Tidevandsopvarmning kunne gøre exomoons meget mere beboelige (og sporbare)

Inden for solsystemet er det meste af vores astrobiologiske forskning rettet mod Mars, som anses for at være den næstmest beboelige krop ud over Jorden. Fremtidige bestræbelser er imidlertid rettet mod at udforske iskolde satellitter i det ydre solsystem, der også kunne være beboelige (som Europa, Enceladus, Titan og flere). Denne dikotomi mellem terrestriske (klippefyldte) planeter, der kredser inden for deres et systems beboelige zoner (HZ) og iskolde måner, der kredser længere fra deres moderstjerner, forventes at informere fremtidige ekstrasolare planetundersøgelser og astrobiologisk forskning.

Faktisk mener nogle, at exomoons kan spille en afgørende rolle i exoplaneternes beboelighed og også kunne være et godt sted at lede efter liv uden for solsystemet. I en ny undersøgelse undersøgte et team af forskere, hvordan kredsløbet af exomoons omkring deres moderkroppe kunne føre til (og sætte grænser for) tidevandsopvarmning - hvor gravitationsinteraktion fører til geologisk aktivitet og opvarmning i det indre. Dette kan igen hjælpe exoplanetjægere og astrobiologer med at bestemme, hvilke exomooner der er mere tilbøjelige til at være beboelige.

Forskningen blev udført af kandidatstuderende Armen Tokadjian og professor Anthony L. Piro fra University of Southern California (USC) og The Observatories of the Carnegie Institution for Science. Papiret, der beskriver deres resultater ("Tidal Heating of Exomoons in Resonance and Impplications for Detection") dukkede for nylig op online og er blevet indsendt til offentliggørelse i Astronomical Journal . Deres analyse var i høj grad inspireret af tilstedeværelsen af ​​flerplanet månesystemer i solsystemet, såsom dem, der kredser om Jupiter, Saturn, Uranus og Neptun.

I mange tilfælde menes disse iskolde måner at have indre oceaner som følge af tidevandsopvarmning, hvor gravitationsinteraktion med en større planet fører til geologisk handling i det indre. Dette giver igen mulighed for, at flydende oceaner eksisterer på grund af tilstedeværelsen af ​​hydrotermiske åbninger ved kerne-kappegrænsen. Varmen og kemikalierne, som disse åbninger frigiver i havene, kan gøre disse "Ocean Worlds" potentielt beboelige - noget forskerne har håbet på at undersøge i årtier. Som Tokadjian forklarede til Universe Today via e-mail:

"Med hensyn til astrobiologi kan tidevandsopvarmning øge overfladetemperaturen på en måne til et område, hvor flydende vand kan eksistere. Således kan selv systemer uden for den beboelige zone berettige yderligere astrobiologiske undersøgelser. For eksempel er Europa vært for et flydende hav på grund af tidevandsinteraktioner med Jupiter, selvom den ligger uden for solsystemets islinje."

I betragtning af hvor rigelige "Ocean Worlds" er i solsystemet, er det sandsynligt, at lignende planeter og flermånesystemer kan findes i hele vores galakse. Som Piro forklarede til Universe Today via e-mail, har tilstedeværelsen af ​​exomoons en masse vigtige konsekvenser for livet, herunder:

• Store måner som vores egen kan stabilisere planetens aksiale hældning, så planeten har regelmæssige årstider
• Tidevandsinteraktioner kan forhindre planeter i at låse sig med deres værtsstjerne, hvilket påvirker klimaet
• Måner kan tidevandsopvarme en planet og hjælpe den med at opretholde en smeltet kerne, hvilket har mange geologiske implikationer
• Når en gasformig planet befinder sig i en stjernes beboelige zone, kan månen selv være vært for liv (tænk på Endor eller Pandora)

I de seneste årtier har geologer og astrobiologer teoretiseret, at månens dannelse (for ca. 4,5 milliarder år siden) spillede en stor rolle i livets fremkomst. Vores planetmagnetiske felt er resultatet af, at dens smeltede ydre kerne roterer omkring en fast indre kerne og i modsat retning af planetens egen rotation. Tilstedeværelsen af ​​dette magnetiske felt beskytter Jorden mod skadelig stråling og er det, der tillod vores atmosfære at forblive stabil over tid – og ikke langsomt fjernet af solvinden (hvilket var tilfældet med Mars).

