Astronomiya

Səliqəli şəkildə kilidlənmiş planetlərin gecə tərəfində maye okeanlar ola bilərmi və belə bir planet yaşana bilərmi?

Səliqəli şəkildə kilidlənmiş planetlərin gecə tərəfində maye okeanlar ola bilərmi və belə bir planet yaşana bilərmi?

Deyək ki, bir ulduzun ətrafında dönən, yığcam şəkildə kilidlənmiş bir planetimiz var. Və deyək ki, səthindəki şərtlər suyun səthində mövcud olması üçün tamamilə uyğundur. Adi hikmət deyir ki, gündüzdəki su maye olacaq, gecə tərəfi bir buz örtüyü ilə örtüləcək.

Ancaq bunun çətin və sürətli bir qayda olub olmadığını düşünürəm. Bilmək istədiyim şey, yığcam şəkildə kilidlənmiş aləmlərin gecə tərəfində maye suyun qalması mümkündürmü və bunu hansı şərtlər yarada bilər. Və bu şərtlər dünyanı hələ də yaşayışa yarayacaqmı?


Qısa cavab:

Mövcud biliklə heç kim bilmir. Bəzi hesablamalar göstərir ki, səliqəli şəkildə kilidlənmiş bir planetin yaşayış üçün əlverişli olması və həyatı yaşaması mümkün ola bilər.

Uzun cavab:

Qırmızı cırtdan ulduz sistemlərində səliqəli şəkildə kilidlənmiş planetlərin yaşayış qabiliyyəti barədə məlumat axtarmağın ilk dayanışı Wikipedia məqaləsi Planetary Habitability ola bilər.

Astronomlar uzun illər qırmızı cırtdanları həyat üçün potensial məskən saydılar. Kiçik ölçüləri (0,08 - 0,45 günəş kütləsi) nüvə reaksiyalarının son dərəcə yavaş getməsi və çox az işıq yayması (Günəşin istehsal etdiyi% 3-dən 0,01% -ə qədər) deməkdir. Qırmızı cırtdanın ətrafındakı orbitdə olan hər hansı bir planet Yer səthinə bənzər səth istiliyinə çatmaq üçün ana ulduzuna çox yaxınlaşmalı idi; Lacaille 8760 kimi bir ulduz üçün 0,3 AU-dan (Merkuri orbitinin içərisində), Proxima Centauri [76] kimi bir ulduz üçün ən az 0,032 AU-ya qədər (belə bir dünya cəmi 6,3 gün davam edəcək). Bu məsafələrdə ulduzun cazibəsi gelgit kilidlənməsinə səbəb olardı. Planetin bir tərəfi əbədi olaraq ulduzla, digər tərəfi həmişə ondan uzaqlaşacaqdı. Potensial həyatın ya bir cəhənnəmdən, ya da dərin bir donmadan qaça biləcəyi yeganə yol, planetin ulduzun istisini gündüzdən gecə tərəfə ötürəcək qədər qalın bir atmosferə sahib olması və ya yaşayış yerində bir qaz nəhəngi olmasıdır. Ulduz yerinə planetə kilidlənəcək və planet üzərində radiasiyanın daha bərabər paylanmasına imkan yaradan, yaşana bilən bir ay olan zona. Uzun müddət belə bir qalın atmosferin günəş işığının səthə çatmasını əngəlləyərək fotosintezin qarşısını alacağı ehtimal olunurdu.

Bu pessimizm araşdırmalarla sərtləşdirilmişdir. NASA-nın Kaliforniyadakı Ames Tədqiqat Mərkəzindən Robert Haberle və Manoj Joshi tərəfindən aparılan araşdırmalar bir planetin atmosferinin (istixana qazları CO2 və H2O olduğunu ehtimal etsək) ulduz istiliyinin təsirli bir şəkildə daşınması üçün yalnız 100 milibar (0,10 atm) olmasını göstərdi. gecə tərəfi. [77] Bu, fotosintez üçün lazım olan səviyyələrdədir, baxmayaraq ki, bəzi modellərdə su hələ də qaranlıq tərəfdə donmuş qalacaq. Greenwich İcma Kollecindən Martin Heath, okean hövzələrinin gecə tərəfindəki buz qapağının altındakı sərbəst axını təmin edəcək qədər dərin olsaydı, dəniz suyunun da qatı donmadan təsirli bir şəkildə dövriyyəyə buraxılacağını göstərdi. Fotosentetik cəhətdən aktiv şüalanma miqdarının nəzərə alınması da daxil olmaqla daha çox tədqiqat, qırmızı cırtdan sistemlərdəki səliqəli şəkildə kilidlənmiş planetlərin ən azı daha yüksək bitkilər üçün yaşayış ola biləcəyini irəli sürdü. [78]

https://en.wikipedia.org/wiki/Planetary_habitability#Red_dwarf_systems1

https://en.wikipedia.org/wiki/Habitability_of_red_dwarf_systems2

Əlbətdə bu məqalələrdə sadalanan müxtəlif mənbələr öyrənilməyə dəyər.


Felleng Siklonunun Gecə Çəkilişi

Bir planet bir ulduzun ətrafında döndüyündə, o ulduzun cazibəsi ilə çəkilir. Planetin fərqli tərəfləri fərqli dərəcələrə çəkilir, ulduza ən yaxın olan tərəf kiçik, lakin nəzərəçarpacaq dərəcədə daha böyük bir çəkmə alır. Bu, planetimizi bir formadan, bir topdan bir elipsə çevirir. Bunun baş verməsi üçün su lazım deyil. Bərk qayalar da uzanırdı - həm Yerin, həm də Ayın səthləri bir-birinə doğru uzanır. Bu uzanma dərhal baş vermir. Planetin qatı kütləsini günəşə doğru uzatması və geri yerləşməsi üçün vaxt lazımdır və uzanarkən və oturarkən hərəkət edir.

Əvvəlcə iki fərqli şəkildə hərəkət edir. Yerin gecə və gündüz istehsal etdiyi şəkildə öz oxunda fırlanır. Həm də Yerin bir il istehsal etməsi kimi ulduz ətrafında da dolaşır. Bu iki hərəkət nadir hallarda sinxronizasiya olunur. Məsələn, bəzən fırlanma sürəti orbitdən keçmiş olur. Bu vəziyyətdə, elipsdəki çıxıntıların ulduza birbaşa və uzaqlaşaraq "işarə" etməsi əvəzinə yanından keçərlər.

Problem budur ki, yaxın çıxıntı ulduza planetin qalan hissəsindən daha yaxındır və onu geri çəkən bir cazibə qüvvəsi hiss edir - buna görə də bir daha ulduzun mərkəzinə uyğunlaşdı. Mütləq şəkildə geri çəkilmir, ancaq bir az dəyişdirilir. Bu dəyişiklik planetin hər dəfə fırlandığı zaman baş verir. Fırlanma çox yavaş və orbit sürətlidirsə, planşet irəli döndüyündə qabarıqlıq geridə qalır və ulduzun cazibə qüvvəsi onu irəli çəkir. Nə olursa olsun, planetin fırlanması orbitlə eyni müddətə qədər bir yedək alır. Belə olduqda, yığcam şəkildə kilidlənir. Hər zaman bir üzü günəşə göstərir.


Xərçəng şəkilli ekstrasolar okeanlar

Müasir Yer kürəsinə bənzər atmosfer karbon dioksid səviyyələri nəzərə alınmaqla qırmızı bir cırtdanın ətrafında dövrə vuran yığcam bir ekzoplanetin gün tərəfi necə görünə bilər. Üst çərçivədə ağ buzu, göy alt çərçivədəki açıq suyu, rənglər səthdəki havanın istiliyini təmsil edir. Hər bir çərçivədəki yuxarı şəkil, okean istilik axını nəzərə alınmayan bir kompüter modelini təmsil edir Hər bir çərçivədəki alt görüntü bu cür istilik axını nəzərə alır. Kredit: Yongyun Hu

Çindəki araşdırmaçılar, kainatdakı ən məşhur ulduzları dövr edən yad planetlərin səthlərində tez-tez qəribə xərçəng şəkilli okeanlara sahib ola biləcəyini söyləyirlər.

