Жизнь на экзопланетах: размеры имеют значение

Недавние исследования показывают, что для поддержания атмосферы, необходимой для жизни, экзопланеты должны быть не меньше Марса. Это открытие стало результатом работы группы ученых под руководством планетарного ученого Мишель Хилл из Университета Калифорнии в Риверсайде, которые смоделировали условия на разных размерах скалистых планет, находящихся в обитаемых зонах вокруг звезд, похожих на наше Солнце.

Уточнение поиска жизни

Обитаемая зона — это область вокруг звезды, где температуры подходят для существования жидкой воды на поверхности планеты. Однако это также трудное место для атмосфер экзопланет, так как близость к звезде увеличивает воздействие радиации и солнечного ветра, которые могут разрушать атмосферу. Хилл и ее коллеги исследовали, сколько времени потребуется скалистым планетам, похожим на Землю, различных размеров для потери атмосферы.

Исследование показало, что планета должна иметь хотя бы 80% размера Земли, чтобы поддерживать атмосферу в течение нескольких миллиардов лет. Однако теоретически планета может быть и 60% от размера Земли. Это открытие дает астробиологам возможность сосредоточиться на планетах, которые имеют наибольшие шансы на обитаемость.

Моделирование атмосферы и вулканов

Модель "Обитаемость меньше Земли" позволяет смоделировать судьбу атмосфер на цифровых версиях Земли. Некоторые из этих миров идентичны нашей планете, но меньшего размера, в то время как другие имеют различные пропорции углерода и размеров ядра. Модель учитывает, как быстро солнечный ветер и радиация удаляют газ из атмосферы, а также как быстро вулканы выбрасывают газ, в основном углекислый газ, чтобы восполнить его.

Исследования показали, что меньшие планеты теряют газ быстрее, чем вулканические извержения могут его восполнить, из-за меньшей силы тяжести и слабых магнитных полей. Это также связано с тем, что их мантии выделяют меньше вулканического газа со временем.

Меньшие планеты и их атмосферы

Изменяя некоторые параметры Земли, ученые смогли смоделировать планеты размером до 0.6 радиуса Земли, которые могут поддерживать стабильную атмосферу. Углерод оказался ключевым элементом: планеты с большим содержанием углерода в мантии выделяют больше углекислого газа во время извержений, что способствует сохранению атмосферы.

"Углекислый газ — это тяжелая молекула, которая может быть трудной для утечки", — отмечают Хилл и ее коллеги, подчеркивая, что это оптимальный сценарий для сохранения атмосферы.

Второй шанс для безвоздушных миров

Ученые также предполагают, что даже планеты, которые полностью потеряли свои первоначальные атмосферы, могут иметь шанс на восстановление. Кометы и астероиды, столкнувшиеся с такими планетами, могут доставить летучие элементы, такие как водород и кислород, которые могут образовать новые атмосферные газы.

"Хотя меньшие планеты сталкиваются с большими трудностями в удержании атмосфер, наша модель предполагает, что они могут развивать атмосферы при определенных условиях", — заключают исследователи.

Что дальше?

Будущие исследования с использованием модели "Обитаемость меньше Земли" могут сосредоточиться на планетах вокруг более мелких, холодных звезд, таких как красные карлики. Эти звезды составляют около 75% звезд в нашей галактике и могут облегчить наблюдения за атмосферой экзопланет с помощью телескопов, таких как космический телескоп Джеймса Уэбба. Исследователи также намерены изучить, что происходит с атмосферами на планетах, находящихся под воздействием приливных сил, что может помочь в понимании их обитаемости.

Исследования были опубликованы в журнале The Planetary Science Journal в июне.