|
Нижний предел размера для обитаемых экзопланет
|
|
|
|
Поиски Земли 2.0 начались всерьёз. Но существует огромное разнообразие экзопланет, поэтому крайне важно сузить круг поиска, чтобы сосредоточить ценное время телескопа только на лучших кандидатах. Одним из факторов, оказывающих огромное влияние на обитаемость планеты, является её размер. В новой статье, доступной в виде препринта на arXiv, исследователи из Калифорнийского университета в Риверсайде изучают влияние размера планеты на одну из её наиболее важных характеристик для обитаемости — наличие атмосферы — и определяют, что планета, немного меньшая, чем Земля, вероятно, является наименьшим размером, при котором она всё ещё пригодна для развития жизни.
|
|
|
|
Это магическое число, в частности, составляет 0,8 радиуса Земли, согласно разработанной исследователями модели обитаемости планет меньшего размера, чем Земля (STEHM). И этот предел, по-видимому, определяется двумя конкретными препятствиями, которые планеты должны преодолеть, чтобы стать пригодными для жизни.
|
|
|
|
Во-первых, это очевидная причина — гравитация. У меньших планет меньше масса, а значит, и более низкая гравитация, но также и более низкая скорость убегания. Это делает невероятно лёгким проникновение высокоэнергетических частиц атмосферы в космос в процессе, известном как «утечка Джинса». Ничего удивительного.
|
|
|
|
Но вторая причина не столь очевидна — внутреннее охлаждение. У меньших планет высокое отношение площади поверхности к объёму, из-за чего их внутренние слои охлаждаются быстрее, чем у больших планет. По мере охлаждения планеты её литосфера (то есть внешняя оболочка) быстро утолщается, фактически закрывая любые вулканы, которые могут быть на планете. Поскольку вулканическая дегазация внутренних слоев планеты является одним из основных способов поддержания атмосферы в долгосрочной перспективе, меньшая вулканическая активность приводит к гораздо меньшему сроку существования атмосферы.
|
|
|
|
|
|
|
Модель STEHM, использованная для демонстрации этих препятствий, была, надо признать, относительно упрощённой. Исследователи моделировали планеты как планеты с «застойной крышкой» и единой неповреждённой корой. Они использовали атмосферу из углекислого газа, что, возможно, является наилучшим сценарием для сохранения атмосферы, поскольку CO2 — это тяжелая молекула, которая естественным образом сопротивляется утечке атмосферы.
|
|
|
|
Но, несмотря на эти ограничения, модель показывает очень четкую границу между 0,7 и 0,8 радиусами Земли. Планеты с радиусом 0,8 радиуса Земли и более могут сохранять атмосферу миллиарды лет. В то время как планеты с радиусом 0,7 радиуса Земли и меньше неизбежно теряют свою атмосферу из-за экстремального ультрафиолетового (XUV) излучения своих звезд-хозяев. Например, планета с радиусом 0,6 радиуса Земли будет сохранять атмосферу около 400 миллионов лет (вероятно, недостаточно долго для развития защиты от отсутствия атмосферы), тогда как планета с радиусом 0,5 радиуса Земли будет лишена атмосферы всего за 30 миллионов лет.
|
|
|
|
Однако есть некоторые исключения из этого правила. Более мелкие планеты могут избежать своей атмосферной гибели, если у них есть хотя бы одна из трех очень редких особенностей. Если планета образуется с большим запасом углерода, этот избыток углерода способен предотвратить разрушение атмосферы в течение миллиардов лет. Небольшая планета с малым радиусом ядра (например, без ядра) сохраняет больший объем мантии и запас летучих веществ, что позволяет ей продолжать выделять газы, дающие атмосферу, в течение миллиардов лет.
|
|
|
|
И наконец, если у планеты происходит «холодный старт», когда мантии требуется некоторое время, чтобы нагреться и начать выбрасывать CO2 в атмосферу. В этом случае сама звезда состарится и уменьшит излучение в ультрафиолетовом диапазоне, которое в противном случае разрушило бы атмосферу, что позволит атмосфере существовать гораздо дольше, чем если бы планета изначально была горячей.
|
|
|
|
Однако такие особенности встречаются крайне редко. Поэтому, что это означает для астрономии, можно сказать просто: если мы надеемся найти внеземную жизнь, то, вероятно, нам нужно рассматривать только экзопланеты с радиусом 0,8 радиуса Земли или больше. Всё, что меньше этого, если только оно не имеет крайне необычного состава, скорее всего, представляет собой просто безвоздушный камень, дрейфующий в космосе.
|
|
|
|
Источник
|
