Astronomie

Kann ein durch Gezeiten gesperrter Planet eine eigene bewohnbare Zone haben?

Kann ein durch Gezeiten gesperrter Planet eine eigene bewohnbare Zone haben?



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Wie wir wissen, ist es auf der nahen Seite sehr heiß und auf der anderen Seite sehr kalt, wenn sich ein Planet in der Nähe eines Sterns befindet und durch die Gezeiten eingeschlossen ist. Aber zwischen 2 Seiten sollte es einen Temperaturgradienten geben und einen Bereich haben, in dem die Temperatur für das Leben geeignet ist. Können wir auch sagen, dass es eine bewohnbare Zone hat?


Wie Sie vermuten, kann es möglich sein, dass entlang des stationären Terminators ein bewohnbarer Korridor existiert. Aber es gibt Ideen für mehr als das. Der Planet könnte Gezeitenkräften ausgesetzt sein, deren Vulkanismus die andere Seite erwärmt. Es könnte einen dicken stürmischen Ozean oder eine stürmische Atmosphäre haben, die die Oberflächentemperatur ausgleicht (alle außer den kleinsten Planeten haben Atmosphären). Es könnte bewohnbare Monde haben, die, wenn sie mit dem Planeten verbunden sind, regelmäßig gegen den Stern rotieren. Und wenn er, wie Merkur, eine ausreichend exzentrische Umlaufbahn hat, könnte er sich relativ zu seinem Stern drehen, obwohl er durch die Gezeiten blockiert ist. Die planetare Vielfalt ist riesig.


Könnte Leben auf einem von Gezeiten eingeschlossenen Planeten existieren? [Duplikat]

Könnte ein Planet, dessen eine Seite immer seinem Stern zugewandt ist, zwischen der fernen und der nahen Seite eine gemäßigte Zone haben, die für die Existenz eines Ökosystems geeignet sein kann? Hier die Bedingungen:

  1. Der Planet hat eine erdähnliche Atmosphäre und ist etwa so groß wie die Erde.
  2. Der Planet hat die gleiche Gesamtmenge an Wasser wie die Erde.
  3. Der Planet umkreist seinen Stern im gleichen Tempo wie die Erde die Sonne.
  4. Der Planet wurde über Milliarden von Jahren sehr allmählich durch Gezeiten blockiert.

Die dem Stern zugewandte Seite wäre viel zu heiß, um darin zu überleben, und die abgewandte Seite zu kalt. Könnte zwischen diesen beiden Seiten eine gemäßigte Zone existieren, die das Leben erhalten kann?


Es würde von der Exzentrizität der Umlaufbahn und der Größe der Umlaufbahn abhängen. Es gibt also eine Reihe von Orbitalmöglichkeiten, die in Betracht gezogen werden müssen. Das Problem ist noch komplexer, da eine Reihe anderer Variablen wie die Lage kontinentaler Landmassen und Meeresströmungen die Wärmeverteilung stark beeinflussen.

Unter der Annahme einer siderischen Periode, die der der Erde entspricht, könnte eine Exzentrizität von 0,3 – 0,6 möglich sein, da Modellierungen* zeigen, dass es immer noch eisfreie Bereiche der Ozeane geben würde. Obwohl für eine langsame Rotation modelliert, können atmosphärische Zirkulation und Meeresströmung eine große Wärmemenge umverteilen, wie am Golfstrom zu sehen ist.

In den Polarregionen der Erde herrscht jedes Jahr 6 Monate Dunkelheit, aber die Temperatur sinkt nicht von Tag zu Tag. Es wird sehr kalt, aber das Klima wird durch die Atmosphäre erheblich gemildert.

*Siehe Referenz unten Abschnitt 4.1.1 sowie Tabelle 3 und Abbildung 4.

„Bei apastron kombinieren sich die Auswirkungen der thermischen Trägheit des Ozeans und Abweichungen von der strikt synchronen Rotation, um die warme, eisfreie Region vom substellaren Punkt weg zu verschieben. Für e = 0,3 und langsame Rotation überspannt die eisfreie Region die Tag-Nacht-Linie bei Apastron für e = 0,6 und langsame Rotation befindet sich die eisfreie Region tatsächlich auf der Nachtseite des Planeten bei Apastron, während die Tagseite ist eisbedeckt und hat ein sekundäres Temperaturmaximum von etwa –20°C am substellaren Punkt.“ (4.1.1)

Gezeitensperre und keine axiale Rotation sind nicht dasselbe.

Ein Planet ohne axiale Rotation hätte keine bewohnbare Zone.

Keine Rotation bedeutet, dass es ein Jahr lang einen Tag-Nacht-Zyklus durchläuft.

Ähnliches erlebt der durch die Gezeiten gesperrte Mond. Unser Mond, der etwa 27-mal so lange Tage hat wie ein Erdentag, erfährt zwischen Tag und Nacht fast 300 ° C. Eine Welt mit Tagen, die 365 Erdtage lang sind, wäre wahrscheinlich mindestens genauso schlimm.

Auch wenn Ihre Umlaufbahn wirklich elliptisch ist, um sie nachts wärmer und tagsüber kälter zu halten. Sie hätten immer noch die intensive Tageshitze auf der anderen Seite der Welt von Ihnen, die unweigerlich jede Atmosphäre und Hydrosphäre, die der Planet zu bilden versucht, wegkochen würde, was bedeutet, dass selbst wenn Sie eine elliptische Umlaufbahn verwenden, um die Temperaturprobleme zu beheben, es sei keine Luft oder Wasser, um das Leben zu erhalten.

Ein Planet, der an die Sonne gebunden ist, hat einen radialen statt seitlichen Klimagradienten.

Dies bedeutet, dass die tropische Zone nur der Teil ist, der zur Sonne zentriert ist, und jede Richtung, in die Sie sich von diesem Punkt entfernen, wird in die arktische Zone übergehen und die gesamte dunkle Seite des Planeten wird subarktisch sein.

Wenn Sie sich bei 1 AE mit einem sonnenähnlichen Stern befinden, haben Sie das gleiche Problem, das ich in keinem axialen Rotationsproblem angesprochen habe, bei dem in der tropischen Zone so heiß werden würde, dass Ihre Atmosphäre und Hydrosphäre verdampfen würden, was diese Welt zu einer völlig unbewohnbaren Welt macht , muss dieser Planet viel weiter von der Sonne entfernt sein, um überhaupt eine bewohnbare Zone zu haben. Bei pi^2 AE (einem Orbitalradius etwas größer als der des Saturns) wird die scheinbare Leuchtkraft der Sonne halbiert. Dies bedeutet, dass sich die tropische Zone in dieser Entfernung auf die Temperatur der tropischen Zone der Erde ausrichten würde, und Sie würden ein bewohnbares Gebiet schaffen, das viel kleiner ist als das der Erde, das von dort aus strahlt. Aufgrund der atmosphärischen Mechanik, die heiße und kalte Luft mit der dunklen Seite deiner Welt austauscht, könntest du wahrscheinlich etwas näher kommen, aber ich weiß nicht einmal, wo ich anfangen soll, das zu modellieren Sie benötigen ungefähr 9AU.