Bu tapıntılar, həyatın bu ulduzların ətrafında yaşaya biləcəyimizi düşündüyümüzdən daha kiçik olduğu yaşayış sahələrini təklif edir.

Kainatda ən çox yayılmış ulduz növü qırmızı cırtdandır. M cırtdanları olaraq da bilinən bu ulduzlar kiçik və zəifdir, günəş qədər təqribən beşdə biri və 50 qat daha qaranlıqdır. Kosmosdakı ulduzların yüzdə 70-ə qədərini təşkil edirlər, bu da onları yer üzündən kənar həyat axtarmağa dəyərli yerlərə çevirən böyük bir rəqəmdir. Həqiqətən, NASA-nın Kepler kosmik rəsədxanasının son tapıntıları bu ulduzların ən az yarısının Yer kürəsinin yarısından dörd qatına qədər olan qayalı planetlərə ev sahibliyi etdiyini göstərir.

Uzaq bir planetin həyatımızı bildiyimiz kimi qəbul edə biləcəyini araşdırmaq ümumiyyətlə maye suyun olub-olmamasına diqqət yetirir, çünki yer üzündə maye suyun olduğu yerlərdə, hətta yer altında bir neçə millik həyat var. Elm adamları ümumiyyətlə Goldilock zonaları olaraq bilinən yaşayış sahələrinə - bir planetin səthində maye su yığması üçün nə çox isti, nə də çox soyuq olduğu bir ulduzun ətrafına diqqət yetirirlər.

Qırmızı cırtdanların ətrafındakı yaşayış zonaları bu qədər ulduzlara yaxındır, çünki Merkurinin günəş ətrafında dövr etdiyi məsafədən daha yaxındır. Bu, astronomların qırmızı cırtdanın yaşana biləcəyi zonadakı aləmləri aşkar etməsini nisbətən asanlaşdırır, çünki bu ekzoplanetlərin orbitləri kiçikdir, orbitlərini tez və tez-tez tamamlayır və elm adamları prinsipcə bu aləmlərin bu ulduzların işığını qaraldığını asanlıqla aşkar edə bilirlər. qabaqlarından keçərək.

Bir planet bir ulduz ətrafında çox yaxın bir dövrə vurduqda, ulduzun cazibə qüvvəsi dünyanı ona "təmiz bir şəkildə kilidlənməyə" məcbur edə bilər. Bir planet öz ulduzuna səliqəli şəkildə kilidləndikdə, Ay həmişə eyni tərəfi Yer üzünə göstərdiyi kimi ulduzuna da eyni tərəfi göstərəcək, beləliklə planetin bir daimi gün tərəfi və bir daimi gecə tərəfi olacaq.

Düzgün şəkildə kilidlənən planetlərin yaşadığı qeyri-bərabər istiləşmə, onları Yerdən tamamilə fərqləndirə bilər. Məsələn, əvvəllər aparılan araşdırmalar, tıxaclı şəkildə kilidlənmiş planetlərin qaranlıq tərəflərinin o qədər soyuq olacağını və atmosferlərinin dondurulacağını, günəş işığı tərəflərinə belə az hava verəcəyini təxmin edirdi. Bununla birlikdə, daha yeni atmosfer sirkülasyon modelləri, bu planetlərin üzərindəki küləklərin, qırmızı cırtdanlar ətrafında yaşana bilən zonalarda yer kürəsindəki planetlərin bu atmosfer çöküşünün qarşısını almaq üçün istilik axmasına səbəb olacağını göstərdi.

Bu yaxınlarda astrobioloqlar qırmızı cırtdanların ətrafındakı düzənlənmiş ekzoplanetlərin nəhəng göz kürəsinə bənzəyəcəyini irəli sürdülər. Gecə tərəfləri buzlu, dondurulmuş mərmi ilə örtülmüş, gündüzləri isə ulduzlarının istiliyində daima nəfəs alan nəhəng maye su okeanlarına ev sahibliyi edəcəkdir.

Bununla birlikdə, Pekindəki Pekin Universitetindəki planetar elm adamları Yongyun Hu və Jun Yang, qırmızı cırtdanlar ətrafında səliqəli kilidlənmiş ekzoplanetlərin necə görünə biləcəyinə dair keçmiş araşdırmaların istiliyin bu cür dünyalarda okeanlarda dolaşma yolunu düşünmədiyini qeyd etdilər.

Rəssamın qırmızı cırtdan Gliese 581 ətrafındakı planet sistemi haqqında təəssüratı. Kredit: ESA

İndi bu tədqiqatçılar kompüter modellərinin okean istilik nəqlinin oynaya biləcəyi rolu hesab etdikdə, qırmızı cırtdanlar ətrafında səliqəli kilidlənmiş ekzoplanetlərin nəhəng göz kürəsinə bənzəməyəcəyini tapdılar. Bunun əvəzinə, günəş tərəflərindəki bir qədər xərçəng şəkilli okeanlar xaricində daha çox buzlu qabıqlarla örtülmüş ola bilər.

Simulyasiyalar həm atmosfer sirkulyasiyasını, həm də okean sirkulyasiyasını və qırmızı cırtdan ətrafında 5,660 dərəcə F (3125 dərəcə C) fırlanan bir planetdə bir-birlərini necə təsir edə biləcəklərini hərtərəfli hesablayan bir kompüter modelini əhatə edirdi. Model, təxminən 20 işıq ili uzaqlıqda yerləşən Gliese 581g adlı bir ekzoplanetanın göstəricisiylə eyni planet parametrlərini istifadə etdi və bu, potensial olaraq yaşana bilən ilk yad dünya ola bilər - bu dünya "super-Earth" -dən 1,5 dəfə daha geniş bir qayalıq planetdir. Yer. Tədqiqatçılar, planetin Yer okeanlarının orta dərinliyində təxminən 13125 fut (4000 metr) dərinliyində qlobal bir okeana sahib olacağını güman etdilər.

Okean istiliyinin axma tərzinə görə bu planetlərin günəş tərəflərindəki açıq suyun miqdarı düşünüləndən xeyli çox ola bilər. Həm də gecə tərəflərini səmərəli şəkildə istiləşdirir və atmosfer dağılmasının qarşısını alır. Ulduz işığı kifayət qədər parlaqsa və ya karbon qazı kimi kifayət qədər yüksək istilik tutan istixana qazları varsa, okean istilik axını planetin səthində, hətta gecə tərəfində də tamamilə buz çatışmazlığına səbəb ola bilər.

"Bu, dinamik bir okeanın super-Yer tipli ekzoplanetlərin iqlim vəziyyətini necə dəyişdirə biləcəyini nümayiş etdirən ilk işdir" dedi Hu.

Bu səliqəli şəkildə kilidlənmiş ekzoplanetin atmosferində müasir Yer kürəsi qədər təxminən karbon dioksidin olduğunu düşünsək, gün boyu buzla əhatə olunmuş bir okean olardı. Bununla birlikdə, kompüter modeli, bu okeanın göz kürəsinin irisi kimi mükəmməl bir şəkildə yuvarlanmayacağını, əksinə ekvatorun hər iki tərəfində iki "pençesi" və ekvator boyunca uzun bir "quyruğu" olan qeyri-müəyyən bir xərçəngə bənzər bir forma sahib olacağını irəli sürdü.

"Xərçəng forması okean axınları tərəfindən yaradılır" dedi Hu.

Gələcəkdə bu planetlərin həqiqətən xərçəng şəkilli okeanlara sahib olub olmadığını görmək mümkün ola bilər, halbuki mövcud teleskoplar bunu edə bilməz, dedi.

Dırnaqlara siklon kimi fırlanan okean axınları səbəb olur, uzun quyruq isə "Ekvatorial bir okean jet axını nəticəsində başa düşülə bilən" Kelvin dalğası adlanan bir şeyin nəticəsidir.

