Um planeta gigante gasoso único na zona habitável não muito quente, não muito frio em torno de sua estrela - onde a Terra e Marte residem correspondentemente - pode hospedar várias luas habitáveis. Neste ponto, no início de nossa busca por exoplanetas, a maior parte dos mundos que temos encontrado na zona habitável são gigantes, e não das terras. É possível que o primeiro lugar habitado descobrimos fora do nosso Sistema Solar será uma lua.
É esse tipo de consideração que inspira Rene Heller, um pós-doutorado em astronomia naUniversidade McMaster , em Ontário, Canadá. Ele estuda como "exoluas" poderia formar, o que pode ser e como podemos detectá-los com instrumentos astronômicos atuais ou futuras. A maior parte de seu trabalho lida com aferição da habitabilidade do exoluas, que é um pouco mais complicado do que cenários planetários, porque eles orbitam um outro corpo além de sua estrela.
Um novo papel por Heller e seu colega Rory Barnes , da Universidade de Washington e da Planetary Laboratory Virtual NASA analisa a forma como o calor que emana de um exoplaneta recém-formado, juntamente com a irradiação de estrela do sistema solar, pode assar luas do planeta.Antes que o planeta esfria suficientemente, as suas luas que orbitam perto-poderia perder toda a água, deixando-os completamente seco e estéril.
"Habitabilidade de um exolua é, naturalmente, limitada pela sua localização na zona habitável estelar, mas também tem uma segunda fonte de calor - seu planeta anfitrião - que tem de ser explicada", disse Heller, cujo papel foi aceito para publicação no The International Journal of Astrobiology. "Com relação a este segundo fonte, nosso estudo mostra que a curta distância, a iluminação de planetas gigantes jovens e quentes podem tornar suas luas inabitável."
Os investigadores acreditam que as luas poderia servir como moradas adequadas para a vida tão bem como planetas. Mesmo luas muito além da zona habitável, como a Europa de Júpiter e Titã de Saturno, oferecer sugestões tentadoras de potenciais habitabilidade graças ao oceano subterrâneo na antiga ea química orgânica intrigante dos últimos. Ainda assim, uma lua em torno de um exoplaneta na zona habitável permanece como uma muito melhor aposta para a vida do que esses candidatos frias.
As descobertas de Heller sugerem que devemos ter cuidado, no entanto, antes de declarar que um do tamanho da Terra, habitável zona exolua é uma Pandora da vida real - a lua exuberante da fama de ficção científica em "Avatar". Antes de assumir uma exolua é habitável com base na localidade de seu planeta hospedeiro, atuais e conjectura distâncias orbitais últimos da lua terá de ser avaliada.
"Exoluas do tamanho da Terra que poderá em breve ser detectados por nossos telescópios podem ter sido dessecados logo após a formação e ainda ser seco hoje", disse Heller. "Na avaliação de habitabilidade de uma lua, é fundamental considerar a sua história juntamente com a de seu planeta hospedeiro."
Luas são geralmente pensados para surgir muito parecido com planetas fazer, aos poucos, o que é.No disco de material restante circundando uma estrela após o seu nascimento, os planetas agregar como pedaços colidem e se fundem em corpos cada vez maiores. Como sua massa e gravidade crescer em conjunto, os planetas em desenvolvimento semelhante atrair seus próprios mini-discos de gás e poeira. Detritos dentro deste disco secundário, em seguida, se aglutina em luas.(Notavelmente, a nossa Lua se destaca como uma exceção, provavelmente criada por um impacto gigante de um ur-Terra por outro pedaço proto-planetário considerável.)
Tudo isso deixar de funcionar sobre gera uma grande quantidade de calor. Corpos planetários e lunares recém nascidos devem, portanto, ser bastante tostado. No entanto mundos rochosos pode ser capaz de manter um reservatório de água, ou tê-lo ser repostos cedo (ou mais tarde) em por impactos de cometas gelados.