Dies kann die unbeabsichtigte Folge von Jahren sein, die etwa 25-30 Erdenjahre dauern, aber die Verwendung eines dunkleren Sterns als unser eigener kann Ihnen helfen, die Umlaufbahn weit genug zu verkleinern, um dies auszugleichen, wenn wirklich lange Jahre in Ihrer Umgebung ein Problem darstellen.

Um Ihre Frage wie gestellt zu beantworten, wird Ihr Planet keine bewohnbare Zone haben, aber mit den richtigen Anpassungen des Sterns und des Orbitalradius könnte es sein.


Das Problem mit einem durch Gezeiten gesperrten Planeten ist, dass er keinen großen Mond haben kann, der ihn umkreist, und wie in den vorherigen Antworten erwähnt, würde er einen winzigen Schatten werfen.

Aber denken Sie daran: In Ihrer Dämmerungszone haben Sie 2 Seiten: eine Seite näher an der Sonne, wenn die Sonne wirklich tief am Horizont steht (immer ein Tag), und eine Seite weiter, mit der Sonne ein bisschen unter dem Horizont (immer eine Art Nacht).

Wenn Sie nun erlauben, dass der Planet nicht ganz durch die Gezeiten blockiert ist, können Sie ihn leicht oszillieren lassen (so etwas wie eine Spanne von einigen Grad). Vielleicht wird der Planet in ein paar Millionen Jahren effektiv durch die Gezeiten blockiert sein, aber heute ist nicht dieser Tag, er dreht sich nicht mehr, sondern schwingt immer noch. Auf diese Weise hat die sonnennahe Seite des Bewohnbarkeitsrings einen langen Tag / kurze Nacht-Zyklus, während die sonnenabgewandte Seite einen kurzen Tag / lange Nacht-Zyklus hat.

Natürlich ist es nicht wirklich Tag/Nacht, sondern eher Dämmerung/Morgendämmerung. Denken Sie an den Sonnenverlauf an den Polen, aber mit einem Tag/Nacht-Zyklus von wenigen Stunden statt 6 Monaten.


Augapfel-Planet [ Bearbeiten | Quelle bearbeiten]

Dieses theoretische Planetenmodell wurde von vielen diskutiert [1] [2] [3].

Ein Augapfelplanet wird entstehen, wenn fast das gesamte Wasser in Gletschern auf der Nachtseite gespeichert ist. Die Tagseite ist eine Wüste, während die Nachtseite ganz mit Eis bedeckt ist. Wasser schmilzt und fließt durch die Dämmerungszone. Einige Flüsse könnten tiefer ins Warme fließen, aber irgendwann werden sie austrocknen. Auf einem Augapfelplaneten suchen Siedler nach Land auf dem Ring, der die Zwielichtzone bildet. Wir können uns eine planetarische Autobahn und eine Eisenbahn vorstellen, die Siedlungen entlang des Rings verbinden.

Das Augapfelmodell spricht nicht von Störungen. Es ist unmöglich, dass dieser Ring perfekt ist. Es wird ein Luftkreislauf geben. Warme Strömungen, die heiße Luft blasen, werden die Wüste vielleicht sogar in die dunkle Hemisphäre treiben, während kalte Strömungen das Eis tiefer in die helle Hemisphäre drücken. Trotzdem wird die Feuchtzone kein perfekter Kreis sein, sondern immer noch ein ringförmiges Gebiet auf dem Planeten.


Ep. 543: Seltsame Probleme: Die bewohnbare Zone

Unsere Serie über die Verrücktheit des Universums geht weiter. Diese Woche werfen wir einen Blick auf die bewohnbare Zone und darauf, dass die Dinge nicht so einfach sind, wie wir dachten.

In dieser Folge haben wir Spenden erwähnt. Klicke, um mehr zu lernen!

Notizen anzeigen

    (alter NASA-Artikel) (Guide to Space 2015) (Penn State Astronomy 801 Class notes 2018) (Wikipedia) (Science News 2019) (Guide to Space 2015) (Wikipedia) (Wikipedia) (Scientific American 2009) (Universe Today 2019) (EarthSky 2018) (Space.com 2018) (Space.com 2019) (Science Alert 2019) (Pressemitteilung) (Wikipedia)

Transkript

Astronomie-Besetzung, Folge 543

Seltsame Probleme: Die bewohnbare Zone

Fraser: Willkommen bei Astronomy Cast, unserer wöchentlichen faktenbasierten Reise durch den Kosmos, bei der wir Ihnen helfen, nicht nur zu verstehen, was wir wissen, sondern auch, wie wir wissen, was wir wissen. Ich bin Fraser Cain, Herausgeber von Universe Today. Mit mir, wie immer, Dr. Pamela Gay, leitende Wissenschaftlerin des Planetary Science Institute und Direktorin von CosmoQuest. Hallo Pamela. Wie geht's?

Pamela: Mir geht es gut. Wie geht es dir, Fraser?

Pamela: Es wurde plötzlich Herbst. In den zwei Wochen, in denen ich weg war, ging es von den 90ern in Fahrenheit bis in die 50er Jahre, und ich habe das Gefühl, dass ich dort eine Saison verpasst habe, und ich hätte es genossen.

Fraser: Ja. Alle Blätter wurden braun und gelb, und dann kam ein großer Sturm und er warf sie alle vom Baum. Normalerweise bekommt man also ein paar Wochen wirklich schöne Blätter, aber wir hatten gerade Sturm um Sturm, und so ist jedes Blatt, das an den Bäumen ist, schon ganz unten. Also, hier kommt das Harken und das Schubkarren, um den Rasen zu säubern.

Fraser: Das ist es wirklich. Alles klar. Unsere Serie über die Verrücktheit des Universums geht weiter. Diese Woche werfen wir einen Blick auf die bewohnbare Zone und darauf, dass die Dinge nicht so einfach sind, wie wir früher dachten. Alles klar, Pamela. Das gleiche Spiel, das wir jede Woche gespielt haben. Du gehst 10 Jahre zurück und fragst Pamela vor 10 Jahren, was ist die bewohnbare Zone?

