Obyvatelnost přírodních satelitů - Habitability of natural satellites
Obyvatelnost přírodních satelitů je měřítkem potenciálu přírodních satelitů mít prostředí pohostinné k životu . Obyvatelná prostředí nemusí nutně skrývat život. Přirozená satelitní obývatelnost je rozvíjející se pole, které je považováno za důležité pro astrobiologii z několika důvodů, především proto, že se předpokládá, že přirozené satelity výrazně převyšují počet planet a předpokládá se, že faktory obyvatelnosti budou pravděpodobně podobné faktorům planet . Existují však klíčové rozdíly v životním prostředí, které mají vliv na měsíce jako potenciální místa pro mimozemský život .
Nejsilnějšími kandidáty na přirozenou satelitní obývatelnost jsou v současné době ledové satelity, jako jsou Jupiter a Saturn - Europa a Enceladus , ačkoli pokud na každém místě existuje život, pravděpodobně by byl omezen na podpovrchová stanoviště. Historicky byl život na Zemi považován za přísně povrchový jev, ale nedávné studie ukázaly, že až polovina zemské biomasy by mohla žít pod povrchem. Europa a Enceladus existují mimo obytnou zónu kolem hvězd, která historicky definovala hranice života ve sluneční soustavě jako zónu, ve které může voda na povrchu existovat jako kapalina. V obyvatelné zóně Sluneční soustavy jsou pouze tři přirozené satelity - Měsíc a Marsovy měsíce Phobos a Deimos (i když některé odhady uvádějí, že Mars a jeho měsíce jsou mírně mimo obytnou zónu) - žádný z nich neudržuje atmosféru ani vodu kapalná forma. Přílivové síly budou pravděpodobně hrát stejně důležitou roli při zajišťování tepla jako hvězdné záření v potenciální obyvatelnosti přírodních satelitů.
Exomoony zatím nejsou potvrzeny. Jejich detekce je extrémně obtížná, protože současné metody jsou omezeny na načasování tranzitu. Je možné, že některé z jejich atributů by bylo možné určit podobnými metodami jako u tranzitujících planet. Navzdory tomu někteří vědci odhadují, že existuje tolik obyvatelných exoměsíc jako obyvatelných exoplanet. Vzhledem k obecnému hmotnostnímu poměru planety a satelitu (s) 10 000 jsou velké plynové planety velikosti Saturn nebo Jupiter v obyvatelné zóně považovány za nejlepší kandidáty na ukrytí měsíců podobných Zemi.
Předpokládané podmínky
Podmínky osídlení přírodních satelitů jsou podobné podmínkám obyvatelnosti planet . Existuje však několik faktorů, které odlišují přirozenou satelitní obývatelnost a navíc rozšiřují jejich obyvatelnost mimo planetární obyvatelnou zónu.
Kapalná voda
Tekutá voda je většinou astrobiologů považována za nezbytný předpoklad mimozemského života. Existuje stále více důkazů o podpovrchové kapalné vodě na několika měsících sluneční soustavy obíhajících kolem plynových obrů Jupiter , Saturn , Uran a Neptun . Žádná z těchto podpovrchových vodních ploch však dosud nebyla potvrzena.
Orbitální stabilita
Pro stabilní oběžnou dráhu musí být poměr mezi oběžnou periodou Měsíce P s kolem jeho primárního a primárního kolem jeho hvězdy P p < 1 / 9 , např. Trvá -li planetě 90 dní, než obíhá kolem své hvězdy, maximální stabilní oběžná dráha pro měsíc této planety je kratší než 10 dní. Simulace naznačují, že měsíc s oběžnou dobou kratší než 45 až 60 dní zůstane bezpečně vázán na masivní obří planetu nebo hnědého trpaslíka, který obíhá kolem 1 AU od hvězdy podobné Slunci.
Atmosféra
Astrobiologové považují atmosféru za důležitou ve vývoji prebiotické chemie , udržování života a existenci povrchové vody. Většina přírodních satelitů ve sluneční soustavě postrádá významnou atmosféru, jedinou výjimkou je Saturnův měsíc Titan .
Naprašování , proces, při kterém jsou atomy vysunuty z pevného cílového materiálu v důsledku bombardování cíle energetickými částicemi, představuje pro přírodní satelity významný problém. Všichni plynní obři ve sluneční soustavě, a pravděpodobně ti, kteří obíhají kolem jiných hvězd, mají magnetosféry s radiačními pásy dostatečně silnými na to, aby za pouhých několik set milionů let zcela rozrušily atmosféru měsíce podobného Zemi. Silný hvězdný vítr může také odstranit atomy plynu z horní části atmosféry, což způsobí jejich ztrátu do vesmíru.
