Mars -mission kaster lys over beboelighed på fjerne planeter

Hvor længe kan en stenet, Mars-lignende planet være beboelig, hvis den kredsede om en rød dværgstjerne? Det er et komplekst spørgsmål, men et, som NASAs Mars Atmosphere og Volatile Evolution -mission kan hjælpe med at besvare.

"MAVEN -missionen fortæller os, at Mars over tid mistede betydelige mængder af sin atmosfære, ændre planetens beboelighed, "sagde David Brain, en MAVEN medforsker og professor ved Laboratory for Atmospheric and Space Physics ved University of Colorado Boulder. "Vi kan bruge Mars, en planet, som vi ved meget om, som et laboratorium til undersøgelse af stenede planeter uden for vores solsystem, som vi ikke ved meget om endnu. ”

På efterårsmødet i American Geophysical Union den 13. december, 2017, i New Orleans, Louisiana, Brain beskrev, hvordan indsigt fra MAVEN -missionen kunne anvendes på bopladserne på stenede planeter, der kredser om andre stjerner.

MAVEN bærer en række instrumenter, der har målt Mars 'atmosfæriske tab siden november 2014. Undersøgelserne viser, at Mars har mistet størstedelen af ​​sin atmosfære til rummet over tid gennem en kombination af kemiske og fysiske processer. Rumfartøjets instrumenter blev valgt til at bestemme, hvor meget hver proces bidrager til den samlede flugt.

I de sidste tre år har solen har gennemgået perioder med højere og lavere solaktivitet, og Mars har også oplevet solstorme, solblusser og koronale masseudstødninger. Disse varierende forhold har givet MAVEN mulighed for at observere Mars 'atmosfæriske flugt blive skruet op og ringet ned.

Brain og hans kolleger begyndte at tænke på at anvende disse indsigter på en hypotetisk Mars-lignende planet i kredsløb omkring en form for M-stjerne, eller rød dværg, den mest almindelige klasse af stjerner i vores galakse.

Forskerne foretog nogle indledende beregninger baseret på MAVEN -dataene. Som med Mars, de antog, at denne planet kunne være placeret i udkanten af ​​den beboelige zone af dens stjerne. Men fordi en rød dværg generelt er svagere end vores sol, en planet i den beboelige zone skulle bane meget tættere på sin stjerne, end Merkur er til Solen.

Lysstyrken af ​​en rød dværg ved ekstreme ultraviolette (UV) bølgelængder kombineret med den tætte bane ville betyde, at den hypotetiske planet ville blive ramt med omkring 5 til 10 gange mere UV -stråling end den virkelige Mars gør. Det øger mængden af ​​energi, der er tilgængelig til at brænde processerne, der er ansvarlige for atmosfærisk flugt. Baseret på hvad MAVEN har lært, Hjerne og kolleger vurderede, hvordan de enkelte flugtprocesser ville reagere på, at UV'en blev skruet op.

Deres beregninger indikerer, at planetens atmosfære kan miste 3 til 5 gange så mange ladede partikler, en proces kaldet ion -flugt. Omkring 5 til 10 gange flere neutrale partikler kan gå tabt gennem en proces kaldet fotokemisk flugt, hvilket sker, når UV -stråling bryder molekyler fra hinanden i den øvre atmosfære.

Fordi der ville blive skabt flere ladede partikler, der ville også være mere sprut, en anden form for atmosfærisk tab. Forstøvning sker, når energiske partikler accelereres ind i atmosfæren og banker molekyler rundt, sparker nogle af dem ud i rummet og sender andre ned i deres naboer, den måde en cue bold gør i et spil pool.

Endelig, den hypotetiske planet kan opleve omtrent den samme mængde termisk flugt, også kaldet Jeans escape. Termisk flugt forekommer kun for lettere molekyler, såsom hydrogen. Mars mister sit brint ved termisk flugt i toppen af ​​atmosfæren. På exo-Mars, termisk flugt ville kun stige, hvis stigningen i UV -stråling skulle skubbe mere brint til toppen af ​​atmosfæren.

Alt i alt, estimaterne tyder på, at kredsløb i udkanten af ​​den beboelige zone af en stille stjerne i M-klassen, i stedet for vores sol, kunne forkorte den beboelige periode for planeten med en faktor på omkring 5 til 20. For en M-stjerne, hvis aktivitet forstærkes som en tasmansk djævel, den beboelige periode kunne reduceres med en faktor på ca. 000 - reducere det til et blinke med et øje i geologiske termer. Solstormene alene kan ødelægge planeten med strålingsudbrud tusinder af gange mere intens end den normale aktivitet fra vores sol.

Imidlertid, Brain og hans kolleger har overvejet en særlig udfordrende situation for beboelighed ved at placere Mars omkring en stjerne i M-klasse. En anden planet kan have nogle formildende faktorer - f.eks. aktive geologiske processer, der fylder atmosfæren til en vis grad, et magnetfelt for at afskærme atmosfæren mod stripping af stjernevind, eller en større størrelse, der giver mere tyngdekraft til at holde på atmosfæren.

"Levetid er et af de største emner inden for astronomi, og disse estimater viser en måde at udnytte det, vi ved om Mars og Solen, til at hjælpe med at bestemme de faktorer, der styrer, om planeter i andre systemer kan være egnede til livet, "sagde Bruce Jakosky, MAVENs hovedforsker ved University of Colorado Boulder.