Pamela: Ich hätte gesagt, du nimmst einen sonnenähnlichen Stern und nimmst an, dass dies die einzigen Arten von Sternen sind, die erdähnliche Planeten haben können, und dann findest du diesen Bereich in der richtigen Entfernung vom Stern, in der Wasser existieren darf ein Wasser, und es ist nicht zu heiß, um es zu verdampfen, und es ist nicht zu kalt, um es zu gefrieren, und in der Region des Sonnensystems, in der Planeten dort und nur dort flüssiges Wasser haben können.

Fraser: Richtig. Es gibt ’s, wo Sie Leben finden könnten.

Pamela: Genau. Es könnte auf einem Mond sein, aber wenn es auf einem Mond ist, sprechen wir von Endor.

Fraser: Whoa, whoa, whoa. Erdgroße Welt.

Pamela: Wir reden von Endor. Endor könnte erdgroß sein.

Fraser: Okay, gut. Endor umkreist einen Gasriesen.

Fraser: Okay, großartig. Alles klar. Und so war das – das grenzte die Suchkriterien auf sonnenähnliche Sterne ein, erdgroße Welten, gut. Sie können einen Gasriesen in einer ganz bestimmten Region umkreisen, in der flüssiges Wasser auf der Oberfläche eines Planeten vorhanden sein kann. Das ist es. Exoplanetenjäger – los. Wie hat sich das geändert?

Pamela: Wir haben irgendwie alles genommen und aus dem Fenster geworfen.

Fraser: Das haben wir auf jeden Fall. Wenn also Astronomen heute über die bewohnbare Zone nachdenken, was sind all die Faktoren? Ich meine, es ist wirklich wie bewohnbare Orte. Ich meine, gibt es überhaupt einen besseren Begriff als bewohnbare Zonen?

Pamela: Nun, das Lächerliche ist, dass es schwer ist, die Sprache abzutöten. Der Begriff „habitable Zone“ wird also weiterhin verwendet, auch wenn es keinen Sinn ergibt. Es sind also zwei verschiedene Dinge passiert. Das erste, was uns passierte, war die Erkenntnis, dass es rote Zwergplaneten geben kann, die diese Radien um sich herum haben, in denen flüssiges Wasser existieren darf, aber wenn Sie einen Planeten in dieser Region platzieren, wird es Gezeiten geben verriegelt sich selbst an seinem Stern, so dass immer nur eine Seite diesem Stern zugewandt ist. Und diese besondere Welt wird wahrscheinlich einen besonderen Höllensturm von Winden haben, mit einer einzigen zellulären Katastrophe von Wind, der von einer Seite der Welt auf die andere Seite der Welt weht. Das Leben ist höchst unwahrscheinlich. Also, ja.

Fraser: Nun, das ist aber nur ein Teil davon, oder? Es ist auch ein schlechter Tag, sich in die Nähe eines aufflammenden roten Zwergsterns zu kuscheln.

Pamela: Richtig. Nun, wir denken, dass sie nur für ein paar Milliarden Jahre aufflammen und in der Fülle der Zeit vielleicht eine Welt, die von diesem sich schlecht benehmenden Roten Zwerg vollständig verstrahlt, verwickelt und verbrannt wurde, vielleicht können Dinge passieren, die sie wieder nass und glücklich machen. Aber selbst wenn es überlebt und selbst wenn Wasser zurückkommt, wenn es später stabil ist, wird es immer noch durch Gezeiten verschlossen. Nichts nimmt diese Gezeitensperre weg.

Fraser: Also, und normalerweise nehme ich alles, was Sie sagen, und ich stimme zu und mache mit, aber ich hatte tatsächlich die Gelegenheit, ein Video zu diesem Thema zu machen, und ich habe mit einem Exoplaneten-Forscher von der McGill University gesprochen, und das ist so etwas wie seine Spezialität. Und er sagte, dass durch Gezeiten gesperrte Planeten jetzt so aussehen, als wären sie nicht so schlimm, wie die Leute dachten, solange sie tiefe Ozeane haben.

Fraser: Was Sie also bekommen werden, sind tiefe Ozeane, die die Wärme sehr effizient transportieren, diese übermäßig heiße, sonnenverbrannte Temperatur durch die Luft und insbesondere durch das Wasser transportieren und sie mit Strömungen zirkulieren lassen die andere Seite des Ozeans. Und so wird die Vorderseite des Planeten eher wie ein Dschungel sein und die Rückseite des Planeten wird eher wie die Antarktis sein.

Pamela: Also, was ich hiermit hervorheben möchte, ist, diese Art von tiefen Ozeanen zu bekommen, man muss eine riesige Menge von Asteroiden- und Kometeneinschlägen haben, nachdem der Rote Zwerg mit seinen –

Fraser: Oh ja. Sicher. Aber jetzt, wie früher, wenn wir vor drei Jahren sprachen, sagen wir Gezeitensperre, das war's – definitiv null für den Planeten. Sie haben vielleicht diese winzige kleine Region an den Rändern, aber tatsächlich ist die Hälfte des Planeten dschungelartig und die andere Hälfte ist arktisch.

Pamela: Im Sonderfall eines massiven schweren Bombardements, das mitten im Leben des Sonnensystems stattfindet, ja.

Fraser: Ja. Sie nehmen eine erdgroße Welt, legen sie neben einen roten Zwergstern und Sie erhalten – das ist wahrscheinlich die Erde, aber die Wassermenge, die die Erde hat – Sie erhalten die Hälfte des Planetendschungels, die Hälfte der Planet Arktis. Und so könnte man auf dieser Vorderseite eigentlich überall Leben haben. Das ist alles. Fügen Sie das einfach der Werkzeugkiste hinzu.

Pamela: Das ist cool. Das wusste ich absolut nicht. Ja. Wir versuchen immer wieder, Computer zu verwenden, um Ausnahmen zu finden, und es stellt sich heraus, dass sie weiterhin existieren. Und das ist das ganze Problem mit bewohnbaren Zonen, denn diese Ausnahmen werden immer wieder gefunden. Und dazu gehört auch unser eigenes Sonnensystem. Und eines der Dinge, die wir in den letzten Jahren in dieser Show immer und immer wieder gesagt haben, ist „und jetzt sieht es so aus – und dieser Mond könnte Leben haben“. Und ich bin mir nicht sicher, ob wir mit Titan oder Europa angefangen haben, aber das sind die beiden Welten, in denen das alles begann.

