Astronomija

Ar tvarkingai užrakinta planeta gali turėti savo gyvenamą zoną?

Ar tvarkingai užrakinta planeta gali turėti savo gyvenamą zoną?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Kaip žinome, jei planeta yra šalia žvaigždės ir yra užblokuota, tai šalia jos yra labai karšta, o kitoje - labai šalta. Tačiau tarp dviejų pusių turi būti temperatūros pokyčių gradientas ir plotas, kurio temperatūra tinka gyvenimui. Ar taip pat galime pasakyti, kad ji turi gyvenamąją zoną?


Kaip jūs siūlote, gali būti, kad palei stacionarų terminatorių gali būti gyvenamasis koridorius. Tačiau yra idėjų ne tik tam. Planeta gali būti veikiama potvynio jėgų, kurių vulkanizmas šildo tolimąją pusę. Čia gali būti storas audringas vandenynas arba atmosfera, kuri išlygina paviršiaus temperatūrą (atmosferą turi visos, išskyrus mažiausias planetas). Jame gali būti gyvenamieji mėnuliai, kurie, tinkamai užsiblokavę planetoje, reguliariai sukasi žvaigždės atžvilgiu. Ir jei jis, kaip ir Merkurijus, turi pakankamai ekscentrišką orbitą, jis gali suktis savo žvaigždės atžvilgiu, nors yra užblokuotas. Planetų įvairovė yra didžiulė.


Ar gali egzistuoti gyvybė užblokuotoje planetoje? [dublikatas]

Ar planeta, kurios viena pusė visada nukreipta į savo žvaigždę, gali turėti vidutinio klimato juostą tarp tolimosios ir artimosios pusės, kuri gali būti tinkama ekosistemai egzistuoti? Štai sąlygos:

  1. Planetos atmosfera yra panaši į Žemę ir yra maždaug tokio pat dydžio kaip Žemės.
  2. Planetoje yra toks pat bendras vandens kiekis kaip ir žemėje.
  3. Planeta skrieja aplink savo žvaigždę tokiu pat tempu, kaip Žemė skrieja aplink Saulę.
  4. Planeta per milijardus metų labai palaipsniui buvo užblokuota.

Pusė, nukreipta į žvaigždę, būtų per karšta, kad išgyventų, o minėta - per šalta. Ar tarp šių dviejų pusių gali egzistuoti vidutinio klimato zona, galinti palaikyti gyvybę?


Tai priklausytų nuo orbitos ekscentriškumo ir orbitos dydžio. Taigi yra keletas orbitinių galimybių, į kurias reikia atsižvelgti. Problema dar sudėtingesnė dėl daugybės kitų kintamųjų, tokių kaip žemyno sausumos masės ir vandenynų srovės, kurios labai veikia šilumos pasiskirstymą.

Darant prielaidą, kad šalutinis periodas yra toks pat kaip Žemės, ekscentriškumas gali būti įmanomas 0,3 - 0,6, nes modeliavimas * rodo, kad vis dar būtų vandenynų zonų, kuriose nėra ledo. Nors modeliuojama lėta rotacija, atmosferos cirkuliacija ir vandenyno srovė gali perskirstyti didelį šilumos kiekį, kaip matyti iš Golfo srovės.

Žemės poliariniuose regionuose kasmet būna 6 mėnesiai tamsos, tačiau dieną dieną temperatūra nekrenta. Labai šalta, tačiau klimatą labai keičia atmosfera.

* Žr. Nuorodą žemiau 4.1.1 skirsnyje, taip pat 3 lentelę ir 4 paveikslą.

„Apastrone vandenyno šiluminės inercijos ir nukrypimų nuo griežtos sinchroninės rotacijos poveikis sujungia šilto, ledo neturinčio regiono atitolimą nuo požvaigždinio taško. Jei e = 0,3 ir lėtas sukimasis, ledo neturintis regionas eina per dienos – nakties liniją ties apastronu e = 0,6 ir lėtai sukasi, be ledo regionas iš tikrųjų yra nakties planetos pusėje prie apastrono, o dienos pusė yra ledo danga, o antrinė temperatūra yra apie –20 ° C požvaigždiniame taške. “ (4.1.1)

Tidally locked ir ne ašinis sukimasis nėra visiškai tas pats.

Planetoje be ašinio pasisukimo nebūtų gyvenamosios zonos.

Joks pasisukimas nereiškia, kad dienos / nakties ciklas patirs tiek pat metų.

Tvarkingai užrakinti mėnuliai patiria kažką panašaus į tai. Mūsų mėnulis, kurio dienos yra maždaug 27 kartus ilgesnės nei Žemės diena, naktį ir dieną svyruoja beveik 300 ° C, pasaulis, kurio dienos yra 365 Žemės dienos, tikriausiai būtų bent jau toks blogas.