Gliese 581g daxil olmaqla, bilinən beş potensial yaşayış sahəsinin bədii təmsilçiliyi. Kredit: Yaşana bilən Exoplanets Kataloqu, PHL @ UPR Arecibo

Jet axını şərqə doğru olduğundan gündüzdən gecə tərəfə isti suyu, gecə tərəfdən gündüzə soyuq suyu nəql edir, şərqdən qərbə baxanda okeanın niyə simmetrik olmadığını izah edir.

Okean istilik axını, qırmızı cırtdanlar ətrafında dövr edən nizamlı şəkildə kilidlənmiş ekzoplanetlərin səthlərində düşünüləndən daha yaşayışlı açıq su ola biləcəyini düşünsə də, bu da qırmızı cırtdan yaşana bilən zonaların əvvəlcədən təklif olunduğundan daha dar olduğunu göstərə bilər.

Alimlər dinamik bir okeanın planetləri qaçaq istixana effekti olaraq bilinən əraziyə girməyə məcbur etmə ehtimalı daha yüksək olduğunu tapdılar. Bu ssenaridə bir planet ulduzundan kifayət qədər istiliyi əmələ gətirir ki, çox su buxarlansın. Buxar bir istixana qazıdır və beləliklə planet ulduzundan daha çox istini tutar və daha çox suyun buxarlanmasına səbəb olar. Nəhayət, o dünyadakı bütün su qaynayır və onları yaşayış üçün yararsız hala gətirir - Veneranın bu gün niyə bu qədər quraq olduğunu izah edə biləcək bir fenomen.

Tədqiqatçılar, qaçaq istixana effektinə qarşı bu həssaslığın artdığını, qırmızı cırtdan yaşana bilən zonaların daxili kənarının əvvəlcədən düşünüləndən daha çox bu ulduzlardan uzaq ola biləcəyi deməkdir, baxmayaraq ki Hu yaşayış sahələrinin nə qədər kiçik olacağını dəqiq bilmədiklərini qeyd etdi.

Bu işdə iştirak etməyən, Penn. Universitet Universiteti Parkındakı Pennsylvania Dövlət Universitetində astrobioloq Jim Kasting, tədqiqatçıların qırmızı cırtdanlar ətrafındakı səliqəli kilidli ekzoplanetlər üçün yaşayış zonalarının kənarlarının harada olacağını hesablamasını istəməsini qeyd etdi. Elm adamlarının ulduzlardan daha çox parlaqlığın bu planetlərə təsirlərini modelləşdirməsini də istərdi.


Giriş

Planetlərin fırlanmasının yaşayış sahəsindəki rolu bir əsrdən çoxdur düşünülmüşdür. 1800-cü illərin sonlarında astronomlar Veneranın həyatı dəstəkləməsi ehtimalı ilə çox maraqlanırdılar, lakin sinxron fırlanmanın (səhv) müşahidələri onun planetlərin yaşayış qabiliyyətinə təsirinin xeyli müzakirəsinə səbəb oldu (Schiaparelli 1891 Lowell 1897 Slipher 1903 bax 1910 Webster 1927). Bəzi tədqiqatçılar “[axırda] pis bir gelgit sürtünmə, dönmənin dəqiq və davamlı işinə bir nöqtə qoyub, bir yarımkürəni səhraya endirir, [Venusdakı həyat] bütün varlığını təhlükə altına alır və ya məhv edir?” Deyə soruşdu. (Mumford 1909), digərləri isə daha nikbin, elm adamları “əbədi gecə və gündüzün iki ayrı bölgəsi arasında iqlim şəraitinin mövcudluğuna çox uyğun ola biləcəyi genişlənmiş gül qızardılmış alatoranın geniş bir zonasının yerləşməsini təklif etdilər. ağıllı varlıqlar irqi ”(Heward 1903). Artıq Veneranın qalın buludlarla əhatə olunduğunu və astronomların nəticələrini səhv təfsir etdiyini bilirik, lakin səliqəli kilidlənmiş dünyaların yaşayış üçün spekulyasiyaları müasir müzakirələrə bənzəyir.

Yaşana bilən bəzi ekzoplanetlərin fırlanma müddətinin aparıcı ulduzları ilə gelgit qarşılıqlı təsiriylə dəyişdirilə biləcəyi ehtimalı ilk dəfə Stephen Dole tərəfindən klassik kitabında irəli sürülmüşdür. İnsan üçün yaşayış planetlər 50 il əvvəl (Dole 1964). O dövrdə ekzoplanetlər məlum deyildi, ancaq “kosmik əsrin” şəfəqlənməsindən irəli gələn Dole, bəşəriyyətin nə vaxtsa uzaq ulduz sistemlərinə səyahət edə biləcəyi ilə maraqlanırdı. Dole (1964) planetin spin təkamülünü hesablamadı, əksinə Günəş sistemindəki gelgit çıxıntılarının hündürlüyünü hesabladı, sinxron və sərbəst fırlanan dünyaları ayıran kritik bir hündürlüyü təyin etdi. Webster (1925) modellərindən sitat gətirərək, ( sqrt <2> ) ayaqlarda (= 42 sm) yerləşdi və sonra Yerin dalğasının bu hündürlüyə çatdığı bir sıra ulduz sahiblərindən orbital məsafələri hesabladı. Günəş Sistemimizin bir "ekosferinin" 0.725 ilə 1.24 AU arasında olduğunu düşünərək (bir qədər özbaşına) Günəşin kütləsi% 72-dən az olan ulduzların ətrafında dövr edən potensial olaraq mövcud olan bütün planetlərin sinxron şəkildə dönəcəyinə və ekososferin daxili kənarının gəldiyinə qərar verdi. % 88-ə qədər təsir edə bilər. Dole, “aşağı fırlanma sürətinin insanın uyğunlaşma tələbləri ilə uyğunlaşmadığı açıq-aşkar” olduğuna inandığı üçün, M cırtdanlar ətrafında dövr edən planetlərin həyatı dəstəkləyə biləcəyi ehtimalı ilə əlaqədar bir bədbinlik hissi meydana gəldi.

Kasting et al. (1993) problemə qayıtdı və açıq şəkildə Yerə bənzər bir planetin əsas ardıcıllıq ulduzları ətrafında sinxron bir rotatora çevriləcəyi orbital radiusunu hesabladı. Xüsusilə, narahat edənlərin keçidi ilə gelgit qabarıqlığı arasındakı faz gecikməsinin sabit olduğu bir model istifadə etdilər və dünyaya bənzər bir planetin fırlanma tezliyinin yaşayış zonasındakı orbital tezliklə sinxronlaşacağı qənaətinə gəldilər (HZ Ulduz kütlələri üçün qaçaq atmosfer rəylərinin səth suyunu istisna etmədiyi ulduz (M_ * & lt 0.42

mathrm <, M_ odot> ) 4.5 Gyr daxilində. Bu vəziyyətin inkişaf etdiyi orbital məsafəni “gelgit kilidi radiusu” adlandırdılar. Peale (1977) modelinə güvəndilər və Yer-Ay sisteminin təcrid olunmuş şəkildə təkamül modelləri (MacDonald 1964) tərəfindən təklif edildiyi kimi Yer üçün nisbətən aşağı enerji yayılma dərəcəsini istifadə etdilər, həmçinin Sektaya baxın. 2.4. Bundan əlavə, Kasting et al. (1993) Dole ekosferindən daha real olan HZ-ni hesablamaq üçün inkişaf etmiş bir ölçülü fotokimyəvi-iqlim modelindən istifadə etmişdir.

