Hledání mimozemského života se zúžilo: Vědci určili minimální velikost obyvatelných exoplanet

Hledání planety Země 2.0 je v plném proudu, ale s obrovskou rozmanitostí exoplanet je klíčové zúžit pátrání a soustředit drahocenný čas teleskopů pouze na ty nejlepší kandidáty. Jednou z proměnných, která má zásadní dopad na obyvatelnost planety, je její velikost.

Hledání planety Země 2.0 je v plném proudu, ale s obrovskou rozmanitostí exoplanet je klíčové zúžit pátrání a soustředit drahocenný čas teleskopů pouze na ty nejlepší kandidáty. Jednou z proměnných, která má zásadní dopad na obyvatelnost planety, je její velikost. Nová studie, kterou zveřejnili vědci z Kalifornské univerzity v Riverside, se zabývá vlivem velikosti planety na jednu z jejích nejdůležitějších vlastností pro obyvatelnost – zda si udrží atmosféru – a dospěla k závěru, že planeta musí být jen o něco menší než Země, aby byla životaschopná pro rozvoj života.

Podle modelu obyvatelnosti menších než Země (STEHM), který vědci vyvinuli, je toto magické číslo konkrétně 0,8 poloměru Země. Tento limit je dán dvěma specifickými překážkami, které planety musí překonat, aby byly životaschopné. První je zřejmá – gravitace. Menší planety mají menší hmotnost, a tedy nižší gravitaci, ale také nižší únikovou rychlost. To usnadňuje únik vysokoenergetických atmosférických částic do vesmíru procesem známým jako Jeansův únik.

Druhá překážka není tak zřejmá – vnitřní chlazení. Menší planety mají vysoký poměr povrchu k objemu, což způsobuje, že se jejich vnitřek ochlazuje rychleji než u větších planet. Jak se planeta ochlazuje, její litosféra (vnější plášť) rychle ztlušťuje, což v podstatě uzavírá jakékoli sopky, které planeta může mít. Vzhledem k tomu, že vulkanické odplyňování vnitřku planety je jedním z hlavních způsobů udržování atmosféry z dlouhodobého hlediska, méně sopečné aktivity vede k mnohem kratší životnosti atmosféry.

Model STEHM, který byl použit k prokázání těchto překážek, byl sice relativně zjednodušený. Vědci modelovali planety jako „planety se stagnující pokličkou“ s jedinou neporušenou kůrou a použili atmosféru oxidu uhličitého, což je možná nejlepší scénář pro udržení atmosféry, protože CO2 je těžká molekula, která přirozeně odolává Jeansovu úniku. I přes tato omezení však model ukazuje velmi jasnou hranici mezi 0,7 a 0,8 poloměru Země. Planety o velikosti 0,8 poloměru Země nebo větší si dokážou udržet atmosféru po miliardy let, zatímco planety o velikosti 0,7 poloměru Země a menší nevyhnutelně ztrácejí atmosféru vlivem extrémního ultrafialového (XUV) záření svých hostitelských hvězd. Například planeta o poloměru 0,6 Země by si udržela atmosféru asi 400 milionů let (pravděpodobně ne dost dlouho na to, aby se život vyvinul), zatímco planeta o poloměru 0,5 Země by byla zbavena atmosféry za pouhých 30 milionů let.

Existují však i některé výjimky z tohoto pravidla. Menší planety mohou uniknout svému atmosférickému zániku, pokud mají jednu ze tří velmi vzácných vlastností. Pokud se planeta vytvoří s velkým množstvím uhlíku, tento přebytek uhlíku je schopen odvrátit ztrátu atmosféry po miliardy let. Malá planeta s nízkým podílem poloměru jádra (např. bez jádra) si udrží větší objem pláště a zásobu těkavých látek, což jí umožní pokračovat v odplyňování plynů vytvářejících atmosféru po miliardy let. A konečně, pokud má planeta „studený start“, kdy se plášť ohřívá pomalu a začne pumpovat CO2 do atmosféry. V tomto případě by samotná hvězda zestárla a snížila by XUV záření, které by jinak atmosféru strhlo, což by umožnilo existenci atmosféry mnohem déle, než kdyby planeta začala horká.