Homár alakú óceánok lehetnek az exobolygókon

1162

A vörös törpék körüli bolygók állandóan a csillag felé forduló félgömbjén érdekes vízrajz alakulhat ki. A pontosabb modellek jó és rossz hírekkel is szolgáltak a lakhatóságot illetően.

A vörös törpék alkotják a csillagok csendes többségét. Tömegük csak néhány tizede, fényük csak százada-ezrede a Napénak, ezért nem könnyű őket megtalálni, de mégis ők adják a Tejútrendszer csillagainak 70%-át. A megfigyelések alapján a legtöbbnek rendelkeznie kell kísérővel, ami azt jelenti, hogy az exobolygók jelentős része is vörös törpék körül kering. A nagy számok miatt a földön kívüli élet kutatása kapcsán is lényeges, hogy megértsük, mennyire lakhatóak ezek a bolygók.

20140318_homarocean_kep3
Egy vörös törpe az óceán horizontján. Forrás: Karen Wehrstein.

A jelenlegi ismereteink szerint a lakhatóság egyik fontos kritériuma, hogy folyékony víz létezhet-e a bolygók felszínén, vagy ahhoz viszonylag közel. A vörös törpék halványsága miatt a lakhatósági zónájuk is sokkal közelebb húzódik, mint például a Nap esetében, akár a Nap-Merkúr távolságnál is beljebb. Emiatt ezeket a bolygókat sokkal könnyebb felfedezni, ugyanakkor a kis távolság problémákat is felvet. Ilyen közelségben a csillag árapály-ereje kötött keringésre kényszeríti a bolygót, vagyis mindig ugyanaz az oldala fordul a csillag felé. (Pontosan úgy, ahogy a Hold is kötötten kering a Föld körül.) Emiatt a bolygó egyik felét állandóan melegíti a csillag, míg a másik örök sötétségbe és hidegbe borul. Korábban úgy gondolták, hogy az ilyen bolygóknak alig lehet légköre, mert a nagy része kifagy az éjszakai oldalra. Pontosabb modellek alapján viszont elég erős szelek fújhatnak rajtuk, hogy kellő hőt szállítsanak a sötét oldalra, elkerülve a teljes kicsapódást. A következő kérdés tehát, hogy milyen lehet a bolygó felszíne, főleg ha azt egybefüggő óceán borítja.

Egyszerű feltételezésekkel élve arra juthatunk, hogy ezek a bolygók nagy szemgolyókra hasonlíthatnak. Az óceán a bolygó sötét oldalán keményre fagy, de a napos oldalon felolvadhat, és egy részén, a csillaghoz legközelebb eső kerek foltban nyílt vízfelület is létezhet. Az olvadt terület mérete sok dologtól függ: nem csak a csillagtól mért távolságtól, de a légkörben található üvegház-gázoktól is.

20140318_homarocean_kep1
A bolygóként modellt álló Gliese-581g paraméterei. Valahogy így festene a felszínén a szemgolyó-elrendezés. Forrás: Nicholas Kay.

A kínai Peking University két kutatója, Yongyun Hu és Jun Yang eredményei alapján azonban egyáltalán nem szemgolyóra hasonlítanak ezek a bolygók. Az általuk elkészített, új modellben a csillagból érkező hő eloszlásának vizsgálatához nem csak a légkör, de az óceán anyagának áramlását is figyelembe vették. A modellben a legjobban ismert, vörös törpe körüli lakhatósági zónába eső szuperföld, a Gliese 581g-re hasonlító bolygó paramétereit használták. A bolygó másfélszer akkora átmérőjű, mint a Föld, és egy globális, 4 km mély vízóceánt helyeztek el rajta.

A modellek meglepő eredményekkel szolgáltak. Ha nagy mennyiségű, 20%-nyi szén-dioxid található a légkörben, az óceán annyira felmelegedhet, hogy teljesen megolvadhat. És nem is csak a nappali oldalon: a légkör és az óceán által befogott hő és az áramlások akár az éjszakai félgömbön is folyékonyan tarthatják az óceán felszínét. Ha viszont nagyságrendileg annyi szén-dioxid található csak a bolygó légkörében, mint a Földében (ebben a vizsgálatban 355 ppm, vagyis 0,0355 %), akkor az óceánnak csak egy kis része olvad meg teljesen. Az áramlások miatt azonban ez a folt nem lesz kerek: a cikk szerzői szerint inkább egy homárra hasonlít, amelynek két nagy ollója és az egyenlítő mentén elnyúló farka lesz. A farok az óceán keleti irányú egyenlítői áramlása miatt jön létre, ez a földi óceánokban is megfigyelhető Kelvin-hullám. Ez szállítja a melegebb vizet kelet felé, de egyben jeget is sodor nyugat felől az olvadt területre, a két olló közé. Az ollók maguk az óceánban létrejövő hatalmas örvények, a Rossby-hullámok. Az is kiderült, hogy dinamikus óceán esetén a jégtakaró is vékony marad, még az éjszakai oldalon sem nő 10 méternél vastagabbra. Néhány méter jégen még akár a fotoszintézishez is elég fény jut át, így az egész napos félgömböt beboríthatja az élet.

20140318_homarocean_kep2
A modellszámítások eredményei. Felső sor: vízáramlás nélkül, alsó sor: dinamikus óceán esetén. Balra: jégréteg (világos) és nyílt óceán (sötét) eloszlása, jobbra: a légköri hőmérséklet eloszlása. A szerkesztőséget megosztotta, hogy homárra, vagy valami másra hasonlít-e inkább az óceán alakja. Forrás: Hu és Yang (2014).

A jó hír mellett van azonban egy rossz is: a dinamikus óceán figyelembevétele leszűkítheti a lakhatósági zónát. Ha ugyanis a bolygó túl közel kering a csillaghoz, az elnyelt hő túl sok vizet párologtat el, és sok vízgőz kerül a légkörbe. A vízgőz maga is üvegházgáz, így a bolygó melegedése megszalad, és végül minden víz elpárolog. A végeredmény pedig olyan száraz és pokoli hely lehet, mint a Vénusz felszíne. Azonban sokkal több számításra lesz szükség, eltérő besugárzással és bolygóméretekkel is, mielőtt Hu és Yang egyetlen hipotetikus bolygója alapján értékelnénk át a vörös törpék körüli bolygók esélyeit. Az óceáni áramlások pedig szintén nagyban függnek majd attól, hogy milyen szigetek és kontinensek boríthatják a bolygó felszínét.

Az eredményeket bemutató szakcikk a Proceedings of the National Academy of Sciences folyóiratban jelent meg.

Forrás: phys.org.

Hozzászólás

hozzászólás