כאשר הם מחפשים אחר Exoplanets פוטנציאליים למגורים, אחד הדברים החשובים ביותר שאסטרונומים מחפשים הוא האם מועמדים של Exoplanet עוברים מסלול באזור המגורים של כוכבם או לא. זה הכרחי כדי שמים נוזליים יתקיימו על פני כדור הארץ, שהם בתורם תנאי הכרחי לחיים כפי שאנו מכירים אותם. עם זאת, במהלך גילוי exoplanets חדשים, מדענים התוודעו למקרה קיצוני המכונה "עולמות מים".
עולמות מים הם למעשה כוכבי לכת שהם עד 50% מים במסה, וכתוצאה מכך אוקיינוסים פני השטח שעשויים להיות בעומק מאות קילומטרים. על פי מחקר חדש שנערך על ידי צוות אסטרופיסיקאים מפרינסטון, אוניברסיטת מישיגן והרווארד, ייתכן ועולמות מים לא יוכלו להיאחז במים שלהם לאורך זמן רב. ממצאים אלה עשויים להיות בעלי משמעות עצומה כשמדובר במצוד אחר כוכבי לכת ראויים למגורים בצוואר הקוסמוס שלנו.
המחקר העדכני ביותר הזה, שכותרתו "התייבשות עולמות מים כתוצאה מאובדן אטמוספרי", הופיע לאחרונה במכתבי היומן האסטרופיסי. בראשותו של צ'ואנפי דונג מהמחלקה למדעי האסטרופיזיקה באוניברסיטת פרינסטון, הצוות ערך הדמיות מחשב שלקחו בחשבון לאילו סוג של תנאים עולמות מים יהיו נתונים.
מחקר זה הונע ברובו ממספר התגליות האקסופלאטיות שנעשו סביב מערכות כוכב נמוכות מסוג M (גמד אדום) בשנים האחרונות. כוכבי לכת אלה נמצאו דומים בגודלם לכדור הארץ - דבר שהצביע על כך שהם ככל הנראה יבשתיים (כלומר סלעיים). בנוסף, רבים מכוכבי הלכת הללו - כמו פרוקסימה ב 'ושלושה כוכבי לכת במערכת TRAPPIST-1 - התגלו כמסללים סביב אזורי הכוכבים.
עם זאת, מחקרים שלאחר מכן הצביעו על כך שפרוקסימה ב 'וכוכבי לכת סלעיים אחרים המקיפים כוכבי ננס אדומים יכולים למעשה להיות עולמות מים. זה התבסס על הערכות המוניות שהושגו על ידי סקרים אסטרונומיים, וההנחות המובנות לפיהם כוכבי לכת כאלה היו סלעיים באופיים ולא היו בהם אטמוספירות מאסיביות. במקביל, הופקו מחקרים רבים שהטילו ספק אם כוכבי הלכת הללו יוכלו להחזיק במים שלהם או לא.
בעיקרון הכל מסתכם בסוג הכוכב ובפרמטרים המסלוליים של כוכבי הלכת. בעוד שכוכבי ננס אדומים ארוכי שנים ידועים כמשתנים ובלתי יציבים בהשוואה לשמש שלנו, מה שמביא להתלקחויות תקופתיות שיפשטו את האטמוספרה של כוכב הלכת לאורך זמן. נוסף על כך, כוכבי לכת המסתובבים בתוך אזור המגורים האדום של גמד אדום עשויים להיות נעולים בזמן, כלומר צד אחד של כדור הארץ ייחשף ללא הרף לקרינת הכוכב.
מסיבה זו מדענים מתמקדים בקביעת מידת האופן שבו Exoplanets בסוגים שונים של מערכות כוכבים יכולים להחזיק את האטמוספירה שלהם. כפי שד"ר דונג אמר למגזין החלל באמצעות הדוא"ל:
"זה הוגן לומר שהנוכחות של אווירה נתפסת כאחת הדרישות ליכולת הכושר של כוכב לכת. עם זאת, מושג ההרגלים הוא מורכב שיש בו שלל גורמים המעורבים. לפיכך, אווירה כשלעצמה לא תספיק כדי להבטיח את יכולת ההרגל, אך ניתן לראות בה כמרכיב חשוב שכוכב הלכת הוא יכול להיות ראוי למגורים. "
כדי לבדוק אם עולם מים יצליח לאחוז באווירה שלו או לא, הצוות ערך סימולציות מחשב שלקחו בחשבון מגוון תרחישים אפשריים. אלה כללו את ההשפעות של שדות מגנטיים מהממים, פליטות המסה הכלילית, ויינון ופליטה אטמוספרית עבור סוגים שונים של כוכבים - כולל כוכבים מסוג G (כמו השמש שלנו) וכוכבים מסוג M (כמו Proxima Centauri ו- TRAPPIST-1).
בהתחשב בהשפעות אלה, ד"ר דונג ועמיתיו הוציאו מודל מקיף המדמה את משך הזמן שיימשך אטמוספרות האקסופלאנט. כפי שהסביר את זה:
"פיתחנו דגם חדש רב-נוזלי מגנטו-הידרודינמי. המודל הדמה הן את היונוספרה והן את המגנטוספרה בכללותה. בגלל קיומו של השדה המגנטי הדיפול, רוח הכוכבים לא יכולה לסחוף את האטמוספרה ישירות (כמו מאדים בגלל היעדר שדה מגנטי דיפולני גלובלי), במקום זאת, אובדן היונים האטמוספרי נגרם על ידי הרוח הקוטבית.