Kasting et al. (1993) Dole (1964) -dən fərqlənir ki, birincisi maye səth suyunu dəstəkləyən planetlərlə maraqlanırdı, ikincisi isə müasir insanların rahat hiss etdiklərini təsəvvür edirdi. Sinxron fırlanmanın Kasting və digərlərinin atmosfer modelləşdirmə yanaşması üçün bir vəziyyəti təmsil etdiyini nəzərə almaq vacibdir. (1993) qırılır - qalıcı bir gündüz və qalıcı gecə tərəfi olan bir planet hündürlükdə bir ölçülü model ilə yaxşı təmsil olunmur - yer kürəsinə bənzər bir planetdəki səth suyunun sabitliyi üçün əsas bir sərhəd deyil. Buna baxmayaraq, Kasting et al. (1993) Dole’nin bədbinliyini qorudu və “hər şey nəzərə alınarsa, M ulduzları yaşayış üçün yararlı olan planetlərə sığınma potensiallarında G və K ulduzlarından xeyli aşağıda yer alır.” Aydındır ki, "yaşayış" mənası bu müzakirədə vacibdir və elm adamlarının nəticələrini həyat bəxş edən dünyaların axtarışı baxımından necə şərh etmələrinə təsir etmişdir. Bu işdə, “yaşana bilən bir planet” daha çox maye su okeanları olan (qlobal ola bilər) və nisbətən incə (çubuqlar) atmosferi olan qayadır.

3 ölçülü qlobal iqlim modellərinin (GCM) inkişafı ilə sinxron fırlanan planetlərin səth xüsusiyyətləri daha çox öz-özünə araşdırıla bilər. İlk modellər nisbətən sadə idi, lakin sinxron şəkildə fırlanan planetlərin maye suyu dəstəkləyə biləcəyini və bu səbəbdən potensial olaraq yaşayış üçün nəzərdə tutulduğunu aşkarladı (Joshi et al. 1997). Daha son araşdırmalar bu nəticəni təsdiqlədi (Wordsworth et al. 2011 Pierrehumbert 2011 Yang et al. 2013 Way et al. 2015 Shields et al. 2016 Kopparapu et al. 2016) və bu səbəbdən sinxron rotasiyanı artıq bir limit olaraq görməməliyik. planetar yaşayış qabiliyyətinə. Üstəlik, bu GCM modelləri, sinxron rotatorlar üçün HZ-nin 1-D modellərinin proqnozlaşdırdığından daha çox ana ulduza yaxınlaşa biləcəyini göstərir (Yang et al. 2013). Bunlar yaxınlaşacaq olan Transiting Exoplanet Survey Peykinin (TESS) missiyası (Ricker və digərləri, 2014 Sullivan və digərləri, 2015) və transit ötürmə spektroskopiyası ilə uyğun ola bilər. James Webb Space Teleskopu. Bundan əlavə, aşağı kütləli ulduzlar Günəşə bənzər ulduzlardan daha çox yayılmışdır və buna görə yaxınlıqdakı ulduzların HZ-də çox sayda ekzoplanet sinxron vəziyyətdə ola bilər və fırlanma oxu ilə orbital oxa paralel paralel ola bilər (Heller və digərləri 2011 ).

Bəzi son tədqiqatlar planetlərin və peyklərin fırlanma təkamülünü araşdırmışdır (Ferraz-Mello 2015 Makarov 2015), lakin nəticələrini HZ ilə əlaqəli hesab etməmişdir. Yerdənkənar həyatı aşkarlamaq potensialından motivasiya olunaraq, əhəmiyyətli dərəcədə fırlanma təkamülünə və bəzi hallarda sinxron fırlanmaya səbəb ola biləcək fiziki və orbital xüsusiyyətlər haqqında daha çox məlumat vermək üçün yaşana bilən planetlərin gelgit təkamülü ilə bağlı sistematik bir araşdırma apardım. Bu sorğu yalnız iki cisim probleminə yönəldilir və hər ikisi də gelgit təkamülünü əhəmiyyətli dərəcədə təsir edə biləcək yoldaşları və spin-orbit rezonanslarını laqeyd edir, məsələn, Wu and Goldreich (2002) Mardling and Lin (2002) Rodríguez et al. (2012) Van Laerhoven et al. (2014). Xüsusilə, Darwin (1880) tərəfindən irəli sürülən və Məzhəbdə daha ətraflı təsvir edilmiş “tarazlıq gelgit” (ET) modelini istifadə edəcəyəm. 2, kütlələri 0,1 ilə 10 arasında ( mathrm <, M_ oplus> ) 0,07 ilə 1,5 arasında kütlələri olan ulduzlu planetlərin orbital və fırlanma təkamülünü simulyasiya etmək ( mathrm <, M_ odot> ) qədər 15 Gyr.

Kasting et al. (1993) bir ET modeli işlətdi və bir çox fərziyyələr və təxminlər etdi, lakin Dole metodundan olduqca üstün idi. Kasting et al. Modelində bir (1) istifadə edilmişdir

mathrm <, R_ oplus> ) sıfır ekssentrikliyi, yoldaşı, əyilməməsi və 13,5 saatlıq ilkin fırlanma dövrü olan planet, gelgit təsirlərinin planetin sinxron bir rotatora çevrilməsinə səbəb olduğu orbital radiusu hesablamaq üçün. Peale'nin ET modelində (1977), gelgit təkamül sürəti sözdə gelgit keyfiyyət faktoru ilə xətti olaraq tərəzi Q, əslində sürtünmə ilə enerji dağılımını bədəndəki asimmetriklik səbəbiylə torklarla əlaqələndirir. Kasting et al. (1993) Ay lazerinin dəyişməsinə əsaslanan müasir ölçmələrə baxmayaraq MacDonald (1964) tərəfindən təklif edildiyi kimi (Q = 100 ) seçdi, bax Dickey et al. (1994), Yerin dəyərinin (12) olduğunu tapın

2 ) (Williams et al. 1978). Kasting et al. (1993) ET modellərinin böyük eksantriklərin () super-sinxron dönmə ilə nəticələnə biləcəyi ilə bağlı proqnozlarını da nəzərə almamışlar (Goldreich 1966 Barnes et al. 2008 Ferraz-Mello et al. 2008 Correia et al. 2008). ET modelləri böyük eksantriklərdə yaxşı bir şəkildə kalibrlənməmişdir, lakin böyük eksantrikliklərə sahib çox sayda böyük ekzoplanet nəzərə alındıqda, ola bilsin ki, bir çox planet "dönə-dönə kilidlənib", yəni fırlanma sürəti gelgit torkları ilə təyin olunur, lakin dönmürlər sinxron şəkildə.

Kasting və digərlərinin HZ sərhədlərinin hesablanması üsulu. (1993) bir neçə dəfə yaxşılaşdırılmışdır, məsələn (Selsis et al. 2007 Kopparapu et al. 2013) və bu tədqiqatlar adətən Kasting et al. (1993) fırlanan sinxronizasiyanın M spektral sinfi ilə məhdudlaşdığını göstərir. Gelgit effektlərindəki belə kəskin bir sərhəd yanıltıcıdır, çünki fırlanma və orbital xüsusiyyətlərin başlanğıc şərtləri böyüklük əmrlərini əhatə edə bilər, gelgit yayılma dərəcəsi zəif məhduddur və gelgit modelləri özləri planetar səthlərin deformasiyalarının fizikasına zəif yaxınlaşmadır. Xüsusilə okeanları və qitələri olanlar. Müəyyən bir ulduz kütləsinin HZ-dəki planetlər üçün geniş bir spin vəziyyətini gözləmək lazımdır ki, bu da Məzhəbdə təqdim olunan simulyasiyalara əsaslanan bir gözləntidir. 3.

