Cirkumplanetarna naseljiva ivica

Zamišljeni egzomesec Pandora iz filma Avatar

Kada smo ušli u eru intenzivnog otkrivanja novih tipova egzoplaneta, uz nama trenutno dostupnu tehnologiju, najneobičnije otkriće bio je ogroman broj džinovskih planeta, smeštenih, bilo na istoj poziciji kao u našem sistemu, bilo tik uz zvezdu (takozvani vrući Jupiteri), a jedan njihov broj otkriven je i u naseljivim zonama njihovih zvezda. Pored najrazličitijih položaja, otkrivene planete su imale i velike varijacije u masi i veličini. Neretko, otkrivali smo planete koje su i do nekoliko puta veće od Jupitera, najveće planete našeg sistema. Ovo je pokrenulo nekoliko interesantnih pitanja- pre svega, veća masa planete verovatno bi dovela i do formacije većih meseca, koji, kako sada pretpostavljamo, mogu biti veliki koliko i Mars. Ukoliko bi se takav mesec našao u orbiti oko planete koja je udobno smeštena u naseljivu zonu, postoji velika verovatnoća da bi na tom mesecu mogli da nastanu uslovi za razvoj života.
Do sada, sa tehnologijom koja nam je trenutno dostupna kada govorimo o lovu na potencijalne oaze života izvan našeg sistema, oslanjamo se pre svega na radial velocity metod, merenje gravitacionog uticaja planete na zvezdu i transit metod čiji je predstavnik Kepler teleskop, specijalizovan za merenje opadanja svetlosti zvezde kada se planeta nađe između Zemlje i zvezde koju Kepler posmatra. Ove tehnologije za sada su nedovoljno precizne da nam omoguće podatke koji bi potvrdili postojanje egzomeseca, jer zbog veoma malih oscilacija koje bi izazivali, ključni dokazi bi se u većini slučajeva nalazili izgubljeni u pozadinskom šumu ili svetlosti zvezde. Ipak, po analogiji sa Sunčevim sistemom, njihovo postojanje je sigurna pretpostavka.
Zato, bilo je bitno odgovoriti na pitanje, ukoliko svi uslovi budu zadovoljeni, mogu li egzomeseci biti oaze života u kosmičkom beskraju? Preciznije, bilo je neophodno utvrditi koji su to uslovi čije je zadovoljenje neophodno.

 

Naravno, ključno je da se džinovska planeta oko koje mesec orbitira nalazi u naseljivoj zoni svoje zvezde. Ali, oni jednako ključni faktori su zapravo kompleksne interakcije između egzomeseca i njegove planete, pre svega gravitacione, a jednako bitno i magnetne interakcije, a potom i još nekoliko potencijalno značajnih faktora- stepena refleksije planete, njene termalne emisije. Radi lakše i šire analize, tim naučnika koji se bavio ovim problemom utvrdio je postojanje cirkumplanetarne naseljive ivice. Za razliku od (cirkumstelarne) naseljive zone, koja obuhvata manje ili više precizno utvrđenu zonu, cirkumplanetarna naseljiva ivica označava neophodnu minimalnu razdaljinu od planete da bi mesec bio potencijalno naseljiv.
Prvenstveno, ta razdaljina je bitna zbog gravitacionih interakcija- kako ekstremne "plime" i "oseke" mogu izazvati ugibanje kore meseca, što bi dovelo do destruktivnog vulkanizma i zagrevanja meseca do tačke kada na njemu ne može postojati tečna voda, a time, ni život. Slično tome, termalna emisija i stepen refleksije planete mogu takođe da dovedu do rasta temperature i učine planetu negostoljubivom za život.
S druge strane, najveća opasnost za planetu dolazi iz dubine svemira- u formi smrtonosne radijacije. Kako je vrlo malo verovatno da egzomesec bude masivniji od Marsa, najverovatnije je da najveći broj egzomeseca neće imati svoje magnetno polje, pa će tako jedina šansa opstanka života biti da se egzomesec nađe u okrilju magnetosfere džinovske planete.

Evolucija magnetosfere kroz vreme u zavisnosti od tipa planete

Planetarna magnetosfera se nalazi na mestu sudara stelarnih vetrova i planetarnog magnetnog polja i uglavnom je mnogo veća od same planete. Magnetosfera Jupitera je, recimo, oko 50 puta veća od same planete i obuhvata njegove mesece.
Takođe, magnetosfera evoluira, i s vremenom, kako pritisak stelarnih vetrova opada, magnetosfera se širi do svog punog potencijala, u određenom brzinom u zavisnosti od veličine planete. Pronađeno je nekoliko podzona:

1. 20 poluprečnika planete udaljeni egzomeseci će funkcionisati kao zasebne planete. Dovoljno su udaljeni od svoje matične planete da ne trpe gotovo nikakve primetne termalne ili gravitacione efekte. Ipak, takođe će često biti izvan magnetosfere planete, tako da je za život na njima neophodno postojanje njihovog magnetnog polja što nije mnogo verovatno.

2. 5-20 poluprečnika je udaljenost na kojoj se očekuje najveći broj otkrivenih egzomeseca. Ova nebeska tela najverovatnije neće u nastanku sistema biti obuhvaćena magnetosferom, ali to mogu postati u određenom periodu koji može biti od preko 4.6 milijardi godina, do 4.3 milijarde.

3. Ispod 5 poluprečnika, egzomeseci će se nalaziti unutar naseljive ivice i najverovatnije neće imati mogućnost da razviju život.

