Gezegendeki su sonsuza kadar var mı olacak?
Yaşanabilir olabilecek dış gezegenler ararken, gökbilimcilerin araması gereken en önemli şeylerden biri, yıldızlarının yaşanabilir bölgesi içindeki dış gezegenin yörüngesinde olup olmadığıdır. Bu, bildiğimiz gibi yaşam için bir ön koşul olan gezegenin yüzeyinde sıvı suyun var olması için gerekli bir koşuldur. Bununla birlikte, yeni dış gezegenleri keşfetme sürecinde, bilim adamları "su dünyası" adı verilen aşırı bir durumun farkına vardılar.
Su gök cisimleriyle dünyanın bir tasviri. Yeni bir çalışma, gezegenler söz konusu olduğunda, Dünya'nın azınlıkta olduğunu ve yaşanabilir gezegenlerin çoğunun okyanusun% 90'ından daha büyük olabileceğini gösteriyor. Resim: David A. Aguilar (CfA)
Su dünyası, esasen% 50 sudan oluşan bir gezegendir ve yüzey okyanusunun yüzlerce kilometre derinliğinde sonuçlanır. Princeton Üniversitesi, Michigan Üniversitesi ve Harvard Üniversitesi'nden bir grup astrofizikçinin son araştırmasına göre, su dünyası suda uzun süre kalamayabilir. Bu keşifler, evrenimizde yaşanabilir gezegenler bulmak için çok önemlidir.
"Su Dünyasının Atmosfer Kaybı Yoluyla Dehidrasyonu" başlıklı bir araştırma raporu yakın zamanda "Astrophysical Journal Letters" da yayınlandı. Princeton Üniversitesi Astrofizik Bölümünden Chuanfei Dong liderliğindeki ekip, bilgisayar simülasyonları gerçekleştirdi ve su dünyasının hangi koşullara maruz kalacağını değerlendirdi.
Kızıl cücelerin etrafında dönen gezegenlerin kavramsal çizimi, telif hakkı: ESO / M. Kornmesser
Bu araştırma büyük ölçüde son yıllarda düşük kütleli, m-tipi (kırmızı cüce) yıldız sistemleri etrafında dış gezegenlerin keşfinden esinlenmiştir. Bu gezegenler yaklaşık olarak Dünya ile aynı büyüklüktedir ve muhtemelen kara (yani kaya) olduklarını gösterir. Ek olarak, Proxima b ve trappist-1 sistemindeki üç gezegen gibi bu gezegenlerin birçoğu, yıldızların yaşanabilir bölgesinde yörüngede bulundu.
Bununla birlikte, sonraki çalışmalar, Proxima b ve kırmızı cücelerin etrafında dönen diğer kayalık gezegenlerin aslında su dünyaları olabileceğini göstermiştir. Bu, astronomik araştırmalardan elde edilen kütle tahminlerine ve bu gezegenlerin doğada kayalar olduğu ve devasa bir atmosfere sahip olmadığı şeklindeki doğal varsayıma dayanmaktadır. Aynı zamanda, bu gezegenlerin sularını kontrol edip edemeyeceğini gösteren çok sayıda araştırma yapıldı.
Temelde bu, yıldızların türü ve gezegenlerin yörünge parametrelerinden kaynaklanmaktadır. Güneşimizle karşılaştırıldığında, kırmızı cüceler uzun bir ömre sahip olsalar da, değişkenlikleri ve istikrarsızlıkları ile bilinirler. Periyodik olarak yanarak bir gezegenin atmosferini belirli bir süre boyunca bozarlar. En önemlisi, bir kırmızı cüce yıldızın yaşanabilir bölgesinde yörüngede dönen gezegenler kilitlenebilir, bu da dünyanın bir tarafının sürekli olarak yıldızın radyasyonuna maruz kalacağı anlamına gelir.
Bu nedenle bilim adamları, farklı yıldız sistemlerindeki dış gezegenlerin atmosferlerini nasıl kontrol edebileceklerini belirlemeye odaklandılar. Atmosferin varlığı, bir gezegenin yaşanabilirliğinin şartlarından biri olarak kabul edilir. Bununla birlikte, yaşanabilirlik kavramı sayısız faktörü içeren karmaşık bir kavramdır. Bu nedenle, atmosferin kendisi yaşanabilirliği garanti etmek için yeterli değildir, ancak bir gezegenin yaşanabilirliği için önemli bir faktör olarak kabul edilebilir.
Resim, trappist-1 sisteminde yeni keşfedilen gezegenlerden biri olan trappist-1f'nin olası yüzeyini göstermektedir. Resim: NASA / JPL-Caltech
Su dünyasının atmosferini koruyup koruyamayacağını test etmek için araştırma ekibi, çeşitli olası durumları göz önünde bulundurarak bilgisayar simülasyonları yaptı. Bu faktörler arasında yıldız manyetik alanları, koronal kütle atımı ve atmosferik iyonlaşma ve atmosferik iyonlaşma ve çeşitli yıldız türlerinin (örneğin güneşimiz gibi) ve m tipi yıldızların (Proxima Centauri ve trappist-1 gibi) fırlatılması yer alır.
Bu etkilerin ortaya çıkmasıyla, Dr. Dong ve meslektaşları, güneş sistemi dışındaki gezegenlerin sürelerini simüle eden kapsamlı bir model buldular. Yeni bir çok akışkanlı manyetik çan dinamik modeli geliştirildi. Bu model, iyonosfer ve manyetosferi bir bütün olarak simüle eder. Çift kutuplu manyetik alanın varlığından dolayı, yıldız rüzgarı atmosferi doğrudan uçuramaz (küresel bir dipol manyetik alan eksikliğinden dolayı Mars gibi) Aksine, atmosferik iyonların kaybına kutup rüzgarı neden olur.
