En jordlignende atmosfære overlever muligvis ikke Proxima bs bane

Proxima b, en planet i jordstørrelse lige uden for vores solsystem i den beboelige zone af dens stjerne, muligvis ikke kan holde styr på atmosfæren, efterlader overfladen udsat for skadelig stjernestråling og reducerer dens potentiale for beboelighed.

Kun fire lysår væk, Proxima b er vores nærmeste kendte ekstrasolnabo. Imidlertid, på grund af det faktum, at den ikke er set krydse foran sin værtsstjerne, exoplaneten unddrager sig den sædvanlige metode til at lære om dens atmosfære. I stedet, forskere må stole på modeller for at forstå, om exoplaneten er beboelig.

En sådan computermodel overvejede, hvad der ville ske, hvis Jorden kredsede Proxima Centauri, vores nærmeste stjernenabo og Proxima bs værtsstjerne, i samme kredsløb som Proxima b. NASA -undersøgelsen, offentliggjort den 24. juli 2017, i The Astrophysical Journal Letters , antyder, at Jordens atmosfære ikke ville overleve i nærheden af ​​den voldelige røde dværg.

"Vi besluttede at tage den eneste beboelige planet, vi kender til nu - Jorden - og lægge den, hvor Proxima b er, "sagde Katherine Garcia-Sage, en rumforsker ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, og hovedforfatter af undersøgelsen. Forskningen blev understøttet af NASAs NExSS -koalition - der ledte eftersøgningen af ​​liv på planeter ud over vores solsystem - og NASA Astrobiology Institute.

Bare fordi Proxima b's bane er i den beboelige zone, som er afstanden fra dens værtsstjerne, hvor vand kunne samle sig på en planets overflade, betyder ikke, at det er beboeligt. Det tager ikke højde for, for eksempel, om der rent faktisk findes vand på planeten eller om en atmosfære kunne overleve i den bane. Atmosfærer er også afgørende for livet, som vi kender det:At have den rigtige atmosfære giver mulighed for klimaregulering, opretholdelse af et vandvenligt overfladetryk, afskærmning mod farligt rumvejr, og huset til livets kemiske byggesten.

Garcia-Sage og hendes kollegers computermodel brugte Jordens atmosfære, magnetfelt og tyngdekraft som proxies for Proxima b'er. De beregnede også, hvor meget stråling Proxima Centauri producerer i gennemsnit, baseret på observationer fra NASAs Chandra røntgenobservatorium.

Med disse data, deres model simulerer, hvordan værtsstjernens intense stråling og hyppige opblussen påvirker eksoplanets atmosfære.

"Spørgsmålet er, hvor meget af atmosfæren går tabt, og hvor hurtigt sker denne proces? "sagde Ofer Cohen, en rumforsker ved University of Massachusetts, Lowell og medforfatter af undersøgelsen. "Hvis vi vurderer den tid, vi kan beregne, hvor lang tid det tager atmosfæren at slippe helt ud - og sammenligne det med planetens levetid. "

En aktiv rød dværgstjerne som Proxima Centauri fjerner atmosfæren, når ekstrem ultraviolet stråling med høj energi ioniserer atmosfæriske gasser, slår elektroner fra og producerer et skår af elektrisk ladede partikler. I denne proces, de nydannede elektroner får nok energi til, at de let kan undslippe planetens tyngdekraft og køre ud af atmosfæren.

Modsatte afgifter tiltrækker, så efterhånden som flere negativt ladede elektroner forlader atmosfæren, de skaber en kraftig ladningsseparation, der trækker positivt ladede ioner med sig, ud i rummet.

I Proxima Centauris beboelige zone, Proxima b støder på anfald af ekstrem ultraviolet stråling hundredvis af gange større end Jorden gør fra solen. At stråling genererer nok energi til ikke bare at fjerne de letteste molekyler - brint - men også, over tid, tungere elementer som ilt og nitrogen.

Modellen viser Proxima Centauris kraftige stråling dræner den jordlignende atmosfære så meget som 10, 000 gange hurtigere end hvad der sker på Jorden.

"Dette var en simpel beregning baseret på gennemsnitlig aktivitet fra værtsstjernen, "Sagde Garcia-Sage." Det overvejer ikke variationer som ekstrem opvarmning i stjernens atmosfære eller voldsomme stjerneforstyrrelser i eksoplanetens magnetfelt-ting, vi ville forvente, giver endnu mere ioniserende stråling og atmosfærisk flugt. "

For at forstå, hvordan processen kan variere, forskerne kiggede på to andre faktorer, der forværrer atmosfærisk tab. Først, de overvejede temperaturen i den neutrale atmosfære, kaldet termosfæren. De fandt, når termosfæren varmer med mere stjernestråling, atmosfærisk flugt stiger.

Forskerne overvejede også størrelsen af ​​den region, over hvilken atmosfærisk flugt sker, kaldes polarkappen. Planeter er mest følsomme over for magnetiske effekter ved deres magnetiske poler. Når magnetfeltlinjer ved polerne lukkes, polarkappen er begrænset, og ladede partikler forbliver fanget nær planeten. På den anden side, større flugt opstår, når magnetfeltlinjer er åbne, giver en envejsrute til rummet.

"Denne undersøgelse ser på et undervurderet aspekt af beboelighed, hvilket er atmosfærisk tab i forbindelse med stjernefysik, "sagde Shawn Domagal-Goldman, en Goddard -rumforsker, der ikke er involveret i undersøgelsen. "Planeter har masser af forskellige interagerende systemer, og det er vigtigt at sikre, at vi inkluderer disse interaktioner i vores modeller. "

Forskerne viser, at med de højeste termosfæretemperaturer og et helt åbent magnetfelt, Proxima b kan miste et beløb svarende til hele Jordens atmosfære på 100 millioner år - det er bare en brøkdel af Proxima b's 4 milliarder år indtil nu. Da forskerne antog de laveste temperaturer og et lukket magnetfelt, at meget masse undslipper over 2 milliarder år.

"Tingene kan blive interessante, hvis en exoplanet holder fast i sin atmosfære, men Proxima b's atmosfæriske tabshastigheder her er så høje, at beboelighed er usandsynlig, "sagde Jeremy Drake, en astrofysiker ved Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics og medforfatter af undersøgelsen. "Dette sætter spørgsmålstegn ved planternes beboelighed omkring sådanne røde dværge generelt."

Røde dværge som Proxima Centauri eller TRAPPIST-1-stjernen er ofte målet for eksoplanetjagt, fordi de er de sejeste, mindste og mest almindelige stjerner i galaksen. Fordi de er køligere og svagere, planeter skal opretholde tætte kredsløb for flydende vand.

Men medmindre det atmosfæriske tab modvirkes af en anden proces - såsom en massiv mængde vulkansk aktivitet eller kometbombardement - så tæt på, forskere finder oftere, er ikke lovende for en atmosfæres overlevelse eller bæredygtighed.