Để được coi là có thể ở được, một hành tinh cần phải có nước lỏng. Các tế bào, đơn vị nhỏ nhất của sự sống, cần nước để thực hiện các chức năng của chúng. Để nước lỏng tồn tại, nhiệt độ của hành tinh cần phải đúng. Nhưng làm thế nào về kích thước của hành tinh?
Không có khối lượng đủ, một hành tinh giành chiến thắng có thể có đủ lực hấp dẫn để giữ nước. Một nghiên cứu mới cố gắng hiểu làm thế nào kích thước ảnh hưởng đến khả năng của một hành tinh giữ nước và kết quả là khả năng cư trú của nó.
Vấn đề về những gì có thể làm cho một hành tinh có thể ở được là một cuộc tranh luận đang diễn ra. Không chỉ đối với các ngoại hành tinh, mà còn đối với một số mặt trăng trong tương lai Hệ mặt trời của chúng ta. Các nhà khoa học có một ý tưởng khá hay về việc một hành tinh cần nhận bao nhiêu năng lượng từ ngôi sao của nó để duy trì nước lỏng. Điều đó đã dẫn đến khái niệm phổ biến về Vùng Gold Goldocks, khu vực hay khu vực sinh sống hoàn cảnh, một phạm vi gần mà không quá gần cũng không quá xa so với một ngôi sao để nước lỏng tồn tại trên một hành tinh.
Với việc tìm kiếm các ngoại hành tinh trong các khu vực có thể ở được, và khi chúng ta có được các kính viễn vọng và kỹ thuật tốt hơn để nghiên cứu các ngoại hành tinh một cách chi tiết hơn, các nhà khoa học cần nhiều ràng buộc hơn đối với các hành tinh để chi tiêu quan sát tài nguyên. Như bài báo này cho thấy, một khối hành tinh trên hành tinh có thể là một bộ lọc hữu ích.
Bài báo mới có tiêu đề Tiến hóa khí quyển trên thế giới nước trọng lực thấp. Nó được xuất bản trên Tạp chí Vật lý thiên văn. Tác giả chính là Constantin W. Arnscheidt, một sinh viên tốt nghiệp tại MIT.
Để duy trì nước lỏng trên bề mặt của nó và bầu khí quyển, một ngoại hành tinh hoặc ngoại lệ phải có đủ khối lượng, nếu không, nước và khí quyển sẽ đơn giản trôi vào không gian. Và nó phải giữ nước đủ lâu để sự sống xuất hiện. Các nhà thiên văn học sử dụng một con số một tỷ năm để điều đó xảy ra.
Khi mọi người nghĩ về các cạnh bên trong và bên ngoài của khu vực có thể ở được, họ có xu hướng chỉ nghĩ về nó theo không gian, nghĩa là hành tinh này gần với ngôi sao như thế nào, anh chàng Constantin Arnscheidt, tác giả đầu tiên của bài báo cho biết. Thực tế, có rất nhiều biến số khác đối với khả năng sinh sống, bao gồm cả khối lượng. Đặt giới hạn thấp hơn cho khả năng cư trú về kích thước hành tinh cho chúng ta một hạn chế quan trọng trong cuộc săn lùng liên tục của chúng ta đối với các ngoại hành tinh và ngoại lệ có thể ở được.
Kích thước và phạm vi của vùng có thể ở được tùy thuộc vào ngôi sao. Một ngôi sao nhỏ hơn, ít năng lượng hơn như sao lùn đỏ tạo ra một khu vực có thể ở gần chính nó hơn là một ngôi sao lớn hơn như Mặt trời của chúng ta. Điều này được hiểu rõ. Nếu một hành tinh quá xa ngôi sao, nước sẽ đóng băng. Quá gần, và hiệu ứng nhà kính chạy trốn xảy ra, và nước biến thành hơi nước, và có thể sôi lên không gian.
Nhưng đối với các hành tinh nhỏ, có khối lượng thấp hơn, sẽ có nhiều hơn nữa. Họ có thể chống lại hiệu ứng nhà kính chạy trốn.
Khi một hành tinh có khối lượng thấp hơn ấm lên, bầu khí quyển mở rộng. Nó trở nên lớn hơn so với kích thước của hành tinh mà nó bao quanh. Điều đó có hai tác dụng: kích thước bề mặt tăng lên có nghĩa là bầu khí quyển có thể hấp thụ nhiều năng lượng hơn trước đây và nó cũng có thể tỏa ra nhiều năng lượng hơn trước đây.
Kết quả chung của việc này, theo các nhà nghiên cứu, là bầu khí quyển mở rộng ngăn chặn hiệu ứng nhà kính tháo chạy và họ có thể duy trì nước lỏng trên bề mặt. Điều này có nghĩa là chúng có thể ở gần ngôi sao của mình hơn mà không bị mất nước, do đó mở rộng vùng Goldilocks cho các ngoại hành tinh nhỏ hơn.
Có một giới hạn của khóa học. Nếu một hành tinh có khối lượng thấp quá nhỏ, nó sẽ giành được trọng lực, và bầu khí quyển sẽ bị tước đi và nước sẽ bị tước đi hoặc đóng băng trên bề mặt. Điều đó có nghĩa là triển vọng cho cuộc sống là mờ mịt. Các nhà nghiên cứu nói rằng có một giới hạn thấp hơn quan trọng đối với một hành tinh có thể ở được. Điều đó có nghĩa là không chỉ có một dải lân cận với ngôi sao quyết định khả năng sinh sống của hành tinh, mà còn có giới hạn kích thước.