Quando uma lua abre loja em torno de seu planeta influencia as chances de pendurar em qualquer água inicial e permitindo que a vida de uma oportunidade sem confiar a fortuna do futuro de água de cometas. De acordo com modelos de formação, os satélites de tamanho significativamente devem formar entre cerca de cinco e 30 raios planetários, ou larguras meio planeta, a partir de seu planeta hospedeiro. Quatro maiores luas de Júpiter, apelidado de luas de Galileu , se encaixam nesse perfil: Io orbita em 6,1 Júpiter raios ; Europa, 9,7; Ganimedes, 15,5, e Callisto guincha em pelo 27 Júpiter raios. A maior lua de Saturno, Titã, faz a sua casa, a uma distância de 21,3 raios em Saturno.
Em seu novo papel, bem como várias obras anteriores, Heller e Barnes têm procurado descobrir o quão perto está perto demais para uma exolua para manter a água em estado líquido em sua superfície. Este limite orbital interna eles chamam de "borda habitável." Luas dentro dele receber um excesso de energia térmica a partir de duas fontes principais: em primeiro lugar, a flexão da lua, chamado aquecimento de maré, causada por interações gravitacionais com seu hospedeiro planetária, e em segundo lugar, a partir de iluminação extra do planeta.
O aumento da temperatura em um mundo aquático podem provocar o que é conhecido como efeito estufa. A água evapora-se devido ao calor. Resultando vapor de água é particularmente bom em reter o calor. Em um ciclo de feedback positivo, este calor aprisionado pode levar a evaporação da água a um ritmo mais rápido do que o arrefecimento e condensação pode restaurá-lo de volta à forma líquida. Com o tempo, todo o abastecimento de água do mundo pode acabar como um gás quente. Este gás é quebrada pela luz solar em oxigênio e hidrogênio constituinte. Este último, o elemento mais leve, pode escapar para o espaço, eo mundo torna-se desidratado.
Órbitas, no entanto, não são fixas as coisas, onde uma lua órbitas hoje pode não ser o lugar onde ele inicialmente formado e existe há muitos milhões de anos. As forças de maré que acabamos de mencionar costumam trabalhar para empurrar lentamente a lua para uma órbita mais ampla ao longo do tempo. Assim, a localização das luas hoje observado devem ser tomadas com um grão de sal - embora aparecendo "seguro", agora, seu passado poderia tê-los deixado ressecada.
"Luas que estão fora da borda habitáveis hoje, e, assim, aparentemente habitável, pode ter sido uma vez dentro da borda habitável e se tornar seco e inabitável", disse Heller.
Com estas considerações em mente, Heller e Barnes começou a criar um modelo de um dueto gigante Lua e gás potencialmente habitável. As luas modelo em seu estudo propositalmente não são como qualquer coisa que tenhamos no Sistema Solar. Para ser amplamente habitável, independentemente de considerações de ponta habitáveis, uma lua deve possuir uma certa massa mínima, o mesmo que um planeta potencialmente habitável. Um mundo habitável deve ser grande o suficiente para reter uma atmosfera gravitacionalmente e gerar um campo magnético de protecção de uma fusão, girando núcleo de ferro.
Este ponto de corte habitabilidade massa é pensado para ser, pelo menos, a de Marte, ou 10 por cento da massa da Terra. Para efeito de comparação, a maior lua do nosso sistema solar, Ganimedes, é um mísero um quadragésimo da massa da Terra. Dito isso, vários estudos têm indicado que planetas gigantes gasosos muito maiores do que Júpiter deve gerar satélites comparativamente super-dimensionados.
Os pesquisadores nesse sentido foi com um "monstro" de Júpiter, um planeta Jovian 13 vezes a massa de Júpiter, como seu modelo planeta hospedeiro. A 13 de massa de Júpiter é tão grande como um planeta pode chegar, os cientistas pensam que, antes de entrar em anã marrom ou "estrela falhada" território, em tal caso, o planeta iria emitir maneira muito calor para a maioria dos exoluas a ter um oração de ser habitável.
Quanto luas testes hipotéticos no estudo, Heller e Barnes foi com dois: um gêmeo da Terra, com o mesmo rockiness e massa, e um "super-Ganimedes," um corpo gelado com um quarto da massa da Terra.
Heller e Barnes, em seguida, colocado esses duos planeta-e-lua em seu modelo em duas distâncias orbitais diferentes de uma estrela como o sol. O primeiro local aproximado da Terra, cerca de 93 milhões de quilômetros, considerado mais quente até o final da zona habitável de uma estrela como o sol. O segundo lugar foi de 1,7 vezes mais longe, um pouco além da órbita de Marte, tomado aqui como o limite exterior da zona habitável.