Net jei jūsų orbita yra tikrai elipsinė, kad naktį ji būtų šiltesnė, o dieną šaltesnė. Jūs vis tiek turėtumėte intensyvų dienos laiko karštį kitoje pasaulio pusėje nuo savęs, kuris neišvengiamai išvirs bet kokią atmosferą ir hidrosferą, kurią bando suformuoti planeta, reiškianti, kad net jei elipsės orbita naudositės temperatūros problemoms išspręsti, tai gyvybei palaikyti neturi būti oro ar vandens.

Planeta, kuri yra užfiksuota prie saulės, turi radialinį, o ne šoninį klimato gradientą.

Tai reiškia, kad atogrąžų zona bus tik dalis, nukreipta į saulę, o bet kokia kryptis, kuria einate nuo to taško, išnyks į arktinę zoną, o visa tamsioji planetos pusė bus subarktinė.

Jei esate 1 AU su tokia saulė kaip žvaigždė, turėsite tą pačią problemą, kurią iškėliau be ašinio sukimosi problemos, kai atogrąžų zonoje būtų taip karšta, kad jūsų atmosfera ir hidrosfera užvirtų, todėl tai būtų visiškai negyvenamas pasaulis, taigi , jums reikės, kad ši planeta būtų daug toliau nuo saulės, kad apskritai turėtų bet kokią gyvenamą zoną. Esant pi ^ 2 AU (orbitos spindulys yra šiek tiek didesnis nei saturno), regimas saulės spindesys bus sumažintas perpus. Tai reiškia, kad tokiu atstumu atogrąžų zona vidutiniškai pasieks Žemės tropinės zonos temperatūrą, ir jūs sukursite daug mažesnę nei Žemė gyvenamą teritoriją, kuri spinduliuoja iš ten. Dėl atmosferos mechanikos, keičiančios karštą ir šaltą orą su tamsiąja jūsų pasaulio puse, tikriausiai galėtumėte pabėgti šiek tiek arčiau, bet aš net nežinau, nuo ko pradėti modeliuoti, sakykime paprasčiau, kad jums reikia apie 9AU.

Tai gali sukelti nenumatytą metų, trunkančių apie 25–30 Žemės metų, pasekmę, tačiau naudojant silpnesnę, nei mūsų, žvaigždę, jums gali padėti susitraukti orbitos atstumas, kad kompensuotumėte tai, jei tikrai ilgi metai yra jūsų aplinkos problema.

Taigi, norėdami atsakyti į savo klausimą kaip užduotą, jūsų planeta neturės gyvenamos zonos, tačiau tinkamai pakoregavus žvaigždės ir orbitos spindulį, tai galėtų.


Tvarkingai užrakintos planetos problema yra ta, kad aplink ją negali skrieti didelis mėnulis, ir kaip minėta ankstesniuose atsakymuose, tai numestų mažytį šešėlį.

Bet pagalvokite apie tai: savo prieblandos zonoje turite dvi puses: viena pusė yra arčiau saulės, kai saulė iš tikrųjų yra žemai horizonte (visada gera diena), ir viena pusė toliau, šiek tiek saulė žemiau horizonto (visada tokia naktis).

Dabar, jei leisite planetai visiškai neužsiblokuoti, galite ją šiek tiek svyruoti (panašiai kaip kelių laipsnių diapazonas). Galbūt po kelių milijonų metų planeta bus faktiškai užfiksuota, bet šiandien ne ta diena, ji nebesuka, bet vis tiek svyruoja. Tokiu būdu, saulei artėjanti gyvenimo būdo žiedo pusė turi ilgą dienos / trumpą naktinį ciklą, o saulės atokiau - trumpą dienos / ilgos nakties ciklą.

Žinoma, tai tikrai ne diena / naktis, o labiau sutemos / aušra. Pagalvokite apie saulės eigą ant stulpų, tačiau dienos / nakties ciklas yra kelios valandos, o ne 6 mėnesiai.


Akies obuolio planeta [taisyti | redaguoti šaltinį]

Šį teorinį planetos modelį aptarė daugelis [1] [2] [3].

Akies obuolio planeta bus sukurta, kai beveik visas vanduo bus sukrautas ledynuose nakties pusėje. Dienos pusė yra dykuma, o naktinė pusė yra padengta ledu. Tirpsta ir teka vanduo prieblandos zonoje. Kai kurios upės gali tekėti giliau į šiltą, bet galiausiai jos nudžius. Akies obuolio planetoje naujakuriai ieškos žemės ant žiedo, kuris sudaro prieblandos zoną. Galime įsivaizduoti planetos greitkelį ir geležinkelį, jungiantį gyvenvietes palei žiedą.

Akies obuolio modelis nekalba apie sutrikimus. Neįmanoma, kad šis žiedas bus tobulas. Bus oro grandinė. Šiltos srovės, pučiančios karštą orą, stums dykumą galbūt net tamsiojo pusrutulio viduje, o šaltos srovės ledą privers giliau šviesos pusrutulyje. Tačiau net ir tokiu atveju šlapia zona nebus tobulas apskritimas, bet vis tiek bus žiedo formos zona planetoje.