Nói một cách đơn giản, một hành tinh có thể quá nhỏ để có thể ở được, ngay cả khi nó ở khu vực Goldilocks.
Kích thước tới hạn đó, theo Arnscheidt và các tác giả khác của nghiên cứu, là 2,7% khối lượng Trái đất. Họ nói rằng bất kỳ nhỏ hơn thế, và hành tinh chỉ đơn giản là chiến thắng có thể giữ khí quyển và nước đủ lâu để sự sống xuất hiện. Đối với bối cảnh, Mặt trăng chiếm 1,2% khối lượng Trái đất và Sao Thủy là 5,53%.
Các nhà nghiên cứu sử dụng các hành tinh giống như sao chổi làm ví dụ. Sao chổi có rất nhiều nước, được thăng hoa khi chúng đến gần Mặt trời. Nhưng chúng thiếu khối lượng cần thiết để giữ hơi đó và chúng không bao giờ có thể tạo thành bầu khí quyển. Nước bị mất vào không gian. Vì vậy, một hành tinh quá nhỏ, ngay cả khi nó có nhiều nước, sẽ không bao giờ giữ được nó.
Các nhà nghiên cứu đã sử dụng các mô hình để ước tính vùng có thể sinh sống của hành tinh có khối lượng thấp xung quanh hai loại sao khác nhau: sao M hoặc sao lùn đỏ và sao loại G như Mặt trời của chúng ta.
Họ cũng có thể đã giải quyết một câu hỏi lâu dài khác về khả năng cư trú trong Hệ Mặt trời của chúng ta. Các mặt trăng sao Mộc Ganymede, Callisto và Europa đều có nhiều nước lỏng, bị mắc kẹt dưới các lớp băng. Các nhà thiên văn học đã tự hỏi liệu họ có thể ở được không khi Mặt trời tỏa nhiều năng lượng hơn vào một thời điểm nào đó trong tương lai của nó. Nhưng theo các tác giả, tác phẩm của họ, họ thiếu khối lượng để giữ nước đó, ngay cả khi chúng đã đủ ấm. Ganymede đến rất gần, với khối lượng Trái đất 2,5%, nhưng nó đủ nhỏ để trở thành một ngôi sao giống như sao chổi và mất hết nước vào không gian.
Thế giới nước có khối lượng thấp là một khả năng hấp dẫn trong quá trình tìm kiếm sự sống và bài báo này cho thấy hành vi của chúng có thể khác biệt như thế nào so với các hành tinh giống Trái đất, ông Robin Wordsworth, Phó Giáo sư Khoa học và Kỹ thuật Môi trường tại SEAS và tác giả cao cấp của nghiên cứu. Một lần quan sát đối với lớp đối tượng này trở nên khả thi, nó sẽ rất thú vị khi thử trực tiếp kiểm tra những dự đoán này.
Các nhà nghiên cứu đã đưa ra một số giả định cần thiết trong công việc của họ. Họ cho rằng bầu không khí trong thế giới khối lượng thấp của họ là hơi nước tinh khiết. Họ cũng cho rằng nước đã được cố định ở mức 40% khối lượng hành tinh. Họ cũng bỏ qua một số yếu tố khác, như đi xe đạp CO2, che phủ mây và hóa học đại dương. Đơn giản là có quá nhiều biến để mô hình hóa trong giai đoạn này của công việc của họ.
Các tác giả cũng đề cập đến ý tưởng về các ngoại lệ có thể ở được chứ không phải ngoại hành tinh. Nó có thể hình dung rằng trong các hệ mặt trời khác, các mặt trăng có thể dễ sống hơn các hành tinh. Trong trường hợp đó, các yếu tố khác phát huy tác dụng, như lực thủy triều. Điều đó có thể đặc biệt đúng với các ngôi sao loại M hoặc sao lùn đỏ. Đó là vì khu vực có thể ở được xung quanh các ngôi sao năng lượng thấp này gần với ngôi sao hơn là xung quanh một ngôi sao loại G như Mặt trời của chúng ta. Các lực hấp dẫn kết hợp của exomoon, hành tinh của nó và ngôi sao có thể loại bỏ hoàn toàn khả năng sinh sống.
Họ cũng thừa nhận một số lượng lớn các yếu tố khác ảnh hưởng đến môi trường sống. Ví dụ, mặc dù các mặt trăng như Ganymede có thể quá nhỏ để có thể ở được trong mô hình của chúng, nhưng rất có thể chúng là sự sống trong các đại dương dưới đáy biển của chúng, nơi nước bị ngăn không cho thoát ra bởi một lớp băng dày.
Có rất nhiều việc phải làm để xác định khả năng cư trú. Như các tác giả đã nói trong bài báo của họ, công việc tiếp theo có thể xem xét các mô hình thoát nước thủy lực phức tạp hơn. Có nhiều sự đa dạng và phức tạp trong các ngoại hành tinh hơn chúng ta biết bây giờ, nhưng nghiên cứu này bắt đầu đề cập đến một số vấn đề.
Hơn:
- Thông cáo báo chí: Vùng Goldilocks cho kích thước hành tinh
- Tài liệu nghiên cứu: Tiến hóa khí quyển trên thế giới nước trọng lực thấp
- Tạp chí không gian: Khu vực sinh sống nào là tốt nhất để thực sự tìm kiếm sự sống?
