Przejdź do treści

Wpływ wysokoenergetycznych cząstek i przypływów na życie pozaziemskie

img

Dwa nowe badania naukowców z Uniwersytetu Arizony mogą podważyć zdolność do zamieszkania egzoplanet TRAPPIST-1, spośród których trzy znajdują się w ekosferze.

Od czasu swojego odkrycia w 2016 r. naukowcy byli podekscytowani TRAPPIST-1, układem, w którym siedem skalistych planet wielkości Ziemi okrąża chłodną gwiazdę. Trzy spośród nich znajdują się w strefie nadającej się do zamieszkania, w obszarze przestrzeni, w którym na powierzchni planety może istnieć woda w stanie ciekłym. Jednak nowe badania przeprowadzone przez naukowców z Lunar and Planetary Laboratory UA mogą spowodować przedefiniowanie strefy zdatnej do zamieszkania dla TRAPPIST-1.

Trzy planety w strefie nadającej się do zamieszkania prawdopodobnie stoją przed groźnym przeciwnikiem życia: wysokoenergetycznymi cząstkami wyrzucanymi z gwiazdy. Po raz pierwszy zespół naukowców z CfA obliczył, jak mocno te cząsteczki uderzają w planety.

Tymczasem Hamish Hay odkrył, że grawitacyjne przeciąganie liny, w które planety TRAPPIST-1 się bawią, podnosi pływy na ich powierzchniach, prawdopodobnie napędzając aktywność wulkaniczną lub rozgrzewając lód izolujący oceany na planetach, które poza tym są zbyt zimne, aby podtrzymać życie.

Gwiazda całego układu, TRAPPIST-1a, jest mniejsza, mniej masywna i chłodniejsza o 6000 stopni Celsjusza od Słońca. Jest także niezwykle aktywna, co oznacza, że emituje ogromne ilości wysokoenergetycznych protonów – tych samych cząstek, które wywołują zorze na Ziemi.

Federico Fraschetti z CfA i jego zespół symulowali podróże tych wysokoenergetycznych cząstek przez pole magnetyczne gwiazdy. Odkryli, że czwarta planeta – najbardziej wewnętrzny świat w ekosferze TRAPPIST-1 – może doświadczać potężnego bombardowania protonami.

Było to zaskoczenie dla naukowców, mimo tego, że planety znajdują się znacznie bliżej gwiazdy niż Ziemia od Słońca. Wysokoenergetyczne cząstki są przenoszone przez przestrzeń wzdłuż linii pola magnetycznego, a pole magnetyczne TRAPPIST-1 jest ciasno owinięte wokół gwiazdy.

Flary na powierzchni gwiazdy powodują turbulencje w polu magnetycznym, dzięki czemu protony mogą odpłynąć od gwiazdy. To, gdzie przemieszczą się cząstki zależy od tego, jak pole magnetyczne gwiazdy jest odchylone od osi obrotu. W układzie TRAPPIST-1 najbardziej prawdopodobne wyrównanie tego pola doprowadzi energetyczne protony bezpośrednio do powierzchni czwartej planety, gdzie mogą rozerwać złożone cząsteczki, które są potrzebne do budowania życia – a może mogą posłużyć jako katalizatory stworzenia tych cząsteczek.

Podczas, gdy ziemskie pole magnetyczne chroni większość planety przed energetycznymi protonami emitowanymi przez nasze Słońce, pole wystarczająco silne, by odeprzeć protony TRAPPIST-1, musiałoby być niewiarygodnie silne – setki razy silniejsze, niż ziemskie. Ale to niekoniecznie oznacza śmierć na całe życie w układzie TRAPPIST-1.

Planety TRAPPIST-1 są prawdopodobnie zwrócone zawsze jedną stroną do gwiazdy, czyli na jednej półkuli zawsze jest dzień a na drugiej noc. „Może nocna strona jest wystarczająco ciepła dla życia i nie jest bombardowana promieniowaniem” – powiedział Benjamin Rackham z UA.

Również oceany mogą chronić przed niszczycielskimi wysokoenergetycznymi protonami, ponieważ głęboka woda może wchłonąć cząstki, zanim te rozerwą cegiełki życia. Zwiększone przypływy w tych oceanach, a nawet w skałach planet, mogą mieć inne interesujące implikacje dla życia.

Na Ziemi Księżyc zwiększa pływy nie tylko w oceanach – siły pływowe odkształcają również kulisty kształt ziemskiego płaszcza i skorupy. Naukowcy przypuszczają, że planety w układzie TRAPPIST-1 znajdują się wystarczająco blisko siebie, aby mogły wzbudzać pływy jedna na drugiej, tak jak Księżyc na Ziemi.

Obliczając, jak grawitacja planet TRAPPIST-1 wyciągnie się i zdeformuje, Hay zbadał, ile ciepła przepływa do układu.

TRAPPIST-1 jest jedynym znanym układem, w którym planety mogą wzbudzać znaczące przypływy, ponieważ światy są tak ciasno upakowane wokół swojej gwiazdy.

Hay odkrył, że dwie wewnętrzne planety układu zbliżają się do siebie na tyle blisko, by zwiększać u siebie wzajemnie potężne przypływy. Możliwe jest, że kolejne ogrzewanie pływowe może być wystarczająco mocne, aby zasilać aktywność wulkaniczną, co z kolei może podtrzymywać atmosferę. Chociaż najbardziej wewnętrzne planety układu TRAPPIST-1 są prawdopodobnie zbyt gorące aby podtrzymać życie po dziennej stronie, atmosfera napędzana wulkanem może pomóc przenieść trochę ciepła na zbyt zimną nocną stronę, ocieplając ją na tyle, by żywe organizmy nie zamarzły.

Szósta planeta w układzie, zwana TRAPPIST-1g, doświadcza pływowych szarpnięć zarówno od gwiazdy, jak i od pozostałych planet. Jest to jedyna planeta w układzie, na której ogrzewania pływowe ze względu na inne planety jest tak silne, jak wywołane przez gwiazdę centralną. Jeżeli TRAPPIST-1g jest światem oceanicznym, takim jak Europa lub Enceladus w naszym Układzie Słonecznym, ogrzewanie pływowe mogłoby utrzymać ciepłe wody.

Układy planetarne karłów typu M, takie jak TRAPPIST-1, oferują astronomom najlepszą okazję do poszukiwania życia poza Układem Słonecznym, a badania Fraschettiego i Haya mogą pomóc naukowcom wybrać sposób eksploracji układu w przyszłości.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Więcej:
Powerful Particles and Tugging Tides May Affect Extraterrestrial Life

Tides Between the TRAPPIST-1 Planets

Stellar Energetic Particles in the Magnetically Turbulent Habitable Zones of TRAPPIST-1-like Planetary Systems

Źródło: University of Arizona

Na zdjęciu: Wizja artystyczna wschodu słońca, które może witać gości na powierzchni planety TRAPPIST-1f. Źródło: NASA/JPL-Caltech.