ET modeli, planetin fırlanma təkamülünü də təsir edə biləcək bir çox hadisəni, məsələn atmosfer gelgitləri (Gold and Soter 1969 Correia və Laskar 2001, 2003 Leconte et al. 2015), yoldaşların təsiri (Correia et al. 2013 Greenberg et al.). 2013) və ulduz küləkləri ilə fırlanan əyləc (Matsumura et al. 2010 Reiners et al. 2014). Bu təsirlər əhəmiyyətli ola bilər, bəlkə də dominant ola bilər və son zamanlarda bəzi tədqiqatçılar planetar və ulduz interyerləri ilə bağlı daha real fərziyyələr daxil edərək ET modelləri üzərində inkişaf etmişlər (Henning et al. 2009 Correia 2006 Ferraz-Mello 2013 Zahnle et al. 2015 Driscoll və Barnes 2015). Bununla birlikdə, Yer üzündə gelgit yayılması ilk növbədə okeanlarda qeyri-xətti proseslər nəticəsində baş verir və homojenlik fərziyyələri ilə çox yaxınlaşmır. Peyk məlumatları göstərir ki, Yerin dağılmasının təxminən üçdə ikisi boğazlarda və dayaz dənizlərdə, təxminən üçdə biri açıq okeanda baş verir (Egbert və Ray 2000). Birincisi, gelgit qabarıqlığı keçdikdə və qarışıqlıq enerjinin dağılmasına səbəb olduqda axındakı darlıqları təmsil edir. İkincisi, ehtimal ki, dəniz dibi topoqrafiyasında yeraltı dalğaların dənizin dağ silsilələri üzərindən keçən okean axınlarının yaratdığı və enerji yayılmasına səbəb olan qeyri-xəttli dalğa qarşılıqlı təsirlərinə səbəb olduğu yer üzündədir. Beləliklə, Yerə bənzər bir planetin gelgit frenlemesi, ən çox ehtimal olunan bir okeanın bilinməyən xüsusiyyətlərindən asılıdır. Heç bir "ekzo-okeanoqrafiya" modeli hazırlanmadığından, ET modelləri, mövcud olan ekzoplanetlərin gelgit əyləcinin vaxt miqyaslarını araşdırmaq üçün məqbul seçimlər kimi görünür, lakin fərdi hallarda möhkəm nəticələr çıxarmaq üçün kifayət qədər dəqiq olmadıqlarına diqqət yetirin. yalnız mümkün davranış aralığını müəyyən etmək üçün istifadə olunur. Egbert və Ray (2000) nəticələrinin bir nəticəsi, tamamilə maye su ilə örtülmüş ekzoplanetlərin, ehtimal ki, Dünya kimi ikitərəfli bir səthə sahib olanlardan yalnız bir neçə dəfə az dissipativ olacağıdır.

Bu iş, iki məşhur təcəssümü istifadə edərək geniş bir başlanğıc şəraitində ET modeli tərəfindən proqnozlaşdırılan davranışa odaklanır. Bu daha geniş parametr sahəsinin nəzərə alınması, potensial olaraq yaşayış üçün mümkün olan hər bir planetin fırlanma müddətinin gelgitlərdən təsirlənə biləcəyini göstərir. Təxminən yarısı KeplerYer kürəsinin gelgit xüsusiyyətlərinə sahib olduqları təqdirdə təcrid olunmuş planet namizədləri toplu şəkildə kilidlənir və Proxima b-nin bütün inandırıcı fərziyyələr üçün (10 ​​^ 6 ) ildən az bir gelgit kilidləmə müddətinə sahib olduğu təsbit edildi. (T_ mathrm) toplu kilidləmə vaxtını da hesablayıram, ) NASA-nın gələcək proqnozlaşdırılan gəlirləri üçün TESS missiya və tapmaq demək olar ki, bütün hallarda (T_ mathrm & lt 1 ) Gyr, algıladığı bütün potensial aləmlərin fırlanma müddətlərinin gelgit prosesləri ilə əhəmiyyətli dərəcədə dəyişdirildiyini düşünür. Yaşana bilən bir planetin super-sinxron olaraq fırlandığı bəzi hallarda eksantrikliyin necə böyüyə biləcəyini də araşdırıram, yaşana bilməyən dünyalar üçün qısaca müzakirə olunan bir müddət (Heller və digərləri 2010 Cheng və digərləri 2014). Əksər hallarda, ekssentrikliyin böyüməsi təvazökardır və ilk növbədə dairəvi hala gəlməyi gecikdirir. Həşərat. 4, bu nəticələri ümumiyyətlə ekzoplanet müşahidələri və planetlərin yaşayış qabiliyyətinə mümkün təsiri baxımından müzakirə edirəm.


Düzgün kilidlənmiş planetlər: Həyat əbədi gecə yarısı altında mövcud ola bilərmi?

Ay həmişə eyni üzü Yer üzünə təqdim edir: Ay ətrafımızda fırlandıqda, eyni zamanda öz oxunda fırlanır. (Şəkil: NASA tərəfindən təmin edilmişdir)

Yeni bir gün batımı zəngin qırmızı rəngləri göyə yayarkən, fauna və flora fərqli şəkildə cavab verir. Gündəlik heyvanlar soyuq gecə vaxtından qaçınmaq üçün gecələyir, gecə quşları zəif gecə görmə qabiliyyəti ilə ov axtararaq qanadlarını uzadır. Günəbaxanlar günəşin qayıtmasını gözləyərək yenidən şərqə doğru yavaş bir hərəkətə başlayırlar. Qədim insanlar mağaraların təhlükəsizliyinə çəkilərək, gündüz istiliyini atəşin nəzarəti ilə yenidən yaratmağa çalışardılar. Müasir insanlar (astronomlar və qonaq olanlar kənara) işdən evə qayıdırlar və rahat ev şəraitində əylənirlər.

Gecə planetimizin hər döngəsində ulduzumuzun hər gün üstümüzə bağladığı parlaq mavi yorğanı götürüb kainatın göz qamaşdıran qaranlığına salmağı gözləyir. Gecə və gündüzün ardıcıllığı Yer planetinin səthində canlı olmağın daxili hissəsidir. Bu tsiklik dəyişikliyə cavab verən bir xronobiologiya həyatın başlanğıcından bəri genlərimizdə inkişaf etmişdir.

Bəs hər zaman əbədi gündüz işığı və ya daimi gecə olsaydıq nə olardı? Çox sayda planet tam olaraq bu qəribə vəziyyətdədir.

Vladimir Lyra (Foto: Nəzakət)

Ayın həmişə eyni üzü Yer üzünə təqdim etməsi bizə məlumdur: Ay ətrafımızda fırlandıqda, eyni zamanda öz oxunda fırlanır. Bu vəziyyət “gelgit kilidi” olaraq bilinir və genişlənmiş cisimlər arasındakı cazibə qüvvəsi qarşılıqlı təsiri nəticəsində meydana gəlir: Yerin cazibəsi ayın yaxın tərəfini uzaq tərəfdən çəkdiyindən daha güclü şəkildə çəkir. Bu, Ayın fiqurunu biraz düzəldilmiş bir forma uzadır, daha uzun ox isə Dünyaya tərəf yönəldilir: astronomun ifadəsi ilə “gelgit çıxıntısı”. Ay Yer ətrafında döndüyü dövrdən fərqli bir dövrlə fırlanırsa, gelgit qabarıqlığı mərkəzdən kənar olacaq və Yerin cazibə qüvvəsi onu hizalanmaya doğru çəkəcəkdir. Kifayət qədər vaxt verildikdə, bu yedək ayın fırlanmasını yavaşlatacaq və ya sürətləndirəcək və nəticədə onu Yerin ətrafındakı orbital dövrlə tam uyğunlaşdıracaq.

Bir sıra ekstraular planetlər (digər ulduzların ətrafındakı planetlər) ulduzlarına o qədər yaxındır ki, Günəşin nəhəng cazibəsi Yerin aya etdiyi kimi onları səliqəli şəkildə kilidlədi. Bir tərəfi daim ulduz radiasiyası bişirir, digər tərəfi astronomun əbədi gecə xəyalıdır. Planet 55 Cancri e bu qədər həddindən artıq bir vəziyyətdir. Yalnız 18 saatlıq bir “il” ilə gündüz tərəfdəki qayalıq səthi əriyib. Magma okeanları olan bir planet düşünün.