Ep. 543: Keistos problemos: gyvenamoji zona

Mūsų serija apie Visatos keistenybes žygiuoja toliau. Šią savaitę apžvelgiame gyvenamą zoną ir tai, kaip viskas nėra taip paprasta, kaip mes manėme.

Šiame epizode minėjome aukas. Spustelėkite, jei norite sužinoti daugiau!

Rodyti užrašus

    (senas NASA straipsnis) („Kosmoso vadovas 2015“) („Penn State Astronomy 801 Class 2018“ užrašai) (Vikipedija) („Science News 2019“) („Kosmoso vadovas 2015“) („Wikipedia“) („Wikipedia“) („Scientific American 2009“) („Universe Today 2019“) („EarthSky 2018“) („Space.com 2018“) („Space.com 2019“) („Science Alert 2019“) (pranešimas spaudai) (Vikipedija)

Nuorašas

Astronomijos aktoriai, 543 serija

Keistos problemos: gyvenamoji zona

Fraseris: Sveiki atvykę į „Astronomy Cast“, kas savaitę vykstančią faktais pagrįstą kelionę per kosmosą, kur padedame suprasti ne tik tai, ką žinome, bet ir kaip žinome tai, ką žinome. Aš ir Fraseris Kainas, „Visatos šiandien“ leidėjas. Su manimi, kaip visada, daktarė Pamela Gay, vyresnioji planetų mokslo instituto mokslininkė ir „CosmoQuest“ direktorė. Ei, Pamela. Kaip tu laikaisi?

Pamela: Man gerai sekasi. Kaip tau sekasi, Fraserai?

Pamela: staiga tapo kritimas. Per dvi savaites, kai buvau išvykęs, praėjo nuo 90-ųjų Farenheito iki 50-ųjų, ir aš jaučiuosi praleidęs sezoną ten, ir man tai būtų patiko.

Fraseris: Taip. Visi lapai pasidarė rudi ir geltoni, tada mums užėjo didžiulė audra, kuri visus juos tiesiog numetė nuo medžio. Taigi, paprastai jūs gaunate kaip porą savaičių tikrai gražių lapų, bet mes ką tik užklupome audrą po audros, todėl visi lapai, ant medžių, jau yra tik žemyn. Taigi, čia ateina grėbimas ir ratų važiavimas norint išvalyti veją.

Fraseris: Taip yra iš tikrųjų. Gerai. Mūsų serija apie visatos keistenybes žygiuoja toliau. Šią savaitę apžvelgiame gyvenamą zoną ir tai, kaip viskas nėra taip paprasta, kaip kadaise manėme. Gerai, Pamela. Rūšiuoti tą patį žaidimą, kurį žaidėme kiekvieną savaitę. Grįžtate prieš 10 metų ir prieš 10 metų klausiate Pamelos, kokia yra gyvenamoji zona?

Pamela: Aš būčiau sakęs, kad imi į saulę panašią žvaigždę ir darai prielaidą, kad tai yra vienintelės žvaigždžių rūšys, galinčios į žemę panašias planetas, ir tada tu randi tą plotą tinkamu atstumu nuo žvaigždės, kad vanduo gali egzistuoti vandens, ir jis nėra per karštas, kad jį išgarintų, ir nėra per šaltas, kad jį užšąla, ir tame Saulės sistemos regione, kur planetos gali turėti skystą vandenį, ten ir tik ten.

Fraseris: Teisingai. Yra gyvenimo vietų.

Pamela: Tiksliai. Tai gali būti mėnulyje, bet jei mėnulyje yra # 8217, mes kalbame Endorą.

Fraseris: Oi, oi, oi. Žemės dydžio pasaulis.

Pamela: Mes kalbamės su Endoru. Endoras galėtų būti Žemės dydžio.

Fraseris: Gerai, gerai. Endoras skrieja aplink dujų milžinę.

Fraseris: Gerai, puiku. Gerai. Taigi tai buvo tai, kas susiaurino paieškos kriterijus iki saulės panašių žvaigždžių, puikių Žemės dydžio pasaulių. Jie gali skrieti aplink dujų milžinę labai specifiniame regione, kur skystas vanduo gali būti planetos paviršiuje. Tai viskas. Egzoplaneto medžiotojai - eik. Kaip tai pasikeitė?

Pamela: Mes visa tai paėmėme ir išmetėme pro langą.

Fraseris: Mes tikrai padarėme. Taigi, kai šiandien astronomai galvoja apie gyvenamąją zoną, kokie yra visi veiksniai? Aš turiu omenyje, kad tai labai patinka gyvenamosioms vietoms. Aš turiu galvoje, ar yra dar geresnis terminas nei gyvenamosios zonos?