Bei Titan wurde zunächst festgestellt, dass das Methan aus dem Gleichgewicht zu sein schien und es andere chemische Signaturen gab, die aus dem Gleichgewicht geraten waren. Nun bedeutet das aus dem Gleichgewicht geratene Methan einfach, dass es irgendwo produziert wird. Sonnenlicht baut Methan ab. Die Tatsache, dass wir weiterhin Methan auf Titan sehen, bedeutet, dass auf Titan weiterhin Methan produziert wird. Aber die andere Chemie, die bemerkt wurde, bedeutet, dass etwas vor sich geht, das laufende chemische Reaktionen auf der Oberfläche der Welt antreibt. Die einfachste Erklärung ist die Atmung, aber das ist sehr unangenehm. Das ist sehr, sehr unangenehm. Die meisten Leute sind also so, als würden wir einfach davon ausgehen, dass Chemie vor sich geht, die wir nicht verstehen.

Pamela: Also, von Titan, wo flüssiges Methan die Rolle spielt, die Wasser hier auf der Erde bildet, können wir nach Enceladus springen, wo wir nicht einmal das Wasser ersetzen müssen. Sie haben das Wasser über Mittel, mit denen wir in der Vergangenheit nicht gerechnet hatten. Es tut mir so leid. Ich hatte einen Juckreiz im Hals, der mich einfach umbrachte. Wenn wir uns also Europa ansehen, stellen wir fest, dass diese Welt durch die Gezeiten gedehnt und verdichtet wird, wenn sie von den Monden des Jupiter und Jupiter selbst herumgeschleudert wird, und dieses ständige Zusammenziehen und Zusammendrücken hat den Effekt, dass ihr Kern erwärmt wird .

Und diese Hitze treibt einen flüssigen Ozean an, der vielleicht nur ein paar Kilometer zwischen einer eisigen Oberflächenhülle, die dieses Wasser vor Strahlung schützt, und all den anderen Brutalitäten des Weltraums liegt.

Fraser: Wenn man also an Orte wie Enceladus denkt, ist es möglich, dass es, wie Sie sagten, etwas Ähnliches auf Europa gibt. Es gibt wahrscheinlich etwas Ähnliches auf Ganymed und Callisto, wahrscheinlich Triton, möglicherweise Pluto und Sharon. Da ist Eris. Ich meine, es ist möglich, dass es Hunderte von Welten gibt, je nachdem, wie groß das Sonnensystem ist und was da draußen ist, die eine gewisse Menge flüssiges Wasser unter ihrer Oberfläche haben könnten, unter einer Art eisiger Hülle.

Anstatt also zu sagen „oh, die bewohnbare Zone ist dieser Ort“, sind die bewohnbaren Zonen der Ort, an dem das flüssige Wasser an der Oberfläche existieren kann, oder jede Welt, die viel Eis hat. Sobald Sie also die Frostgrenze verlassen haben, gibt es eine ganze Reihe mehr bewohnbarer Zonen.

Pamela: Und auch diese Geschichte hat sich in den letzten Jahren radikal weiterentwickelt. Wir haben uns auf die Idee des Brunnens eingelassen, wir sehen Geysire bei Enceladus. Wir glauben, dass wir Beweise für Geysire bei Europa haben – das ist jetzt viel mehr bestätigt. Wir sind also bereit zu glauben, dass flüssiges Wasser da ist, und nun, es ist ein schwierigeres Argument für Enceladus, wir können dies durch die Gezeitenmerkmale des Quetschens und Zusammenziehens erklären. Okay gut. Aber wir haben immer noch erwartet, dass Pluto komplett tot ist.

Pamela: Und dann kam New Horizons dort an und New Horizons sagte: „huh, huh, okay. Diese Welt ist nicht so, wie wir es erwartet haben.“ Und es scheint – wer weiß, was es antreibt – Geologie, die eine wiederkehrende – nun ja, nicht Plattentektonik, sondern Eistektonik – auf seiner Oberfläche verursacht.

Fraser: Das ist eine so nette Idee. Und wenn wir, sagen wir, über die Zukunft der Erde nachdenken, und wenn sich die Sonne erwärmt und in einer Milliarde Jahren aus den Ozeanen kocht, und selbst wenn die Sonne stirbt, werden diese Welten für Milliarden wieder da sein und Milliarden, Billionen von Jahren, und könnte im Inneren noch warm sein von den zerfallenden radioaktiven Elementen und den Gezeitenkräften, die noch lange nach dem Sonnensystem – die Sonne gestorben ist – der Erde an der Oberfläche vor sich gehen. Tatsächlich könnten diese Orte also auch die letzten Orte sein, an denen wir Leben im Universum finden.

Pamela: Und das ist die andere Seite unseres Verständnisses von Bewohnbarkeit. Als wir an die Bewohnbarkeit dachten, gingen wir anfangs nicht nur davon aus, dass Sie flüssiges Wasser haben müssen, sondern auch, dass Sie Sonnenlicht haben müssen. Als wir Kinder waren, wurde uns beigebracht, dass das Leben Sonnenlicht, Luft, Nährstoffe braucht und es nicht unbedingt Luft sein muss, wie du und ich atmen. Es könnte Sauerstoff sein, der sich im Wasser befindet, den Fische aus dem Wasser atmen. Aber dann, als wir anfingen, den Marianengraben und die vulkanischen Merkmale der Tiefsee zu erkunden, fanden wir um diese Vulkanschlote ein riesiges, wimmelndes Leben in allerlei absurder Vielfalt, was darauf hindeutet, dass das Leben überhaupt kein Sonnenlicht brauchte.

Das war einfach keine Voraussetzung, also lassen wir das los und sagen stattdessen, dass Sie einen thermischen Gradienten benötigen. Und jetzt, da wir immer mehr mit Minen, mit Eisproben und sogar mit Blick auf die Umgebung von Strahlungsaustritten erforschen, finden wir keine Umgebungen, in denen Leben nicht existieren möchte.

Fraser: Richtig, ja. Das Leben, wie sie sagen, findet einen Weg. Aber es gibt sie – wir haben über die roten Zwergsterne gesprochen. Untersuchen wir also einige der anderen Arten von Sternen. Gibt es einen Sweet Spot für die Größe Ihres Sterns, wenn Sie das Spektrum aufsteigen? Die roten Zwergsterne – sie werden 10 Billionen Jahre überleben, aber sie können sehr gut alle Schwermetalle abfackeln und die Planeten unbewohnbar machen, bevor sie sich niederlassen. Ein Stern wie unsere Sonne wird uns wirklich nur an der Oberfläche liefern, sagen wir zwei Milliarden Jahre an Tieren herumlaufen, Gesamtzeit. Gibt es einen Sweet Spot dazwischen?

