Medījot potenciāli apdzīvojamas eksoplanetes, viena no vissvarīgākajām lietām, ko astronomi meklē, ir tas, vai eksoplanētas kandidāti riņķo orbītā savas zvaigznes apdzīvojamā zonā vai nē. Tas ir nepieciešams, lai šķidrs ūdens pastāvētu uz planētas virsmas, un tas, savukārt, ir dzīves priekšnoteikums. Tomēr, atklājot jaunas eksoplanetes, zinātnieki ir uzzinājuši par ārkārtēju gadījumu, kas pazīstams kā “ūdens pasaules”.
Ūdens pasaules būtībā ir planētas, kuru masa ir līdz 50% no ūdens masas, rezultātā virszemes okeāni varētu būt simtiem kilometru dziļi. Saskaņā ar jauno pētījumu, ko veica Prinstonas, Mičiganas Universitātes un Hārvardas astrofiziķu grupa, ūdens pasaules, iespējams, nespēs ļoti ilgi pakavēties pie sava ūdens. Šiem atradumiem varētu būt milzīga nozīme, runājot par apdzīvojamām planētām mūsu kosmosa kaklā.
Šis jaunākais pētījums ar nosaukumu “Ūdens pasauļu dehidratācija atmosfēras zudumu dēļ” nesen parādījās The Astrophysical Journal Letters. Chuanfei Dong vadībā no Prinstonas Universitātes Astrofizisko zinātņu departamenta komanda veica datoru simulācijas, kurās tika ņemts vērā, kādi apstākļi tiks pakļauti ūdens pasaulēm.
Šis pētījums galvenokārt tika motivēts ar to, ka pēdējos gados ap masveida, M tipa (sarkanā pundura) zvaigžņu sistēmām ir veikts daudz eksoplanētu atklājumu. Šīs planētas pēc lieluma ir salīdzināmas ar Zemi - tas liecināja, ka tās, iespējams, ir sauszemes (t.i., akmeņainas). Turklāt tika konstatēts, ka daudzas no šīm planētām, piemēram, Proxima b un trīs planētas TRAPPIST-1 sistēmā, riņķo ap zvaigznēm apdzīvojamās zonās.
Tomēr vēlākie pētījumi parādīja, ka Proxima b un citas klinšainās planētas, kas riņķo ap sarkanām punduru zvaigznēm, patiesībā varētu būt ūdens pasaules. Tas tika pamatots ar astronomisko apsekojumu rezultātā iegūtajiem masu aprēķiniem un iebūvētiem pieņēmumiem, ka šādām planētām ir akmeņains raksturs un tajās nav masīvas atmosfēras. Tajā pašā laikā ir veikti daudzi pētījumi, kas rada šaubas par to, vai šīs planētas spētu noturēties uz sava ūdens.
Būtībā tas viss ir atkarīgs no zvaigznes veida un planētu orbītas parametriem. Sarkanās punduru zvaigznes, kas ilgi dzīvo, ir zināmas kā mainīgas un nestabilas salīdzinājumā ar mūsu Sauli, kā rezultātā periodiski uzliesmo, kas laika gaitā iznīcina planētas atmosfēru. Turklāt planētas, kas riņķo sarkanā pundura apdzīvojamā zonā, visticamāk, būtu plūdmaiņu aizslēgtas, kas nozīmē, ka viena planētas puse būtu pastāvīgi pakļauta zvaigznes starojumam.
Tādēļ zinātnieki ir koncentrējušies uz to, lai noteiktu, cik labi eksoplanetes dažādu tipu zvaigžņu sistēmās varētu noturēt viņu atmosfēru. Kā Dr. Dongs pa e-pastu teica Space Magazine:
“Jāsaka, ka atmosfēras klātbūtne tiek uztverta kā viena no planētas apdzīvošanas prasībām. Tomēr apdzīvojamības jēdziens ir sarežģīts, un tajā ir iesaistīti neskaitāmi faktori. Tādējādi ar atmosfēru vien nepietiks, lai garantētu apdzīvojamību, bet to var uzskatīt par svarīgu sastāvdaļu, lai planēta būtu apdzīvojama. ”
Lai pārbaudītu, vai ūdens pasaule spēs noturēt atmosfēru, komanda veica datoru simulācijas, kurās tika ņemti vērā dažādi iespējamie scenāriji. Tie ietvēra zvaigžņu magnētisko lauku, koronālo masu izgrūšanu, kā arī atmosfēras jonizāciju un izgrūšanu dažāda veida zvaigznēm - ieskaitot G tipa zvaigznes (piemēram, mūsu Sauli) un M tipa zvaigznes (piemēram, Proxima Centauri un TRAPPIST-1).
Ņemot vērā šos efektus, Dr Dong un viņa kolēģi izveidoja visaptverošu modeli, kas imitēja, cik ilgi eksoplanetu atmosfēra ilgs. Kā viņš to paskaidroja:
“Mēs izstrādājām jaunu daudzšķidruma magnetohidrodinamisko modeli. Modelis imitēja gan jonosfēru, gan magnetosfēru kopumā. Dipola magnētiskā lauka esamības dēļ zvaigžņu vējš nevar tieši aizslaucīt atmosfēru (tāpat kā Marss, jo nav globāla dipola magnētiskā lauka), tā vietā atmosfēras jonu zudumus izraisīja polārais vējš.
