Якщо кам’яниста планета знаходиться в зоні зірки, схожої на Сонце, все виглядає ідеально. Рідка вода? Галочка. Чи правильна температура? Галочка. Але є каверза. Якщо планета занадто мала, вона зможе втримати повітря, необхідний підтримки життя.
Отже, наскільки маленькою вона може бути? Чи можна зменшити Землю, зберігши її оболонку, що дихає?
Планетолог із Каліфорнійського університету в Ріверсайді Мішель Хілл нещодавно провела моделювання, щоб відповісти на це запитання. Висновки виявилися нещадними: екзопланета має бути хоча б розміром із Марс, щоб підтримувати атмосферу протягом кількох мільярдів років, необхідних для зародження життя. Світи меншого розміру втрачають газ швидше, ніж здатні його заповнити.
Пастка населеної зони
Заселена зона – це ідеальна нерухомість для позаземного життя. Це вузька смуга навколо зірки, де температури дозволяють воді накопичуватися на поверхні у рідкому стані. Це також небезпечний район.
Близькість до зірки означає вплив зоряного вітру та інтенсивного випромінювання. Ці сили діють на атмосферу планети подібно до наждакового паперу. Чим ближче ви до зірки, тим дужче віє вітер. Чим тонша ваша атмосфера, тим легше її здує.
Хілл та її команда змоделювали планети земного типу різних розмірів, що обертаються у цих зонах. Вони хотіли точно визначити, коли планета стає надто крихітною, щоб протистояти такій зірковій ерозії.
Відповідь?
Планета, здатна підтримувати атмосферу, повинна мати в середньому 80% ширини Землі. Теоретично деякі можуть вижити за 60%, але тільки за певних, вдалих умов. Для астробіологів, які вивчають «безліч» відкритих екзопланет, ці дані служать фільтром. Часу на телескопах недостатньо, щоби перевірити кожного кандидата. Звуження кола пошуку стало не просто бажаним, а життєво необхідним.
Вулкани проти вітру
Модель команди, названа «Моделью проживання планет менше Землі», поводиться з цифровими планетами як із Землею. Ті самі пропорції ядра, мантії та кори. Та сама хімічна база. Потім вони змінювали змінні: більше вуглецю, різного розміру ядра, різної початкової температури.
Упродовж мільярдів років за домінування борються дві сили:
- Здування: Зірковий вітер і випромінювання видувають газ.
- Поповнення: Вулкани викидають газ (в основному CO₂) назад.
Маленькі планети програють цю битву.
У них слабша гравітація. Їхні магнітні поля тонші і пропонують менший захист від заряджених частинок. Їхні мантії остигають і твердіють швидше, рано зупиняючи вулканічний двигун. Коли вулкани замовкають, атмосфера не має запасного джерела. Вона зникає.
Щоб зберегти атмосферу на довгі терміни, планета зазвичай потребує порогу 80% радіусу Землі. Нижче цієї межі витоку перевищують можливості поповнення.
Вуглецева змінна
Це не повний вирок для малих світів. Модель показує, що планети розміром до 0,6 радіуса Землі можуть утримати атмосферу, якщо вони багаті вуглецем.
Діоксид вуглецю – важка молекула. Стелярному вітру важче забрати важкі молекули, ніж легкі. Чиста CO₂-атмосфера створює найкращі умови для утримання.
Але досягти цього важко. Таким малим багатим вуглецем світам необхідно:
- Більше великі мантії щодо їх ядер.
- Вищий вміст радіоактивних елементів для підтримки внутрішньої температури довше.
- Більше холодна початкова мантія.
Зачекайте, чи холодний старт допомагає? Так. Наднагріта мантія викидається violently відразу ж, викидаючи газ, який відразу ж змітають спалахи новонародженої зірки. Холодніша мантія стримується. Вона чекає. Коли зірка заспокоїться, а її спалахи вщухнуть, планета нарешті випускає газ. До цього моменту довкілля досить стабільне, щоб атмосфера закріпилася.
Життя на світах без атмосфери?
Чи означає втрату першої атмосфери кінець гри? Чи не обов’язково.
Навіть біс атмосферних планет може дати другий шанс. Удари комет і астероїдів можуть доставити леткі елементи, такі як водень, кисень і вуглець, довгий час після формування планети. Якщо ці удари відбуваються пізніше у житті зіркової системи, вони можуть створити нову атмосферу з нуля.
“Хоча менші планети стикаються з великими труднощами… наша модель передбачає, що вони можуть розвинути атмосферу”, – написала Хілл.
Їх не слід одразу списувати з рахунків. Кам’янистий світ розміром з Марс, битий ударами протягом мільярда років, може просто прокидатися для другого подиху повітря.
Погляд у майбутнє
Модель вказує на нові цілі. Червоний карлик. Ці холодні маленькі зірки становлять 75% нашої галактики. Зірки на кшталт TRAPPIST-1 мають кілька кам’янистих світів у зоні. Їхня тьмяність полегшує телескопам на кшталт JWST виявлення атмосферних фільтрів під час транзитів планет.
У майбутніх симуляціях також вивчатимуться приплив-замкнені планети. Світи, де одна сторона завжди звернена до зірки. Де приливні сили підтримують внутрішню сейсмічну активність, подібно до місяця Юпітера Іо.
Пошук позаземного життя змінюється. Ми більше не шукаємо просто двійників Землі. Ми шукаємо стійких людей. Планети розміром з Марс. Вуглецеві аутсайдери. Світи без атмосфери, що очікують на наступний великий удар.
Всесвіт безладний. Життя, можливо, не потрібна сцена розміром із Землю, щоб дати уявлення. Їй може знадобитися лише достатньо гравітації, щоб завіса не здула.