Pamela: Wir sind immer noch dabei, diese Dinge herauszufinden. Dies ist eines der Dinge, die wir hoffen, mit raumfahrzeugähnlichen Tests lösen zu können. Das Problem ist, dass wir nicht wissen, wie oft Sterne unterschiedlicher Größe tatsächlich Planeten haben. Die Kepler-Mission blickte auf einen Weltraumkegel. Es betrachtete ein einzelnes Feld am Himmel. Es hat es lange angeschaut. Und wenn Sie ein einzelnes Feld am Himmel betrachten, sampeln Sie ein kleines Volumen in der Nähe und ein zunehmend größeres Volumen in immer größeren Entfernungen. Nun, aus größerer Entfernung schaut man auf hellere Sterne.

Und so gab es uns kein vollständiges Beispiel dafür, wie häufig rote Zwergsterne, so häufig Sterne mittlerer Temperatur, so häufig sonnenähnliche Sterne. Wir müssen verstehen, wie wahrscheinlich es ist, dass ein Stern einer bestimmten Größe Planeten hat. Und dann ist es nicht ganz die Drake-Gleichung, aber es wird eine Modifikation dieser Drake-Gleichung sein, bei der Sie die Größe des Sterns nehmen – in diesem Fall die anfängliche Massenfunktion – wie groß ist das Verhältnis der Sterne bei a unterschiedlicher Größe zueinander, und dann falten Sie es mit der Wahrscheinlichkeit, dass Sterne jeder dieser Größen Planeten haben?

Und diese neue Faltung wird uns sagen, wie viele Planeten es da draußen gibt. Und das wiederum erlaubt uns zu sagen: „Okay, diese Sterne halten so lange. Fassen wir es noch einmal zusammen und berücksichtigen Sie die Tatsache, dass Rote Zwerge eine schreckliche Kindheit haben und größere Sterne nur eine kurze Zeit leben und so lange erhalten, dass eine Zivilisation existieren könnte.

Fraser: Ja. Ich kann mir vorstellen, dass Sie einen Stern haben, der vielleicht etwas kleiner ist als die Sonne, als ob ich nicht weiß, wie die Klassifizierung lautet, die unter der Sonne liegt –

Fraser: Ein K-Star, ja. Sie haben also einen K-Stern. Sie werden doppelt so lang oder 70 Milliarden Jahre dauern und weniger intensiv sein, aber vielleicht werden sie am Anfang immer noch ziemlich flackernd sein und sich dann beruhigen, und vielleicht gibt es andere Gründe. Und was ist dann mit Sternen, die größer und heißer sind als die Sonne, wie zum Beispiel –

Pamela: Und hier kommt es darauf an, herauszufinden, wie schnell sich das Leben möglicherweise entwickeln kann. Wir finden jetzt dank Stromatolithen in Westaustralien, dass bereits vor 3,5 Milliarden Jahren Leben auf der Erde in Form von Bakterienmatten auftauchte. Das sind also eineinhalb Milliarden Jahre in der Existenz unseres Sonnensystems. Wir waren schließlich ein festes Objekt, als sich diese Stromatolithen bildeten. Obwohl es Sterne gibt, die keine Milliarde Jahre alt werden, könnte es sein, dass diese deutlich kürzer lebenden Sterne, diese Sterne, die nur 3-4 Milliarden Jahre alt sind, das Potenzial haben, das Leben schnell zu beginnen und auf, weil sie sich so schnell entwickeln, sich wiederum das Leben schnell entwickeln?

Wir wissen diese Dinge nicht und das sind weitere Fragen. Wir dachten immer, dass massereiche Sterne keine Planeten haben könnten, und KELT-9b ist da draußen, nein. Wir haben sie. KELT-9b ist diese fabelhafte kleine Frikassen-Welt, deren Oberflächentemperatur auf der dem Stern zugewandten Seite sehr, sehr heiß ist – nun, diese Oberflächentemperatur entspricht der Oberflächentemperatur unserer Sonne. Es wird gebacken.

Fraser: Richtig. Nicht diese Welt. Wir wollen nicht in diese Welt gehen.

Pamela: Nein. Diese Welt ist schlecht. Schlechte Welt, böse.

Fraser: Nun, diese Idee, die das Leben haben könnte – wir wissen nicht, wie lange es dauert, sich zu entwickeln. Und doch, hier im Sonnensystem, hier auf der Erde, hat sich Leben gebildet, es fühlt sich buchstäblich wie der Moment an, in dem es könnte.

Fraser: Sobald es eine Stelle gab, die abgekühlt war und nicht mehr brannte, fand das Leben einen Weg. Und da ist diese großartige Idee – und die wurde von Avi Loeb vorgeschlagen – ich weiß nicht, ob Sie diese Idee zuvor im frühen Universum gehört haben, etwa 8 Millionen Jahre nach dem Urknall, der durchschnittlichen Temperatur des gesamten Universum war um sagen wir 20 Grad Celsius. Es war also Raumtemperatur – das gesamte Universum.

Pamela: Daran hatte ich nicht gedacht, aber es macht durchaus Sinn.

Fraser: Ja, ja. Alles Wasser im Universum wäre also überall flüssig gewesen.

Fraser: Man könnte sich diesen Moment also schon früh vorstellen, in dem das Leben hätte in Gang kommen können, und dann, ein paar Millionen Jahre später, kühlte alles so ab, dass alles erstarrte. Und es ist so eine nette Idee. Ich weiß nicht, ob es eine Möglichkeit gibt, es zu testen oder so, aber trotzdem ist es eine super coole Idee.

Pamela: Nun, genau diese Idee, die Sie für diese kurze Epoche hätten haben können, eine große Blütezeit. Ich meine, das wäre der Moment für Panspermie gewesen, um abzunehmen.

Fraser: Richtig. Genau. Ja Ja.

Pamela: Oh, ich kenne so viel Science-Fiction, die ich schreiben konnte.

Fraser: Ich weiß. Es ist Super-Science-Fiction. Ich weiß. Es ist großartig. Ich schicke dir das Papier. Es ist so eine großartige Idee. Es heißt The Habitable Epoch oder The Habitable Era oder so ähnlich des Universums.

Pamela: Stellen Sie sich vor, sie würden zu dieser Zeit nur zu Trilobiten kommen und Trilobiten im gesamten Universum platzieren und –

Fraser: Durch das Universum schwimmen, ja.

Pamela: Es ist eine Star Trek-Entdeckung, die darauf wartet, zu passieren.

Fraser: Ja, das ist es wirklich. Also, nur diese Idee von – wie zuvor – der bewohnbaren Zone war wirklich alles, was wir dachten, als wir darüber nachdachten, ob ein Planet bewohnbar ist oder nicht. Und jetzt, denke ich, ist sogar diese Idee komplizierter, oder? Wir haben jetzt viel mehr Faktoren, die dazu beitragen, ob wir glauben, dass ein Planet bewohnbar sein wird oder nicht.

