Maa elinkelvoton

fyysikot havaitsivat erästä eksoplaneettaa tutkiessaan mekanismin, joka voi aiheuttaa kaasukehän pakenemisen ja samalla planeetan muuttumisen elinkelvottomaksi. Tutkimus julkaistiin The Astrophysical Journalissa.

Planeetan kaasukehän yläosassa olevat sähkövirrat saattavat synnyttää niin paljon lämpöä, että kaasukehä laajenee ja karkaa planeetalta. Samalla planeetta muuttuu todennäköisesti asumiskelvottomaksi.

PLANEETTATIETEILIJÄT ovat tähän asti uskoneet, että pysyäkseen asuttavana planeetta tarvitsee suojakseen vahvan magneettikentän. Kenttä ohjaa tähtituulen ionisoituneita hiukkasia, röntgensäteitä ja ultraviolettisäteilyä kaasukehän ympärille ja planeetasta poispäin.

Magneettikenttä estää vaarallista säteilyä pääsemästä esimerkiksi Maan pinnalle. Marsissa taas ei ole koko planeetan kattavaa magneettikenttää, joten aurinkotuulelta suojautuakseen siellä asuvien tulisi asua maanalaisissa luolissa ja onkaloissa.

Lowell Center for Space Science & Technologyn apulaisprofessori Ofer Cohen tutki kollegoineen, voisiko Trappist-1e-nimisen eksoplaneetan ionosfäärin sähkövirta lämmittää kaasukehää niin paljon, että se voisi laajeta ja haihtua planeetan painovoimasta pois avaruuteen. Tutkittu planeetta sijaitsee tähtensä asumiskelpoisella vyöhykkeellä.

Planeetan keskustähti TRAPPIST-1 on punainen kääpiötähti, joka sijaitsee Vesimiehen tähdistössä. Matkaa maasta sinne on noin 41 valovuotta. Sen planeettajärjestelmään kuuluu tiettävästi seitsemän eksoplaneettaa. Sen planeetoista kolme sijaitsee elinkelpoisella vyöhykkeellä. Niiden pintalämpötilojen vuoksi on mahdollista, että niillä voisi esiintyä nestemäistä vettä.

Maailmankaikkeuden tähdistä noin 70 prosenttia on punaisia kääpiötähtiä. Ne ovat Aurinkoa viileämpiä, minkä vuoksi elinkelpoinen vyöhyke sijaitsee huomattavasti lähempänä tähtiä.

TRAPPIST-1E-EKSOPLANEETTA löydettiin vuonna 2017. Sen etäisyys tähdestään on ainoastaan 0,028 tähtitieteellistä yksikköä. Yksi tähtitieteellinen yksikkö kuvaa Maan ja Auringon keskimääräistä etäisyyttä. Vertailun vuoksi aurinkoamme lähin planeetta Merkurius kiertää sitä noin 0,4 tähtitieteellisen yksikön etäisyydeltä.

Trappist-1e on kivinen ja Maan kaltainen. Sen tiheys on keskimäärin noin kaksi prosenttia Maata suurempi ja pintapainovoima 82 prosenttia. Sen tasapainolämpötila on 246 kelviniä eli –27,15 celsiusastetta, kun Maassa se on 244 kelviniä eli –18 celsiusastetta.

Näiden ominaisuuksien vuoksi Trappist-1e on tähän mennessä löydetyistä eksoplaneetoista kiinnostavimpia. Ei ole varmaa, onko planeetalla kaasukehää. Koska se sijaitsee niin lähellä tähteään, tähtituuli oletettavasti irrottaa sen kaasukehää voimakkaasti.

AIEMMASSA työssä osoitettiin, että TRAPPIST-1:n tähtituulet saattavat haihduttaa fotoevaporaatiolla eksoplaneettojensa vetypitoisen kaasukehän. Mallinnuksen tekeminen on kuitenkin monimutkaista, ja on mahdollista, että joillain näistä planeetoista on kuitenkin kaasukehä.

Toinen mekanismi, joka voi irrottaa planeetan kaasukehää, on kun varautuneet tähtituulet vaikuttavat ionisoituneeseen kaasukehän yläosaan. Cohenin ja hänen kollegojensa aikaisemmassa työssä he havaitsivat, että kun molemmat ovat konduktanssiltaan ja impedanssiltaan samankaltaisia, TRAPPIST-1:n kolme eksoplaneettaa voivat kokea tasavirtaisen resistiivisen kuumentumisen, joka voi olla tasoltaan jopa 1 watti neliömetriä kohti. Maan pinnalla tämä niin sanottu joule-lämmitys on voimakkuudeltaan noin 0,01 wattia neliömetrillä.

COHEN KOLLEGOINEEN on nyt mallintanut vielä yhden ilmiön, joka voi myös vaikuttaa TRAPPIST-1-tähteä kiertävien planeettojen kaasukehiin. Itse planeetan liike voi kuumentaa sen. Vaihtovirtaa syntyy planeetan kaasukehän yläosissa, kun se kohtaa kiertoradalla kiertäessään tähden muuttuvan magneettikentän.

Lähellä olevat planeetat kiertävät tähteään nopeasti. Muun muassa Trappist-1e kiertää tähden 6,1 Maan päivässä. Magneettikentän muuttuessa nopeast
Eri arvioilla ionosfäärin leveydestä, sen johtavuudesta ja muuttuvan magnei syntyy voimakkaita ionosfäärivirtoja, jotka voivat aiheuttaa voimakasta kuumenemista.

Tähtitieteilijöillä ei ole mitattua tietoa TRAPPIST-1:n tähtituulesta ja magneettikentästä. Sen sijaan ryhmä käytti tutkimuksessa validoituja fysiikkaan perustuvia malleja arvioidessaan niitä Trappist-1e-eksoplaneetan etäisyydellä.

Eri arvioilla ionosfäärin leveydestä, sen johtavuudesta ja muuttuvan magneettikentän voimakkuudesta tutkijat päätyivät siihen, että lämpöenergiavirta planeetan kaasukehän yläosissa oli 0,01–100 wattia neliömetrillä. Se olisi mahdollisesti suurempi kuin äärimmäisen ultraviolettisäteilyn aiheuttama lämpö. Näin suuret arvot voivat aiheuttaa kaasukehän nopean katoamisen.

”On todennäköistä, että molemmat mekanismit toimivat yhdessä tähden lähellä olevilla eksoplaneetoilla”, Cohen sanoo tiedotteessa. ”Siksi tutkimuksemme (ja tietomme Aurinkokunnasta) voivat viitata siihen, että hyvin lähellä tähteä sijaitsevat eksoplaneetat ovat todennäköisesti paljaita planeettoja, joilla ei ole kaasukehää.”