Düzgün kilidlənmiş planetlərdə inkişaf edən hər hansı bir həyat, bu mühitə bizim üçün çox qəribə görünəcək şəkildə uyğunlaşacaqdı. Kalıcı bir oksigen tədarükü olmadan dünyadakı beyinlərimiz hava məhrumiyyətindən beş dəqiqə içində ölməyə başlayır. Qalıcı gün işığında inkişaf edən həyatın, günəş işığına, bizim də havaya olan tələbatımız olarmı? Bizim kimi planetləri kainatdakı həyat axtarışlarından kənarda qoyaraq bu səliqəli kilidlənmiş dünyaların alimləri arasındakı mübahisəni düşünün. Dr Alienway, "Düzgün şəkildə kilidlənməmiş heç bir planet həyatı dəstəkləyə bilməz. Çünki hər gün uzun müddət qaranlıq olacaqdı. Planetimizdən bilirik ki, həyat davamlı işıq məhrumiyyətinə dözə bilməz. ”

Əbədi gecə altında planetin tərəfi də həyat üçün oyun olacaqdır. Ayın 260 dərəcə Fahrenhayt yüksək bir günorta istiliyinə sahib olduğu, gecə yarısı mənfi-280 Fahrenhayt qədər soyuq bir şəkildə düşdüyü halda, Yer üzündə atmosfer və okeanlar bu cür hədlərin qarşısını alır. Gündüzdən gecə tərəfə kifayət qədər istilik nəqli yaratmaq üçün atmosferi olan səliqəli şəkildə kilidlənmiş bir ekstraser planet, bəlkə də günəş heç işıq verməsə də, yaşamaq üçün kifayət qədər istilik verəcəkdir.

İndiyə qədər yer üzündən kənarda həyatın mövcudluğu əlbəttə ki, tamamilə fərziyyəlidir. Ancaq astronomlar bu yaxınlarda ekzoplanetlərin atmosferini araşdırmağa başladılar və günəşin aləmindən kənarda həyat axtarışlarını genişləndirdilər. Səthi çətinliklə cızdıq və hələ kəşf edəcəyimiz çox şey var. NASA-nın James Webb Space Teleskopu kimi yeni alətlər həyat əlamətləri üçün axtarışda, digər şeylər arasında atmosfer tərkibini təyin etməkdə daha dəqiqlik əldə etməyə imkan verəcəkdir.

Önümüzdəki 20 ildə həyat tapacağıqmı? Ekzoplanet kəşfləri təkcə qalaktikamızdakı milyardlarla, bəlkə də trilyonlarca planetə işarə etdiyindən, bu əsrlər boyu soruşulan suallara cavab vermək ehtimalı heç vaxt bundan da yaxşı olmayıb. Bir yerdə, bəlkə də yığcam şəkildə kilidlənmiş bir planetin alacakaranlıq zonasında bir astronom çoxillik günəşin batmasına heyran qalır və eyni sualı verir.


Gecə və gündüz dövrü olmayan bir planetdə yad həyat necə olardı?

Həyat axtaranda tez-tez öz şəraitimizi təqlid edən planetləri axtarırıq. Ancaq bu belə olmaya bilər. Many exoplanets in the Universe have very different orbits to our own, and some are tidally locked, meaning the same surface of the planet is always facing their star.

This gives rise to a day and night side. Previously researchers had thought this would be bad for the chances of life developing, but now research suggests otherwise. In fact, these planets might be the best place to look for alien life.

While we know stars like our Sun can give rise to life, they are not the most common star out there. Stars called M dwarfs are ten times more common than Sun-like stars, so trying to understand how life might develop around these stars is an important quest in modern astronomy.

M dwarf stars are smaller, lighter and less bright than our Sun, and as a result the planets around them are completely different to our solar system. They are also easy to spot, and survive for a much longer time than stars like our own Sun.

“We now know that most M dwarfs are hosts to closely-packed planetary systems characterised by a paucity of Jupiter-mass planets and the presence of multiple rocky planets,” says Aomawa Shields, astronomer at the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. “Roughly a third of these rocky M-dwarf planets orbit within the habitable zone, where they have the potential to support liquid water on their surfaces.”

Planets around M dwarf stars, known as M dwarf planets, are often in an eccentric orbit, meaning instead of always being the same distance from their star, they go from extremely close to extremely far away. This can cause them to be ‘tidally-locked’, meaning the same half is always facing towards their star, and the same half facing away. Some of the planet is in constant night, some in constant day and other parts are experiencing constant sunsets and sunrises.

A new paper, published on the preprint server arXIv, has shown exactly what an eccentric orbit like this could mean for habitability of the planet. A group of researchers from Peking University, China and McGill University, Canada, modelled the orbits of M dwarf planets.

“The orbital configurations of M-dwarf planets are always tidally-locked at resonance states, which are quite different from those around Sun-like stars,” the authors said. “Thus, the conclusions drawn from previous studies focusing on Sun-like-star planets may not be applicable to potentially habitable exoplanets around M dwarfs. M-dwarf planets need to be investigated separately.”

The group found planets in the habitable zone, where liquid water could exist on the surface, are unlikely to move out of that zone even during their eccentric orbits. However, the actual habitable zone is smaller around an M dwarf star than a Sun-like star. Regardless of these differences, M dwarf stars are where we should be searching for life, the authors say. “Exoplanets around M dwarfs are the most promising targets in searching for alien life,” the paper explains.

In a paper published earlier this year, Avi Loeb and Manasvi Lingam at Harvard University simulated what life would be like on a planet with no day and night, particularly looking into the idea of biological clocks. Our biological clock on Earth, which is known to have played an important part in the evolution of life as we know it, comes from the day and night cycle.

“There is abundant evidence that biological clocks are essential to modern life on Earth, and that biological clocks may have evolved very early in the history of life on Earth, either in cyanobacteria or in other single-celled organisms,” says Jennifer Macalady, from Penn State University. “Cyanobacteria have been an important component of the biosphere for most of Earth’s history, 3-4 billion years.”

But, on a planet with no day and night, the pair found a biological clock could come from other biological processes, such as the tides. “We suggest that periodic tides could replace this cycle in tidally-locked planets around M-dwarfs,” Loeb says. “The period there is set by the orbital period which is also of order days.”

“Of course, one can imagine ‘alien’ animals that do not have these clocks,” he says. “But the main point of our paper is that tides serves many other important purposes for the development of life, such as allowing ponds to be generated again and again. As the ponds partially evaporate in each cycle, they increase the concentration of chemicals that are essential for the emergence of life.”

The search for life with no day and night looks promising, and because of this many new missions are setting out to look. NASA’s Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), due to launch in March next year, will be one of the first to study more than 200,000 stars for signs of planets. As we continue to search, we will start to understand more about these strange worlds and whether or not they might have the conditions for life, albeit very different to that we know.


The Search for Superhabitable Planets. Worlds Even More Habitable Than Earth

REMINDER: – Universe Today will be hosting an interview with Dr. Dirk Schulze-Makuch, co-author of the research featured in this article, on Thursday October 15 th , 2020 at 8:30am PT. Click the video below to watch live or to see the recorded stream afterward

Out Earthing Earth

If you said Hoth, that’s a good guess. But, it’s actually Earth depicted in one of two known “snowball” states. The entire planet’s surface was locked beneath glacial ice during the Cryogenian Period 650 million years ago and during the Huronian Glaciation 2 – 2.4 billion years ago.

When considering habitability, we tend to use Earth as THE gold standard of planets in the Universe. But even Earth has experienced compromised habitability due to cataclysmic events or climate change. Furthermore, what if there are planets that out Earth the planet Earth at being Earth-like – better optimized for the evolution of diverse and complex life? In a new study, authors Dirk Schulze-Makuch, professor of the Centre for Astronomy and Astrophysics at Technical University Berlin Astrophysicist René Heller at the Max Planck Institute for Solar System Research and Edward Guinan, professor at Villanova University’s Department of Astronomy say:

“The fact that Earth is teeming with life makes it appear odd to ask whether there could be other planets in our galaxy that may be more suitable for life.”

Schulze-Makuch, Heller, and Guinan 2020

But that what the authors have set out to find – planets even more habitable than Earth or “Superhabitable”

Planet Hunting

The study examined 4000+ confirmed planets and planet candidates featured in the KOI (Kepler Object of Interest) database in search of superhabitable worlds. Kepler is a planet hunting telescope launched in 2009 searching for planets outside our solar system or “exoplanets.” Though unlikely that our Sun was the only star with planets, we didn’t have definitive proof of exoplanets until 1992 when we found several orbiting neutron star B1257+12 . Within just a few years of launch, Kepler discovered thousands more using the “transit method.” Kepler detects the shadows cast by distant worlds as they cross our view of their parent stars (a transit) blocking some of the starlight. Kepler sampled a portion of the sky near constellations Cygnus and Lyra and confirmed that the Universe probably has even more planets than it does stars. Of course, we want to know, can life exist on those worlds? Are they habitable? Are they potentially daha çox habitable than our own world?

