I denna konstnärs koncept, månen Ganymedes kretsar kring jätteplaneten Jupiter. Ett salt hav under månens isiga skorpa förklarar bäst förändringar i norrskensbälten som mäts med Hubble-teleskopet. Astronomer har länge undrat om Jupiters månar skulle vara beboeliga om strålningen från solen ökade. Kredit:NASA/ESA
I Den lilla prinsen , den klassiska novellen av Antoine de Saint-Exupéry, titulärprinsen bor på en asteroid i husstorlek som är så liten att han kan se solnedgången när som helst på dygnet genom att flytta sin stol några steg.
Självklart, I verkligheten, himmelska föremål som små kan inte bära liv eftersom de inte har tillräckligt med gravitation för att upprätthålla en atmosfär. Men hur liten är för liten för beboelighet?
I en färsk tidning, Harvard University forskare beskrev en ny, lägre storleksgräns för planeter för att behålla flytande ytvatten under långa tidsperioder, utvidga den så kallade beboeliga zonen eller "Goldilocks zone" för små, planeter med låg gravitation. Denna forskning utökar sökområdet efter liv i universum och belyser den viktiga atmosfäriska evolutionsprocessen på små planeter.
Forskningen publicerades i Astrofysisk tidskrift .
"När människor tänker på de inre och yttre kanterna av den beboeliga zonen, de tenderar att bara tänka på det spatialt, betyder hur nära planeten är stjärnan, " sa Constantin Arnscheidt '18, tidningens första författare. "Men faktiskt, det finns många andra variabler för beboelighet, inklusive massa. Att sätta en nedre gräns för beboelighet i termer av planetstorlek ger oss en viktig begränsning i vår pågående jakt på beboeliga exoplaneter och exomuner."
Rent generellt, planeter anses beboeliga om de kan upprätthålla flytande ytvatten (i motsats till fruset vatten) tillräckligt länge för att tillåta livets utveckling, konservativt cirka 1 miljard år. Astronomer jagar efter dessa beboeliga planeter inom specifika avstånd från vissa typer av stjärnor - stjärnor som är mindre, kallare och lägre massa än vår sol har en beboelig zon mycket närmare än större, hetare stjärnor.
Den inre kanten av den beboeliga zonen definieras av hur nära en planet kan vara en stjärna innan en skenande växthuseffekt leder till att allt ytvatten förångas. Men, som Arnscheidt och hans kollegor visade, denna definition gäller inte för små, planeter med låg gravitation.
Denna illustration visar den nedre gränsen för beboelighet i termer av planetmassa. Om ett föremål är mindre än 2,7 procent av jordens massa, dess atmosfär kommer att försvinna innan den någonsin har möjlighet att utveckla flytande ytvatten. Kredit:Harvard SEAS
Den skenande växthuseffekten uppstår när atmosfären absorberar mer värme som den kan stråla tillbaka ut i rymden, förhindrar planeten från att svalna och så småningom leder till ostoppbar uppvärmning som slutligen förvandlar dess hav till ånga.
Dock, något viktigt händer när planeterna minskar i storlek:när de värms upp, deras atmosfär expanderar utåt, blir större och större i förhållande till planetens storlek. Dessa stora atmosfärer ökar både absorptionen och strålningen av värme, gör det möjligt för planeten att bättre hålla en stabil temperatur. Forskarna fann att atmosfärisk expansion förhindrar planeter med låg gravitation från att uppleva en skenande växthuseffekt, så att de kan behålla flytande ytvatten medan de kretsar närmare sina stjärnor.
När planeterna blir för små, dock, de förlorar sin atmosfär helt och det flytande ytvattnet antingen fryser eller förångas. Forskarna visade att det finns en kritisk storlek under vilken en planet aldrig kan vara beboelig, vilket betyder att den beboeliga zonen inte bara begränsas till rymden, men också i planetstorlek.
Forskarna fann att den kritiska storleken är cirka 2,7 procent av jordens massa. Om ett föremål är mindre än 2,7 procent av jordens massa, dess atmosfär kommer att fly innan den någonsin har möjlighet att utveckla flytande ytvatten, liknande det som händer med kometer idag. För att sätta det i sitt sammanhang, månen är 1,2 procent av jordens massa och Merkurius är 5,53 procent.
Forskarna kunde också uppskatta de beboeliga zonerna för dessa små planeter runt vissa stjärnor. Två scenarier modellerades för två olika typer av stjärnor:en stjärna av G-typ som vår egen sol och en stjärna av M-typ efter en röd dvärg i stjärnbilden Lejonet.
Forskarna löste ett annat långvarigt mysterium i vårt eget solsystem. Astronomer har länge undrat om Jupiters isiga månar Europa, Ganymedes, och Callisto skulle vara beboelig om strålningen från solen ökade. Baserat på denna forskning, dessa månar är för små för att upprätthålla flytande ytvatten, även om de var närmare solen.
"Lågmassavattenvärldar är en fascinerande möjlighet i sökandet efter liv, och detta dokument visar hur olika deras beteende sannolikt kommer att vara jämfört med jordliknande planeter, sa Robin Wordsworth, docent i miljövetenskap och teknik vid SEAS och senior författare till studien. "När observationer för denna klass av objekt blir möjliga, det ska bli spännande att försöka testa dessa förutsägelser direkt."
