"É Proxima de Alpha Centuari b habitável?" --Um Olhar profundo por Rory Barnes de Laboratório Planetário Virtual da NASA
Se a humanidade quer sobreviver para além do tempo de vida do nosso Sol, devemos deixar nosso Sistema Solar e viajar para as estrelas. Se Proxima b é habitável, então ele pode ser um lugar ideal para se mover. Talvez que acabamos de descobrir um lar futuro para a humanidade! Mas, a fim de saber ao certo, temos de fazer muito mais observações, executar muitos mais simulações de computador, e, esperançosamente, enviar sondas para executar o primeiro reconhecimento direta de um exoplaneta. Os desafios são enormes, mas Proxima oferece uma recompensa de possibilidades que me enche de admiração. Se habitável ou não, Proxima b oferece um novo olhar sobre como os planetas e apto a vida em nosso universo.
A descoberta de Proxima b é a maior descoberta exoplaneta desde a descoberta de exoplanetas. O planeta não é muito maior do que a Terra e reside na "zona habitável" do vizinho estelar mais próximo do Sol. Este planeta pode representar melhor chance da humanidade para procurar vida entre as estrelas. Mas é Proxima b habitável? É habitada? Estas perguntas são impossíveis de responder neste momento porque nós sabemos tão pouco sobre o planeta. No entanto, podemos extrapolar a partir dos mundos do nosso Sistema Solar, bem como empregar modelos teóricos de galáctico, estelar, e evolução planetária, para juntar cenários realistas para a história de Proxima b.
As possibilidades são variadas e dependem de fenômenos geralmente estudados pelos cientistas em campos que são considerados distintos, mas numa perspectiva integrada - uma perspectiva astrobiológicos - pode fornecer uma avaliação realista da possibilidade de que a vida poderia ter surgido e sobreviveu na exoplaneta mais próximo.
Como um astrobiologist e astrônomo da Universidade de Washington, e um membro do Virtual Planetary Lab da NASA, Roy Barnes investigou a habitabilidade de planetas orbitando anãs vermelhas por anos. Sua pesquisa envolve a construção de modelos computacionais que simulam como interiores planetários e ambientes evoluem, como as estrelas mudam com o tempo, e como as órbitas planetárias variar. A descoberta de Proxima b tem-me muito animado, mas sendo do tamanho da Terra e na zona habitável são apenas os primeiros dois requisitos para um planeta para suportar a vida, e a lista de requisitos é muito mais longo para planetas que orbitam anãs vermelhas que para estrelas como nosso Sol
Se Proxima b é de fato habitável, o que significa que possui água líquida ou mesmo habitada, ou seja, a vida está presente, então ele terá percorrido um caminho evolutivo muito diferente do que a Terra. Esta diferença é frustrante, em que ele vai fazer nossas interpretações iniciais desafiador, mas também emocionante, já que oferece a oportunidade de aprender como do tamanho da Terra planetas evoluir em nosso universo. Se Proxima b é um deserto estéril ou cheias de vida, estamos agora a embarcar em uma era sem precedentes da descoberta, que pode finalmente dar uma resposta a essa pergunta antiquíssima "Estamos sozinhos?".
O que fazer com Proxima b? É pelo menos a massa da Terra, e pode ser várias vezes mais massivo. Seu "ano" é pouco mais de 11 dias, e sua órbita pode ser circular ou significativamente alongado. A sua estrela hospedeira é de apenas 12% da massa de nosso Sol, 0,1% mais brilhante, e sabe-se a incendiar. Ela pode ser unida com as estrelas Centauri alfa A e B, 15.000 unidades astronómicas (UA) de distância, por sua atracção gravitacional mútua.
Todas as três estrelas contêm substancialmente mais elementos pesados do que o nosso Sol, mas sabemos muito pouco da composição da Proxima b, ou como se formou. Os novos dados apontam para a presença de um segundo planeta orbita no sistema com um período de cerca de 200 dias, mas a sua existência não pode ser comprovada no momento. Estes são os fatos que temos e com eles devemos deduzir se Proxima b sustenta a vida.
