Per essere considerato abitabile, un pianeta ha bisogno di acqua liquida. Le cellule, la più piccola unità della vita, hanno bisogno di acqua per svolgere le loro funzioni. Perché l'acqua allo stato liquido esista, la temperatura del pianeta deve essere corretta. Ma per quanto riguarda le dimensioni del pianeta?
Senza una massa sufficiente un pianeta non avrà abbastanza gravità per trattenere la sua acqua. Un nuovo studio cerca di capire come le dimensioni influenzino la capacità di un pianeta di trattenere l'acqua e, di conseguenza, la sua abitabilità.
La questione di cosa potrebbe rendere abitabile un pianeta è un dibattito in corso. Non solo per gli esopianeti, ma per alcune lune nel futuro del nostro Sistema Solare. Gli scienziati hanno un'idea abbastanza precisa di quanta energia un pianeta ha bisogno di ricevere dalla sua stella per mantenere l'acqua allo stato liquido. Ciò ha dato origine alla nozione popolare di ' Zona Riccioli d'Oro ', o la zona abitabile circumstellare, una gamma di prossimità che non è né troppo vicina né troppo lontana da una stella perché l'acqua liquida possa persistere su un pianeta.
Con l'aumento della ricerca di esopianeti in zone abitabili e con l'ottenimento di migliori telescopi e tecniche per studiare gli esopianeti in modo più dettagliato, gli scienziati hanno bisogno di maggiori vincoli su quali pianeti spendere per osservare le risorse. Come mostra questo articolo, la massa di un pianeta potrebbe essere un utile filtro.
Il nuovo documento si intitola “ Evoluzione atmosferica su mondi acquatici a bassa gravità .” È pubblicato su The Astrophysical Journal. L'autore principale è Constantin W. Arnscheidt, uno studente universitario al MIT.
Per mantenere l'acqua liquida sulla sua superficie e un'atmosfera, un esopianeta o un esomono deve avere una massa sufficiente, altrimenti quell'acqua e l'atmosfera semplicemente andranno alla deriva nello spazio. E deve trattenere la sua acqua abbastanza a lungo perché appaia la vita. Gli astronomi usano una cifra approssimativa di un miliardo di anni perché ciò accada.
'Quando le persone pensano ai bordi interni ed esterni della zona abitabile, tendono a pensarci solo spazialmente, il che significa quanto il pianeta è vicino alla stella', ha affermato Constantin Arnscheidt, primo autore dell'articolo. “Ma in realtà, ci sono molte altre variabili per l'abitabilità, inclusa la massa. Stabilire un limite inferiore per l'abitabilità in termini di dimensioni del pianeta ci dà un vincolo importante nella nostra continua ricerca di esopianeti ed esolune abitabili».
La zona 'Riccioli d'oro' attorno a una stella è dove un pianeta non è né troppo caldo né troppo freddo per supportare l'acqua liquida. Ma una nuova ricerca mostra che i pianeti non devono solo trovarsi nel giusto raggio di prossimità per essere considerati abitabili, ma devono avere una massa sufficiente. Illustrazione di Petigura/UC Berkeley, Howard/UH-Manoa, Marcy/UC Berkeley.
La dimensione e la portata della zona abitabile dipendono dalla stella. Una stella più piccola e meno energetica come una nana rossa crea una zona abitabile più vicina a se stessa rispetto a una stella più grande come il nostro Sole. Questo è ben compreso. Se un pianeta è troppo lontano dalla stella, l'acqua si congela. Troppo vicino, si verifica l'effetto serra incontrollato e l'acqua si trasforma in vapore e può evaporare nello spazio.
Ma per i pianeti piccoli e di massa inferiore, c'è dell'altro in corso. Potrebbero essere in grado di resistere all'effetto serra incontrollabile.
Quando un pianeta di massa inferiore si riscalda, l'atmosfera si espande. Diventa più grande rispetto alle dimensioni del pianeta che circonda. Ciò ha due effetti: l'aumento delle dimensioni della superficie significa che l'atmosfera può assorbire più energia di prima e può anche irradiare più energia di prima.
Il risultato complessivo di ciò, secondo i ricercatori, è che l'atmosfera espansa blocca l'effetto serra incontrollato e possono mantenere la loro acqua liquida superficiale. Ciò significa che possono essere più vicini alla loro stella senza perdere la loro acqua, espandendo così la zona di Riccioli d'oro per esopianeti più piccoli.
C'è un limite ovviamente. Se un pianeta di piccola massa è troppo piccolo, non avrà abbastanza gravità e l'atmosfera verrà strappata via e l'acqua verrà strappata via con essa o congelata in superficie. Ciò significa che le prospettive di vita sono scarse. I ricercatori affermano che esiste un limite inferiore critico per l'abitabilità di un pianeta. Ciò significa che non solo c'è una fascia di prossimità alla stella che determina l'abitabilità di un pianeta, c'è un limite di dimensione.
In poche parole, un pianeta può essere troppo piccolo per essere abitabile, anche se si trova nella zona di Riccioli d'oro.