Dakle, slično kao i sa naseljivom zonom zvezde, sve se svodi na balans- dovoljno daleko da nema gravitacijskog zagrevanja ili drugog termalnog uticaja planete, ali dovoljno blizu da je egzomesec zaštićen magnetosferom matične planete. Ova razmatranja su veoma značajna kako nam skreću pažnju na još širu lepezu mogućnosti za nastanak života u svemiru. A, osim toga, ukoliko bismo nekada zaista pronašli egzomesec na kom se razvio život, biće to upoznavanje sa jednom potpuno novom, fascinantnom, vrstom nepoznatog sveta koji za sada ostaje u domenu spekulacije, ali uz veoma realnu mogućnost da svakog dana postane činjenica.

Izvori:

Universe Today
Originalni tekst

Lov na atmosfere

Slika Andrewa Stewarta, zamišljeni tokovi u Jupiterovoj atmosferi.

Za sada, najbolja polazna pretpostavka, kada govorimo o potrazi za životom u svemiru, jeste da gde ima tečne vode, uz dodatne faktore može biti i života. Postojanje tečne vode je, dakle, sin qua non uslov postojanja bilo kakvog oblika života. Za ostvarenje ovog uslova neophodno je više faktora, prvo, planeta (ili mesec) koji je predmet istraživanja mora imati raspon temperatura koje omogućavaju postojanje tečne vode na površini. Ovaj aspekat određen je kroz izračunavanje naseljive zone određene zvezde. Bar načelno, sve planete koje se nalaze unutar te zone bi trebalo da imaju temperature neophodne da se voda ni ne zaledi, ni ne ispari (iako u praksi različiti faktori mogu pomeriti naseljivu zonu bliže ili dalje od zvezde). Drugi nezaobilazan uslov za postojanje tečne vode jeste određen atmosferski pritisak koji ce omoguciti da voda ostane u tečnom stanju, odnosno, planeta mora imati atmosferu.
U našem solarnom sistemu imamo primere oba tipa atmosfera- ona sačinjena od lakših elemenata, velikog obima i mase (gasoivti džinovi) i ona sačinjena od težih elemenata, ali daleko manjeg obima i mase (poput Zemljine atmosfere).
Dok samo merenje mase, odnosno prečnika planete u nekim (krajnjim) slučajevima može biti dovoljno da se zaključi kom tipu planeta pripada- planete veće od Neptuna najverovatnije su gasoviti džinovi, dok su one manje od Zemlje verovatno sa tankom, težom atmosferom ili u potpunosti bez nje- veoma rasprostranjena kategorija planeta, takozvane Super-Zemlje, mase od dve do deset puta većih od Zemljine, se prilikom ovih observacija najčešće nađu u nedorečenoj kategoriji, odnosno, ne možemo sa sigurnošću tvrditi da li njen atmosferski tip odgovara više Zemlji ili Neptunu.
Ipak, tim naučnika uspeo je da izradi specifičan kompjuterski model koji će koristiti podatke dobijene putem primene dve komplementarne tehnike potrage za egzoplanetama (radial velocity i transit) da uporedi odnos njihovog prečnika i mase i tako izradi nekoliko grafikona i aproksimacija koje će omogućiti naučnicima da zaključe da li je planeta bliža prvom ili drugom atmosferskom tipu.
Ipak, da bi ovaj model bio funkcionalan, neophodno je da obe vrednosti, i prečnik i masa, budu što je preciznije moguće određeni, tako da je sada moguće precizno utvrditi samo tip onih planeta koje su dovoljno blizu da radial velocity metod može da detektuje gravitacioni uticaj planete na zvezdu, i u dobrom "uglu gledanja", da bi Kepler mogao da detektuje njen prečnik.

Uporedni prikaz preseka Jupitera i Zemlje.

Ovaj model funkcioniše na sledeći način- sa obe vrednosti, program izračunava jednostavnim postupkom gustinu planete. Prilikom tranzita, deo svetlosti je blokiran ne samo jezgrom, već i atmosferom planete, ali direktnim posmatranjem ne možemo utvrditi koliki procenat njenog prečnika otpada na atmosferu (kod Zemlje, taj broj je oko 1.5%). Model zatim prikazuje gde se na kontinuumu mogućih varijanti nalazi planeta. Teoretski određene granice su potpuno čvrsta planeta bez atmosfere i s druge strane, planeta potpuno sačinjena od vode (za sada, čini se da superzemlje ne mogu da budu sačinjene na ovaj način- uvek mora postojati čvrsto jezgro). Tako da bi, ukoliko rezultat bude potpuno vodena planeta, objašnjenje za tu izračunatu gustinu planete bilo postojanje lake, ali veoma obimne atmosfere.
Ipak, potraga za planetom koju ćemo nazvati drugom Zemljom i potraga za planetom na kojoj možda postoji neki radikalno drugačiji oblik života su različite stvari. Naime, naučnici se slažu da vodonik-helijum atmosfera koja omogućava tečnu vodu na površini ne mora isključivati mogućnost razvoja života koji bi na te uslove bio adaptiran. Zbog toga, obe forme superzemalja i dalje mogu biti u igri.
Ali, ovaj model sem neverovatnog novog alata za spoznaju sveta oko nas pruža i jednu prilično praktičnu olakšicu- čini lov na Zemlji nalik planete daleko efikasnijim. Naime, sa očekivanim teleskopima i satelitima čija su lansiranja najavljena za period od narednih pet do deset godina, koji će nam pružiti veoma detaljne i mnogo preciznije podatke o egzoplanetama, primena ovog modela na dotadašnje observacije pomoćiće nam da napravimo "uži izbor" onih planeta koje imaju najveći potencijal za najveće otkriće čovečanstva- otkriće druge planete nalik našoj.

Izvori:

Space.com