Proxima b foi detectada através do método da velocidade radial, o que não proporciona uma medida directa da massa do planeta, apenas uma massa mínima. Assim, a primeira pergunta que gostaríamos de responder é se a massa do planeta é baixa o suficiente para ser rochoso como a Terra. Se o planeta é muito maior, pode ser mais parecido com um envelope de Neptuno gasosa de espessura. Enquanto não sabemos onde a linha divisória entre exoplanetas rochosos e gasosos é, modelos de formação planetária e análises de planetas Kepler sugerem a transição é entre 5 e 10 vezes a massa da Terra. Apenas cerca de 5% das órbitas permitidas coloque a massa de Proxima b acima de 5 massas terrestres, por isso é muito provável que este planeta está na faixa rochosa.
A próxima pergunta a fazer é se o planeta realmente formado com água. Água é composto de hidrogênio e oxigênio, o primeiro e terceiro elementos mais comuns na galáxia, por isso, devemos esperar que seja em toda parte. Perto de estrelas, no entanto, onde Proxima b reside, a água é aquecida na sua fase de vapor, enquanto os planetas estão se formando, e, portanto, é difícil para os planetas para capturá-lo. Planetas que formam a distâncias maiores podem recolher mais água, por isso, se Proxima b formado mais longe e se mudou para a sua órbita atual posteriormente, é mais provável que seja rico em água.
Neste momento, nós não sabemos como o planeta se formou, mas três cenários parecem mais provável: 1) o planeta se formou onde é a partir de material principalmente locais; 2) o planeta se formou mais longe enquanto o disco de gás e poeira que deu origem ao sistema planetário ainda existia, e as forças de disco que levou o planeta à sua órbita presente; ou 3) o planeta se formou em outro lugar e algum tipo de instabilidade em todo o sistema reorganizados os planetas e b, em última instância chegou em sua órbita atual.
O primeiro método é como a Terra e Vénus formados, e assim por Proxima b podem ou não possuir água significativo se formada nesta maneira. O segundo método produz planetas que são muito ricos em água, porque a água é mais provável que seja, na sua fase de gelo mais distante para fora do disco e assim formando o planeta pode facilmente recolher-se. O terceiro método é inconclusiva quanto o planeta pode ter vindo de uma órbita interior e formado sem água ou mais longe e ser rico em água. Concluímos que é inteiramente possível que este planeta tem água, mas não podemos ter certeza.
Em seguida, vamos considerar as pistas das próprias estrelas. Os modelos de computador da evolução da nossa galáxia sugerem que as estrelas enriquecidas em elementos pesados, como Proxima não pode formar localmente (25.000 anos-luz do centro galáctico) como lá apenas não são suficientes elementos pesados disponíveis. Mas mais perto do centro da galáxia, onde a formação de estrelas tem sido mais vigoroso e transpirando por mais tempo, estrelas como Proxima são possíveis. Um trabalho recente descobriu que estrelas em nossa vizinhança solar local com composições como Proxima deve ter se formado, pelo menos, 10.000 anos-luz mais perto do centro da galáxia. Parece Proxima Centauri vagou através de nossa galáxia e esta história pode ter desempenhado um papel importante na evolução da Proxima b.
Os modelos de computador da evolução da Via Láctea sugerem Proxima Centauri se mudou para fora, pelo menos, 10.000 anos-luz de distância, onde se formou, mostrado pelo círculo laranja. O Sol ea Terra, provavelmente formada perto de onde eles orbitam hoje (círculo azul), que é onde encontramos Proxima Centauri, também.
A órbita em torno Proxima Centauri alfa A e B, assumindo que eles estão ligados gravitacionalmente, é grande em comparação com outros sistemas de múltiplos estrela. Na verdade, ele é tão grande que de A e B hold on Proxima é fraco e os efeitos da Via Láctea moldaram significativamente órbita da Proxima. A massa da Via Láctea como um todo faz com que a órbita da Proxima variar tanto em forma e orientação continuamente.
Proxima é também suscetível a encontros gravitacionais de passar estrelas que podem mudar sua órbita. Simulações recentes por Nate Kaib descobriram que estes dois efeitos muitas vezes pode levar a fechar passagens entre as estrelas em um sistema múltiplo estrela que interromper seus sistemas planetários. A ruptura é muitas vezes poderoso o suficiente para ejetar planetas do sistema e completamente reorganizar as órbitas dos planetas que permanecem.
