Hur länge kan en stenig, Mars-liknande planet vara beboelig om den kretsar kring en röd dvärgstjärna? Det är en komplex fråga men en som NASA:s Mars Atmosphere and Volatile Evolution -uppdrag kan hjälpa till att svara på.

"MAVEN -uppdraget berättar att Mars förlorade betydande mängder av sin atmosfär med tiden, förändra planetens beboelighet, "sa David Brain, en MAVEN-medforskare och en professor vid Laboratory for Atmospheric and Space Physics vid University of Colorado Boulder. "Vi kan använda Mars, en planet som vi vet mycket om, som ett laboratorium för att studera steniga planeter utanför vårt solsystem, som vi inte vet mycket om ännu."

Vid American Geophysical Unions höstmöte den 13 december, 2017, i New Orleans, Louisiana, Hjärnan beskrev hur insikter från MAVEN -uppdraget kunde tillämpas på beboddheten av steniga planeter som kretsar kring andra stjärnor.

MAVEN har en serie instrument som har mätt Mars atmosfäriska förluster sedan november 2014. Studierna indikerar att Mars har förlorat större delen av sin atmosfär till rymden över tiden genom en kombination av kemiska och fysikaliska processer. Rymdfarkostens instrument valdes för att avgöra hur mycket varje process bidrar till den totala flykten.

Under de senaste tre åren, solen har gått igenom perioder med högre och lägre solaktivitet, och Mars har också upplevt solstormar, soluppblåsningar och koronala massutstötningar. Dessa varierande förhållanden har gett MAVEN möjlighet att observera hur Mars atmosfäriska flykt blir vred upp och ringt ner.

Brain och hans kollegor började fundera på att tillämpa dessa insikter på en hypotetisk Mars-liknande planet i omloppsbana runt någon typ av M-stjärna, eller röd dvärg, den vanligaste klassen av stjärnor i vår galax.

Forskarna gjorde några preliminära beräkningar baserade på MAVEN-data. Som med Mars, de antog att denna planet kan vara placerad vid kanten av den beboeliga zonen av sin stjärna. Men eftersom en röd dvärg är mörkare överlag än vår sol, en planet i den beboeliga zonen skulle behöva kretsa mycket närmare sin stjärna än Merkurius är solen.

Ljusstyrkan hos en röd dvärg vid extrema ultravioletta (UV) våglängder i kombination med den nära omloppsbanan skulle innebära att den hypotetiska planeten skulle träffas med cirka 5 till 10 gånger mer UV-strålning än den verkliga Mars gör. Det ökar mängden tillgänglig energi för att driva processerna som är ansvariga för atmosfärisk flykt. Baserat på vad MAVEN har lärt sig, Brain och kollegor uppskattade hur de individuella flyktprocesserna skulle reagera på att UV-strålningen skruvades upp.

Deras beräkningar indikerar att planetens atmosfär kan förlora 3 till 5 gånger så många laddade partiklar, en process som kallas jonflykt. Cirka 5 till 10 gånger fler neutrala partiklar kan förloras genom en process som kallas fotokemisk flykt, som händer när UV-strålning bryter isär molekyler i den övre atmosfären.

Eftersom fler laddade partiklar skulle skapas, det skulle också bli mer sputtering, en annan form av atmosfärisk förlust. Sputtring sker när energirika partiklar accelereras in i atmosfären och slår runt molekyler, sparkar ut några av dem i rymden och skickar andra att krascha in i sina grannar, som en köboll gör i ett spel biljard.

Till sist, den hypotetiska planeten kan uppleva ungefär samma mängd termisk flykt, även kallad Jeans escape. Termisk flykt sker endast för lättare molekyler, såsom väte. Mars förlorar sitt väte genom termisk flykt på toppen av atmosfären. På exo-Mars, termisk flykt skulle bara öka om ökningen av UV -strålning skulle driva mer väte till toppen av atmosfären.

Sammanlagt, uppskattningarna tyder på att kretsar kring kanten av den beboeliga zonen för en tyst stjärna av M-klass, istället för vår sol, kan förkorta den beboeliga perioden för planeten med en faktor på cirka 5 till 20. För en M-stjärna vars aktivitet förstärks som en Tasmanian djävul, den beboeliga perioden kan minskas med en faktor på cirka 1, 000 — reducerar det till bara ett ögonblick i geologiska termer. Enbart solstormarna skulle kunna zap planeten med strålningsutbrott tusentals gånger intensivare än den normala aktiviteten från vår sol.

Dock, Brain och hans kollegor har övervägt en särskilt utmanande situation för beboelse genom att placera Mars runt en stjärna i M-klass. En annan planet kan ha några förmildrande faktorer - till exempel aktiva geologiska processer som fyller atmosfären till en viss grad, ett magnetfält för att skydda atmosfären från att skala av stjärnvinden, eller en större storlek som ger mer tyngdkraft att hålla i atmosfären.

"Bostad är ett av de största ämnena inom astronomi, och dessa uppskattningar visar ett sätt att utnyttja det vi vet om Mars och solen för att hjälpa till att fastställa faktorerna som styr om planeter i andra system kan vara lämpliga för liv, "sa Bruce Jakosky, MAVENs huvudutredare vid University of Colorado Boulder.