Pamela: Na, juokinga tai, kad sunku užmušti kalbą. Taigi frazė „gyvenama zona“ ir toliau įpranta, net jei ji neturi prasmės. Taigi, mums nutiko du skirtingi dalykai. Pirmas dalykas, kurį mums įvyko, yra supratimas, kad jūs galite turėti raudonas nykštukines planetas, kurios turi aplink save šį spindulių rinkinį, kuriame leidžiama egzistuoti skystam vandeniui, bet jei jūs į tą regioną įdėsite planetą, tai bus tvarkinga prirakinti save prie savo žvaigždės, kad tik viena pusė visada būtų nukreipta į tą žvaigždę. Tame konkrečiame pasaulyje greičiausiai bus ypatinga vėjų audra su viena korinio vėjo katastrofa, pučiančia iš vienos pasaulio pusės į kitą pasaulio pusę. Gyvenimas yra mažai tikėtinas. Taigi.

Fraseris: Na, tai vis dėlto tik dalis? Taip pat bloga diena yra būti priglaustam prie besiplaikstančios raudonos nykštukinės žvaigždės.

Pamela: Teisingai. Na, mes manome, kad jie įsiliepsnoja tik keletą milijardų metų ir laiko pilnatvėje, galbūt pasaulį, kurį visiškai apšvitino, įpainiojo ir sudegino tas netinkamai besielgiantis raudonasis nykštukas, galbūt gali atsitikti dalykų, dėl kurių jis vėl tampa šlapias ir laimingas. Bet net jei jis išliks ir net sugrįš vanduo, kai jis vėliau stabilus, jis vis tiek bus užblokuotas. Niekas neatima to potvynio užrakto.

Fraseris: Taigi, paprastai aš imuosi visko, ką sakai, sutinku ir einu kartu, bet aš iš tikrųjų turėjau progą padaryti vaizdo įrašą šia tema ir kalbėjau su egzoplanetos tyrėju iš McGill universiteto, ir tai tarsi jis specialybė. Ir jis sakė, kad iš tikrųjų tvarkingai užrakintos planetos dabar atrodo taip, lyg būtų ne tokios blogos, kaip manė žmonės, jei tik jie turi gilius vandenynus.

Fraseris: Taigi, ką jūs gausite, tai jūs gausite gilius vandenynus, kurie labai efektyviai išjudins šiltą, perneš šią pernelyg karštą, saulės kaitinamą temperatūrą per orą, ypač per vandenį, ir cirkuliuos srove, kad tolimoji vandenyno pusė. Taigi, priekinė planetos pusė bus panašesnė į džiungles, o užpakalinė - į Antarktidą.

Pamela: Taigi, norėčiau atkreipti dėmesį į tai, kad sulauksime tokių gilių vandenynų, po to, kai raudonasis nykštukas su juo baigsis, turite sulaukti didžiulio kiekio asteroidų ir kometos smūgių.

Fraseris: O, taip. Tikrai. Bet dabar, kaip ir anksčiau, vėlgi, jei kalbėtumėmės prieš trejus metus, sakykime, kad malda užrakinta, tai reiškia, kad planetai nėra nieko. Jūs galite turėti šį mažą mažą regioną aplink kraštus, bet iš tikrųjų pusė planetos yra panaši į džiungles, o kita pusė yra arktinė.

Pamela: Ypatingu masinio didelio bombardavimo atveju, įvykusiam Saulės sistemos gyvenimo viduryje, taip.

Fraseris: Taip. Jūs paimsite Žemės dydžio pasaulį, padėsite jį šalia raudonos nykštukinės žvaigždės ir gausite - tai greičiausiai Žemė, bet vandens kiekis, kurį turi Žemė - gausite pusę planetos džiunglių, pusę planetos arktinė. Taigi, iš tikrųjų jūs galėjote gyventi visą gyvenimą toje priekinėje pusėje. Viskas. Tiesiog pridėkite tai prie įrankių dėžutės.

Pamela: Tai šaunu. Aš to visiškai nežinojau. Taip. Mes vis bandome naudoti kompiuterius, kad rastume išimčių ir paaiškėja, kad jie išlieka. Tai yra visa gyvenamųjų zonų problema, nes šios išimtys vis egzistuoja. Tai apima mūsų pačių Saulės sistemą. Ir vienas iš dalykų, kurį pastaraisiais metais vis kartodavome šioje laidoje, yra „ir dabar, atrodo, - ir šis mėnulis gali turėti gyvybę“. Aš nesu tikras, ar mes pradėjome nuo „Titan“, ar „Europa“, bet tai yra du pasauliai, kuriuose visa tai prasidėjo.

Naudojant „Titan“, iš pradžių buvo pastebėta, kad metanas nėra subalansuotas ir yra kitų cheminių parašų, kurie nėra pusiausvyros su pusiausvyra. Dabar pusiausvyros pusiausvyros pusiausvyroje esantis metanas reiškia, kad jis kur nors gaminamas. Saulės šviesa skaido metaną. Tai, kad Titane mes ir toliau matome metaną, reiškia, kad kažkas toliau gamina metaną Titane. Bet kita pastebėta chemija reiškia, kad vyksta kažkas, kas skatina vykstančias chemines reakcijas pasaulio paviršiuje. Lengviausias paaiškinimas yra kvėpavimas, tačiau tai labai nepatogu. Tai labai, labai nepatogu. Taigi, dauguma žmonių yra tokie, kad mes tik darysime prielaidą, jog vyksta chemija, kurios nesuprantame.

