Exoholdakat árnyékolni nem kell félnetek jó lesz

743

Bár még egyetlen exoholdat sem ismerünk, egyre nagyobb érdeklődés övezi őket: egy új tanulmány az anyabolygók mágneses tere általi árnyékolás lehetőségeit vizsgálja, illetve az árat, amit a holdnak ezért fizetnie kell.

A René Heller (McMaster University, Kanada) és Jorge Zuluaga (Institute of Physics of the University of Antioquia, Kolumbia) által írt szakcikk az első tanulmány, mely exoholdak mágneses környezetével és annak a holdak lakhatóságára gyakorolt hatásaival foglalkozik. Sajnálatos módon az eredmények nem kifejezetten biztatóak. A bolygó- és holdkeletkezési modellek alapján várhatóan még a legnagyobb holdak is kisebbek a Földnél, és így nem képesek önállóan kellően kiterjedt mágneses mezőt fenntartani. Így az egyetlen módja, hogy védjék magukat a csillagukból és a kozmoszból érkező nagyenergiás sugárzás ellen, hogy az anyabolygójuk magnetoszféráján belül keringenek. Ugyanakkor amit nyernek a réven, elveszthetik a vámon: ha túl közel keringenek a bolygóhoz, olyan mértékű árapályfűtés ébredhet bennük, mely lakhatatlanná teszi a felszínüket.

Lakható holdak kapcsán az első kép, ami felötlik bennünk, feltehetően az Avatar film világaként megismert Pandora képe lesz. De úgy tűnik, a valóságban a buja, zöldellő holdak jóval ritkábbak lehetnek, mint eddig gondoltuk. Hiába kering ugyanis a bolygó a csillaga körül annak lakhatósági zónájában: a holdak lakhatóságát más tényezők is befolyásolják, zordabbá téve a körülményeket.

Heller és Zuluaga a cikkükben a lakhatósági zónába eső exobolygók magnetoszférájának mérete és a bolygók körüli lakhatósági határ kapcsolatát vizsgálták. A lakhatósági határ azt a legkisebb távolságot jelzi a bolygótól, ahol egy hold éghajlata még épp elkerülné, hogy megszaladjon az üvegházhatás, és nem alakulnának ki rajta a Vénusz bolygó éghajlatához hasonló, pokoli felszíni viszonyok. A szerzők egy Mars-méretű és -tömegű holddal számoltak, mert ennél nagyobbak csak igen kis valószínűséggel alakulhatnak ki, kisebbeket viszont még nagyon nehéz lesz detektálni a közeljövőben.

20130911_exohold_magnetoszfera_kep1

Egy bolygó magnetoszférája. Balról áramlik a csillagszél, mely lökéshullámot kelt a magnetoszféra egyik felén és elnyúlt csóvát hoz létre a másikon. A szaggatott vonalak a különböző holdpályákat jelzik: teljesen árnyékolt (CS), részben árnyékolt (PS) és nem árnyékolt (US).

A vizsgálat alapköve a lakhatósági zónába eső óriásbolygó magnetoszférák kiterjedésének kiszámítása. A magnetoszférák tulajdonképp plazmával és mágneses térrel töltött buborékok, melyet az áramló csillagszél és a bolygó által generált mágneses mező erővonalainak összeütközése formál. Ezek a buborékok választják el a bolygó közvetlen mágneses környezetét az igen eltérő bolygóközi tértől. A magnetoszférák hatalmasak lehetnek: a Jupiteré például a bolygó ötvenszereséig nyúlik a Nap irányában, azzal ellentétesen pedig szinte a Szaturnusz pályájáig követhető, mint elnyúlt, láthatatlan plazmacsóva. Hosszúsága ellenére mégsem ez, hanem a nappali oldalra eső fél mérete határozza meg, milyen távolságig képes a bolygó a holdjait árnyékolni.

De hogy lehet exobolygók magnetoszféráját modellezni? Az utóbbi években ez vált Zuluaga professzor szakterületévé. Az Antioquiai Egyetemen működő kutatócsoport behatóan elemezte a naprendszerbeli égitestek mágneses mezeinek tulajdonságait, és számításaik segítségével igyekeztek visszaadni a mérési eredményeket. Sikerült is nagyságrendileg visszakapniuk a mágneses tér főbb jellemvonásait (a mágneses dipólus momentumot), a Ganymedes holdtól egészen a Jupiterig terjedő mérettartmányban. Ezek alapján a modelljük elfogadható pontossággal, egy kettes szorzónyi bizonytalansággal képes az exobolygók mágneses terének méretét is előrejelezni.

20130911_exohold_magnetoszfera_kep2

Ha túl közel kering a bolygóhoz, a hold a Pandora helyett az Io vulkáni világára fog emlékeztetni. Forrás: David G. Hardy/AstroArt.org.

A kérdés másik fele, az exoholdak, René Heller szakterülete. Egy korábbi tanulmányában megmutatta, hogy holdak nem keringhetnek akármilyen közel a bolygójukhoz: a bolygóról visszaverődő fény és az árapályfűtés egy adott távolságon belül lakhatatlanná teszi az égitestet. A lakhatósági határ kétféleképp is definiálható. A belső, optimistább, a megszaladó üvegházhatásra alapoz, és a légkör hőelnyelési képességétől függ. A külsőbb, pesszimistább, az árapályfűtést veszi figyelembe: a határ az Io holdnak megfelelő fűtésnél található, ahol már minden valószínűség szerint annyira erős a felszíni vulkanizmus és a tektonikus aktivitás, hogy az lényegében alkalmatlanná teszi az életre a holdat.

20130911_exohold_magnetoszfera_kep3

A szimuláció eredménye egy Neptunusz-méretű bolygóra. Körben az idő telik, 300 millió évenként. A kék vonal a mágneses mező kiterjedését jelzi a csillag irányában. A szaggatott és folytonos vonalak a megszaladó üvegházhatás és az árapályfűtés által meghatározott lakhatósági határokat jelzik, a legvékonyabb közel körpályán, a vastagabbak egyre ecxentrikusabb ellipsziseken keringve. Jelentős időnek el kell telnie, míg a magnetoszférán belülre kerülnek a határok.

A magnetoszféra méretét és a lakhatósági határt összehasonlítva igen érdekes eredményeket kaptak. A bolygók kialakulását követő kb. egymilliárd évben, tehát mikor az élet kialakulása zajlott a Földön, csak olyan holdakat árnyékol le a mágneses mező, melyek már a lakhatósági határon belül vannak. Vagyis egy hold vagy lakható éghajlatú lesz, vagy pedig árnyékolja a bolygója magnetoszférája, de a kettő együtt nem működik. Egymilliárd év után aztán bizonyos konfigurációk működhetnek: egy Jupiter-tömegű vagy még nagyobb bolygó körül keringő holdnak például már védelmet nyújthat a bolygója. De az összetétel is befolyásolja az eredményeket: míg a nagyrészt hidrogénből álló, Szaturnusz-méretű égitesteknél alig van esélye a holdaknak, a nehezebb elemekben dús Neptunusz hatékonyabb védelmezőnek tűnik. Annyi biztos egyelőre, hogy Pandora vagy nagyon ritka égitest, vagy pedig nem célszerű rajta iránytűvel navigálni.

Forrás: phys.org, a kutatási eredményeket bemutató szakcikk az Astrophysical Journal Letters szakfolyóiratban fog megjelenni.

Hozzászólás

hozzászólás