Studiet belyser skæbner for fjerne planetariske atmosfærer

Da teleskoper blev kraftige nok til at finde planeter, der kredsede om fjerne stjerner, videnskabsmænd var overraskede over at se, at mange af dem ikke havde atmosfærer som Jordens. I stedet, de ser ud til at have tykke tæpper af brint.

I en ny undersøgelse, to forskere fra University of Chicago undersøgte, hvordan disse planeters atmosfærer udvikler sig, og sandsynligheden for, at sådanne planeter nogensinde får en atmosfære, der ligner vores. Ved at modellere tusindvis af simulerede planeter, de vurderede, at det ville være meget sjældent, at en planet, der startede med en brintatmosfære, udviklede sig til en som Jordens – og at sådanne planeter ofte ender med at miste deres atmosfærer fuldstændigt.

Udgivet 21. juli i Proceedings of the National Academy of Sciences , resultaterne uddyber vores forståelse af, hvordan planetariske atmosfærer dannes og vokser, og kan hjælpe astronomer med at indsnævre de bedste steder at søge efter planeter med jordlignende atmosfærer.

"Den beboelige zone for planeter er på en linje - en kosmisk kystlinje mellem for meget og for lidt atmosfære, " sagde Asst. Prof. Edwin Kite, førsteforfatter af undersøgelsen og en ekspert i historien om Mars og andre verdeners klima. "Sidder der mange planeter langs den kystlinje, eller er de sjældne? Dette er et stort spørgsmål i planetarisk videnskab lige nu."

"Vi ved meget lidt om atmosfæren af ​​stenede exoplaneter, " sagde Megan Barnett, en kandidatstuderende og anden forfatter af papiret. "De planeter, vi ser på i denne undersøgelse, er for tæt på deres stjerner til at være vært for liv, men at studere dem hjælper os med at forstå de overordnede processer, der skaber eller ødelægger atmosfærer."

For eksempel, forskere ved, at mange klippeplaneter dannes med brintatmosfærer, men hvad der sker efter den første dannelse er meget mindre klart. Holder de den atmosfære, overgang til en anden form for atmosfære, eller miste det helt?

Kite og Barnett tog de oplysninger, vi kender, og indført det i et program til at køre simuleringer med planeter af forskellig størrelse og med forskellige slags atmosfærer. Derefter opstillede de forskellige scenarier og observerede, hvad der ville ske med atmosfærerne, hvis sige, den nærliggende stjernes lysstyrke ændres, ændring af mængden af ​​stråling modtaget af planeten; eller stjernen dæmpes og planetens klippe afkøles; eller vulkaner bryder ud på overfladen.

Deres resultater antydede, at hvis en planet starter med en brintrig atmosfære, der er meget få kombinationer af betingelser, hvorunder det i sidste ende kunne overgå til en jordlignende atmosfære. "Det sker bare ikke i vores model, " sagde Kite. "Det langt mest almindelige resultat er, at den mister sin atmosfære og forbliver en bar sten for evigt."

I en håndfuld tilfælde, imidlertid, en planet lidt større end Jordens størrelse formåede at tilegne sig og beholde en jordlignende atmosfære ved at have en masse vulkanudbrud, der hælder gasser ud.

Kite og Barnett fandt også ud af, at en planet, der startede med en oprindelig jordlignende atmosfære, var mere tilbøjelige til at beholde den.

Resultaterne, sagde forskerne, vil hjælpe med at guide søgninger efter beboelige planeter med nye teleskoper såsom James Webb Space Telescope, planlagt lanceret næste år.

"Ud fra vores resultater, det ser ud til, at hvis vi vil finde varme exoplaneter med jordlignende atmosfærer, vi bør målrette mod verdener, der startede uden brintatmosfære, der kredser om mindre aktive stjerner, eller er usædvanligt store, " sagde Kite.