Pamela: Wir sehen uns jetzt Dinge an, die uns ziemlich sicher sind, dass die Oberfläche des Mars nicht bewohnbar ist, weil die Oberfläche ständig von hochenergetischer Strahlung getroffen wird, und dies ist nicht die Art von Strahlung, die Bakterien mögen Essen. Dies ist die Art von Strahlung, die die DNA auf unnachgiebige Weise sprengt. Also, wenn Sie hier Leben auf dem Mars haben wollen, müssen Sie unter die Oberfläche gehen. Und das nächste Thema, das wir uns widmen werden, ist die Astrobiologie und wie wir nach Lebenssignaturen suchen und die Schwierigkeiten, die wir bei der Suche nach Leben auf dem Mars hatten.

Pamela: Wenn wir uns jetzt überlegen, wo es einen bewohnbaren Ort gibt, müssen wir uns überlegen, ob Sie vor ionisierender Strahlung geschützt sind? Nun, unter dem Eis von Enceladus, unter dem Eis von Europa, unter dem Eis von Ganymed, von Ceres, ja – Sie haben Schutz vor dieser Strahlung. Die nächste Frage ist also: Haben Sie Nährstoffe? Und wir finden fast überall organische Moleküle. Und es kommt eine neue Version heraus, die erklärt, dass Sie komplexe organische Moleküle, diese polyzyklischen Kohlenwasserstoffe, erhalten können, indem Sie einfach normale Kohlenstoff-Wasserstoff-Atome nehmen [unhörbar] [00:22:29] und sprengt sie mit galaktischer Strahlung.

Die gemeinsame Existenz von Kohlenstoff und Wasserstoff in Gegenwart dieser tödlichen Strahlung kann also die organischen Moleküle erzeugen, die wir zum Leben brauchen. Es ist irgendwie verdreht.

Fraser: Ja. Und die Sache mit all dem ist, ich glaube, vor 10 Jahren hätten wir wieder gesagt, wenn Sie eine bewohnbare Welt haben wollen, muss sie in der bewohnbaren Zone sein. Es muss viel Wasser haben und es muss Gestein und andere Elemente haben, die benötigt werden. Aber jetzt fühlt es sich fast so an, als wäre es wieder allgemeiner geworden. Zum Beispiel, weil es Funde gibt – Sie sagten, Sie finden die Rohstoffe bei Enceladus in einer anderen Form als auf der Erde. Sie haben Schutz vor Strahlung aus dem Weltraum. Es ist unsere Atmosphäre und die Magnetosphäre, aber auf Enceladus ist es Eis. Auf der Erde gibt es Wasser, das an der Oberfläche flüssig ist, und auf Enceladus ist es unter einer großen, dicken Eisschale.

Sie haben die Nahrung für das Leben auf der Erde – Photosynthese, Pflanzen. Auf Enceladus löst sich das Wasserstoffgas möglicherweise im Ozean auf. Und so denke ich, dass es fast so ist, als würden Astronomen zu genau wissen, was sie wollten, so wie sie dachten, dass das konstruiert werden sollte. Jetzt ist es fast so, als ob –

Pamela: Und hier müssen wir, glaube ich, den Biologen die Schuld geben.

Fraser: Vielleicht. Aber dann musst du jetzt irgendwie einen Schritt zurückgehen und einfach zu den ersten Prinzipien zurückkehren, oder? Lösungsmittel Energiequelle. Recht? Rohes Material.

Pamela: Ja. Und es kommt darauf an, wie wahrscheinlich es ist, dass eine bestimmte Umgebung Leben hat. Die entscheidende Frage, die wir noch immer nicht beantwortet haben, ist, wie schwer es ist, Leben zu erschaffen. Nun wissen wir, dass wenn es einen Ort gibt, an dem man Leben auf der Erde haben kann, es Leben auf der Erde gibt. Wir wissen, dass es wahrscheinlich Leben auf der Erde gibt, wenn es einen Ort gibt, von dem Sie glauben, dass es kein Leben auf der Erde gibt. Wir haben irgendwie Leben, das buchstäblich aus unseren Ohren kommt, weil selbst wir mit Mikroben bedeckt sind, die nicht von uns selbst gemacht sind.

Fraser: Es kommt buchstäblich aus unseren Ohren, ja.

Pamela: Ja. Es ist irgendwie eklig, darüber nachzudenken. Wieder kein nasser Wissenschaftler. Ich habe mit Sternen zu tun.

Fraser: Und Supertodesvulkane.

Fraser: Da bist du ein Bastler. Du bist nur ein Amateur.

Pamela: Ja. Aber wenn wir herausschauen, wissen wir nicht, ob wir einzigartig sind. Wir wissen nicht, ob sich das Leben oft auf der Ebene einzelner Zellen entwickelt. Wir wissen nicht, ob es sehr leicht von einzelligen zu mehrzelligen Bakterienmatten geht. Auf dem Mars gibt es Hinweise auf Merkmale, die wie Stromatolithen aussehen. Wir wissen nicht, ob das erste matschige, Flagellan-schwingende Leben, das wir hier auf der Erde fanden, eine Chance hatte, gesund zu werden. [unhörbar] [00:25:31] seinen Weg durch die Gewässer Europas. Diese Fragen müssen wir beantworten.

Fraser: Ja. Aber es ist wie – es ist irgendwie aufregend. Zum einen haben sich die Möglichkeiten total geöffnet. Und andererseits haben sich die Möglichkeiten völlig geöffnet.

Fraser: Und so haben wir jetzt zu viele Orte, an denen wir suchen müssen. Aber es ist wirklich spannend. Und so werden wir nächste Woche darüber sprechen, wie wir nach dem Leben suchen und wie dies tatsächlich viel komplizierter geworden ist, als wir jemals dachten. Und es wurde seltsam.

Pamela: Es wurde seltsam, ja. Das ist eine genaue Beschreibung.

Fraser: Ja. Hast du diese Woche Namen für uns?

Pamela: Das tue ich. Zur Erinnerung: Ihr alle da draußen, der uns gerade zuhört, ermöglicht uns dies. Es sind Ihre Spenden, insbesondere über Patreon und auch über PayPal, die uns wirklich unterstützen. Und diese Woche möchten wir Tim danken Grell, Frederick Shorga, Gregory Schreiner, Thomas Tupeman, Eric Franiger, William Andrews, Dwayne Isaac, Shannon Humbard, David Gates, Ryan James, Keslina Penflienco, Rachel Frye, Darcy Daniels, Kristina Brooks Dean, Dan Litman, Martin Dawson, Jason Semanski, und Russell Peto. Vielen Dank. Dank Ihrer Unterstützung sind wir hier.