Novas simulações por Russell Deitrick estão revelando que este cenário é uma preocupação real para Proxima, também; há uma probabilidade significativa de que em algum momento no passado, Proxima mergulhou em estreita suficiente para Alpha Centauri A e B para causar seu sistema planetário para quebrar, atirando irmãos de Proxima b para o espaço profundo. Se uma tal ruptura ocorreu, Proxima b pode não ter formado onde encontrá-lo hoje, porque sua órbita teriam sido afectados por esta interrupção.
Mesmo se Proxima não está ligado ao alfa Cen A e B, que parece estar a viajar com eles, e é muito provável que as estrelas formadas a partir da mesma nuvem de poeira e gás. Se eles formaram juntos, eles devem ter composições semelhantes e idades quase idênticos. Conectando suas idades é importante porque é muito difícil de medir as idades de estrelas de baixa massa como Proxima Centauri. Astrônomos pode estimar a idade de alfa Cen A via Sismologia, o estudo de "starquakes."
Estrelas maiores que o Sol vibrar com grandes amplitudes o suficiente para que o brilho flutuações podem ser observados e monitorização cuidadosa das pulsações podem revelar a idade de uma estrela. Um trabalho recente de Dr. Michael Bazot descobriu que Alpha Cen A é entre 3,5 e 6 bilhões de anos. Esta gama é maior do que gostaríamos, mas Proxima é certamente idade suficiente para suportar a vida, e Proxima b pode até ser sobre a mesma idade que a Terra!
Em seguida nos voltamos para pistas do sistema planetário Proxima Centauri. A grande maioria da energia utilizada pela vida na Terra vem de nosso Sol, e pequenas estrelas como Proxima pode produzir energia para trilhões de anos. A estrela hospedeira é quase tão pequeno como estrelas vêm, assim, para um planeta para receber tanta energia estelar como a Terra, Proxima b deve ser cerca de 25 vezes mais perto do que na Terra está do Sol. Esta distância é onde a zona habitável se encontra.
Enquanto Proxima é muito menos brilhante do que o Sol, ainda é uma explosão termonuclear, e, tudo o resto igual, a vida parece mais provável a distâncias maiores. E na verdade o close-em órbita não produz numerosos obstáculos que a vida na Terra não tem que superar. Estes incluem um longo tempo de formação para a estrela, rajadas curtas e enérgicas de energia em luz UV e raios-X, campos magnéticos fortes, manchas estelares maiores, maiores ejeções de massa coronal, e os efeitos das marés gravitacionais que causam propriedades de rotação para mudar e aquecimento por fricção na oceanos (se existirem) e ao interior rochoso.
A história da evolução brilho da Proxima tem sido lento e complicado. modelos de evolução estelar todos prevêem que para os primeiros mil milhões de anos Proxima lentamente esmaecido ao seu brilho atual, o que implica que, para sobre o primeiro trimestre de um bilhão de anos, a superfície de Proxima b teria sido demasiado quente para condições semelhantes à Terra. Como Rodrigo Luger e Barnes mostrou recentemente, tivemos a nossa Terra moderna sido colocado em tal situação, ele teria se tornado um mundo Venus-like, em um estado de estufa que pode destruir toda a água primordial do planeta. Esta desidratação pode ocorrer porque as ligações moleculares entre hidrogênio e oxigênio em água pode ser destruído na atmosfera superior pela radiação da estrela, e hidrogênio, sendo o mais leve dos elementos, pode escapar da gravidade do planeta. Sem hidrogênio, não pode haver nenhuma água, e o planeta não é habitável. Escapar ou evitar esse estufa precoce é o maior obstáculo para as chances de Proxima b para sustentar a vida.
Figura 2: zona habitável da Proxima Centauri se mudou para o interior, uma vez que formados, o que pode significar que o planeta b perdeu sua água pouco depois de formado, quando o sistema foi 1-10 milhões de anos. A zona habitável, mostrado em azul, não chegar à órbita de planeta b até quase 200 milhões de anos depois de formado. Este brilho precoce pode ser o maior obstáculo para a vida ter ganhado uma posição sobre Proxima Centauri b.
