Жизни может и не быть! — Молодые звезды уничтожают атмосферы планет слишком быстро

Открытия тысяч планет, вращающихся вокруг звезд за пределами нашей Солнечной системы, поставили перед учеными вопросы о возможности формирования жизни на этих планетах. Принципиально важным для обитаемости планеты является ее способность удерживать атмосферу, что предполагает, что атмосфера не была полностью потеряна в начале жизни планеты. Новое исследование, проведенное учеными из Венского университета и Института космических исследований ÖAW в Граце, показало, что молодые звезды способны быстро разрушать атмосферы потенциально обитаемых планет земного типа, что является еще одной дополнительной сложностью для формирования. жизни за пределами нашей Солнечной системы. Результаты будут опубликованы в издании Astronomy & Astrophysics Letters.

Один из наиболее активных и волнующих вопросов современной науки заключается в том, как много существует планет с похожими на Землю атмосферами и условиями на поверхности и, следовательно, потенциалом для укрытия жизни во Вселенной. Многие недавние исследования по этой теме были сосредоточены на планетах, вращающихся вокруг звезд, называемых М-карликами, которые меньше нашего Солнца и являются самым многочисленным типом звезд в обозримой Вселенной.

Основной движущей силой атмосферных потерь в космос является центральная звезда, на которой вращается планета. Звезды имеют сильные магнитные поля, которые приводят к излучению высокоэнергетического рентгеновского и ультрафиолетового излучения. Эти явления известны под общим названием «деятельность звезды». В молодом возрасте звезды имеют высокий уровень активности и поэтому испускают чрезвычайно большое количество рентгеновского и ультрафиолетового излучения. По мере старения звезд их активность быстро уменьшается. Важно отметить, что планеты, вращающиеся вокруг M-карликов быстро исчезают — в течение несколько сотен миллионов лет, сами же M-карлики часто остаются высокоактивными в течение миллиардов лет.

Излучение высокой энергии очень важно, так как оно поглощается высоко в атмосфере планеты, вызывая нагрев газа. У Земли газ нагревается до температуры более 1000 градусов по Цельсию в верхней области, известной как термосфера. Это регион, в котором летают такие космические корабли как спутники и Международная космическая станция. Находясь на орбите молодых звезд с высокими уровнями активности, термосферы планет нагреваются до гораздо более высоких температур, что в крайних случаях может привести к утечке газа с планеты. Насколько быстро исчезают атмосферы в этих случаях, до сих пор не было детально исследовано.

Исследователи из Венского университета и Института космических исследований ÖAW в Граце впервые подсчитали, насколько быстро атмосфера, подобная Земле, будет потеряна с планеты, вращающейся вокруг очень активной молодой звезды. Их расчеты показали, что экстремальные гидродинамические потери атмосферы будут иметь место, приводя к тому, что атмосфера, подобная Земле, будет полностью потеряна менее чем за миллион лет, что для эволюции планеты практически мгновение.

Эти результаты имеют важное значение для ранней эволюции Земли и для возможности формирования атмосферы, подобной Земле, вокруг M-карликов. Для Земли наиболее вероятным объяснением того, почему атмосфера не была потеряна, является то, что в ранней атмосфере преобладала двуокись углерода, которая охлаждает верхнюю атмосферу, испуская инфракрасное излучение в космос, тем самым защищая ее от нагревания высокой активности раннего Солнца. Атмосфера Земли не могла стать доминирующей в азоте, как сегодня, до тех пор, пока через несколько сотен миллионов лет активность Солнца не снизилась до гораздо более низких уровней.

Более того, результаты этого исследования означают, что для планет, вращающихся вокруг звезд M-карликов, формирование земных атмосфер и поверхности возможно только после того, как уровни активности звезд уменьшатся, что может занять до нескольких миллиардов лет. Более вероятно, что многие из планет, вращающихся вокруг звезд M-карликов, имеют очень тонкую атмосферу или не имеют ее вовсе. В обоих случаях формирование жизни в таких системах представляется менее вероятным, чем считалось ранее.