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What makes a Habitable Planet?

This lecture discusses some of the requirements for habitability. We discuss the faint Sun problem—the ancient Sun was much colder yet the Earth was still habitable and discuss the range of planetary systems that might be able to host life. We conclude by describing plans to use the James Webb Space Telescope, the successor to the Hubble Telescope, to find signs of life.

Преподаватели

David Spergel

Charles Young Professor of Astronomy on the Class of 1897 Foundation and Chair

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Welcome back. Now let's apply this concept of the Habitable Zone across a range of stellar properties. As we discussed earlier in the course, there's a very tight relationship between a star's mass and its luminosity. The more massive a star is, the more luminous it is. And as a star gets brighter, hotter, and larger, the habitable zone moves out. So in this plot, here's our sun, and as we discussed the habitable zone we believe stretches from just inside the Earth's orbit out to near the orbit of Mars. And we suspect that this range actually also depends upon things like the mass of the planet, but let's compute this for an Earth-like planet. As we go to more massive stars they get hotter. The habitable zone moves out in radius. If you want to have a habitable Earth-like planet around, say, a hotter F type star, it will be out here. On the other hand, as you worked out in the problem, if we look at a K star, the habitable zone around a K star moves further in. When we get to an M-type star, for an M-type star, they're significantly cooler, so the habitable zone lies around an M-type star, closer to the orbit of Mercury. The stars are quite cold and small, and you have to snuggle up close to stay nice and warm. These M stars are of significant interest for a number of reasons. One is they're very common. Most stars are M-stars. So, if M-stars can host life, then there are many more locations in our galaxy that are habitable. This picture here should tell us the same story. And, for hotter stars, the habitable zone is far out. For sun-like stars, it lies around the Earth's radius, from the Earth's distance from the sun. And in cool stars you have to move close to the star to stay warm. When you get very close to the star, like for example around an M star, the moon is tidally locked to the Earth. The same face of the moon always faces the Earth. There is no dark side of the moon. The sun is here, so one side of the moon is lit during one part of the month, the other side during the other, but the same side of the moon always faces the earth. Planets in the habitable zone around M stars will also likely be tidally locked. Just as the moon has the same side facing the Earth, a habitable planet around an M dwarf will have the same side face it's host star at all times. So one side of the planet will be very hot, the back side of the planet will be quite cold. This leads to a very different kind of atmosphere than we have on the Earth. And one thing that may happen, and happens in many of our models of planetary atmospheres, is on the cold back side all of the carbon dioxide, and perhaps water in the atmosphere, will freeze out. And what ends up happening in many of the model atmospheres, is that you have a permanent dry ice component. And, instead of having a runaway greenhouse effect, where you end up with a very warm planet, you have a runaway cooling effect, where all of the carbon dioxide in the planet's atmosphere ends up condensed into a large ice sheet on the back side of the planet. And in order for the planet to be habitable, you need to have very efficient circulation so that the air, or perhaps the water on the planet, can flow from the front side of the planet to the back side, start keeping the temperature close to constant. And, right now this is a very active area of study, and people are now constructing three dimensional models of planetary atmospheres for planets around M stars and trying to see whether these planets will be habitable. What, what are the reasons for all this activity in studying M stars, is we have a series of upcoming missions in the next five years that are going to give us I think, really powerful insights into the properties of planets around M stars. The first step in this program will be a mission that NASA aims to launch in 2017 called the TESS mission. The TESS mission will survey many of the nearby stars, and it will stare at them and look for transits. In many ways, this is a mission much like the Kepler mission that led to the discovery of thousands of planetary candidates. We called Kepler, we talked about this earlier in the class, Kepler stared for several years at the same patch of the sky, waited to see transits pass in front of the star, and Kepler's discovered many planets through transits. What TESS will do is, instead of staring at a distant part of our galaxy, it will stare at a handful of nearby stars, looking mostly at these M dwarves. And if our current estimates are correct, it should discover of order 300 Earths, or super-Earths, planets whose masses are between the Earth's mass and ten times the Earth's mass. Or, actually, what matters is we've discussed for transits is the planet's size, so really we're looking at planets whose size are between the radius of the Earth to perhaps four times the radius of the Earth. These super-Earths, particularly around M dwarfs, should be able to detected by tests. And by 2018, 2019, 2020, we'll have a catalog of these nearby planets. In 2018, NASA will launch the successor to the Hubble Space Telescope, the James Webb Space Telescope. Hubble has had a very impressive career studying distant galaxies, planets around stars, probing the properties of our own galaxy. Hubble is a 2.4 meter telescope. The James Webb telescope will be much larger. This shows the size of the James Webb telescope. It will be six meters across, and this is the main, the primary mirror of the telescope. There's a very large sun shield with multiple layers that will let it get very cool. This will enable the James Webb telescope to observe in the infrared. M stars emit most of their radiation in the infrared. And what JWST will be able to do is target these M stars, look for transits when these planets pass in front of these M stars and then observe, through these transits, the spectra of these M dwarves. And this plot from a paper by Seeger, Demming and Valenti, shows a model done by Aaron Reich that shows a theoretical model for a planet that's an ocean planet, rich in water that orbiting round an M dwarf, showing what we might expect to see in its atmosphere. And this shows the spectrum in and out of transit, shows the predicted measurements and uncertainties from the James Webb Space Telescope. And what this simulation, let me stress this is simulated data, showing what we hope to be able to observe 5 years from now, shows us that we ought to be bale to observe water and carbon dioxide in the atmosphere of such a planet. And if we're lucky, and if these planets exist, five years from now, we'll be able to say that nearby star hosts a planet that has water. And that nearby planet is a potentially very interesting place for life. Now, we don't know whether that presence of water's enough. There may be other things that play an essential role in whether life evolves. In our own planet's history, Jupiter has played an important role in determining the number of comets that hit us. Our moon affects the tides. We don't know whether the presence of our large moon was essential to the origin of life. It may be incidental or it may be a very important thing, we don't understand enough about evolution to know. We've mostly focused on planets around single stars, but more than half the stars in our galaxy are binary stars. And, we've had some discussions with Lisa Caltenager where we talked about life evolving around binary stars. Another factor that might be important is stellar lifetime. If you have a star that's too massive, say a star that's, whose mass is two or three times that of our sun. These stars live only a billion years. That may not give enough time for life to evolve. Other factors that might affect habitability is where you are on the galaxy. The properties of stars vary as a function of their position in our galaxy. Stars towards the center of the galaxy have higher abundances of carbon, oxygen, and iron. Stars far out in our galaxy have fairly low abundances. Perhaps abundances too low to form significant number of planets, and perhaps too low to form planets that are have properties needed for life. So there's perhaps a maximum distance from the center of our galaxy at which life can form. There also may be an inner-edge to a galactic habitable zone. As you get closer to the center of our galaxy, there are just many more hazardous events. The density of stars increase, so the density of things that are very harmful to life, like nearby supernova, or nearby gamma ray bursts increase. And this is why some astronomers have argued that there perhaps is a galactic habitable zone. We don't know the answer to this question: are habitable planets rare or common? We are learning more, and we've learned a lot in the last few years about the occurrence of planets. We know that planets are common. We know that planets probably at the distance of Earth are common. We know planets at Earth's mass are common. But how much like Earth does the system have to be for it to be habitable? Fundamentally, we don't understand enough about the origin of life, and where life can thrive to answer this question. My own speculation is that habitable planets are common. That's based primarily on looking at the very wide range of environments over which life thrives on our own planet. When I think about answering this question, I think back to our discussion of extremophiles. Seeing life thrive in this incredible range of temperatures and salinities, environments of extreme radioactivity life thriving inside rocks. When I think about how the range of places where life thrives on Earth, my own suspicion is that life thrives in many places in our galaxy. But we don't yet know the answer to this very important question. Vielen Dank.