Questa illustrazione mostra il limite inferiore per l'abitabilità in termini di massa di un pianeta. Se un oggetto è più piccolo del 2,7% della massa della Terra, la sua atmosfera fuggirà prima che abbia mai la possibilità di sviluppare acqua liquida in superficie (Illustrazione per gentile concessione di Harvard SEAS).
Quella dimensione critica, secondo Arnscheidt e gli altri autori dello studio, è il 2,7 percento della massa della Terra. Dicono che sia più piccolo di così, e il pianeta semplicemente non sarà in grado di trattenere la sua atmosfera e l'acqua abbastanza a lungo da far apparire la vita. Per il contesto, la Luna è l'1,2 percento della massa della Terra e Mercurio è il 5,53 percento.
I ricercatori usano come esempio pianeti simili a comete. Le comete hanno molta acqua, che sublima quando si avvicinano al Sole. Ma non hanno la massa necessaria per trattenere quel vapore e non possono mai formare un'atmosfera. L'acqua si perde nello spazio. Quindi un pianeta troppo piccolo, anche se avesse molta acqua, non lo tratterebbe mai.
I ricercatori hanno utilizzato modelli per stimare la zona abitabile del pianeta di piccola massa attorno a due diversi tipi di stelle: una stella di tipo M, o nana rossa, e una stella di tipo G come il nostro Sole.
Illustrazione artistica di un esopianeta e della sua luna in orbita attorno a una stella nana rossa. A cura della NASA/Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics/D. Aguilar – http://www.nasa.gov/sites/default/files/reddwarfplanet_cfa_full_1.jpg, dominio pubblico, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=31666101
Potrebbero anche aver risolto un'altra questione di vecchia data sull'abitabilità nel nostro Sistema Solare. le lune di Giove Ganimede , Callisto , e Europa tutti hanno molta acqua liquida, intrappolata sotto strati di ghiaccio. Gli astronomi si sono chiesti se sarebbero stati abitabili quando il Sole irradierà più energia ad un certo punto del suo futuro stellare. Ma secondo il lavoro degli autori, non hanno la massa per trattenere quell'acqua, anche se sono diventate abbastanza calde. Ganimede si avvicina, con il 2,5% di massa terrestre, ma è abbastanza piccolo da essere 'come una cometa' e perdere tutta la sua acqua nello spazio.
“Bassa massa mondi acquatici sono un'affascinante possibilità nella ricerca della vita, e questo articolo mostra quanto sia diverso il loro comportamento rispetto a quello dei pianeti simili alla Terra', ha affermato Robin Wordsworth, Professore Associato di Scienze e Ingegneria Ambientale presso SEAS e autore senior di lo studio. 'Una volta che le osservazioni per questa classe di oggetti saranno possibili, sarà emozionante provare a testare direttamente queste previsioni'.
A quanto pare, non solo la Terra è alla giusta distanza dal Sole per essere abitabile, ma anche il nostro pianeta è nel giusto intervallo di massa. Credito: NASA Goddard Space Flight Center
I ricercatori hanno fatto alcune ipotesi necessarie nel loro lavoro. Assunsero che l'atmosfera dei loro mondi di piccola massa fosse puro vapore acqueo. Hanno anche ipotizzato che l'acqua fosse fissata al 40% della massa del pianeta. Hanno anche ignorato alcuni altri fattori, come il ciclo della CO2, la copertura nuvolosa e la chimica dell'oceano. Ci sono semplicemente troppe variabili da modellare in questa fase del loro lavoro.
Gli autori affrontano anche l'idea di abitabile esolune piuttosto che esopianeti. È concepibile che in altri sistemi solari, le lune potrebbero avere maggiori probabilità di essere abitabili rispetto ai pianeti. In tal caso, entrano in gioco altri fattori, come le forze di marea. Questo potrebbe essere particolarmente vero in giro tipo M stelle o nane rosse. Questo perché la zona abitabile circumstellare attorno a queste stelle a bassa energia è già molto più vicina alla stella che intorno a a tipo G stella come il nostro Sole. Le forze gravitazionali combinate dell'exomoon, del suo pianeta e della stella potrebbero eliminare del tutto l'abitabilità.
Riconoscono anche alcuni dell'ampia varietà di altri fattori che influenzano l'abitabilità. Ad esempio, anche se le lune come Ganimede potrebbero essere troppo piccole per essere abitabili nel loro modello, la loro vita potrebbe benissimo essere nei loro oceani sotto la superficie, dove l'acqua non può fuoriuscire da uno spesso strato di ghiaccio.
C'è ancora molto lavoro da fare per quanto riguarda la determinazione dell'abitabilità. Come affermano gli autori nel loro articolo, 'Ulteriori lavori potrebbero prendere in considerazione modelli più complicati di fuga idrodinamica'. C'è più varietà e complessità negli esopianeti di quanto sappiamo in questo momento, ma questo studio inizia ad affrontarne alcune.
Di più:
- Comunicato stampa: Una zona di riccioli d'oro per le dimensioni del pianeta
- Documento di ricerca: Evoluzione atmosferica su mondi acquatici a bassa gravità
- Universo oggi: Quali zone abitabili sono le migliori per cercare effettivamente la vita?