Без магнитосферы у планет, вращающихся вокруг ярких звезд, нет ни единого шанса

    Нам повезло, что мы живем рядом с милой желтой карликовой звездой главной последовательности. Если бы все было по-другому и мы родились на орбите пылающего красного карлика, все было бы гораздо опаснее. Эти маломассивные звезды могут испускать смертельные вспышки, которые подавляют все, что может выбросить Солнце. А без значительной магнитосферы планеты, вращающиеся вокруг этих звезд, не могут защитить жизнь на них.

    Землянам повезло. Наша планета имеет прочный магнитный щит. Без магнитосферы солнечное излучение, вероятно, положило бы конец жизни на Земле еще до того, как оно появилось. А наше Солнце довольно ручное, если говорить о звездах. Каково это для экзопланет, вращающихся вокруг более активных звезд?

    Многие люди редко думают о защитной магнитосфере Земли. Может быть, им посчастливилось взглянуть на полярные сияния и заметить, насколько они прекрасны. Но сияния, – только красивый вид. Настоящим подарком магнитосферы может быть сама жизнь.

Северное сияние, наблюдаемое с Международной космической станции 28 июня 2014 года, снято астронавтом Ридом Уайзманом. Фото: Reid Wiseman/NASA.

    В звездной терминологии наше Солнце является звездой главной последовательности G-типа. Звезды G-типа относительно спокойны и устойчивы, хотя, конечно, они колеблются и вспыхивают, как их более активные родственники, звезды M-типа. Но независимо от того, является ли звезда M-типом или G-типом, вспышечная активность может представлять серьезную опасность для экзопланеты и ее шансов на развитие жизни.

    Звезда типа М также известна как красный карлик, и они могут вспыхивать намного сильнее, чем наше Солнце. Новое исследование указывает на то, что излучение и вспышки от любой звезды, будь то G-тип или M-тип, являются серьезным ограничением для обитаемости экзопланет.

«Это сделало бы жизнь на таких планетах уязвимой для частых радиационных взрывов на уровне вымирания по наземным стандартам с выживанием только радиорезистентных экстремофилов». Дмитрий Атри, Автор, NYU, Абу-Даби.

    Этот документ озаглавлен «Доза поверхностного излучения, вызванного событиями со звездными протонами, как ограничение обитаемости наземных экзопланет». Он опубликован в «Ежемесячных уведомлениях Королевского астрономического общества: письма». Единственным автором является Дмитрий Атри из Нью-Йоркского университета в Абу-Даби, Объединенные Арабские Эмираты.

    Из примерно 4000 экзопланет, которые мы обнаружили до настоящего времени, лишь небольшая их часть находится в обитаемых зонах своих звезд. Это означает, что температура находится в правильном диапазоне для существования жидкой воды на поверхности планеты, учитывая разумное предположение об атмосферном давлении планеты. Большая часть из них — около 17 — находятся в консервативной обитаемой зоне своих звезд. Еще 30 или около того — это так называемая оптимистичная обитаемая зона, более обширная, чем консервативная зона.

    По данным Кеплера, в обитаемых зонах красных карликов и звезд, похожих на Солнце, может вращаться до 40 миллиардов планет размером с Землю.


обитаемые зоны

Иллюстрация обитаемой зоны вокруг различных типов звезд. Источник: NASA

Без надежной магнитосферы, защищающей их от звезд, сколько из них действительно можно считать обитаемой зоной? В пресс-релизе Атри сказал:

По мере того, как мы продолжаем исследовать планеты Солнечной системы и за ее пределами, выяснение того, обладают ли эти планеты способностью поддерживать жизнь, продолжает иметь огромное значение. Дальнейший прогресс в этой области улучшит наше понимание взаимосвязи между экстремальными солнечными явлениями, дозой радиации и пригодностью для жизни на планете.

    По данным Кеплера, в обитаемых зонах красных карликов и звезд, похожих на Солнце, может вращаться до 40 миллиардов планет размером с Землю.

    Статья Атри рассматривает все излучения, которые звезды направляют на свои планеты. Звездные вспышки, выброс корональной массы (CMEs) и Звездные протонные события (SPEs) могут внезапно бомбардировать планеты нетепловым излучением, состоящим из рентгеновских лучей, EUV (XUV) и звездных энергетических частиц (SEPs). Все это может привести к разрушению атмосферы планеты, вызвать фотохимические изменения и омыть планету радиацией.

    Магнитный щит планеты может защитить ее от этих вспышек, и атмосфера тоже может играть защитную роль. В своем исследовании Атри изучил спектры частиц от 70 основных вспышечных излучений (наблюдавшихся в период с 1956 по 2012 год).) Он измерил как спектр вспышек, так и их силу и сравнил ее с защитной природой магнитного щита и атмосферы.

    Мы много знаем о том, как солнечный ветер и вспышки взаимодействуют с магнитосферой Земли. Это позволило Атри оценить, как экзопланеты реагируют на вспышки. Атри сосредоточился на прямом воздействии, которое излучение вспышек оказывает на жизнь, а не на косвенные эффекты, такие как удаление атмосферы.

