惑星のサイズは、居住性にとっても重要です。

Send

居住可能と見なされるためには、惑星に液体の水が必要です。生命の最小単位である細胞は、その機能を果たすために水を必要とします。液体の水が存在するためには、惑星の温度が正しい必要があります。しかし、惑星のサイズはどうですか？

十分な質量がないと、惑星はその水を保持するのに十分な重力がありません。新しい研究は、サイズが惑星がその水を保持する能力にどのように影響するか、そして結果として、その居住性にどのように影響するかを理解しようとします。

惑星を居住可能にするものの問題は、進行中の議論です。太陽系外惑星だけでなく、私たち自身の太陽系の未来のいくつかの月にも。科学者たちは、液体の水を維持するために惑星がその星からどれだけのエネルギーを受け取る必要があるかについてかなり良い考えを持っています。これは、「ゴルディロックスゾーン」という一般的な概念、つまり、星に近すぎたり遠すぎたりせず、液体の水が惑星に留まるのに適した距離であるという一般的な概念が生まれたためです。

ハビタブルゾーンでの太陽系外惑星の探索が急増しており、太陽系外惑星をより詳細に研究するためのより優れた望遠鏡と技術が得られるにつれて、科学者はどの惑星にリソースを観測するのに費やすかについてより多くの制約を必要としています。この論文が示すように、惑星の質量は有用なフィルターになる可能性があります。

新しい論文のタイトルは、「低重力の水界における大気の進化」です。 The Astrophysical Journalに掲載されています。主執筆者は、MITの大学院生であるConstantin W. Arnscheidtです。

その表面と大気に液体の水を維持するために、太陽系外惑星または太陽系外惑星は十分な質量を持たなければなりません。そして、生命が現れるのに十分な時間、水を保持しなければなりません。天文学者はそのために数十億年の大まかな数字を使います。

「人々が居住可能ゾーンの内側と外側の端について考えるとき、彼らはそれを空間的にしか考えない傾向があります。つまり、惑星が星にどれだけ近いかを意味します」と、この論文の最初の執筆者であるコンスタンティンアルンシャイトは述べました。「しかし、実際には、質量を含め、居住性には他にも多くの変数があります。惑星のサイズの観点から居住性の下限を設定することで、居住可能な太陽系外惑星と太陽系外惑星の継続的な狩猟に重要な制約が与えられます。」

居住可能ゾーンのサイズと範囲は、星によって異なります。赤い小人のような小さくてエネルギーの少ない星は、太陽のような大きな星よりも自分自身に近い居住可能ゾーンを作成します。これはよく理解されています。惑星が星から離れすぎている場合、水は凍結します。近すぎると、暴走温室効果が発生し、水が蒸気に変わり、沸騰して宇宙空間に入る可能性があります。

しかし、小さな低質量の惑星の場合、さらに多くのことが起こります。彼らは暴走温室効果に抵抗することができるかもしれません。

低質量の惑星が暖まるにつれて、大気は膨張します。周囲の惑星のサイズに比べて大きくなります。これには2つの効果があります。表面のサイズが大きくなると、大気が以前よりも多くのエネルギーを吸収できることと、以前よりも多くのエネルギーを放射できることを意味します。

研究者によると、これの全体的な結果は、膨張した大気が暴走する温室効果を失速させ、表面の液体の水を維持できるということです。つまり、彼らは水を失うことなく星に近づくことができ、それによってより小さな太陽系外惑星のためにゴルディロックスゾーンを拡大します。

もちろん限界があります。低質量の惑星が小さすぎると、重力が不十分になり、大気が取り除かれ、水も一緒に取り除かれるか、表面で凍結されます。それは人生の見通しが暗いことを意味します。研究者は、惑星が居住可能であるために重要な下限があると言います。つまり、惑星の居住性を決定する星の近くにバンドがあるだけでなく、サイズにも制限があります。

簡単に言えば、たとえゴルディロックスゾーンにいても、惑星は小さすぎて居住できない場合があります。

アルンシャイトおよび研究の他の著者によると、その臨界サイズは地球の質量の2.7％です。彼らはそれよりも小さいと言います、そして惑星は単に生命が現れるのに十分長い間その大気と水を保持することができないでしょう。コンテキストでは、月は地球の質量の1.2％で、水星は5.53％です。

研究者たちは、例として彗星のような惑星を使用しています。彗星にはたくさんの水があり、太陽に近づくと昇華します。しかし、それらはその蒸気を保持するために必要な質量を欠いており、決して大気を形成することはできません。水は宇宙に失われます。したがって、水がたくさんあったとしても、小さすぎる惑星は、それを保持することはできません。

研究者らは、モデルを使用して、2つの異なるタイプの星の周りの低質量惑星の居住可能ゾーンを推定しました。M型または赤い矮星と、太陽のようなG型星です。

彼らはまた、私たち自身の太陽系における居住性の別の長年の問題を解決したかもしれません。木星の衛星であるガニメデ、カリスト、エウロパには、氷の層の下に閉じ込められた液体の水がたくさんあります。天文学者たちは、太陽がその恒星の将来のある時点でより多くのエネルギーを放射するとき、彼らが居住可能であるかどうか疑問に思いました。しかし、著者の研究によると、たとえ十分に暖かくなっても、その水をつかむための質量が不足しています。ガニメデは地球の質量2.5％で接近しますが、「彗星のよう」になり、宇宙にすべての水を失うほど十分に小さいです。

「低質量の水界は、生命を探す上で魅力的な可能性であり、この論文では、それらの行動が地球のような惑星の行動とどのように異なるかを示しています」と、環境科学および工学の准教授であるロビンワーズワースは述べています。 SEASおよび研究の上級著者。「このクラスのオブジェクトの観測が可能になったら、これらの予測を直接テストしてみるとわくわくします。」

研究者たちは彼らの研究においていくつかの必要な仮定をしました。彼らは彼らの低質量世界の大気は純粋な水蒸気であると仮定しました。彼らはまた、水が惑星の質量の40％に固定されていると仮定しました。また、CO2循環、雲量、海洋化学など、他の特定の要因も無視しました。彼らの作業のこの段階では、モデル化するには変数が多すぎます。

著者はまた、太陽系外惑星ではなく、居住可能な太陽系外惑星のアイデアについても述べています。他の太陽系では、月は惑星よりも住みやすい可能性が高いと考えられます。その場合、潮汐力などの他の要因が影響します。これは、M型の星や赤い矮星の周りで特に当てはまる可能性があります。これは、これらの低エネルギー星の周りの居住可能ゾーンが、私たちの太陽のようなGタイプの星の周りよりもすでに星にはるかに近いためです。エキソムーン、その惑星、および星の重力の組み合わせにより、居住性が完全になくなる可能性があります。

彼らはまた、居住性に影響を与える他のさまざまな要因のいくつかを認めています。たとえば、ガニメデのような月は小さすぎてモデルに住むことができないかもしれませんが、それらは、氷の厚い層によって水が逃げるのが妨げられている地下海での生活である可能性が非常に高いです。

居住性の判断に関しては、まだまだやるべきことがたくさんあります。著者が論文で述べているように、「さらなる作業では、流体力学的脱出のより複雑なモデルを検討することができます。」現在のところ、太陽系外惑星には多様性と複雑性がありますが、この研究はそのいくつかに取り組み始めています。