Pamela: Taigi iš Titano, kuriame matome skystą metaną, kuris užpildo vandens, kuris čia Žemėje, vaidmenį, galime pereiti prie Encelado, kur vandens net nereikia pakeisti. Vandens turite priemonėmis, kurių anksčiau nebuvome tikėjęsi. Man labai gaila. Man gerklėje buvo niežulys, kuris mane tiesiog žudė. Taigi, žvelgdami į Europą, pastebime, kad šis pasaulis yra tvarkingai ištemptas ir sutankintas, kai jį gerai išmeta Jupiterio ir paties Jupiterio mėnuliai, o šis nuolatinis susitraukimas ir suspaudimas turi savo pagrindo kaitinimo efektą. .

Ir ta šiluma varo skystą vandenyną, kuris gali būti tik porą kilometrų tarp apledėjusio paviršiaus apvalkalo, kuris apsaugo tą vandenį nuo radiacijos ir visų kitų kosminių žiaurumų.

Fraseris: Taigi, galvojant apie tokias vietas kaip „Enceladus“, gali būti, kad, kaip sakėte, „Europa“ yra kažkas panašaus. Tikriausiai kažkas panašaus yra Ganymede ir Callisto, tikriausiai Triton, galbūt Plutonas ir Sharon. Yra Eris. Aš turiu omenyje, kad yra įmanoma, kad yra šimtai pasaulių, priklausomai nuo to, kokia didelė yra Saulės sistema ir kokie ten yra, kurių po paviršiumi, po kažkokiu lediniu apvalkalu, gali būti šiek tiek skysčio.

Taigi, užuot sakę „oi, gyvenamoji zona yra ši vieta“, gyvenamosios zonos yra ta vieta, kur paviršiuje gali egzistuoti skystas vanduo, arba bet kuris pasaulis, kuriame yra daug ledo. Taigi, patekus už šalčio ribos, yra visa krūva gyvenamesnių zonų.

Pamela: Ir net ši istorija radikaliai vystėsi per pastaruosius kelerius metus. Įsigilinome į šulinio idėją, Encelade matome geizerius. Manome, kad turime „Europa“ geizerių įrodymų - tai dabar daug labiau patvirtinta. Taigi, mes norime tikėti, kad skysto vandens yra ir gerai, tai sunkesnis argumentas „Enceladus“, mes galime tai paaiškinti pasitelkdami potvynio brūkštelėjimo ir susitraukimo ypatybes. Gerai. Bet mes vis tiek tikėjomės, kad plutonas bus visiškai miręs.

Pamela: Ir tada „New Horizons“ ten pateko, o „New Horizons“ buvo tarsi „huh, huh, gerai. Šis pasaulis nėra toks, kokio tikėjomės “. Atrodo, kad kas žino, kas tai skatina - geologija, sukelianti pasikartojančią - gerai, ne plokščių, o ledo tektoniką - yra jo paviršiaus bruožas.

Fraseris: Tai tokia tvarkinga idėja. Kai pagalvojame, tarkime, apie Žemės ateitį, saulei įkaitus ir užvirus vandenynams po milijardo metų, net saulei mirštant, šie pasauliai vėl bus maždaug milijardai ir daugiau milijardai, trilijonai metų, o viduje dar gali būti šilta nuo pūvančių radioaktyviųjų elementų ir bet kokių potvynių jėgų, darančių ilgą laiką po Saulės sistemos - saulei mirus - Žemės paviršiaus. Taigi, tiesą sakant, šios vietos gali būti paskutinės vietos, kuriose randame gyvenimą ir visatoje.

Pamela: Ir tai patenka į kitą pusę, kaip mes suprantame gyvenamumą. Iš pradžių, kai galvojome apie tinkamumą gyventi, mes nemanėme, kad jūs turite turėti skystą vandenį, bet mes taip pat manėme, kad turite turėti saulės spindulių. Taigi, kai buvome vaikai, mus mokė, kad gyvenimui reikia saulės šviesos, oro, maistinių medžiagų, ir jis neturėjo būti toks oras, kaip jūs ir aš kvėpuojame. Tai gali būti vandenyje esantis deguonis, kurį žuvys kvėpuoja iš vandens. Bet tada, kai pradėjome tyrinėti Marianos tranšėją ir giluminiame vandenyne esančias vulkanines ypatybes, aplink šias vulkanines angas radome didžiulį, knibždantį gyvenimą įvairiausioje absurdiškoje įvairovėje, nurodydami, kad gyvybei visiškai nereikia saulės šviesos.

Tai tiesiog nebuvo reikalavimas, todėl leiskite to atsikratyti ir sakykite, kad jums reikia kažkokio terminio gradiento. Ir dabar, kai vis daugiau tyrinėjame su minomis, ledo mėginiais ir net žiūrėdami į radiacijos išsiliejimo aplinką, mes nerandame aplinkos, kurioje gyvenimas nenori egzistuoti.