O modelo também abordou a questão do aquecimento de maré. Luas (e planetas) pode ter órbitas ovais que balançam-los periodicamente mais perto de seu hospedeiro. Quanto mais "excêntrico", ou em forma de oval, tal órbita em balançar uma órbita em perto de seu planeta contribui para maiores graus de aquecimento de maré. Para esta parte do modelo, os pesquisadores optaram por quatro excentricidades orbitais diferentes para dar uma boa variedade de resultados.
Uma consideração numérica final foi a idade do sistema planeta-lua. Planetas gigantes mais jovens emitem mais calor do que versões antigas e resfriados-off de si mesmos. Então, três idades foram escolhidos: 100 milhões, 500 milhões e um bilião ano, com o último representa um sistema bastante evoluída.
Agora, com todos estes parâmetros em vigor, Heller e Barnes conectado a variável crítica de distância orbital das luas de planetas hipotéticos de acolhimento.
Para ambos os estilos de lua, como a Terra e super-Ganimedes-esque, uma distância orbital de Júpiter 10 raios ou menos seria uma má notícia para a vida. Um efeito estufa começaria com base na iluminação do planeta anfitrião sozinho por cerca de 200 milhões anos - período bastante razoável de tempo geológico e, certamente, o tempo suficiente para secar completamente fora da lua. Adicionar em raios do sol, e o intervalo de vaporização de água na Lua como a Terra dura há 500 milhões de anos. Para o super-Ganimedes, que é de 600 milhões.
Bump a distância lua hipotética de seu hospedeiro a um espaçoso 15 Júpiter raios ea imagem ainda não melhorar muito, de 200 milhões de anos ou mais ou menos de lua-de cozinhar ainda segue.Fora a 20 raios de Júpiter, a lua Earthlike é poupado um efeito estufa descontrolado, mas o super-Ganimedes ainda sofre aquecimento fora de controle por um par semelhante cem milhões anos span.
"A irradiação térmica de um planeta anfitrião super-Júpiter pode claramente ter uma grande influência sobre a habitabilidade de suas luas", disse Heller. "Dependendo da massa do planeta ea história da sua luminosidade, qualquer exolua descoberto hoje precisaria ter tido uma órbita suficientemente amplo para ter evitado a dessecação no passado agora."
Os resultados são um pouco conservador porque outras fontes de calor pode levar em consideração o suficiente para inclinar a balança. Exemplos incluem o calor latente no interior de uma lua nova que emana de forças de atrito e da pressão durante a sua formação. Além disso, a vida pode achar que é muito difícil conseguir ir antes mesmo de a temperatura subir o suficiente para lançar um efeito estufa - o terreno pode ser simplesmente muito quente.
Para uma lua árida, no entanto, as chances de dar à luz a vida não poderia ser perdida para sempre. Devido às perturbações gravitacionais, poderia migrar para além do bordo habitável. Uma vez lá, fora da zona de morte, cometas gelados pummeling poderia entregar vastas quantidades de água depois que o efeito estufa tem afrouxou. Um bombardeio de cometas é igualmente pensado para ter inundado a Terra vários milhões de anos após o seu exterior fundido resfriado a uma crosta dura, dando origem aos oceanos que permitem a vida do nosso planeta.
Assim, a mensagem geral do mais novo estudo de Heller é que passados 'exoluas como a Terra não pode ser ignorado. Quando estes mundos sejam identificados, será necessário realizar simulações orbitais sobre eles para tentar recolher as suas histórias. Os modelos de evolução orbital será complexa, responsável por efeitos gravitacionais entre o planeta ea lua, bem como as perturbações gravitacionais entre a Lua, outras luas, o planeta ea estrela. Juntamente com modelos de formação e resfriamento planetário, astrobiólogos espero que possa estimar melhor habitabilidade atual de um exolua.
Disse Heller: "É importante que nós faremos nosso melhor para olhar profundamente o passado de uma exolua, a fim de entender melhor se ele pode, eventualmente, suportar a vida extraterrestre."
The Daily Galaxy via Adam Hadhazy Astrobiology.com
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