Como a estrela escurece, o processo de destruição de água pára, e dessecação tão total não é inevitável. Se um pouco de água permanece, a atmosfera também podem conter grandes quantidades de restos de oxigênio da destruição vapor de água. Apesar de ter grandes quantidades de água e oxigênio pode soar como uma boa receita para a vida, é quase certo que não é. O oxigénio é um dos elementos mais reactivos, e a sua presença na atmosfera de novo Proxima b provavelmente impedir o desenvolvimento de moléculas de pré-bióticos que requerem condições com pouco oxigénio para formar. A vida na Terra formada quando nenhum oxigênio estava presente, ea fotossíntese produzido finalmente oxigênio suficiente para que ele se torne um componente importante da nossa atmosfera.Note-se que a destruição de apenas um pouco de água leva à possibilidade bastante surpreendente que o planeta poderia possuir oceanos e uma atmosfera rica em oxigênio, mas tem sido incapaz de suportar a vida!
Outra possibilidade intrigante é que Proxima b começou mais como Netuno e o brilho cedo e queima erodido um ambiente rico em hidrogênio para revelar um Proxima habitável abaixo. Tal mundo foi investigada por Rodrigo Luger, Barnes e outros, e verificou-se ser uma via viável para evitar a dessecação total.Essencialmente, a atmosfera de hidrogénio protege a água. Se Proxima b formado com cerca de 0,1-1% de sua massa em um envelope de hidrogênio, o planeta perderia a hidrogênio, mas não a sua água, potencialmente emergindo como um mundo habitável depois que a estrela atingiu o seu brilho atual.
Esta ampla gama de possíveis caminhos evolutivos apresenta um desafio assustador como imaginamos usando telescópios espaciais e terrestres para procurar vida na atmosfera de Proxima b. Quase todos os componentes de uma marca atmosfera sua presença em um espectro, então com o nosso conhecimento das possíveis histórias deste planeta, podemos começar a desenvolver instrumentos e planejar observações que identificar as diferenças críticas.
Por exemplo, a altas pressões suficientes, as moléculas de oxigénio pode ligar-se momentaneamente um ao outro e produzir uma característica observável em um espectro. Fundamentalmente, as pressões necessárias para ser detectável são grandes o suficiente para discriminar entre um planeta com muito oxigênio, e um com apenas a quantidade certa para a vida. À medida que aprendemos mais sobre o planeta e o sistema, podemos construir uma biblioteca de espectros possível a partir da qual para determinar quantitativamente a probabilidade de que a vida existe em Proxima b.
Enquanto o brilho inicial da estrela hospedeira é o maior impedimento para a vida, outras questões também são importantes. Uma das preocupações originais para a habitabilidade de planetas orbitando anãs vermelhas foi que eles se tornariam "tidally bloqueado", o que significa que um hemisfério enfrenta permanentemente a estrela hospedeira. Este estado é semelhante à rotação da Lua, em que as mesmas forças de maré que aumentam ondas no nosso oceano causaram a Lua para mostrar apenas uma face à Terra. Porque é tão perto da sua estrela, Proxima b podem estar neste estado, dependendo da forma de sua órbita.
Durante décadas, os astrônomos estavam preocupados que tal planeta tidally bloqueado seria inabitável porque acreditavam que a atmosfera seria congelar e cair para a superfície do lado permanentemente escuro. Essa possibilidade é agora visto como muito improvável, porque os ventos na atmosfera vai transportar a energia ao redor do planeta e manter o calor suficiente na parte de trás para evitar que esse congelamento fora. Assim, na medida em que está em causa a estabilidade atmosférica, rotação sincronizada não é uma preocupação para a habitabilidade potencial deste planeta.
Embora rotação sincronizada não é muito perigoso para a vida, é possível que as marés para fornecer grandes quantidades de energia para a atmosfera do planeta e interior. Esta energia é muitas vezes chamado "aquecimento de maré" e é um resultado da deformação do planeta devido a alterações na força gravitacional da estrela hospedeira através diâmetro do planeta. Por exemplo, se o planeta é sobre uma órbita elíptica, quando é mais próxima da estrela, que se sente gravidade mais forte do que quando ela está mais longe. Esta variação fará com que a forma do planeta para alterar, e essa deformação pode causar fricção entre as camadas no interior do planeta, produzindo calor.
