש לכך שני השפעות: גודל השטח המוגבר פירושו שהאווירה יכולה לספוג יותר אנרגיה ממה שהייתה פעם, והיא גם יכולה להקרין יותר אנרגיה ממה שהייתה פעם.
התוצאה הכוללת של זה, לטענת החוקרים, היא שהאווירה המורחבת דוכנת את אפקט החממה הנמלט, והם יכולים לשמור על המים הנוזלים על פני השטח שלהם. המשמעות היא שהם יכולים להיות קרובים יותר לכוכב שלהם מבלי לאבד את המים שלהם, ובכך להרחיב את אזור Goldilocks עבור exoplanets קטנים יותר.
יש גבול כמובן. אם כוכב לכת בעל מסה נמוך הוא קטן מדי, לא יהיה לו מספיק כוח משיכה, והאווירה תיסלק, והמים יופשטו איתו, או יקפאו על פני השטח. המשמעות היא שהסיכויים לחיים עמומים. החוקרים אומרים כי יש גבול נמוך יותר קריטי לכוכב לכת להיות ראוי למגורים. המשמעות היא שלא רק שקבוצת קרבה לכוכב קובעת את היכולת של כוכב הלכת, יש מגבלת גודל.
במילים פשוטות, כוכב לכת יכול להיות קטן מכדי שיהיה ניתן למגורים בו, גם אם הוא נמצא באזור גולדילוקס.
הגודל הקריטי הזה, לפי ארנשידט ושאר מחברי המחקר, הוא 2.7 אחוז ממסת כדור הארץ. הם אומרים שכל דבר קטן מזה, וכוכב הלכת פשוט לא יוכל להחזיק את האטמוספירה והמים שלו מספיק זמן כדי שהחיים יופיעו. לשם ההקשר, הירח הוא 1.2 אחוז ממסת כדור הארץ, וכספית היא 5.53 אחוז.
החוקרים משתמשים בכוכבי לכת דמויי שביט כדוגמה. לשביטים יש הרבה מים, שהם סובלימציים כשהם מתקרבים לשמש. אך חסר להם המסה הנדרשת כדי לאחוז באדים ההם, והם לעולם אינם יכולים ליצור אווירה. המים אבודים לחלל. אז כוכב לכת שהיה קטן מדי, גם אם היו בו הרבה מים, לעולם לא היה מחזיק אותו.
החוקרים השתמשו במודלים כדי להעריך את אזור המגורים של כדור הארץ בעל המסה הנמוכה סביב שני סוגים שונים של כוכבים: כוכב מסוג M, או כוכב גמד אדום, וכוכב מסוג G כמו השמש שלנו.
יתכן שהם גם פתרו שאלה ארוכת שנים לגבי יכולת ההרגלים במערכת השמש שלנו. לירחי יופיטר גנימד, קליסטו ואירופה יש הרבה מים נוזליים שנלכדו תחת שכבות קרח. אסטרונומים תהו אם הם יהיו ראויים למגורים כאשר השמש מקרינה יותר אנרגיה בשלב כלשהו בעתידה הכוכב. אך על פי עבודתם של הכותבים, חסר להם המסה להחזיק במים ההם, גם אם הם התחממו מספיק. גאנימד מתקרב, במסת אדמה של 2.5%, אך הוא מספיק קטן כדי להיות "דמוי שביט" ולאבד את כל מימיו לחלל.
"עולמות מים בעלי מסות נמוכות מהוות אפשרות מרתקת בחיפוש אחר החיים, ומסמך זה מראה עד כמה ניתן להשוות בין התנהגותם זו לזו של כוכבי לכת דמויי כדור הארץ", אמר רובין וורדסוורת ', פרופסור חבר למדעי הסביבה והנדסה במשרד SEAS וכותב המחקר הבכיר. "ברגע שהתצפיות על סוג אובייקטים זה יתאפשרו, יהיה מלהיב לנסות ולבחון את התחזיות האלה ישירות."
החוקרים עשו כמה הנחות הכרחיות בעבודתם. הם הניחו שהאווירה של עולמות המסה הנמוכה שלהם היא אדי מים טהורים. הם גם הניחו שהמים קבועים בכ 40% ממסת כדור הארץ. הם גם התעלמו מגורמים אחרים מסוימים, כמו רכיבה על אופניים CO2, כיסוי ענן וכימיה של האוקיאנוס. ישנם פשוט יותר מדי משתנים למודל בשלב זה של עבודתם.
המחברים מתייחסים גם לרעיון של אקסומונים ראויים למגורים ולא לאקסופלאנטים. ניתן להעלות על הדעת שבמערכות סולריות אחרות ירחים עשויים להיות יותר מגורים מאשר כוכבי לכת. במקרה כזה גורמים אחרים נכנסים לתמונה, כמו כוחות הגאות והשפל. זה יכול להיות נכון במיוחד סביב כוכבים מסוג M, או גמדים אדומים. הסיבה לכך היא שהאזור המגורים שסביב כוכבי אנרגיה נמוכה אלה כבר קרוב הרבה יותר לכוכב מאשר סביב כוכב מסוג G כמו השמש שלנו. כוחות הכבידה המשולבים של האקסון, כוכב הלכת שלו והכוכב עשויים לבטל את ההרגלים לחלוטין.
הם גם מכירים בחלק מהמגוון הרחב של גורמים אחרים המשפיעים על יכולת ההרגל. לדוגמה, למרות שירחים כמו גנימד עשויים להיות קטנים מכדי שיהיה אפשר למגורים במודל שלהם, יתכן מאוד שהם חיים באוקיינוסים שמתחת לפני השטח שלהם, שם מונעים מהמים לברוח בשכבה עבה של קרח.
יש לעשות הרבה יותר עבודה בקביעת ההיתר. כפי שציינו המחברים במאמרם, "עבודה נוספת עשויה לשקול מודלים מורכבים יותר של בריחה הידרודינמית." יש יותר מגוון ומורכבות באקספלנטים ממה שאנחנו מכירים כרגע, אך מחקר זה מתחיל להתייחס לחלק ממנו.
יותר:
- הודעה לעיתונות: אזור של זהב עם גודל כדור הארץ
- נייר מחקר: אבולוציה אטמוספרית על עולמות המים בכבידה נמוכה
- מגזין החלל: אילו אזורים ראויים למגורים הטובים ביותר בחיפוש אחר חיים?