    Когда звезда вспыхивает, она облучает планету. Согласно исследованию Атри, воздействие излучения на планету напрямую связано не только с силой ее магнитного поля, но и с глубиной столба ее атмосферы. Резкие вспышки ионизирующего излучения, которые ударяют планету, могут не только повредить или убить организмы, но также могут изменить их среду обитания без достаточной магнитной и атмосферной защиты.

Венера с солнечным ветром

Иллюстрация Венеры с солнечным ветром, обтекающим планету, которая имеет мало магнитной защиты. Венера Экспресс обнаружила, что за многие годы с планеты в космос утекло много воды, что происходит, когда ультрафиолетовое излучение Солнца разрывает молекулы кислорода и водорода и выталкивает их в космос. Изображение: ESA-C. Carreau

    Это не совсем заголовочные новости. Мы знаем, что излучение от звезд опасно. Но Атри пошел дальше: он попытался количественно определить, как вспышки одинаковой силы могут влиять на обитаемость в зависимости от спектров этих вспышек. Его результаты показывают изменчивость на пять порядков для вспышек с одинаковой энергией, но разными спектрами.

    Глубина атмосферного столба оказала аналогичное влияние.

Что касается экранирования, мы обнаружили, что глубина атмосферы (плотность столба) является основным фактором при определении дозы облучения на поверхности планеты. Доза облучения уменьшается на 3 порядка, что соответствует увеличению глубины атмосферы на порядок .

Земная атмосфера

Земная атмосфера играет определенную роль в защите нас от солнечной активности. Новое исследование говорит, что столбчатая глубина атмосферы экзопланеты является фактором защиты планеты от радиации. Изображение: НАСА

    Возможно, удивительно, что сила магнитосферы оказала меньшее защитное действие против радиации. «Мы обнаружили, что планетарное магнитное поле является важным, но менее значительным фактором по сравнению с атмосферной глубиной. Доза уменьшается примерно в 30 раз, что соответствует увеличению магнитосферной силы на порядок».

    Магнитное поле планеты играет дополнительную роль. «Однако следует отметить, что планетарное магнитное поле имеет решающее значение для поддержания существенной атмосферы на планете», — говорится в исследовании.

    Мы многое узнали о скорости вспышек в звездах, что является частью понимания обитаемости на экзопланетах. Солнце излучает мощные вспышки до 1035 эрг каждые 2000–3000 лет, в то время как другие звезды М-типа, которые моложе и вращаются быстрее, могут излучать их до 100 раз чаще. Другие звезды известны как «вспышечные звезды», потому что они производят так называемые супер вспышки, более мощные, чем когда-либо производит наше Солнце. Учитывая, что многие из них — красные карлики, тип звезды, где встречается большинство экзопланет, прогноз пригодности для жизни сомнителен.

    Как показывает работа Атри, не только сила вспышки, но и ее спектр также ограничивают возможности обитания.

    Как он пишет в заключении: «Хотя недавние наблюдения дали нам хорошие измерения скорости вспышек близлежащих звезд, основная неопределенность источника в этой работе — отсутствие измерения частиц, выбрасываемых высокоэнергетическими вспышками (1032–1036? Эрг) на других звездах. Дальнейший прогресс в этой области улучшит наше понимание взаимосвязи между экстремальными солнечными явлениями, дозой радиации и пригодностью для жизни на планете».

поле Земли с ударом изгиба

Это изобразительная концепция о глобальном магнитном поле Земли с ударом изгиба. Земля находится в центре изображения, в окружении магнитного поля, представленного фиолетовыми линиями. Носовой удар — это синий полумесяц справа. Многие энергетические частицы в солнечном ветре, представленные золотом, отклоняются магнитным «щитом» Земли. Источник: Уолт Феймер (HTSI) / НАСА / Центр концептуальных изображений Центра космических полетов Годдарда

    Возможно, что без защиты от вспышек, магнитных или атмосферных, многие планеты, которые мы классифицируем как пригодные для жизни, просто не могут существовать. Или же это может быть так, что обитаемость ограничена экстремофилами. Как пишет Ари в своей статье:

это сделало бы жизнь на таких планетах уязвимой для частых радиационных взрывов на уровне вымирания по земным стандартам, когда выживали бы только высоко радиорезистентные экстремофилы. Такие уровни ожидаются для близких планет.

    Эта последняя фраза может оказаться особенно убийственной.

    Поскольку красных карликов в Млечном Пути так много, именно там мы находим большинство экзопланет. А поскольку эти звезды в среднем выделяют меньше энергии, то их обитаемая зона гораздо ближе, чем вокруг такой звезды, как наше Солнце. Это означает, что без достаточного количества магнитосферы и без достаточно глубокой атмосферы многие из планет, которые мы рассматриваем как потенциально обитаемые, просто не являются таковыми.

    Источник

Следующее

Океаны были самыми горячими за всю историю наблюдений в 2019 году

Вс Янв 19 , 2020
Фото: CC0 Общественное достояние Ученые заявили во вторник, что мировые океаны были самыми жаркими за всю историю наблюдений в 2019 году, поскольку антропогенные выбросы нагревают моря все более быстрыми темпами, что может иметь катастрофические последствия для климата Земли. Океаны поглощают более 90 процентов избыточного тепла, создаваемого выбросами парниковых газов, и […]
Океаны были самыми горячими за всю историю наблюдений в 2019 году