Elektronların kütlesi ana iyonlarından daha küçüktür, bu nedenle gezegenin kaçış hızının ötesinde hızlanma olasılıkları daha yüksektir. "Kaçak, düşük kütleli elektronlar ve önemli ölçüde daha ağır yüklü iyonlar arasındaki yüklerin ayrılması, polarize edici bir elektrik alanı yaratır. Elektrik alanı, pozitif yüklü iyonları, kaçan elektronlar boyunca iki kutuptaki atmosferden çekerek sırayla çalışır. .
Kırmızı cüce yıldız tuzakçısı-1 çevresinde keşfedilen en uzak dış gezegende, bu bakış açısının kavramsal bir çiziminin sanatsal bir tasviri Görsel telif hakkı: ESO / M. Kornmesser.
Bilgisayar simülasyonu mevcut yeryüzü-güneş sistemiyle tutarlıdır. Elbette, bazı ekstrem olasılıklarda - örneğin m-tipi yıldızların etrafındaki dış gezegenler gibi - durum çok farklıdır ve kaçış oranı 1.000 kat veya daha fazla olabilir. Bu sonuç, bir kırmızı cüce yıldızın yörüngesinde dolanan bir su dünyasının bile 1 milyar yıl içinde atmosferini kaybedebileceği anlamına geliyor.
Bildiğimiz kadarıyla hayatın gelişmesinin 4,5 milyar yıl sürdüğünü düşünürsek, 1 milyar yıl görece kısa bir süre. Aslında, Dr. Dong'un açıkladığı gibi, bu sonuçlar, m tipi yıldızların etrafında dönen gezegenlerin yaşamı geliştirmede zorluk yaşayacağını gösteriyor: araştırma sonuçları, okyanus gezegenlerinin (güneş benzeri yıldızların yörüngesinde) atmosferlerini uzun süre koruyacağını gösteriyor. Gyr'in zaman ölçeğinin çok ötesindedir, çünkü iyon kaçış oranı çok düşüktür, bu nedenle bu gezegenlerden yaşamın ortaya çıkması ve karmaşıklık içinde gelişmesi için daha uzun bir süre sağlar. "Buna karşılık, m-cücelerin yörüngesinde dönen dış gezegenler için, yaşanabilir bölgenin yakınındaki dış gezegenler daha güçlü parçacık ve radyasyon ortamları yaşadıklarından, okyanusları daha güçlü parçacıklardan ve radyasyon ortamlarından etkilenebilir. Okyanuslarını tüketin Eğer atmosfer Gyr'den daha az bir oranda tüketilirse, bu Dünya'daki yaşamın kökeniyle ilgili bir sorun haline gelebilir (doğal olarak meydana gelir).
Bu sonuçlar, kırmızı cüce sisteminin potansiyel yaşanabilirliği hakkında bir kez daha şüphe uyandırdı. Geçmişte araştırmacılar, kırmızı cücelerin yaşam sürelerinin ana sıralarında 10 trilyon yıl veya daha fazla sürdürülebileceğini ve bu da onları yaşanabilir dış gezegenler bulmak için en iyi adaylar haline getirdiğini belirtmişlerdi. Bununla birlikte, bu yıldızların kararlılığı ve gezegenleri atmosferlerinden mahrum bırakma biçimleri başka yönlere işaret ediyor gibi görünüyor.
Bir sanatçının gezegenin transit kırmızı cücesinin kavramsal çizimi olan trappist-1 sisteminde, telif hakkı: NASA / ESA / STScl
Bu nedenle, bu tür araştırmalar çok önemlidir çünkü kırmızı bir cücenin etrafındaki olası yaşanabilir gezegenlerin varlığını çözmeye yardımcı olurlar. Atmosfer kaybının gezegenlerin yaşanabilirliği için önemi düşünüldüğünde, insanlar bu gezegenlerin bir atmosferi olup olmadığını belirlemek için yakında çıkacak olan James Webb Uzay Teleskobu (JWST) gibi teleskopları kullanıyorlar, eğer öyleyse, bileşimleri nedir? Şimdiden çok ilgi var. "JWST'nin bu atmosferleri tanımlayabilmesi bekleniyor (eğer varsa), ancak kaçış oranının doğru bir şekilde ölçülmesi, yakın gelecekte mümkün olmayabilecek daha yüksek doğruluk gerektiriyor.
Bu araştırma, güneş sistemi ve onun evrimi anlayışımız için de önemlidir. Bilim adamlarının hem dünyanın hem de Venüs'ün su dünyaları olabileceğini riske attığı bir zaman vardı. Sudan bugün oldukları duruma nasıl geçtiler - Venüs, kuruluk ve cehennem durumunda; Dünya söz konusu olduğunda, birden fazla kıtaya sahip olmak çok önemli bir konu.
Gelecekte, daha ayrıntılı araştırmalar bu rakip teorileri netleştirmeye yardımcı olacaktır. James Webb Uzay Teleskobu (JWST) 2018 baharında konuşlandırıldığında, güçlü kızılötesi yeteneklerini yakındaki kırmızı cücelerin etrafındaki gezegenleri incelemek için kullanacak ve Proxima B de bunlardan biri. Bu ve diğer uzak gezegenlere ilişkin bilgimiz, kendi güneş sistemimizin nasıl geliştiğini anlamamıza büyük ölçüde yardımcı olacaktır.
