Количество обнаруженных экзопланет исчисляется тысячами, поэтому астрономам важно сосредоточить ресурсы мощнейших телескопов на наиболее перспективных кандидатах. Одной из ключевых характеристик, определяющих пригодность далекого мира для жизни, оказался его физический размер. В новом исследовании на arXiv ученые проанализировали, как габариты планеты влияют на ее способность удерживать атмосферу — фундаментальное условие для возникновения биологических процессов. Ранее астрономы составили список 45 потенциально обитаемых планет.
На основе разработанной модели обитаемости малых планет ученые пришли к выводу, что существует «магическое число», составляющее 0,8 радиуса Земли. Именно этот показатель является тем минимальным пределом, ниже которого шансы на зарождение жизни стремятся к нулю из-за невозможности сохранения газовой оболочки.
Утечка газовой оболочки
Первым критическим фактором, ограничивающим обитаемость малых миров, выступает сила тяжести. Планеты, чья масса значительно уступает земной, обладают слабой гравитацией и низкой второй космической скоростью. В таких условиях высокоэнергетические частицы, составляющие атмосферу, получают возможность беспрепятственно улетучиваться в открытый космос.
Этот физический процесс приводит к тому, что планета буквально «испаряется» под воздействием внешних факторов. Без достаточной массы небесное тело не способно противостоять давлению звездного ветра и радиации, превращаясь со временем в безжизненную скалу, лишенную защитного воздушного слоя.
Угасание вулканической активности
Второй фактор обитаемости связан с тепловыми процессами в недрах. Малые планеты имеют высокое отношение площади поверхности к объему, что заставляет их внутренние структуры остывать гораздо быстрее, чем это происходит у крупных космических тел. По мере охлаждения ядра и мантии литосфера — внешняя твердая кора — начинает стремительно утолщаться. Этот процесс блокирует вулканическую активность, которая является главным механизмом естественной дегазации недр.
Поскольку именно вулканы поставляют в атмосферу необходимые газы для ее долгосрочного поддержания, прекращение их деятельности означает неизбежное разрушение воздушной оболочки. Модель показывает, что малые миры неизбежно теряют атмосферу под воздействием жесткого ультрафиолетового излучения своих звезд в течение ничтожно малого срока — от 30 до 400 миллионов лет, что явно недостаточно для появления сложных форм жизни.
Редкие исключения
Несмотря на выявленные закономерности, исследователи допускают возможность существования исключений, хотя и называют их крайне редкими. Малая планета может сохранить атмосферу на миллиарды лет, если она изначально сформировалась с аномально высоким содержанием углерода или обладает специфическим строением без массивного ядра, что увеличивает объем мантии и запасы летучих веществ.
Еще одним сценарием является так называемый «холодный старт», при котором мантия нагревается медленно. В этом случае активный выброс газов в атмосферу начинается лишь тогда, когда материнская звезда уже миновала пик своей агрессивной активности и снизила интенсивность рентгеновского излучения. Тем не менее, для подавляющего большинства экзопланет правило радиуса остается незыблемым. Для астрономов это означает ясный ориентир: если радиус планеты меньше 0,8 земного, она с высокой долей вероятности представляет собой безвоздушный каменистый шар, непригодный для биологической жизни.
Как будет выглядеть наш первый контакт с инопланетянами — гипотеза
Астероиды могут переносить формы жизни, показал эксперимент
Читайте «Мою Планету» в MAX