Пошук життя у космосі: вчені з'ясували, чому більшість планет приречені
Науковці визначили мінімальний розмір кам'янистої планети, здатної утримувати атмосферу. Моделювання показало, що потенційно придатний для життя світ має бути щонайменше завбільшки з Марс.
Про це інформує РБК-Україна з посиланням на дослідження, опубліковане у науковому журналі The Planetary Science.
Чому астробіологам довелося звужувати пошуки?
Зараз астрономи відкривають нові екзопланети з винятковою швидкістю. Проте робочого часу потужних обсерваторій на кшталт "Джеймса Вебба" недостатньо, щоб детально дослідити атмосферу кожного об'єкта.
Зона придатності до життя - це ділянка навколо зірки, де температура дозволяє існувати рідкій воді. Але водночас це й небезпечна зона: що ближче планета до світила, то сильніше зоряний вітер і радіація намагаються здути її газову оболонку.
Команда дослідників під керівництвом Мішель Хілл створила симуляцію Smaller Than Earth Habitability Model, щоб зрозуміти, скільки часу подібні до Землі планети різних розмірів можуть утримувати повітря.
Виявилося, що для формування життя потрібно, щоб гази трималися щонайменше кілька мільярдів років.
Яким має бути розмір планети?
Моделювання довело, що звичайна модель Землі у зменшеному масштабі повинна мати щонайменше 80 відсотків від радіуса нашої планети (0,8 радіуса Землі). У разі зміни хімічного складу цей показник може знижуватися до 60 відсотків.
За замовчуванням дрібніші космічні тіла програють боротьбу за повітря. Вони мають слабшу гравітацію та слабке магнітне поле, тому не здати утримувати гази.
Крім того, шар магми (мантія) у малих за розміром планет швидко вистигає й твердне. Це призводить до того, що вулкани припиняють вивергатися й перестають поповнювати атмосферу новими газами.
Як працює модель і чому важливий вуглець?
Дослідники випробовували унікальні моделі планет: з різним розміром ядра, товщиною мантії та початковою температурою. Симуляція порівнювала два процеси: як швидко зірка здуває гази та як швидко вулкани викидають вуглекислий газ, щоб їх замінити.
Головні фактори утримання атмосфери:
Високий вміст вуглецю: вуглекислий газ має важкі молекули, які зоряному вітру важко вибити у космос. Надлишок вуглецю в мантії виявився найважливішим фактором.
Товста мантія та відносно мале ядро дають більший запас розплавленого матеріалу та газів.
Радіоактивні елементи: їх розпад виділяє тепло і підтримує мантію рідкою набагато довше.
Несподівано холодна мантія. Якщо мантія спочатку холодніша, активні виверження починаються пізніше. Це дозволяє зберегти гази до моменту, коли юна зірка перестане бути надто агресивною і вивергати спалахи плазми.
Перспективи досліджень
Навіть якщо екзопланета повністю втратить первинні гази, вона може отримати другий шанс. Дослідники вважають, що нову атмосферу здатні принести комети та астероїди, які містять водень, кисень і вуглець.
Головне - щоб ці падіння сталися на пізніх етапах існування зоряної системи, коли сама зірка вже стане "спокійною".
Наразі вчені готуються застосувати свою модель для дослідження планет біля червоних карликів. Вони становлять близько 75 відсотків усіх зірок нашої Галактики.
Найближчим об'єктом аналізу стане система TRAPPIST-1, де одразу 3 з 7 кам'янистих планет розташовані у зоні придатності до життя. Дані моделювання допоможуть не витрачати ресурси на спостереження за об'єктами, які об'єктивно занадто малі для збереження атмосфери.