Misja marsjańska rzuca światło na ekosferę odległych planet

Jak długo skalista planeta, podobna do Marsa, nadawałaby się do życia, gdyby krążyła wokół czerwonego karła? To skomplikowane pytanie, ale misja NASA Mars Atmosphere and Volatile Evolution (MAVEN) może pomóc nam na nie odpowiedzieć.

„Misja MAVEN mówi nam, że Mars utracił znaczną ilość atmosfery na przestrzeni czasu, zmieniając swoją ekosferę. Możemy wykorzystać Marsa, planetę, o której dużo wiemy, jako laboratorium do badania skalistych planet poza Układem Słonecznym, o których jeszcze niewiele wiemy” – mówi David Brain, współwykonawca MAVEN i profesor w Laboratory for Atmospheric and Space Physics na Uniwersytecie Colorado Boulder. 

Podczas jesiennego spotkania Amerykańskiej Unii Geofizycznej, 13 grudnia b.r. w Nowym Orleanie Brian opisał, w jaki sposób spostrzeżenia z misji MAVEN mogą być zastosowane do zamieszkania planet skalistych krążących wokół innych gwiazd.

MAVEN posiada zestaw instrumentów, które mierzyły straty atmosferyczne Marsa od listopada 2014 roku. Badania wskazują, że Mars stracił większość swojej atmosfery w wyniku połączenia procesów chemicznych i fizycznych. Instrumenty pojazdu zostały wybrane w celu określenia, jak bardzo każdy z procesów przyczynia się do całkowitej ucieczki atmosfery.

W ciągu ostatnich trzech lat Słońce przechodziło okres wyższej i niższej aktywności słonecznej, a Mars także doświadczył burz słonecznych, rozbłysków słonecznych oraz koronalnych wyrzutów masy. Owe zmienne warunki dały MAVEN okazję do obserwowania uciekającej atmosfery Marsa.

Brian i jego koledzy zaczęli myśleć o zastosowaniu tych obserwacji do hipotetycznej planety podobnej do Marsa, która orbituje wokół gwiazdy klasy M (czerwony karzeł), najpowszechniejszej klasy gwiazd w Galaktyce.

Naukowcy przeprowadzili wstępne obliczenia na podstawie danych z MAVEN. Podobnie, jak w przypadku Marsa założyli, że planeta może znajdować się na skraju ekosfery swojej gwiazdy. Ponieważ czerwony karzeł jest ciemniejszy niż Słońce, planeta w strefie zdatnej do zamieszkania musiałaby krążyć znacznie bliżej swojej gwiazdy, niż Merkury od Słońca.

Jasność czerwonego karła w najdalszym ultrafiolecie w połączeniu z bliską orbitą oznaczałaby, że hipotetyczna planeta byłaby narażona na promieniowanie UV 5-10 razy większe, niż ma to miejsce w przypadku Marsa. Zwiększa to ilość energii odpowiedzialnej za ucieczkę atmosfery. W oparciu o dane MAVEN, Brian i współpracownicy oszacowali, w jaki sposób poszczególne procesy ucieczki zareagują na wywołanie UV.

Ich obliczenia wykazują, że atmosfera planety może stracić od 3 do 5 razy więcej naładowanych cząstek. Proces ten nazywany jest ucieczką fotochemiczną, do której dochodzi gdy promienie UV rozbijają cząstki w górnych warstwach atmosfery. 

Wreszcie, hipotetyczna planeta może doświadczyć tej samej ilości ucieczki termicznej. Ucieczka termiczna występuje tylko w przypadku lżejszych cząstek, takich jak wodór. Mars traci swój wodór przez ucieczkę termiczną w górnej części atmosfery. Na egzo-Marsie ucieczka wzrośnie tylko wtedy, gdy wzrost promieniowania UV dociśnie więcej wodoru do górnej warstwy atmosfery.

W sumie szacunki sugerują, że orbitowanie na skraju ekosfery cichej gwiazdy kasy M, inaczej niż w przypadku Słońca, może skrócić okres zdolności do zamieszkania planety o współczynnik około 5 do 20. Dla gwiazdy klasy M okres zamieszkania można zmniejszyć o około 1000 – redukując go zaledwie do mrugnięcia okiem w kategoriach geologicznych. Burze słoneczne mogły zaatakować planetę promieniami tysiąckrotnie intensywniejszymi, niż normalna aktywność Słońca.

Jednak Brian i jego koledzy rozważali szczególnie trudną sytuację w zakresie ekosfery, umieszczając Marsa wokół gwiazdy klasy M. Na innej planecie mogą występować pewne czynniki łagodzące - na przykład aktywne procesy geologiczne, które do pewnego stopnia uzupełniają atmosferę, pole magnetyczne, które chroni atmosferę przed rozbiciem przez wiatr gwiazdowy, lub większy rozmiar, który zapewnia większą grawitację do utrzymania atmosfery.

„Strefa zdolna do zamieszkania jest jednym z większych tematów w astronomii, a te szacunki pokazują jeden ze sposobów wykorzystania informacji o Marsie i Słońcu, aby pomóc w określeniu czynników kontrolujących, czy planety w innych układach mogą być odpowiednie do życia” – powiedział Bruce Jakosky, główny badacz MAVEN na Uniwersytecie Colorado Boulder.  

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Więcej:
Mars Mission Sheds Light on Habitability of Distant Planets 

Na zdjęciu: Wizja artystyczna przedstawiająca burzę słoneczną uderzającą w Marsa i usuwająca jony z górnych warstw atmosfery. Źródło: NASA's Goddard Space Flight Center

Źródło: NASA