“Elektroni ir mazāk masīvi nekā to vecāku joni, un tāpēc tos vieglāk paātrina līdz planētas aizbēgšanas ātrumam un ārpus tā. Šī lādiņa atdalīšana starp izplūstošajiem, mazas masas elektroniem un ievērojami smagākiem, pozitīvi uzlādētiem joniem izveido polarizācijas elektrisko lauku. Šis elektriskais lauks savukārt ievelk pozitīvi lādētos jonus aiz aizbēgošajiem elektroniem no atmosfēras polārajos vāciņos. ”
Viņi atrada, ka viņu datoru simulācijas bija atbilstošas pašreizējai Zemes-Saules sistēmai. Tomēr dažās ekstrēmās situācijās - piemēram, eksoplanetēs ap M veida zvaigznēm - situācija ir ļoti atšķirīga, un bēgšanas ātrums varētu būt tūkstoš reižu lielāks vai lielāks. Rezultāts nozīmē, ka pat ūdens pasaule, ja tā riņķo ap sarkanu punduru zvaigzni, varētu zaudēt atmosfēru pēc apmēram gigara gada (Gyr), viena miljarda gadu.
Ņemot vērā to, ka dzīvei, kā mēs zinām, bija nepieciešami aptuveni 4,5 miljardi gadu, lai attīstītos, viens miljards gadu ir salīdzinoši īss logs. Faktiski, kā paskaidroja doktors Dongs, šie rezultāti norāda, ka planētas, kas riņķo ap M veida zvaigznēm, dzīvības attīstīšanai būs smagi piespiestas:
“Mūsu rezultāti norāda, ka okeāna planētas (kuras riņķo ap Saulei līdzīgu zvaigzni) saglabās savu atmosfēru daudz ilgāk nekā Gīra laika skala, jo jonu izbēgšanas ātrumi ir pārāk zemi, tāpēc tas ļauj uz šīm planētām radīt ilgāku dzīves ilgumu. un attīstās sarežģītības ziņā. Turpretī eksoplanētu, kas riņķo ap M-punduriem, okeāniem varētu būt noplicinājums Gīra laika posmā, jo ir intensīvāka daļiņu un starojuma vide, ko eksoplanetes piedzīvo tuvās apdzīvojamās zonās. Ja atmosfēra laika gaitā tiktu noplicināta mazāk nekā Girs, tas varētu izrādīties problemātisks planētas dzīvības izcelsmei (abioģenēzei). ”
Šie rezultāti vēlreiz liek apšaubīt sarkano punduru zvaigžņu sistēmu iespējamo apdzīvojamību. Iepriekš pētnieki ir norādījuši, ka sarkano punduru zvaigžņu ilgmūžība, kas var saglabāties galvenajā secībā līdz 10 triljoniem gadu vai ilgāk, padara tās par labāko kandidātu apdzīvojamu eksoplanetu atrašanai. Tomēr šķiet, ka šo zvaigžņu stabilitāte un veids, kādā tās, iespējams, noņem atmosfēras planētas, norāda pretējo.
Tādēļ tādi pētījumi kā šis ir ļoti nozīmīgi, jo tie palīdz noteikt, cik ilgi potenciāli apdzīvojama planēta ap sarkano punduru zvaigzni varētu palikt potenciāli apdzīvojama. Dong norādīts:
“Ņemot vērā atmosfēras zuduma nozīmi planētu apdzīvošanā, ir bijusi liela interese par teleskopu, piemēram, gaidāmā Džeimsa Veba kosmiskā teleskopa (JWST), izmantošanu, lai noteiktu, vai šīm planētām ir atmosfēra, un, ja tā, kāds ir to sastāvs . Paredzams, ka JWST vajadzētu būt spējīgai raksturot šo atmosfēru (ja tāda ir), taču precīzi kvantitatīvi noteikt evakuācijas ātrumu prasa daudz augstāku precizitāti un tuvākajā nākotnē tas var nebūt iespējams. ”
Pētījums ir nozīmīgs arī attiecībā uz mūsu izpratni par Saules sistēmu un tās attīstību. Vienā reizē zinātnieki ir uzzinājuši, ka gan Zeme, gan Venēra varētu būt ūdens pasaules. Kā viņi veica pāreju no ļoti ūdeņaina uz to, kāds viņi ir šodien - Venēras gadījumā - sauss un ellīgs; un Zemes gadījumā, ja ir vairāki kontinenti - tas ir vissvarīgākais jautājums.
Nākotnē ir paredzami sīkāki apsekojumi, kas varētu palīdzēt atklāt šīs konkurējošās teorijas. Kad Džeimsa Veba kosmiskais teleskops (JWST) tiks izvērsts 2018. gada pavasarī, tas izmantos savas jaudīgās infrasarkanās iespējas, lai pētītu planētas ap netālu esošajiem sarkanajiem punduriem, Proxima b ir viena no tām. Tas, ko mēs uzzinām par šo un citām tālajām eksoplanetām, būs tāls ceļš, lai informētu mūsu izpratni par to, kā attīstījās arī mūsu pašu Saules sistēma.
