Czy księżyce egzoplanet mogą mieć zdolność podtrzymywania życia? Symulacje wskazują, że tak

Spis treści:

1. Główna misja – znaleźć życie w kosmosie
2. Modelowy egzoksiężyc
3. Jak powstają księżyce?
4. Grawitacyjna łamigłówka
5. Egzo-życie

Na gigantycznych planetach naszego Układu Słonecznego życie istnieć nie może. Jednak niektóre z ich księżyców stały się głównymi celami w jego poszukiwaniu. Prowadzi to do naturalnego pytania: Czy gigantyczne egzoplanety w strefach nadających się do zamieszkania wokół innych gwiazd mogą posiadać nadające się do zamieszkania księżyce?

Główna misja – znaleźć życie w kosmosie

Poszukiwanie życia w kosmosie jest jednym z najbardziej podstawowych zadań związanych z badaniem i eksploracją przestrzeni kosmicznej. W tej chwili łazik Perseverance zbiera próbki marsjańskiej gleby właśnie w poszukiwaniu śladów dawnego, a być może nawet współczesnego życia. W tym samym celu badane są księżyce Jowisza i Saturna.

W przyszłym roku w kierunku Wenus wystartuje prywatna misja, która ma zbadać, czy środowisko siarkowych chmur tej piekielnej planety może sprzyjać życiu niektórych bakterii. Nawet próbki pobrane z planetoid są badane pod kątem możliwości przenoszenia zarodków życia.

Ale to wszystko miejsca, do jakich mamy dostęp. Trudny dostęp, ale jednak istniejący. Co jednak zrobić z planetami znajdującymi się tysiące lat świetlnych od Ziemi? W tym wypadku pomocne jest modelowanie bazujące m.in. na naszej wiedzy o Układzie Słonecznym.

Przyglądając się naszemu kosmicznemu podwórku, łatwo dostrzec, że księżyce są wszechobecne. Szczególnie dużo naturalnych satelitów posiadają gazowe olbrzymy – Jowisz i Saturn. A wśród skatalogowanych egzoplanet nie przeważają te skaliste, podobne do Ziemi lub Marsa, lecz właśnie planety gazowe i lodowe olbrzymy. Można więc założyć, że również egzo-Jowisze posiadają księżyce.

Modelowy egzoksiężyc

Faktem jest, że astronomowie wykryli do tej pory niewiele egzoksiężyców, choć ich istnienie jest praktycznie gwarantowane. Teoria mówi, że powstawanie księżyców jest procesem naturalnym. Znalezienie egzoplanet jest trudne, mimo że już się do tego przyzwyczailiśmy, za to znalezienie ich księżyców przy współczesnym rozwoju technologii – niemal niemożliwe.

Naukowcy z Węgier i Holandii chcieli zbadać, w jaki sposób egzoksiężyce mogą formować się wokół odległych, gigantycznych planet. Ich badania, zatytułowane „Grand Theft Moons: Formation of habitable moons around giant planet”, zostaną opublikowane w czasopiśmie „Astronomy and Astrophysics”. Głównym autorem jest Zoltán Dencs z HUN-REN Research Centre for Astronomy and Earth Sciences.

– Naszym celem jest zbadanie formowania się księżyców wokół planet olbrzymów w fazie podobnej do końcowego etapu formowania się planety. Szukamy warunków do formowania największych księżyców z największym prawdopodobieństwem w dyskach okołobiegunowych i badamy, czy powstałe księżyce mogą nadawać się do zamieszkania – wyjaśniają w artykule badacze.

Jak powstają księżyce?

Księżyce powstają z dysków okołobiegunowych, czyli rotującego zbioru materiału, który pozostaje po uformowaniu się planety. Naukowcy wykorzystali symulacje, aby określić, jaka część tego materiału może z powodzeniem tworzyć księżyce. Z przyczyn praktycznych skupili się na najbardziej masywnych księżycach.

