Er planeter med oceaner almindelige i galaksen? Det er sandsynligt, NASA-forskere finder

For flere år siden, planetforsker Lynnae Quick begyndte at spekulere på, om nogen af ​​de mere end 4, 000 kendte exoplaneter, eller planeter uden for vores solsystem, kan ligne nogle af de vandige måner omkring Jupiter og Saturn. Selvom nogle af disse måner ikke har atmosfære og er dækket af is, de er stadig blandt topmålene i NASAs søgen efter liv hinsides Jorden. Saturns måne Enceladus og Jupiters måne Europa, som videnskabsmænd klassificerer som "havverdener, "er gode eksempler.

"Vandfaner bryder ud fra Europa og Enceladus, så vi kan se, at disse kroppe har underjordiske oceaner under deres isskaller, og de har energi, der driver fanerne, som er to krav til livet, som vi kender det, " siger Quick, en planetforsker fra NASA, der har specialiseret sig i vulkanisme og havverdener. "Så hvis vi tænker på disse steder som værende muligvis beboelige, måske er større versioner af dem i andre planetsystemer også beboelige."

Hurtigt, af NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, besluttede at undersøge, om der - hypotetisk - findes planeter, der ligner Europa og Enceladus i Mælkevejsgalaksen. Og, kunne de, også, være geologisk aktive nok til at skyde faner gennem deres overflader, der en dag kunne blive opdaget af teleskoper.

Gennem en matematisk analyse af flere dusin exoplaneter, inklusive planeter i det nærliggende TRAPPIST-1-system, Quick og hendes kolleger lærte noget væsentligt:​​Mere end en fjerdedel af de exoplaneter, de studerede, kunne være havverdener, med et flertal, der muligvis huser oceaner under lag af overfladeis, ligner Europa og Enceladus. Derudover mange af disse planeter kunne frigive mere energi end Europa og Enceladus.

Forskere kan en dag være i stand til at teste Quicks forudsigelser ved at måle den varme, der udsendes fra en exoplanet eller ved at detektere vulkanske eller kryovulkaniske (væske eller damp i stedet for smeltet sten) udbrud i bølgelængderne af lys, der udsendes af molekyler i en planets atmosfære. For nu, videnskabsmænd kan ikke se mange exoplaneter i nogen detaljer. Ak, de er for langt væk og for druknet af deres stjerners lys. Men ved at overveje den eneste tilgængelige information - exoplanetstørrelser, masser og afstande fra deres stjerner – videnskabsmænd som Quick og hendes kolleger kan bruge matematiske modeller og vores forståelse af solsystemet for at prøve at forestille sig de forhold, der kunne forme exoplaneter til livlige verdener eller ej.

Mens de antagelser, der indgår i disse matematiske modeller, er veluddannede gæt, de kan hjælpe videnskabsmænd med at indsnævre listen over lovende exoplaneter til at søge efter forhold, der er gunstige for livet, så NASAs kommende James Webb-rumteleskop eller andre rummissioner kan følge op.

"Fremtidige missioner for at lede efter tegn på liv uden for solsystemet er fokuseret på planeter som vores, der har en global biosfære, der er så rigelig, at den ændrer kemien i hele atmosfæren, " siger Aki Roberge, en NASA Goddard-astrofysiker, der samarbejdede med Quick om denne analyse. "Men i solsystemet, iskolde måner med oceaner, som er langt fra solens varme, stadig har vist, at de har de funktioner, vi tror, ​​der kræves for livet."

At lede efter mulige havverdener, Quicks team udvalgte 53 exoplaneter med størrelser, der mest ligner Jorden, selvom de kunne have op til otte gange mere masse. Forskere antager, at planeter af denne størrelse er mere solide end gasformige, og dermed, mere tilbøjelige til at understøtte flydende vand på eller under deres overflader. Mindst 30 flere planeter, der passer til disse parametre, er blevet opdaget, siden Quick og hendes kolleger begyndte deres undersøgelse i 2017, men de var ikke inkluderet i analysen, som blev offentliggjort den 18. juni i tidsskriftet Publikationer fra Astronomical Society of the Pacific .