Fraseris: Teisingai, taip. Gyvenimas, kaip sakoma, randa kelią. Bet yra - kalbėjome apie raudonuosius nykštukus. Taigi, tegul & # 8217s ištiria kai kurias kitas žvaigždučių rūšis. Ar kylant spektru jūsų žvaigždės dydis yra tarsi saldus taškas? Raudonosios nykštukinės žvaigždės - jos truks 10 trilijonų metų, tačiau jos gali labai gerai užgniaužti visus sunkiuosius metalus ir padaryti planetas nebegyvenamas prieš joms apsigyvenant. Tokia žvaigždė, kaip mūsų saulė, iš tikrųjų mums pateiks tik paviršių, sakykime, apie du milijardus metų vaikščiojančių gyvūnų, viso laiko. Ar tarp jų yra kaip saldi vieta?

Pamela: Mes vis dar išsiaiškiname šiuos dalykus. Tai yra vienas iš dalykų, kurį mes tikimės išspręsti atlikdami bandymus, panašius į erdvėlaivius. Problema ta, kad mes nežinome, kokio dažnio skirtingų dydžių žvaigždės iš tikrųjų turi planetas. „Kepler“ misija pažvelgė į erdvės kūgį. Pažvelgė į vieną lauką danguje. Tai žiūrėjo ilgą laiką. Pažvelgus į vieną dangaus lauką, jūs imsite nedidelio tūrio netoliese ir palaipsniui vis didesnį tūrį didesniais ir didesniais atstumais. Na, didesniais atstumais žiūrite į ryškesnes žvaigždes.

Taigi, tai mums nepateikė išsamaus pavyzdžio, kaip dažnai raudonos nykštukinės žvaigždės, taip dažnai vidutinės temperatūros žvaigždės, taip dažnai žvaigždės, panašios į saulę. Turime suprasti, kokia tikimybė, kad bet kokio dydžio žvaigždė turės planetas. Tada tai ne visai „Drake“ lygtis, bet tai bus tos „Drake“ lygties modifikacija, kur imsite žvaigždės dydį - šiuo atveju pradinę masės funkciją - koks yra žvaigždžių santykis esant skirtingo dydžio vienas nuo kito, o tada jūs jį suderinate su tikimybe, kad kiekvieno iš šių dydžių žvaigždės gali turėti planetas?

Ir ta nauja konvoliucija bus tai, kas mums pasakys, kiek planetų yra. O tai savo ruožtu leidžia mums pasakyti „gerai, šios žvaigždės išsilaiko tiek laiko. Leiskite tai dar kartą sušvelninti ir atsižvelgti į tai, kad faktas, jog raudonieji nykštukai turi siaubingą vaikystę, o didesnės žvaigždės gyvena tik trumpą laiką ir gauna tiek laiko, kiek gali egzistuoti civilizacija.

Fraseris: Taip. Aš galiu įsivaizduoti, pavyzdžiui, jei turite žvaigždę, kuri yra šiek tiek mažesnė už saulę, pavyzdžiui, aš nežinau, kokia klasifikacija yra žemiau nei saulė -

Fraseris: K žvaigždė, taip. Taigi, jūs turite K žvaigždę. Jie truks dvigubai ilgiau nei 70 milijardų metų ir bus mažiau intensyvūs, bet galbūt pradžioje jie vis tiek bus gana nemalonūs, o paskui įsitaisys, o galbūt bus ir kitų priežasčių. O kaip bus su žvaigždėmis, kurios yra didesnės ir karštesnės už saulę, pavyzdžiui:

Pamela: Ir čia reikia bandyti išsiaiškinti, kaip greitai gyvenimas gali vystytis. Vakarų Australijos stromatolitų dėka mes jau nustatėme, kad gyvybė Žemėje jau atsirado bakterijų kilimėlių pavidalu prieš 3,5 milijardo metų. Taigi tai yra pusantro milijardo metų mūsų Saulės sistemos egzistavimas. Pagaliau mes buvome tvirtas objektas, kai šie stromatolitai formavosi. Nors yra žvaigždžių, kurios neišgyvena milijardo metų, ar gali būti, kad šios žymiai trumpesnio gyvenimo žvaigždės, kurios yra tik 3-4 milijardų metų amžiaus, gali greitai pradėti gyvenimą ir todėl, kad jie vystosi taip greitai, o savo ruožtu greitai vystosi gyvenimas?

Mes nežinome šių dalykų ir tai yra daugiau klausimų. Mes manėme, kad didžiulės žvaigždės negalėjo turėti planetų, o KELT-9b ten eina. Mes juos gavome. KELT-9b yra šis nuostabus nedidelis pasaulis, kurio paviršiaus temperatūra yra labai, labai karšta žvaigždė, nukreipta į ją, ir ta paviršiaus temperatūra atitinka mūsų saulės paviršiaus temperatūrą. Tai kepama.

Fraseris: Teisingai. Ne tas pasaulis. Mes nenorime eiti į tą pasaulį.

Pamela: Ne. Tas pasaulis blogas. Blogas pasaulis, blogas.

