Pokud je kamenná planeta v obyvatelné zóně hvězdy podobné Slunci, vše vypadá perfektně. Tekutá voda? Značka zaškrtnutí. Správná teplota? Značka zaškrtnutí. Má to ale háček. Pokud je planeta příliš malá, nebude schopna pojmout vzduch potřebný pro život.
Jak malé to tedy může být? Je možné zmenšit Zemi při zachování její dýchací skořápky?
Planetární vědkyně z University of California, Riverside, Michelle Hillová nedávno provedla simulace, aby na tuto otázku odpověděla. Závěry byly nemilosrdné: exoplaneta musí mít velikost alespoň Marsu, aby udržela atmosféru po několik miliard let nezbytných pro vznik života. Menší světy ztrácejí plyn rychleji, než ho stihnou doplnit.
Past v obytné zóně
Obyvatelná zóna je ideální nemovitost pro mimozemský život. Jedná se o úzký pás kolem hvězdy, kde teploty umožňují akumulaci vody na povrchu v kapalném stavu. Toto je také nebezpečná oblast.
Blízkost hvězdy znamená vystavení hvězdným větrům a intenzivní radiaci. Tyto síly působí na atmosféru planety jako smirkový papír. Čím blíže jste ke hvězdě, tím silnější vítr fouká. Čím je vaše atmosféra tenčí, tím snáze to odfoukne.
Hill a její tým simulovali planety podobné Zemi různých velikostí, které obíhají v těchto zónách. Chtěli přesně určit, kdy se planeta stane příliš malinkou, aby vydržela takovou hvězdnou erozi.
Odpověď?
Planeta schopná udržet atmosféru by musela mít v průměru 80 % šířky Země. Teoreticky mohou někteří přežít na 60 %, ale pouze za určitých, šťastných podmínek. Pro astrobiology studující „mnoho“ objevených exoplanet slouží tato data jako filtr. Na otestování každého kandidáta není na dalekohledech dost času. Zúžení vašeho hledání se stalo nejen žádoucím, ale i životně důležitým.
Sopky proti větru
Model týmu nazvaný Habitability Model pro planety menší než Země zachází s digitálními planetami jako Země. Stejné proporce jádra, pláště a kůry. Stejný chemický základ. Pak změnili proměnné: více uhlíku, různé velikosti jádra, různé počáteční teploty.
Po miliardy let bojovaly o nadvládu dvě síly:
- Blowaway: Hvězdný vítr a záření odfouknou plyn.
- Doplňování: Sopky uvolňují plyn (většinou CO₂) zpět.
Malé planety tuto bitvu prohrávají.
Mají slabší gravitaci. Jejich magnetická pole jsou tenčí a nabízejí menší ochranu před nabitými částicemi. Jejich pláště rychleji chladnou a tvrdnou, čímž se brzy zastaví vulkanický motor. Když sopky ztichnou, atmosféra nemá žádný záložní zdroj. Zmizí.
K dlouhodobému udržení atmosféry planeta obvykle potřebuje práh 80 % poloměru Země. Pod tímto limitem únik překračuje kapacitu doplňování.
Proměnná uhlíku
To ještě není úplný rozsudek smrti pro malé světy. Model ukazuje, že planety do 0,6 poloměru Země mohou udržet atmosféru, pokud jsou bohaté na uhlík.
Oxid uhličitý je těžká molekula. Hvězdný vítr odnáší těžké molekuly hůře než lehké. Čistá atmosféra CO₂ vytváří nejlepší podmínky pro zadržování.
Ale dosáhnout toho je obtížné. Takové malé světy bohaté na uhlík potřebují:
- Větší pláště vzhledem k jejich jádrům.
- Vyšší obsah radioaktivních prvků pro delší udržení teploty jádra.
- Studenější počáteční plášť.
Počkej, pomáhá studený start? Ano. Přehřátý plášť prudce vybuchne najednou a uvolní plyn, který je okamžitě smeten pryč záblesky novorozené hvězdy. Plášť chladiče je zadržen. Ona čeká. Když se hvězda uklidní a její záblesky utichnou, planeta konečně uvolní svůj plyn. V tomto okamžiku je prostředí dostatečně stabilní, aby se atmosféra uchytila.
Život na světech bez atmosféry?
Znamená ztráta první atmosféry konec hry? Ne nutně.
I ďábel může dát atmosférickým planetám druhou šanci. Dopady komet a asteroidů mohou dodávat těkavé prvky, jako je vodík, kyslík a uhlík, ještě dlouho po zformování planety. Pokud k těmto dopadům dojde později během života hvězdného systému, mohou vytvořit novou atmosféru od nuly.
“Ačkoli menší planety čelí větším výzvám… náš model naznačuje, že by u nich mohla vzniknout atmosféra,” napsal Hill.
Neměly by být okamžitě odepsány. Skalnatý svět o velikosti Marsu, který byl po miliardu let poničen nárazy, se možná právě probouzí, aby nabral druhý dech.
Pohled do budoucnosti
Model ukazuje na nové cíle. Červení trpaslíci. Tyto chladné, malé hvězdy tvoří 75 % naší galaxie. Hvězdy jako TRAPPIST-1 mají ve své obyvatelné zóně několik skalnatých světů. Jejich šero usnadňuje dalekohledům, jako je JWST, detekovat atmosférické filtry během planetárních tranzitů.
Budoucí simulace budou také studovat přílivově uzamčené planety. Světy, kde jedna strana vždy směřuje ke hvězdě. Kde slapové síly podporují vnitřní seismickou aktivitu, podobně jako na Jupiterově měsíci Io.
Hledání mimozemského života se mění. Už nehledáme jen pozemská dvojčata. Hledáme odolné přeživší. Planety velikosti Marsu. Uhlíkové smolařky. Světy bez atmosféry, čekající na další velký dopad.
Vesmír je chaotický. Život možná nepotřebuje jeviště o velikosti Země, aby mohl předvést svůj výkon. Možná jen potřebuje dostatečnou gravitaci, aby závěs neodfoukl.