Bazując na tym zbadali dyski wokół planet olbrzymów, w których 100 księżycowych embrionów wchodzi w interakcje z 1000 mniejszych ciał. Analizowane planety były 461 znanymi gigantycznymi egzoplanetami.

Tutaj wkracza kwestia tzw. ekosfery lub inaczej – strefy życia. Jest to obszar wokół gwiazdy, w którym warunki pozwalają na istnienie wody w stanie ciekłym na powierzchni planety – co jest kluczowe dla życia, jakie znamy. Dla Słońca ekosfera obejmuje mniej więcej obszar od Wenus do Marsa, z Ziemią w środku. Dlatego właśnie Ziemia jest tak wyjątkowo sprzyjająca życiu.

W przypadku księżyców formuła jest nieco inna. W naszym Układzie Słonecznym lodowe księżyce, takie jak Europa i Enceladus, prawdopodobnie mają ciekłą wodę pod zamarzniętą pokrywą, ale ciepło generowane jest przez tzw. siły pływowe, czyli z cykliczne rozciąganie i ściskanie wywoływane przez grawitacyjne oddziaływanie dużego ciała, np. planety.

W przypadku księżyca Jowisza Europy silne oddziaływanie grawitacyjne planety powoduje tarcie wewnątrz Europy, co ogrzewa jej wnętrze. Dzięki temu pod jej lodową skorupą może istnieć płynny ocean, mimo bardzo niskich temperatur na powierzchni.

Grawitacyjna łamigłówka

– Wszystkie obiekty – gwiazdy, planety, protoplanety i satelity – oddziałują na siebie grawitacyjnie. Nasze symulacje dopuszczały zderzenia tworzącego się księżyca z innym, podobnym ciałem niebieskim, a także z innymi kosmicznymi skałami. Obejmowały one również gorące i zimne dyski oraz inne czynniki, takie jak mimośród i nachylenie zarodków i satelitów – wyjaśniają w artykule badacze. I dodają, że ciała w symulacji reagowały ze sobą, przez co uzyskano cztery różne wyniki.

W pierwszym przypadku obiekty połączyły się i zsumowały swoją masę. W drugim – planeta akreowała obiekt. W trzecim przypadku ciało jest akreowane przez gwiazdę. W czwartym – ciało jest wyrzucane z układu. Tylko w pierwszym przypadku powstają egzoksiężyce.

Symulacje dostarczyły znacznie więcej szczegółów, ale wyniki pokazują, że egzoksiężyce powinny tworzyć się i pozostawać w dyskach okołobiegunowych wokół gigantycznych planet. Dzieje się tak pomimo utraty masy, wyrzutów i zarodków pochłoniętych przez gwiazdę lub planetę.

Egzo-życie

Należy podkreśli, że w odległości powyżej 1 au (jednostki astronomicznej) ogrzewanie pływowe staje się głównym źródłem ciepła dla nadających się do zamieszkania egzoksiężyców. Symulacje wykazały również, że powyżej dwóch au liczba nadających się do zamieszkania egzoksiężyców dramatycznie spada, ponieważ strefa nadająca się do zamieszkania kurczy się. – Optymalna odległość od centralnej gwiazdy mogącej posiadać warunki do podtrzymania życia księżyca wynosi między 1-2 au – wyjaśniają naukowcy.

Jak podkreślają, zbadali zdolność do podtrzymywania życia domniemanych księżyców analogicznych do Ziemi wokół 461 znanych gigantycznych egzoplanet wybranych na podstawie ich masy.

– Nasze symulacje pokazują, że księżyce o masach między Marsem a Ziemią mogą tworzyć się wokół planet o masach około 10 razy większych niż masa Jowisza. Wiele z tych księżyców może potencjalnie nadawać się do zamieszkania w odległościach gwiezdnych 1-2 au – podsumowują.

Źródło: www.universetoday.com

Nasza autorka

Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka

Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Związana z magazynami portali Gazeta.pl oraz Wp.pl. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.