Fraseris: Na, ši mintis, kurios galėjo tikėtis gyvenimas - mes nežinome, kiek užtrunka gyvenimas. Ir vis dėlto, čia, Saulės sistemoje, čia, Žemėje, gyvenimas susiformavo taip, kad pažodžiui pažvelgė į tą akimirką, kurią galėjo.

Fraseris: Kaip tik kai atsirado viena vieta, kuri atvėso ir nebedegė, tada gyvenimas rado kelią. Ir šita puiki idėja, kurią pasiūlė Avi Loebas, nežinau, ar anksčiau girdėjote šią idėją ankstyvojoje visatoje, praėjus maždaug 8 milijonams metų po didžiojo sprogimo, vidutinė visos temperatūros temperatūra. visata buvo apie 20 laipsnių Celsijaus. Taigi, tai buvo kambario temperatūra - visa visata.

Pamela: Aš to negalvojau, bet tai visiškai logiška.

Fraseris: Taip, taip. Taigi visas visatos vanduo visur būtų buvęs skystas.

Fraseris: Ir taip, jūs galėtumėte įsivaizduoti šią akimirką iš pradžių, kur gyvenimas galėjo pasisukti, o po kelių milijonų metų viskas atvėso tiek, kad viskas sustingo. Ir tai yra tokia tvarkinga idėja. Aš nežinau, ar yra kokių nors būdų tai išbandyti, ar nieko, bet vis tiek tai labai šauni idėja.

Pamela: Na, būtent ta idėja, kurią jūs galėjote šiai trumpai epochai turėti, klesti. Turiu omenyje, kad tai būtų buvęs momentas, kai panspermija galėtų pakilti.

Fraseris: Teisingai. Tiksliai. Taip taip.

Pamela: Oi, tiek daug mokslinės fantastikos, kad aš žinau, kurią galėjau parašyti.

Fraseris: Aš žinau. Tai superinė mokslinė fantastika. Aš žinau. Tai puiku. Aš jums atsiųsiu popierių. Tai tokia puiki idėja. Tai vadinama „Visuomenės įprasta epocha“ arba „Gyvenamoji era“ ar panašiai.

Pamela: Įsivaizduokite, jei tuo laikotarpiu jie tiesiog patektų į trilobitus ir įdėtų trilobitus į visą visatą ir -

Fraseris: Plaukimas per visatą, taip.

Pamela: Tai „Star Trek“ atradimas, laukiantis įvykio.

Fraseris: Taip, taip yra. Taigi tada net ši idėja - kaip ir anksčiau, gyvenamoji zona iš tikrųjų buvo viskas, ką mes svarstėme galvodami apie tai, ar planeta yra tinkama gyventi, ar ne. Ir dabar, manau, net ta idėja yra sudėtingesnė, tiesa? Kaip ir dabar, turime daug daugiau veiksnių, kurie vertina, ar mes manome, kad planeta bus gyvenama, ar ne.

Pamela: Taigi dabar mes žiūrime į tai, kad esame tikri, jog Marso paviršius nėra tinkamas gyventi, nes paviršius nuolat patiria didelę energijos spinduliuotę, ir tai nėra tokia spinduliuotė, kuri patinka bakterijoms valgyti. Tai yra tokia spinduliuotė, kuri nenumaldomai išskiria DNR. Taigi, čia, jei norite gyvybės Marse, turite patekti į paviršių. Kita tema, kurią mes imsimės, iš tikrųjų yra astrobiologija ir tai, kaip mes ieškome gyvenimo parašų, ir keblumai, kurių mes ieškojome gyvenimo Marse.

Pamela: Dabar, kai svarstome, kur yra gyvenama vieta, turime pagalvoti, ar turite apsaugą nuo jonizuojančiosios spinduliuotės? Na, po Encelado ledu, po Europos ledu, po Ganimedo, Cereros ledu, taip - jūs turite apsaugą nuo tos spinduliuotės. Taigi, kitas klausimas yra, ar turite maistinių medžiagų? Ir organinių molekulių randame beveik visur. Pasirodo naujas leidimas, paaiškinantis, kad galite gauti sudėtingų organinių molekulių, šių policiklinių angliavandenilių, tiesiog paimdami įprastus anglies vandenilio atomus. [negirdimas] [00:22:29] ir sprogdinant juos galaktikos spinduliuote.

Taigi anglies ir vandenilio buvimas kartu su mirtina spinduliuote gali sukurti gyvybei reikalingas organines molekules. Tai kažkaip susisuko.

Fraseris: Taip. Taigi, visa tai, tiesa, aš manau, kad prieš 10 metų vėlgi būtume sakę, jei norite, kad pasaulis būtų tinkamas gyventi, jis turi būti gyvenamojoje zonoje. Jame turi būti didelis vandens kiekis, o jame - uolos ir kiti reikalingi elementai. Bet dabar beveik atrodo, kad tai vėl tapo bendresnė. Kaip dėl to, kad yra išvadų - jūs sakėte, kad „Enceladus“ rasite kitokios formos žaliavas nei Žemėje. Jūs turite apsaugą nuo radiacijos iš kosmoso. Tai mūsų atmosfera ir magnetosfera, tačiau Encelade - ledas. Žemėje turite vandens, kurio paviršiuje yra skysčių, o „Enceladus“ - po dideliu, storu ledo apvalkalu.

