Per essere considerato abitabile, un pianeta deve avere acqua liquida. Le cellule, la più piccola unità di vita, hanno bisogno di acqua per svolgere le loro funzioni. Perché esista acqua liquida, la temperatura del pianeta deve essere corretta. Ma per quanto riguarda le dimensioni del pianeta?
Senza una massa sufficiente un pianeta non avrà abbastanza gravità per trattenere la sua acqua. Un nuovo studio cerca di capire come le dimensioni influenzano la capacità di un pianeta di trattenere la sua acqua e, di conseguenza, la sua abitabilità.
La questione di ciò che potrebbe rendere abitabile un pianeta è un dibattito in corso. Non solo per gli esopianeti, ma per alcune delle lune nel futuro del nostro sistema solare. Gli scienziati hanno una buona idea di quanta energia un pianeta deve ricevere dalla sua stella per mantenere l'acqua liquida. Ciò ha dato origine alla nozione popolare di "zona di riccioli d'oro", o zona abitabile circumstellare, un intervallo di prossimità che non è né troppo vicino né troppo lontano da una stella perché l'acqua liquida possa persistere su un pianeta.
Con la ricerca di esopianeti in zone abitabili in aumento, e man mano che otteniamo migliori telescopi e tecniche per studiare gli esopianeti in modo più dettagliato, gli scienziati hanno bisogno di più vincoli su quali pianeti per spendere osservando le risorse. Come mostra questo documento, la massa di un pianeta potrebbe essere un filtro utile.
Il nuovo articolo si intitola "Evoluzione atmosferica su mondi acquatici a bassa gravità". È pubblicato su The Astrophysical Journal. L'autore principale è Constantin W. Arnscheidt, studente universitario presso il MIT.
Per mantenere l'acqua liquida sulla sua superficie e un'atmosfera, un esopianeta o un esomoone devono avere una massa sufficiente, altrimenti l'acqua e l'atmosfera semplicemente scivoleranno nello spazio. E deve trattenere la sua acqua abbastanza a lungo perché appaia la vita. Gli astronomi usano una cifra da un miliardo di anni per farlo accadere.
"Quando le persone pensano ai bordi interni ed esterni della zona abitabile, tendono a pensarci solo spazialmente, il che significa quanto il pianeta sia vicino alla stella", ha affermato Constantin Arnscheidt, primo autore del documento. “Ma in realtà, ci sono molte altre variabili per l'abitabilità, inclusa la massa. Stabilire un limite inferiore per l'abitabilità in termini di dimensioni del pianeta ci dà un vincolo importante nella nostra continua caccia agli esopianeti e agli esomoni abitabili.
Le dimensioni e la gamma della zona abitabile dipendono dalla stella. Una stella più piccola e meno energica come una nana rossa crea una zona abitabile più vicina a se stessa di una stella più grande come il nostro Sole. Questo è ben compreso. Se un pianeta è troppo lontano dalla stella, l'acqua si congela. Troppo vicino, si verifica l'effetto serra in fuga e l'acqua si trasforma in vapore e può bollire nello spazio.
Ma per i piccoli pianeti di massa inferiore, c'è ancora molto da fare. Potrebbero essere in grado di resistere all'effetto serra in fuga.
Mentre un pianeta di massa inferiore si riscalda, l'atmosfera si espande. Diventa più grande rispetto alla dimensione del pianeta che circonda. Ciò ha due effetti: la maggiore dimensione della superficie significa che l'atmosfera può assorbire più energia di una volta e può anche irradiare più energia di una volta.
Il risultato complessivo di questo, secondo i ricercatori, è che l'atmosfera espansa blocca l'effetto serra in fuga e possono mantenere la loro acqua liquida superficiale. Ciò significa che possono essere più vicini alla loro stella senza perdere la loro acqua, espandendo così la zona dei riccioli d'oro per i piccoli esopianeti.
C'è un limite ovviamente. Se un pianeta a bassa massa è troppo piccolo, non avrà abbastanza gravità e l'atmosfera verrà strappata via, e l'acqua verrà strappata via con essa o congelata in superficie. Ciò significa che le prospettive di vita sono scarse. I ricercatori affermano che esiste un limite inferiore critico per un pianeta abitabile. Ciò significa che non solo esiste una fascia di prossimità alla stella che determina l'abitabilità di un pianeta, ma esiste un limite di dimensioni.