Artist depiction of Kepler seeing planetary transits. Kepler sees the shadows of worlds as they cross the face of their distant stars and measures the dip in the stars brightness – c. NASA

Life As We Know It…

When defining “habitable”, we’re really talking about habitability for life as we know it as that’s the only example we have. The authors used a list of environmental conditions that constrain the biochemistry of life on Earth including temperature, pH, water, oxygen, pressure, radiation, and the ranges in which life survives in each. For example, some creatures living a the 11,100m depth of the Marianas Trench, deepest point in our oceans, are subjected to pressure a thousand times greater than on the planet’s surface and yet life exists in both places. However, we can’t yet measure all these conditions on a distant world with the same detail of our own planet. Instead, we try to determine what general prerequisites led to Earth’s habitability and apply them to distant worlds. What we CAN see is the type of star an exoplanet is orbiting, if the exoplanet orbits its star at a distance to maintain a temperature conducive to liquid water (referred to as the habitable zone), the mass of the exoplanet, and estimate the age of the exoplanet and host star.

Our Sun is a dwarf class G star or “dG” sometimes referred to as a yellow dwarf. Because we’re here and we orbit this star, one might conclude that class G stars are ideal for the evolution of complex life. But, complex life required over 3 billion years of evolution. Technological life required 4 billion. Looking at our Sun’s lifecycle, we barely made it. Our Sun has 5 billion years left before exhausting its hydrogen fuel but along the way it is continuing to warm and will vaporize Earth’s oceans in just one billion more – a fraction of the total time it took for us to evolve. More massive stars class F, A, B, and O exhaust their hydrogen at much faster rates – some in 5 billion years or even just a few million years – leaving little room for life to evolve…or even begin. Stars less massive than our Sun, class K and M, live longer providing more time for evolution on the planets in their solar systems. However, class M stars, capable of burning on the order of hundreds of billions to trillions of years, come with caveats. Their low energy output requires planets to orbit so closely to maintain temperatures conducive to liquid water that they become “tidally locked.” One side of the planet is locked by gravity to always face the star – just as our Moon is tidally locked to the Earth. Temperature variations across a tidally locked planet would be extreme from one side to the other. Furthermore, the proximity of the planet to the star leaves it vulnerable to intense bursts of solar radiation from superflares and solar storms. So M is probably out. That leaves class K stars, the weight class just below G which, according to the authors, “might well offer the most benign environments for superhabitable planets.” Statistically this is good news as K stars make up a greater percentage of our galaxy’s stars than G – 12% vs 8%.

In addition to not orbiting the most optimal star, Earth might not be the optimal mass for a terrestrial life-bearing planet either. More mass means more surface area. More surface area means more space for life to evolve as well as a thicker atmosphere owing to increased gravity. But you reach a critical limit. Planets that are more than 1.5 times the mass of Earth might actually be distant gas giants classified as “Mini Neptunes.” If they are in fact terrestrial worlds above 1.5 Earth masses, the increased gravity may impede the mechanics of plate tectonics, the motion of Earth’s landmasses, essential for the recycling of surface nutrients through earthquakes and volcanism (a process Mars lacks for example). Plate tectonics also evenly distribute land and water. In the past, Earth’s lone super continent Pangea featured in-land deserts as the central regions of the continent were distant from ocean water resulting in poorer habitability than today’s continent configuration. A larger mass planet also locks more heat within its core which drives tectonic activity for a longer time. In addition, a spinning molten planetary core generates a protective magnetic field around the planet just as our magnetic field protects us from solar radiation (visible during aurora). The authors settle on a terrestrial planet 1.5 times the mass of Earth and approximately 10% larger.

A planet’s temperature and temperature variation are mostly a function of distance from the parent star as well as tilt of the planet’s axis. For an ideal temperature and stable axial tilt, a planet needs to reside within the star’s habitable zone where liquid water would be present at the surface (as with Earth) and feature a large moon. The Moon’s gravitational pull on Earth reduces the amount that our planet “wobbles.” Like a spinning top, our Earth wobbles about its axis meaning that, in about 13,000 years, the North Star will be the star Vega and not Polaris as the direction the North Pole points drifts across the sky. Without the anchoring effect of the Moon, the wobbling of Earth’s axis would be much greater. Great shifts in the planet’s axial tilt could trigger extreme temperature and climate changes resulting in mass extinction events. We also know the warmest and wettest places on Earth are where we find the greatest biomass and biodiversity – namely the rainforests. Warmer and wetter eras of Earth’s history were also synonymous with great explosions of life such as the Carboniferous Period 350 million years ago when the average global temperature was 5 degrees warmer than today. So, we’re looking for wet exoplanets, in the habitable zone, with a mean global temperature 5 degrees warmer than present day Earth, and which feature a large moon.

Life began about 700 million years after the Earth’s formation. But eons more time was required for complex multicellular life to evolve. Given more time, evolution has more opportunities to try out ways of doing life. It’s unclear what the optimal time for complex life to evolve is, but you want as much time as you can get before the core of the planet cools or the parent star exhausts its fuel. In addition, too much time increases the chance a given planet is subjected to random cataclysmic events like comet impacts. The authors select an age of 5-8 billion years vs Earth’s 4.5 billion.

With these conditions, we arrive at a superhabitable planet:

  • Terrestrial planet orbiting within the habitable zone of a K class dwarf parent star – vs Earth’s G dwarf star
  • 5-8 billion years old – vs Earth’s 4.5 billion years
  • 1.5 times Earth’s mass and 10% larger than Earth
  • Mean surface temperature 5 degrees Celsius warmer – similar to Earth’s Carboniferous Period
  • A moist atmosphere of 25 – 30% O2 concentration – also similar to Earth’s Carboniferous atmospheric O2 concentrations (currently we are at 21%)
  • Plate tectonics resulting in the recycling of the planet’s surface nutrients and evenly distributed water and land. By virtue of active plate tectonics, the planet also likely features a rotating molten core generating a protective magnetic field
  • Hosts a large moon 1-10% the mass of the planet and orbiting at 10-100 planetary radii distance – Earth’s Moon is 1.2% Earth’s mass and orbits at about 60 Earth radii

So, are there any planets that meet the conditions!? It’s a solid…maybe. We can’t measure all these criteria from the distances we are observing with current technologies. We can’t, for example, yet determine if an exoplanet features active plate tectonics or hosts a moon. But we can measure the mass of an exoplanet, whether it orbits within the habitable zone, estimate its age, and classify the parent star. Scanning the 4000+ Kepler planets for superhabitable criteria, the authors find 24 terrestrial candidates that meet at least some of the conditions. 9 orbit K stars, 16 are between 5-18 billion years old, and 5 are within a 10 degree range of optimal temperature. Of the 24, ONE meets all the observable criteria, KOI 5715.01, which orbits a K class orange dwarf star roughly 3000 light years from Earth.

FIG. 1 from Schulze-Makuch, Heller, and Guinan 2020. Star-planet distances (along the abscissa) and mass of the host star (along the ordinate) of roughly 4500 extrasolar planet and extrasolar planet candidates. The temperatures of the stars are indicated with symbol colors (see color bar). Planetary radii are encoded in the symbol sizes (see size scale at the bottom). The conservative habitable zone, defined by the moist-greenhouse and the maximum greenhouse limits (Kopparapu et al., 2013) is outlined with black solid lines. Stellar luminosities required for the parameterization of these limits were taken from Baraffe et al. (2015) as a function of mass as shown along the ordinate of the diagram. Data from exoplanets.org as of May 20, 2019.

Is Anyone Home?

While the candidates might feature the prerequisites for superhabitability, we don’t know if they are actually inhabited. While we know what conditions life (as we know it) needs to flourish, we don’t know what conditions are required for the origin of life. However, once the ball is rolling, life appears driven toward complexity.