Em casos extremos, aquecimento de maré poderia desencadear o aparecimento de uma estufa como o que dessecada Venus, independente da luz das estrelas.Proxima b não é susceptível de estar nesse estado, mas o aquecimento de maré poderia ainda ser muito forte, causando erupções vulcânicas contínuas como na lua de Júpiter Io, e / ou levantar ondas enormes do mar. Com base nas informações que temos agora, não sabemos a magnitude do aquecimento de maré, mas devemos estar conscientes disso e explorar suas implicações.
, explosões da estrela hospedeira curtos de alta energia, chamados flares, também são uma preocupação bem conhecido para a vida de superfície em planetas de anãs vermelhas. Flares são erupções de pequenas regiões das superfícies das estrelas que causam breves (horas ou dias) aumenta de brilho.Crucialmente, alargamentos emitem rajadas de prótons com carga positiva, que foram mostradas por Antigona Segura e seus colegas para esgotar Ozonosfera que podem proteger a vida da luz UV de alta energia prejudicial.
flares Proxima muito mais frequentemente do que o nosso Sol e Proxima b é muito mais perto de Proxima que a Terra está do Sol, de modo Proxima b é provável que tenha sido submetida a bombardeios repetidos. Se a atmosfera poderia desenvolver um escudo robusto para estas erupções, tais como um campo magnético forte que, em seguida, queima pode ser sem importância.Alternativamente, se ela existe sob a poucos metros de água. Portanto, alargamentos não deve ser considerado fatal para a vida na Proxima b.
A preocupação com a queima naturalmente leva à questão de saber se o planeta realmente tem um campo magnético protetor como o da Terra. Durante anos, muitos cientistas estavam preocupados que tais campos magnéticos seria improvável em planetas como Proxima b porque rotação sincronizada impediria sua formação. O pensamento foi que os campos magnéticos são gerados por correntes elétricas que se deslocam no núcleo planetário, e do movimento de partículas carregadas necessários para criar estas correntes foi causado pela rotação planetária. Um mundo de rotação lenta pode não transportar as partículas carregadas no núcleo rapidamente o suficiente para gerar um campo magnético forte o suficiente para repelir as chamas, e, portanto, planetas nas zonas habitáveis de M anões não têm atmosferas.
No entanto, pesquisas mais recentes tem mostrado que os campos magnéticos planetários são efectivamente suportado por convecção, um processo pelo qual o material quente no centro do núcleo sobe, arrefece, e, em seguida, retorna.Rotação ajuda, mas o Dr. Peter Driscoll e eu recentemente calculou que a convecção é mais do que suficiente para manter um forte campo magnético por bilhões de anos em um planeta tidally bloqueado e tidally aquecida. Assim, é perfeitamente possível que Proxima b tem um forte campo magnético e pode desviar flares.
Então é Proxima b habitável? A resposta curta é "É complicado." Nossas observações são poucos, e o que nós sabemos permitem uma variedade estonteante de possibilidades. Será que Proxima b mover do outro lado da galáxia? Será que suportar uma instabilidade planetária-de todo o sistema que lançou seus planetas irmãos para o espaço profundo e mudou sua órbita? Como foi lidar com o início de alta luminosidade da sua estrela hospedeira? Do que isso é feito? Será que ele começa como um planeta Netuno-like e, em seguida, tornar-se parecido com a Terra? Tem sido implacavelmente bombardeados com flares e ejeções de massa coronal? É tidally aquecida em um estado Io-like (ou pior)? Estas questões são centrais para desbloquear habitabilidade potencial da Proxima e determinar se o nosso vizinho galáctico mais próximo é um deserto inóspito, um planeta habitado, ou de um futuro lar para a humanidade.
O último ponto não é tão retórico como pode parecer. Desde toda a vida requer uma fonte de energia, é lógico que, a longo prazo - e refiro-me o termo loooong - planetas como Proxima b podem ser as casas ideais para a vida. Nosso Sol vai queimar em apenas 4 bilhões de anos, mas Proxima Centauri vai queimar por 4 trilhões mais. Além disso, se um "planeta c" existe e perturba um pouco a órbita de b, aquecimento de maré poderia fornecer energia modesto para o interior do b indefinidamente, fornecendo o poder de manter um ambiente estável.
O Galaxy diário via PaleRedDot.org
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