In poche parole, un pianeta può essere troppo piccolo per essere abitabile, anche se si trova nella zona dei riccioli d'oro.
Quella dimensione critica, secondo Arnscheidt e gli altri autori dello studio, è del 2,7 percento la massa della Terra. Dicono che più piccolo di così, e il pianeta semplicemente non sarà in grado di trattenere la sua atmosfera e l'acqua abbastanza a lungo da far apparire la vita. Per il contesto, la Luna è l'1,2 percento della massa terrestre e il Mercurio è il 5,53 percento.
I ricercatori usano come esempio pianeti simili a comete. Le comete hanno molta acqua, che viene sublimata quando si avvicinano al sole. Ma mancano della massa richiesta per trattenere quel vapore e non possono mai formare un'atmosfera. L'acqua si perde nello spazio. Quindi un pianeta che era troppo piccolo, anche se avesse molta acqua, non si sarebbe mai trattenuto.
I ricercatori hanno utilizzato modelli per stimare la zona abitabile del pianeta a bassa massa attorno a due diversi tipi di stelle: una stella nana di tipo M o rossa e una stella di tipo G come il nostro Sole.
Potrebbero anche aver risolto un'altra lunga questione di abitabilità nel nostro Sistema Solare. Le lune di Giove Ganimede, Callisto ed Europa hanno tutte molta acqua liquida, intrappolate sotto strati di ghiaccio. Gli astronomi si sono chiesti se sarebbero abitabili quando il Sole irradia più energia ad un certo punto nel suo futuro stellare. Ma secondo il lavoro degli autori, a loro manca la massa per trattenere quell'acqua, anche se sono diventati abbastanza caldi. Ganimede si avvicina, con il 2,5% di massa terrestre, ma è abbastanza piccolo da essere "cometa" e perdere tutta la sua acqua nello spazio.
"I mondi acquatici a bassa massa sono un'affascinante possibilità nella ricerca della vita, e questo documento mostra quanto sia diverso il loro comportamento rispetto a quello dei pianeti simili alla Terra", ha affermato Robin Wordsworth, professore associato di Scienze e ingegneria ambientale presso SEAS e autore senior dello studio. "Una volta che saranno possibili osservazioni per questa classe di oggetti, sarà entusiasmante provare a provare queste previsioni direttamente".
I ricercatori hanno formulato alcune ipotesi necessarie nel loro lavoro. Presumevano che l'atmosfera dei loro mondi a bassa massa fosse puro vapore acqueo. Presumevano anche che l'acqua fosse fissata al 40% della massa del pianeta. Hanno anche ignorato alcuni altri fattori, come il ciclo della CO2, la copertura nuvolosa e la chimica degli oceani. Ci sono semplicemente troppe variabili da modellare in questa fase del loro lavoro.
Gli autori affrontano anche l'idea di esomooni abitabili piuttosto che di esopianeti. È concepibile che in altri sistemi solari, le lune potrebbero avere più probabilità di essere abitabili rispetto ai pianeti. In tal caso, entrano in gioco altri fattori, come le forze di marea. Ciò potrebbe essere particolarmente vero per le stelle di tipo M o le nane rosse. Questo perché la zona abitabile circumstellare attorno a queste stelle a bassa energia è già molto più vicina alla stella rispetto a una stella di tipo G come il nostro Sole. Le forze gravitazionali combinate dell'esodoon, del suo pianeta e della stella potrebbero eliminare del tutto l'abitabilità.
Riconoscono anche alcuni dei numerosi altri fattori che influenzano l'abitabilità. Ad esempio, anche se lune come Ganimede potrebbero essere troppo piccole per essere abitabili nel loro modello, la loro potrebbe essere la vita nei loro oceani sotterranei, dove è impedito all'acqua di sfuggire da uno spesso strato di ghiaccio.
C'è molto più lavoro da fare per determinare l'abitabilità. Come affermano gli autori nel loro articolo, "Ulteriori lavori potrebbero prendere in considerazione modelli più complicati di fuga idrodinamica". C'è più varietà e complessità negli esopianeti di quanto sappiamo al momento, ma questo studio inizia ad affrontarne alcuni.
Di Più:
- Comunicato stampa: una zona di riccioli d'oro per le dimensioni del pianeta
- Research Paper: Evoluzione atmosferica su mondi acquatici a bassa gravità
- Space Magazine: quali zone abitative sono le migliori per cercare effettivamente la vita?