"האלקטרונים פחות מאסיביים מיוני ההורים שלהם, וכתוצאה מכך הם מואצים ביתר קלות עד ומעבר למהירות הבריחה של כדור הארץ. הפרדת מטען זו בין האלקטרונים הנמלטים בעלי המסה נמוכה ליונים כבדים יותר וטעונים באופן חיובי מציבה שדה חשמלי קיטוב. השדה החשמלי הזה, בתורו, פועל למשוך את היונים הטעונים חיובי לאורך האלקטרונים הנמלטים, מהאטמוספרה בכובעי הקוטב. "
מה שהם מצאו הוא שהדמיות המחשבים שלהם תואמות את מערכת Earth-Sun הנוכחית. עם זאת, בכמה אפשרויות קיצוניות - כמו למשל Exoplanets סביב כוכבים מסוג M - המצב שונה מאוד ושיעורי הבריחה עשויים להיות גדולים פי אלף או יותר. התוצאה פירושה שאפילו עולם מים, אם הוא מקיף כוכב ננסי אדום, עלול לאבד את האווירה שלו לאחר בערך ג'יגייייר (Gyr), מיליארד שנה.
בהתחשב בכך שחיים כידוע לקח להם 4.5 מיליארד שנה להתפתח, מיליארד שנה הם חלון קצר יחסית. למעשה, כפי שהסביר ד"ר דונג, תוצאות אלה מצביעות על כך שכוכב הלכת המקיף את הכוכבים מסוג M, לפיתוח חיים:
"התוצאות שלנו מצביעות על כך שכוכבי הלכת של האוקיאנוס (המקיפים כוכב דמוי שמש) ישמרו על אטמוספרותיהם הרבה יותר מזמן הזמן של Gyr מכיוון ששיעורי הבריחה של היונים נמוכים בהרבה, ולכן היא מאפשרת משך חיים ארוך יותר לכוכבי הלכת הללו. ולהתפתח מבחינת המורכבות. לעומת זאת, עבור exoplanets המקיף את גמדי M, הם עלולים לגרום לאוקיינוסים שלהם להתרוקן לאורך זמן הגיר בגלל סביבות החלקיקים והקרינה האינטנסיביים יותר שחווים Exoplanets באזורים מגורים קרובים. אם האווירה תתרוקן לאורך זמן פחות מגיר, זה יכול היה להיות בעייתי למקור החיים (אביוגנזה) בכוכב הלכת. "
שוב, תוצאות אלה מטילות ספק ביכולתן של יכולת ההרגל הפוטנציאלית של מערכות הכוכבים הגמדים האדומים. בעבר, החוקרים הצביעו על כך שאורך החיים של כוכבי הגמדים האדומים, שיכולים להישאר ברצף העיקרי שלהם עד 10 טריליון שנים ומעלה, הופכים אותם למועמדים הטובים ביותר למציאת exoplanets ראויים למגורים. עם זאת, נראה כי יציבותם של כוכבים אלה והאופן בו הם עשויים להפשיט כוכבי לכת של האטמוספירה שלהם אחרת.
מחקרים כמו זה הם אפוא בעלי משמעות רבה בכך שהם מסייעים להתייחס רק כמה זמן יכול כוכב לכת שיש להתיישב סביב כוכב ננס אדום להישאר ראוי למגורים. דונג ציין:
"בהתחשב בחשיבות האובדן האטמוספרי ביכולת ההרגשה הפלנטרית, היה עניין רב בשימוש בטלסקופים כמו טלסקופ החלל ג'יימס ווב הקרוב (JWST) כדי לקבוע אם לכוכבי הלכת הללו יש אטמוספרות, ואם כן, כיצד נראה הרכבם. . צפוי כי ה- JWST אמור להיות מסוגל לאפיין את האטמוספרות הללו (אם קיימות), אך כימות שיעורי הבריחה דורש מידת דיוק גבוהה בהרבה וייתכן שלא יהיה אפשרי בעתיד הקרוב. "
המחקר משמעותי גם בכל הנוגע להבנתנו את מערכת השמש והתפתחותה. פעם, מדענים העזו כי גם כדור הארץ וגם ונוס עשויים להיות עולמות מים. איך הם עשו את המעבר מלהיות מימי מאוד למה שהם היום - במקרה של ונוס, יבש וגיהינום; ובמקרה של כדור הארץ, שיש לו יבשות מרובות - זו שאלה חשובה ביותר.
בעתיד צפויות סקרים מפורטות יותר שיכולים לשפוך אור על התיאוריות המתחרות הללו. כאשר פרוס טלסקופ החלל ג'יימס ווב (JWST) באביב 2018, הוא ישתמש ביכולות האינפרא אדום החזקות שלו בכדי ללמוד כוכבי לכת סביב גמדים אדומים סמוכים, כאשר פרוקסימה ב 'היא אחת מהן. מה שנלמד על זה ועל עוד רחובות רחוק אחרות יעביר דרך ארוכה להבאת הבנתנו כיצד התפתחה מערכת השמש שלנו גם כן.
