Forskning omdefinerer den nedre grænse for planetstørrelses beboelighed

I Den lille prins , den klassiske novelle af Antoine de Saint-Exupéry, den titulære prins bor på en asteroide på størrelse med et hus, så lille, at han kan se solnedgangen når som helst på dagen ved at flytte sin stol et par skridt.

Selvfølgelig, i det virkelige liv, himmellegemer, der er små, ikke kan bære liv, fordi de ikke har nok tyngdekraft til at opretholde en atmosfære. Men hvor lille er for lille til beboelighed?

I en nylig avis, Forskere fra Harvard University beskrev en ny, nedre størrelsesgrænse for planeter for at opretholde flydende overfladevand i lange perioder, udvidelse af den såkaldte beboelige zone eller "Goldilocks zone" for små, planeter med lav tyngdekraft. Denne forskning udvider søgeområdet efter liv i universet og kaster lys over den vigtige proces med atmosfærisk evolution på små planeter.

Forskningen blev offentliggjort i Astrofysisk tidsskrift .

"Når folk tænker på de indre og ydre kanter af den beboelige zone, de har en tendens til kun at tænke på det rumligt, hvilket betyder, hvor tæt planeten er på stjernen, " sagde Constantin Arnscheidt '18, avisens første forfatter. "Men faktisk der er mange andre variabler for beboelighed, inklusive masse. At sætte en nedre grænse for beboelighed i form af planetstørrelse giver os en vigtig begrænsning i vores igangværende jagt på beboelige exoplaneter og exomooner."

Generelt, planeter anses for beboelige, hvis de kan opretholde flydende overfladevand (i modsætning til frosset vand) længe nok til at tillade udviklingen af ​​liv, konservativt omkring 1 milliard år. Astronomer jager efter disse beboelige planeter inden for bestemte afstande fra visse typer stjerner - stjerner, der er mindre, køligere og lavere masse end vores sol har en beboelig zone meget tættere på end større, varmere stjerner.

Den inderste kant af den beboelige zone er defineret af, hvor tæt en planet kan være på en stjerne, før en løbsk drivhuseffekt fører til fordampning af alt overfladevand. Men, som Arnscheidt og hans kolleger demonstrerede, denne definition gælder ikke for små, planeter med lav tyngdekraft.

Den løbske drivhuseffekt opstår, når atmosfæren absorberer mere varme, som den kan udstråle tilbage ud i rummet, forhindrer planeten i at køle af og til sidst fører til ustoppelig opvarmning, der til sidst forvandler dens oceaner til damp.

Imidlertid, der sker noget vigtigt, når planeter mindskes i størrelse:Når de opvarmes, deres atmosfære udvider sig udad, bliver større og større i forhold til planetens størrelse. Disse store atmosfærer øger både absorptionen og udstrålingen af ​​varme, giver planeten bedre mulighed for at opretholde en stabil temperatur. Forskerne fandt ud af, at atmosfærisk ekspansion forhindrer planeter med lav tyngdekraft i at opleve en løbsk drivhuseffekt, giver dem mulighed for at opretholde flydende overfladevand, mens de kredser tættere på deres stjerner.

Når planeterne bliver for små, imidlertid, de mister deres atmosfære helt, og det flydende overfladevand enten fryser eller fordamper. Forskerne viste, at der er en kritisk størrelse, under hvilken en planet aldrig kan være beboelig, hvilket betyder, at den beboelige zone ikke kun er afgrænset i rummet, men også i planetstørrelse.

Forskerne fandt ud af, at den kritiske størrelse er omkring 2,7 procent af Jordens masse. Hvis et objekt er mindre end 2,7 procent af Jordens masse, dens atmosfære vil undslippe, før den nogensinde har mulighed for at udvikle flydende overfladevand, svarende til, hvad der sker med kometer i dag. For at sætte det ind i en sammenhæng, månen er 1,2 procent af jordens masse og Merkur er 5,53 procent.

Forskerne var også i stand til at estimere de beboelige zoner af disse små planeter omkring visse stjerner. To scenarier blev modelleret for to forskellige typer stjerner:en G-type stjerne som vores egen sol og en M-type stjerne modelleret efter en rød dværg i stjernebilledet Løven.

Forskerne løste et andet mangeårigt mysterium i vores eget solsystem. Astronomer har længe undret sig over, om Jupiters iskolde måner Europa, Ganymedes, og Callisto ville være beboelig, hvis strålingen fra solen steg. Baseret på denne forskning, disse måner er for små til at opretholde flydende overfladevand, selvom de var tættere på solen.

"Lavmassevandverdener er en fascinerende mulighed i søgen efter liv, og dette papir viser, hvor anderledes deres adfærd sandsynligvis vil være sammenlignet med jordlignende planeters, " sagde Robin Wordsworth, lektor i miljøvidenskab og teknik ved SEAS og seniorforfatter til undersøgelsen. "Når observationer for denne klasse af objekter bliver mulige, det bliver spændende at prøve at teste disse forudsigelser direkte."