Na podporu atmosféry podobné Zemi přibližně 4,6 miliardy let (současný věk Země) odhaduje, že měsíc s hustotou podobnou Marsu potřebuje alespoň 7% hmotnosti Země. Jedním ze způsobů, jak snížit ztráty způsobené naprašováním, je, aby měl Měsíc vlastní silné magnetické pole, které může odklonit hvězdný vítr a radiační pásy. Měření NASA Galileo naznačuje, že velké měsíce mohou mít magnetická pole; zjistil, že Ganymede má svou vlastní magnetosféru, přestože její hmotnost je pouze 2,5% hmotnosti Země. Alternativně může být atmosféra měsíce neustále doplňována plyny z podpovrchových zdrojů, jak si někteří vědci mysleli, že jde o Titan.
Přílivové efekty
I když jsou účinky přílivové akcelerace na planety relativně skromné, může to být významný zdroj energie pro přírodní satelity a alternativní zdroj energie pro udržení života.
Měsíce obíhající kolem plynových obrů nebo hnědých trpaslíků budou pravděpodobně přílivově zablokovány ke svému primárnímu: to znamená, že jejich dny jsou stejně dlouhé jako jejich oběžné dráhy. Zatímco přílivové zamykání může nepříznivě ovlivnit planety v obyvatelných zónách interferencí s distribucí hvězdného záření, může fungovat ve prospěch obývatelnosti satelitu povolením přílivového ohřevu . Vědci z NASA Ames Research Center modelována teplotu na přílivu uzamčen exoplanet v obyvatelnosti zóně z červených trpasličích hvězd. Zjistili, že atmosféra s oxidem uhličitým ( CO
2) tlak pouze 1–1,5 standardních atmosfér (15–22 psi) umožňuje nejen obyvatelné teploty, ale umožňuje kapalnou vodu na temné straně satelitu. Teplotní rozsah měsíce, který je přílivově uzamčen k plynovému gigantu, může být méně extrémní než u planety uzamčené na hvězdu. I když na toto téma nebyly provedeny žádné studie, malé množství CO
2 se spekuluje, aby byla teplota obyvatelná.
Přílivové efekty by také mohly Měsíci umožnit udržovat deskovou tektoniku , což by způsobilo sopečnou aktivitu k regulaci teploty měsíce a vytvoření geodynamického efektu, který by satelitu poskytl silné magnetické pole .
Axiální náklon a klima
Za předpokladu, že gravitační interakce měsíce s jinými satelity může být zanedbána, měsíce bývají přílivově zablokovány se svými planetami. Kromě výše uvedeného rotačního zamykání bude existovat také proces nazývaný „eroze náklonu“, který byl původně vytvořen pro přílivovou erozi planetární šikmosti vůči oběžné dráze planety kolem její hostitelské hvězdy. Konečný spinový stav měsíce pak sestává z rotační periody rovnající se její oběžné době kolem planety a rotační osy, která je kolmá na orbitální rovinu.
Pokud není hmotnost měsíce ve srovnání s planetou příliš nízká, může to zase stabilizovat axiální náklon planety , tj. Její šikmost vůči oběžné dráze kolem hvězdy. Na Zemi hrál Měsíc důležitou roli při stabilizaci osového náklonu Země, čímž se snížil dopad gravitačních odchylek od ostatních planet a zajistily se pouze mírné změny klimatu na celé planetě. Na Marsu , planetě bez výrazných slapových efektů z relativně nízkých hmotných měsíců Phobos a Deimos , může axiální náklon projít extrémními změnami od 13 ° do 40 ° v časových intervalech 5 až 10 milionů let .
Být přílivově uzamčen k obří planetě nebo subhnědému trpaslíkovi by umožnil mírnější podnebí na Měsíci, než by tomu bylo v případě, že by Měsíc byl planetou podobné velikosti obíhající v uzamčené rotaci v obyvatelné zóně hvězdy. To platí zejména pro systémy červeného trpaslíka , kde poměrně vysoké gravitační síly a nízké svítivosti opouštějí obyvatelnou zónu v oblasti, kde by docházelo k přílivovému blokování. Pokud je tidally uzamčen, může jedna rotace kolem osy trvat relativně dlouho vzhledem k planetě (například ignorování mírného axiálního náklonu Měsíce Země a topografického stínování má jakýkoli daný bod na něm dva týdny - v pozemském čase - sluneční svit a dva týdny v noci ve svém lunárním dni), ale tato dlouhá období světla a tmy nejsou pro obyvatelnost tak náročná jako věčné dny a věčné noci na planetě přílivově uzavřené ke své hvězdě.