Kort sagt kan interaktionerne mellem en planet og dens satellitter påvirke beboeligheden af ​​begge. Som Tokadjian og Piro viste i et tidligere papir ved at bruge to kandidat-exoplaneter som eksempel (Kepler-1708 b-i og Kepler-1625 b-i), kan tilstedeværelsen af ​​exomoons endda bruges til at udforske det indre af exoplaneter. I tilfælde af flermånesystemer, sagde Tokadjian og Piro, afhænger mængden af ​​tidevandsopvarmning af flere faktorer. Som Piro illustrerede:

"Når en planet rejser tidevand på en måne, overføres noget af den energi, der er lagret af deformationen, til at opvarme månen. Denne proces er afhængig af mange faktorer, herunder månens indre struktur og størrelse, planetens masse, planeten -måneadskillelse, og månens orbitale excentricitet. I et flermånesystem kan excentriciteten exciteres til relativt høje værdier, hvis månerne er i resonans, hvilket fører til betydelig tidevandsopvarmning."

"I Armens arbejde viser han pænt, i analogi med den tidevandsopvarmning, vi ser for Io omkring Jupiter, at resonansinteraktioner mellem flere måner effektivt kan opvarme exomoons. Med 'resonant' mener vi det tilfælde, hvor månernes perioder adlyder et eller andet heltal. multiple (som 2 til 1 eller 3 til 2), så deres baner gravitationsmæssigt 'sparker' hinanden regelmæssigt."

I deres papir betragtede Tokadjian og Piro måner i en 2:1 orbital resonans omkring planeter af varierende størrelse og type (dvs. mindre klippeplaneter til Neptun-lignende gasgiganter og Super-Jupiters). Ifølge deres resultater vil den største tidevandsopvarmning forekomme i måner, der kredser om klippefyldte jordlignende planeter med en omløbsperiode på to til fire dage. I dette tilfælde var tidevandets lysstyrke over 1000 gange Io, og tidevandstemperaturen nåede 480 K (~207 °C; 404 °F).

Disse resultater kan have drastiske konsekvenser for fremtidige exoplanet- og astrobiologiske undersøgelser, som udvides til at omfatte søgningen efter exomoons. Mens missioner som Kepler har opdaget mange exomoon-kandidater, er ingen blevet bekræftet, da exomoons er utroligt svære at opdage ved hjælp af konventionelle metoder og nuværende instrumenter. Som Tokadjian forklarede, kunne tidevandsopvarmning tilbyde nye metoder til eksomoondetektion:

"First, we have the secondary eclipse method, which is when a planet and its moon move behind a star resulting in a dip in stellar flux observed. If the moon is significantly heated, this secondary dip will be deeper than what is expected from the planet alone. Second, a heated moon will likely expel volatiles like sodium and potassium through volcanism much like the case of Io. Detecting sodium and potassium signatures in the atmospheres of exoplanets can be a clue for exomoon origin."

In the coming years, next-generation telescopes like the James Webb (which will be releasing its first images on July 12th) will rely on their combination of advanced optics, IR imaging, and spectrometers to detect chemical signatures from exoplanet atmospheres. Other instruments like the ESO's Extremely Large Telescope (ELT) will rely on adaptive optics that will allow for Direct Imaging of exoplanets. The ability to detect chemical signatures of exomoons will greatly increase their ability to find potential signs of life. + Udforsk yderligere

Dette er de bedste steder at søge efter beboelige exomoons