In related research also written by Dirk Schulze-Makuch and joined by MIT’s William Bains, the two argue that if life begins on a planet, evolution inevitably leads toward complex, macroscopic forms given habitable environmental conditions and enough time. Schulze-Makuch and Bains reviewed “key innovations” or major evolutionary milestones of life on Earth. These milestones occurred “many times independently in very different groups of organisms” suggesting these innovations are neither rare nor unique in the evolutionary process toward progressively more complex life. And if these great leaps happened many times on our own planet, independent of species or location, perhaps similar milestones could occur on other worlds as well. Key Innovations were also catalyzed by conditions common to other worlds. For example, photosynthesis is a logical evolutionary leap as the most readily abundant source of energy to life would be starlight at a planet’s surface. We could expect then that alien life has also evolved to photosynthesize. Other proceeding innovations were oxygen producing bacteria that enriched our atmosphere’s O2 content, complex internal cell structure, complex genetic coding, multicellularity, large multicellular organisms, and finally intelligence leading to technological intelligence. Of all the innovative steps of life, the two we don’t fully understand are the origin of life itself and the development of technological intelligence – the beginning and most recent. Outside of these two innovations, the authors conclude that, given enough time, “where life has arisen and sufficient energy flux exists, we are confident that we will find complex, animal-like life.” This may not be technological animal life, but IF life did begin on a world, and especially if that world exhibits superhabitability, there is a high probability that complex animal life resides on that world if the evolution of life on Earth is any indication. And that’s…wow.

Presently none of the superhabitable candidates reside within a hundred light years meaning they are difficult to study in detail. But given coming advances in telescopes like the James Webb Space Telescope and the Starshade Project, if a closer superhabitable candidate is discovered the authors encourage us to take a closer look saying that

“…with regard to the search for extrasolar life, potentially superhabitable planets may deserve higher priority for follow-up than most Earth-like planets.”

Schulze-Makuch, Heller, and Guinan 2020

In the meantime, there is ONE world we know of that has life. In terms of habitability, we’re doing a lot of damage. It took billions of years for conditions to set the stage for our arrival on Earth. We’re quickly reversing all that. Let’s cherish Earth with the same awe and reverence we would grant its cousin were we to find it among the stars.


The bio-habitable zone and atmospheric properties for planets of red dwarfs

The Kepler data show that habitable small planets orbiting Red Dwarf stars (RDs) are abundant, and hence might be promising targets to look at for biomarkers and life. Planets orbiting within the habitable zone of RDs are close enough to be tidally locked. Some recent works have cast doubt on the ability of planets orbiting RDs to support life. In contrast, it is shown that temperatures suitable for liquid water and even for organic molecules may exist on tidally locked planets (TLPs) of RDs for a wide range of atmospheres. We chart the surface temperature distribution as a function of the irradiation, greenhouse factor and heat circulation. The habitability boundaries and their dependence on the atmospheric properties are derived. By extending our previous analyses of TLPs, we find that tidally locked as well as synchronous (not completely locked) planets of RDs and K-type stars may support life, for a wider range of orbital distance and atmospheric conditions than previously thought. In particular, it is argued that life clement environments may be possible on tidally locked and synchronously orbiting planets of RDs and K-type stars, with conditions supporting oxygenic photosynthesis, which on Earth was a key to complex life. Different climate projections and the biological significance of tidal locking on putative complex life are reviewed. We show that when the effect of continuous radiation is taken into account, the photo-synthetically active radiation available on TLPs, even of RDs, could produce a high-potential plant productivity, in analogy to mid-summer growth at high latitudes on Earth. Awaiting the findings of TESS and JWST, we discuss the implications of the above arguments to the detection of biomarkers such as liquid water and oxygen, as well as to the abundance of biotic planets and life.


World concept of a tidally locked planet

Below, the neverending storms of the Dusklands (?) raged on as the leaders of an army of resistance meet atop an isolated tempest engine. A place only accessable in the eye of a storm.

Beautiful watercolor, by the way, and beautiful handwriting.

Fancy cursive for a fancy fantasy photo? Check

That's dusklands for sure. I reckon it's the zone that's always dusk.

So the planet has a day side and night side like our moon this never changes. There is a race of creatures that inhabit the day side using the various sands they construct glass cities and other things. On the night side another race is in eternal darkness. They use biochemical reactions for light and geothermal sites etc. with the dusklands there is never ending storms as the cold air from the dark exchanges with the sun side this is the zone where humans can live. They construct massive tempest engines in the atmosphere to harness the power of the storms for energy as well as create trade winds that can be used to ferry massive air galleys and other things along the torrential winds.

The only complaint I have in regards to this world is that I feel as though the sun side would be too superheated to inhabit and the dark side would be too wholly frozen over to inhabit.

I'm not speaking just of humans here, but of any kind of organism. Do as you like of course, make sentient creatures that can adapt to such conditions, but that fact would concern me.

So the planet has a day side and night side like our moon this never changes.

The sun rises and sets on the moon. The Dark and light side refer to the sides which show towards Earth.

But you probably knew that.

This is so cool op, specially the tempest engines :)

My initial idea was tidally locked moon but that fell apart in that the dark side would still get sun. I'm thinking that there maybe other atmospheric engines in the twilight zone that perpetuate the atmosphere on the planet giving the land owners there immense political away as they can essentially destroy then planets ability to be habitable. I have looked up science behind tidally locked planets. But cool thing with fantasy is its that. I do like to keep as realistic as I can but I just find the concept of day and night forever to appealing.

If you had a moon that rotated at just the right amount so that it appeared to be tidally locked to the sun, you could still have one side that was perpetual night, while the sun-side could still have night when it is eclipsed by the planet. if that interests you at all.

That's a fair reasoning. another realistic idea to consider would be that, from the visual reference you give us, you seem to like a world featuring (what appear to be) floating landmasses and thus highly irregular topography. How would the logistics of such a world work? Would food be grown in the urban styles people are proposing these days, with skyscrapers that act as vertical greenhouses? How did people get around in a time before they had access to the tech they have now, or have they always had tech that works along the same concept?

As /u/kalez238 mentioned: There could be an orbital frequency of a moon to its planet with a sympathetic ratio of the planet to it's sun that kept a dark and light side of moon.

Sorry I am working on another piece of art that shows a ground level of structures they are not solely a society like bespin in star wars but I like the agricultural discussion I'll need to have

Lovely work, your handwriting is lovely even though I had a hell of a timereading it. Why would the light side build domes of glass? It's locked on the sun so it would have really temps and glass would just amplifiy the heat. Unless the world is far away or the sun is dimmer?

They use the sands as material that is available. The sands will have various properties. To imitate steel, concrete normal glass etc. plus I think a glistening city of glass in the desert from a design aesthetic would be amazing. The night side is likely volcanic or geologically active in some fashion. I imagine strange plant life using the same mechanics the life in the oven trenches uses on the thermal vents.

also you have nice handwriting.

That could work too. Important part is the black and white of the day night races and the turbulent relationship between the races handled by the humans in the dusklands

Oooh! Tidally locked planet!

I've been kicking around an idea of a tidally locked planet for a book that Iɽ like to try writing some day. Half the planet is bombarded by harsh sunlight, searing heat, and dangerous radiation, requiring life to evolve the appropriate defenses in order to survive. The other half of the planet has ecosystems centered around numerous geothermal vents, like a terrestrial form of the hydrothermal vents found in our oceans. It's inhabitants use advanced forms of sonar in order to perceive their surroundings. The planet's sapient species, the Xin, evolved in the dark. They are technologically primative, but are thought to have superior intelligence to humans. Xin are generally peaceful creatures, despite the long, scythe like blades on their forearms, which can be extended for combat. The blades are an integral part of Xin culture, used for sparring (which is considered an art form), carving, dance, and culinary art. Xin have strict codes of honor, and most do not understand the concept of deceit. A Xin who goes against his word is dishonored, and often will have his blades amputated as a result.


Videoya baxın: Planetlər ay ilə yer arasında olsaydı.. (Sentyabr 2021).