Ve sluneční soustavě
Následuje seznam přírodních satelitů a prostředí ve sluneční soustavě s možností hostování obyvatelných prostředí:
| název | Systém | Článek | Poznámky |
|---|---|---|---|
| Evropa | Jupiter | Kolonizace Evropy | Předpokládalo se, že má podpovrchový oceán udržovaný geologickou aktivitou, přílivovým ohřevem a ozařováním. Měsíc může mít více vody a kyslíku než Země a kyslíková exosféra. |
| Enceladus | Saturn | Enceladus - potenciální obyvatelnost | Předpokládalo se, že má podpovrchový kapalný vodní oceán kvůli přílivovému ohřevu nebo geotermální aktivitě. Byl detekován volný molekulární vodík (H 2 ), který poskytuje další potenciální zdroj energie pro život. |
| Titan | Saturn | Kolonizace Titanu | Jeho atmosféra je považována za podobnou atmosféře rané Země, i když je poněkud tlustší. Povrch charakterizují uhlovodíková jezera, kryovulkány a metanový déšť a sníh. Stejně jako Země je Titan chráněn před slunečním větrem magnetosférou, v tomto případě jeho mateřskou planetou po většinu své oběžné dráhy, ale interakce s atmosférou měsíce zůstává dostačující k vytvoření komplexních organických molekul. Má vzdálenou možnost exotické biochemie na bázi metanu . |
| Callisto | Jupiter | Callisto - potenciální obyvatelnost | Myslel jsem, že má podpovrchový oceán vyhřívaný přílivovými silami. |
| Ganymede | Jupiter | Ganymede - podpovrchové oceány | Předpokládalo se, že má magnetické pole s ledem a podzemními oceány naskládanými do několika vrstev, přičemž slaná voda je druhou vrstvou na vrcholu skalnatého železného jádra. |
| Io | Jupiter | Díky své blízkosti k Jupiteru podléhá intenzivnímu přílivovému ohřevu, což z něj činí vulkanicky nejaktivnější objekt ve sluneční soustavě . Outgassing vytváří trasování atmosféru. | |
| Triton | Neptune | Jeho vysoký orbitální sklon vůči Neptunovu rovníku pohání významné přílivové ohřevy, což naznačuje vrstvu kapalné vody nebo podpovrchový oceán. | |
| Dione | Saturn | Data shromážděná v roce 2016 naznačují, že vnitřní vodní oceán pod 100 kilometry kůry je vhodný pro mikrobiální život. | |
| Charon | Pluto | Možný vnitřní oceán vody a čpavku, založený na podezření na kryovulkanickou aktivitu. |
Extrasolární
Bylo detekováno celkem 9 kandidátů na exoměsíce, ale žádný z nich nebyl potvrzen.
Vzhledem k obecnému hmotnostnímu poměru planety a satelitu (s) 10 000 jsou velké plynné planety velikosti Saturn nebo Jupiter v obyvatelné zóně považovány za nejlepší kandidáty pro uchování měsíců podobných Zemi s více než 120 takovými planetami do roku 2018. Masivní exoplanety, o nichž je známo, že se nacházejí v obytné zóně (například Gliese 876 b , 55 Cancri f , Upsilon Andromedae d , 47 Ursae Majoris b , HD 28185 b a HD 37124 c ), jsou zvláště zajímavé, protože mohou potenciálně mít přirozené satelity s kapalinou voda na povrchu.
Obyvatelnost extrasolárních měsíců bude záviset na hvězdném a planetárním osvětlení na měsících a také na účinku zatmění na jejich průměrné povrchové osvětlení. Kromě toho může přílivové vytápění hrát roli pro obyvatelnost měsíce. V roce 2012 vědci představili koncept definování obyvatelných oběžných drah měsíců; definují vnitřní hranici obyvatelného měsíce kolem určité planety a nazývají ji cirkumplanetární „obyvatelnou hranou“. Měsíce blíže ke své planetě než obyvatelná hrana jsou neobyvatelné. Když se k modelování únikových skleníkových limitů hypotetických měsíců použijí efekty zatmění a omezení orbitální stability satelitu, odhaduje se, že - v závislosti na měsíční orbitální excentricitě - existuje minimální hmotnost zhruba 0,20 hmotnosti Slunce hostit obyvatelné měsíce ve hvězdné obyvatelné zóně. Magnetické prostředí exoměsíců, které je kriticky spouštěno vnitřním magnetickým polem hostitelské planety, bylo identifikováno jako další faktor exoměsíční obyvatelnosti. Nejpozoruhodnější bylo, že bylo zjištěno, že měsíce ve vzdálenosti asi 5 až 20 planetárních poloměrů od obří planety by mohly být obyvatelné z hlediska osvětlení a přílivového ohřevu, ale planetární magnetosféra by kriticky ovlivnila jejich obyvatelnost.
V populární kultuře
Přírodní satelity, které jsou hostitelem života, jsou ve sci -fi běžné. Mezi pozoruhodné příklady z filmu patří: Měsíc Země ve filmu Výlet na Měsíc (1903); Yavin 4 ze Star Wars (1977); Endor in Return of the Jedi (1983); LV-426 v Alien (1979) a Aliens (1986); Pandora v Avataru (2009); LV-223 v Prometheus (2012); Zpráva Europa in Europa (2013) a Watchmen (televizní seriál) (2019); a, K23 v Půlnoční obloze (2020).
Ve videohře Kerbal Space Program existuje obyvatelný satelit s názvem Laythe. To také vystupoval v přívěsu Kerbal Space Program 2 .
Viz také
- Analog Země
- Kepler-1625b I , možný exomoon z exoplaneta Kepler-1625b