The Tidal Habitable Zones

Habitable zones support an important line of evidence for the supernatural design of life-friendly planets. Two such locations include the water and the ultraviolet radiation habitable zones. A planet must be neither too distant from, nor too near, its star otherwise water will not exist in all three states (frozen, liquid, and vapor) on the planet’s surface. Likewise, a planet’s distance from its star must be just-right to receive the just-right amounts and wavelengths of ultraviolet radiation so as to sustain the possibility of efficient plant photosynthesis.

There are also two different galactic habitable zones. A planet must not orbit the center of a galaxy at too great nor too close of a distance so that it can be endowed with the just-right mix of heavy elements. It also must orbit at a distance from the center of the galaxy where the planet crosses spiral arms no more frequently than about once every billion years.

Recently four American astronomers discovered yet another set of habitable zones pointing to fine-tuning design: the tidal zones. 1 The team focused particularly on whether life-supportable planets could orbit stars less than about half the mass of the Sun because such stars make up about ninety percent of all the stars in the Milky Way Galaxy.

However, these low-mass stars are so dim that the water habitable zone is quite close to the star. The problem in this case is that the tidal force a star exerts on a planet is inversely proportional to the fourth power of the distance between the star and its planet. Thus, shrinking the distance to one half increases the tidal force by sixteen times!

If a planet gets too close to its star, it becomes tidally locked with one hemisphere pointing permanently toward its star in the same manner that one hemisphere of the Moon points permanently toward Earth. Tidal locking means that one face of the planet will be blistering hot while the opposite hemisphere will be frigid. The only place on such a planet where life is conceivably possible would be the twilight zone–that line between permanent light and permanent dark. However, it would be very rare for such a twilight line to be stable enough for life.

The American team pointed out another tidal problem for planets orbiting dim stars: tidal heating. For example, Jupiter’s moon Io is so close to Jupiter that tidal heating engenders volcanism sufficient to resurface Io at least once every million years. Such extreme heating would render any form of life impossible. On the other hand, without some minimum level of tidal heating, planets orbiting dim stars in the water habitable zone will lack the plate tectonic activity necessary to recycle carbon dioxide and other greenhouse gases so that a runaway greenhouse does not permanently sterilize the planet. The researchers demonstrated that the tidal habitable zone for such stars is surprisingly narrow.

Earth possesses an internal composition and structure that guarantees a just-right level of plate tectonic activity apart from tidal heating. However, it, too, manifests a tidal habitable zone. If Earth were even a tiny bit closer to the Sun, it would become tidally locked. However, if it were just a little farther away from the Sun, ocean tides would be substantially different. It is the complex combination of tidal effects from the Moon and the Sun that permits Earth to sustain such a huge biomass and biodiversity at its seashores. Different tides would lower the potential for such a rich and abundant ecology.

The team’s research adds to mounting fine-tuning in favor of a supernatural, super-intelligent explanation for Earth’s capacity to support advanced life.


Tidally locked exoplanets more habitable than previously thought

You'd think that a planet with permanent day and night sides would be totally inhospitable. Without a sun to warm it up, the dark side would be freezing cold all the time. And with no respite from the solar onslaught, the light side would be scorching hot. But a new study suggests that exoplanets with this very predicament might in fact be habitable under two out of three possible climate types.

Using 3D models, scientists at KU Leuven in Belgium ran 165 climate simulations on exoplanets known to be "tidally locked" to their star. This means that their rotations are in sync with that of their star, so the same side always faces the it – like the way the same side of the Moon always faces the Earth.

For tidally locked exoplanets to be potentially habitable, they must have a functional planetary "air conditioning system" that balances surface temperatures across the light and dark sides. In one climate type uncovered by the simulations, this air conditioning system is overridden by an eastward wind jet (fast flowing air currents) that messes with circulation in the upper layers of the atmosphere along the equator and prevents heat transfer to the night side.

That only occurs on exoplanets with rotation periods under 12 days, however. The simulations showed that the rest have either two westward jets at high latitudes or a longitudinal "smearing" of the upper atmosphere hotspot across the substellar point (the point at which the star is in zenith, or directly overhead). Both of these other climate types leave the air conditioning system unaffected and thus make the surface potentially habitable.

The finding is valuable because tidally locked exoplanets usually orbit closely to their stars, and exoplanets that are close to their stars are not only easier for researchers to detect and observe but also more likely to contain liquid water than those with a wider orbit.

The study will also help in the tough task of sorting through the growing list of exoplanets discovered (now approaching 2000) to find ones that might be future homes for us humans. Even if they don't look like Earth, tidally locked exoplanets such as 2010 discovery Gliese 581g might just turn out to be viable for our future cosmic sprawl.

A paper describing the study was published in the journal Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society.


2 Antworten 2

I'm not a expert in this area, but I think the mechanism of tidal locking works better when the rotation axis is aligned or nearly aligned with the orbital axis than it does under other circumstances.

But if you had a planet for which the day equaled the year but for which the rotation inclination was non-trivial it würde experience seasons from it's inclination.

In addition, any tidally locked planet with non-trivial orbital eccentricity would have seasons owing to differing distances from the primary.

Such seasons would differ a bit from the ones that we are used to because

  1. they would come uniformly to the whole globe instead of the northern and southern hemispheres being out of phase
  2. the winter would be longer than the summer on account of Kepler's laws

(Non-tidally locked planets with eccentric orbits also experience this effect. Earth's current orbital eccentricity is about 0.017 meaning that there is about a 6.8% variation in the energy received from the sun over the course of the year.)


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