Med deres planeter i jordstørrelse identificeret, Quick og hendes team forsøgte at bestemme, hvor meget energi hver enkelt kunne generere og frigive som varme. Holdet overvejede to primære varmekilder. Den første, radiogen varme, er genereret over milliarder af år af det langsomme henfald af radioaktive materialer i en planets kappe og skorpe. Denne forfaldshastighed afhænger af en planets alder og massen af ​​dens kappe. Andre videnskabsmænd havde allerede bestemt disse forhold for planeter i jordstørrelse. Så, Quick og hendes team anvendte henfaldshastigheden på deres liste over 53 planeter, antager, at hver enkelt er på samme alder som dens stjerne, og at dens kappe fylder den samme andel af planetens volumen, som Jordens kappe gør.

Næste, forskerne beregnede varme produceret af noget andet:tidevandskraft, som er energi genereret fra tyngdekraften, når et objekt kredser om et andet. Planeter strakte sig ud, eller elliptisk, baner flytter afstanden mellem dem selv og deres stjerner, når de kredser om dem. Dette fører til ændringer i tyngdekraften mellem de to objekter og får planeten til at strække sig, derved dannes varme. Til sidst, varmen går tabt til rummet gennem overfladen.

En udgangsvej for varmen er gennem vulkaner eller kryovulkaner. En anden rute er gennem tektonik, som er en geologisk proces, der er ansvarlig for bevægelsen af ​​det yderste klippe- eller islag på en planet eller måne. Uanset hvilken vej varmen afledes, Det er vigtigt at vide, hvor meget af det en planet skubber ud, fordi det kan skabe eller ødelægge beboelighed.

For eksempel, for meget vulkansk aktivitet kan gøre en livlig verden til et smeltet mareridt. Men for lidt aktivitet kan lukke ned for frigivelsen af ​​gasser, der udgør en atmosfære, efterlader en forkølelse, gold overflade. Lige den rigtige mængde understøtter en beboelig, våd planet som Jorden, eller en muligvis beboelig måne som Europa.

I det næste årti, NASAs Europa Clipper vil udforske Europas overflade og undergrund og give indsigt i miljøet under overfladen. Jo flere videnskabsmænd kan lære om Europa og andre potentielt beboelige måner i vores solsystem, jo bedre vil de være i stand til at forstå lignende verdener omkring andre stjerner - hvilket kan være rigeligt, ifølge dagens resultater.

"Forestående missioner vil give os en chance for at se, om havmåner i vores solsystem kan understøtte liv, " siger Quick, som er et videnskabsteammedlem på både Clipper-missionen og Dragonfly-missionen til Saturns måne Titan. "Hvis vi finder kemiske signaturer på liv, vi kan prøve at lede efter lignende tegn på interstellare afstande."

Når Webb starter, videnskabsmænd vil forsøge at opdage kemiske signaturer i atmosfæren på nogle af planeterne i TRAPPIST-1-systemet, som er 39 lysår væk i stjernebilledet Vandmanden. I 2017 astronomer meddelte, at dette system har syv planeter i jordstørrelse. Nogle har foreslået, at nogle af disse planeter kunne være vandige, og Quicks skøn understøtter denne idé. Ifølge hendes teams beregninger, TRAPPIST-1 e, f, g og h kunne være havverdener, hvilket ville placere dem blandt de 14 havverdener, som forskerne identificerede i denne undersøgelse.

Forskerne forudsagde, at disse exoplaneter har oceaner ved at overveje overfladetemperaturerne for hver enkelt. Denne information afsløres af mængden af ​​stjernestråling, hver planet reflekterer ud i rummet. Quicks team tog også højde for hver planets tæthed og den anslåede mængde intern opvarmning, den genererer sammenlignet med Jorden.

"Hvis vi ser, at en planets tæthed er lavere end Jordens, det er en indikation af, at der måske er mere vand der og ikke så meget sten og jern, " siger Quick. Og hvis planetens temperatur tillader flydende vand, du har en havverden.

"Men hvis en planets overfladetemperatur er mindre end 32 grader Fahrenheit (0 grader Celsius), hvor vandet er frosset, "Siger Quick, "Så har vi en iskold oceanverden, og tæthederne for disse planeter er endnu lavere."