Jūs turite maisto gyvybei Žemėje - fotosintezę, augalus. „Enceladus“ vandenyje vandenilio dujos gali ištirpti. Taigi, manau, kad beveik kaip astronomai pernelyg konkretizavo tai, ko jie norėjo, kokiu būdu jie manė, kad tai turėtų būti sukonstruota. Tai beveik kaip -

Pamela: Ir čia, manau, turime kaltinti biologus.

Fraseris: Gal. Bet tada jūs turite šiek tiek žengti vieną žingsnį atgal ir tiesiog grįžti prie pirmųjų principų, ar ne? Tirpiklio energijos šaltinis. Ar ne? Žaliavos.

Pamela: Taip. Ir tai paaiškės, kokia yra tikimybė, kad tam tikra aplinka turės gyvybę. Dabar pagrindinis klausimas, į kurį vis dar neatsakėme, yra tai, kaip sunku sukurti gyvenimą. Dabar mes žinome, kad jei yra vieta, kurioje gali būti gyvybė Žemėje, ji turi gyvybę Žemėje. Mes žinome, kad jei yra vieta, jūsų manymu, Žemėje nėra gyvybės, tikriausiai Žemėje yra gyvybės. Gyvenimas tiesiog išplaukė iš ausų, nes net mus apima mikrobai, kurie nėra mūsų pačių sukurti.

Fraseris: Žodžiu, išeina iš mūsų ausų, taip.

Pamela: Taip. Galvoti apie tai yra gana bruto. Vėlgi, ne šlapias mokslininkas. Aš užsiimu žvaigždėmis.

Fraseris: Ir super mirties ugnikalniai.

Fraseris: Jūs tuo užsiimate. Jūs esate tik mėgėjas.

Pamela: Taip. Tačiau žvelgdami į tai nežinome, ar esame unikalūs. Mes nežinome, ar gyvenimas dažnai vystosi vieno ląstelės lygiu. Mes nežinome, ar jis labai lengvai pereina nuo vienos ląstelės prie daugelio ląstelių bakterijų kilimėlių. Marse yra užuominų apie funkcijų, kurios atrodo kaip stromatolitai, matymą. Mes nežinome, ar pirmasis šykštus, vėliavomis besinaudojantis gyvenimas, kurį radome čia, Žemėje, turėjo galimybę pasisekti, [negirdimas] [00:25:31] savo kelią per Europos vandenis. Turime atsakyti į šiuos klausimus.

Fraseris: Taip. Bet tai patinka - tai labai įdomu. Kaip ir, viena vertus, galimybės visiškai atsivėrė. Ir tada, kita vertus, galimybės visiškai atsivėrė.

Fraseris: Taigi, dabar turime per daug vietų, kad galėtume ieškoti. Bet tai tikrai įdomu. Taigi kitą savaitę mes kalbėsime apie tai, kaip mes ieškome gyvenimo ir kaip tai iš tikrųjų tapo daug sudėtingiau, nei mes kada nors galvojome. Ir pasidarė keista.

Pamela: Keista pasidarė, taip. Tai tikslus apibūdinimas.

Fraseris: Taip. Ar šią savaitę turite mums vardų?

Pamela: Aš. Taigi, kaip priminimą, mus visus dabar leidžia klausytis. Tikrai mus palaiko jūsų aukos, ypač per „Patreon“ ir „PayPal“. Ir šią savaitę norėtume padėkoti Timui Garnyras, Frederikas Šorga, Grigalius Stalius, Tomas Tupemanas, Erikas Franigeris, Williamas Andrewsas, Dwayne'as Izaokas, Šanonas Humbardas, Davidas Gatesas, Ryanas Jamesas, Keslina Penflienco, Reičelė Frye, Darcy Daniels, Kristin Brooksas Dekanas, Danas Litmanas, Martinas Dawsonas, Jasonas Semanskiir Russellas Peto. Ačiū. Mes esame čia jūsų palaikymo dėka.


Ar tvarkingai užrakinta planeta gali turėti savo gyvenamą zoną? - Astronomija

Количество зарегистрированных учащихся: 45 тыс.

Участвовать бесплатно

Are we alone? This course introduces core concepts in astronomy, biology, and planetary science that enable the student to speculate scientifically about this profound question and invent their own solar systems. All the features of this course are available for free. It does not offer a certificate upon completion.

Рецензии

Really enjoyed the course. It gave a very comprehensive introduction to Astrobiology and I enjoyed being pushed to write a science fictional short story at the end.

This is simply fantastic! Such a charismatic lecturer leading us so professionally through heavy subjects in a light manner! Looking forward to more courses!

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

Текст видео

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. Dėkoju.


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 Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.


2 Answers 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 would 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.)