Orbitale variationer kan udløse sneboldtilstande i beboelige zoner omkring sollignende stjerner

Aspekter af en ellers jordlignende planets hældning og kredsløbsdynamik kan i alvorlig grad påvirke dens potentielle beboelighed - selv udløser pludselige "sneboldtilstande", hvor oceanerne fryser og overfladeliv er umuligt, ifølge ny forskning fra astronomer ved University of Washington.

Forskningen tyder på, at placering af en planet i dens værtsstjernes "beboelige zone" - den del af rummet lige præcis til at tillade flydende vand på en kredsende klippeplanets overflade - ikke altid er nok bevis til at bedømme potentiel beboelighed.

Russell Deitrick, hovedforfatter til et papir, der skal publiceres i Astronomisk Tidsskrift , sagde han og medforfattere satte sig for at lære, gennem computermodellering, hvordan to træk – en planets skævhed eller dens orbitale excentricitet – kan påvirke dens potentiale for liv. De begrænsede deres undersøgelse til planeter, der kredser i de beboelige zoner af "G dværg" stjerner, eller dem som solen.

En planets skævhed er dens hældning i forhold til kredsløbsaksen, som styrer en planets årstider; orbital excentricitet er formen, og hvor cirkulær eller elliptisk – oval – banen er. Med elliptiske baner, afstanden til værtsstjernen ændrer sig, når planeten kommer tættere på, rejser så væk fra, dens værtsstjerne.

Deitrick, hvem udførte arbejdet, mens han var hos UW, er nu post-doc forsker ved universitetet i Bern. Hans UW medforfattere er atmosfærisk videnskabsprofessor Cecilia Bitz, Astronomi professorer Rory Barnes, Victoria Meadows og Thomas Quinn og kandidatstuderende David Fleming, med hjælp fra bachelorforsker Caitlyn Wilhelm.

Jorden er vært for liv med succes, da den kredser om solen med en aksial hældning på omkring 23,5 grader, kun vrikke meget lidt gennem årtusinder. Men, Deitrick og medforfattere spurgte i deres modellering, hvad hvis disse vrikker var større på en jordlignende planet, der kredser om en lignende stjerne?

Tidligere forskning indikerede, at en mere alvorlig aksial hældning, eller en vippebane, for en planet i en sollignende stjernes beboelige zone – givet samme afstand fra dens stjerne – ville gøre en verden varmere. Så Deitrick og team var overraskede over at finde, gennem deres modellering, at den modsatte reaktion ser ud til at være sand.

"Vi fandt ud af, at planeter i den beboelige zone brat kunne gå ind i 'snebold'-tilstande, hvis excentriciteten eller de semi-hovedaksevariationer - ændringer i afstanden mellem en planet og stjerne over en bane - var store, eller hvis planetens skævhed steg ud over 35 grader, " sagde Deitrick.

Den nye undersøgelse hjælper med at sortere modstridende ideer, der er foreslået i fortiden. Den brugte en sofistikeret behandling af indlandsisens vækst og tilbagetog i den planetariske modellering, hvilket er en væsentlig forbedring i forhold til flere tidligere undersøgelser, sagde medforfatter Barnes.

"Mens tidligere undersøgelser fandt ud af, at høje hældnings- og skævhedsvariationer havde en tendens til at varme planeter, ved at bruge denne nye tilgang, holdet finder ud af, at store skævhedsvariationer er mere tilbøjelige til at fryse den planetariske overflade, " sagde han. "Kun en brøkdel af tiden kan skævhedscyklusserne øge beboelige planettemperaturer."

Barnes sagde, at Deitrick "i det væsentlige har vist, at istider på exoplaneter kan være meget mere alvorlige end på Jorden, at orbital dynamik kan være en væsentlig drivkraft for beboelighed, og at den beboelige zone er utilstrækkelig til at karakterisere en planets beboelighed." Forskningen indikerer også, han tilføjede, "at Jorden kan være en forholdsvis rolig planet, klimamæssigt."

Denne form for modellering kan hjælpe astronomer med at beslutte, hvilke planeter der er værdige til dyrebar teleskoptid, Deitrick sagde:"Hvis vi har en planet, der ser ud som om den kan være jordlignende, for eksempel, men modellering viser, at dens kredsløb og skævhed svinger som en sindssyg, en anden planet kan være bedre til opfølgning" med fremtidens teleskoper."

Forskningens vigtigste udgang, han tilføjede, er, at "Vi bør ikke negligere orbital dynamik i studier af beboelighed."