천문학

조석으로 잠긴 행성이 자신의 거주 가능 영역을 가질 수 있습니까?

조석으로 잠긴 행성이 자신의 거주 가능 영역을 가질 수 있습니까?


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우리가 알다시피, 행성이 별 근처에 있고 조석으로 잠겨 있으면 가까운 쪽은 매우 뜨겁고 먼 쪽은 매우 춥습니다. 그러나 2면 사이에는 온도 변화의 구배가 있어야 하며 온도가 생명에 적합한 영역이 있어야 합니다. 거주 가능 지역도 있다고 할 수 있습니까?


당신이 제안한 것처럼, 고정된 종료자를 따라 거주 가능한 복도가 존재할 수 있습니다. 그러나 그 이상의 아이디어가 있습니다. 행성은 먼 쪽을 따뜻하게 하는 화산 활동에 의해 조석력에 노출될 수 있습니다. 그것은 두꺼운 폭풍우가 치는 바다 또는 표면 온도를 균일하게 하는 대기를 가질 수 있습니다(가장 작은 행성을 제외한 모든 행성에는 대기가 있습니다). 행성에 조석으로 고정되었을 때 별에 대해 규칙적으로 회전하는 거주 가능한 위성이 있을 수 있습니다. 그리고 그것이 수성처럼 충분히 편심 한 궤도를 가지고 있다면 그것은 조석으로 잠겨 있지만 별을 기준으로 회전 할 수 있습니다. 행성의 다양성은 엄청납니다.


조석으로 잠긴 행성에 생명체가 존재할 수 있을까? [복제]

한쪽 면이 항상 별을 향하고 있는 행성이 생태계가 존재하기에 적합한 먼 쪽과 가까운 쪽 사이에 온대 영역을 가질 수 있습니까? 조건은 다음과 같습니다.

  1. 행성은 지구와 비슷한 대기를 가지고 있으며 지구와 거의 같은 크기입니다.
  2. 행성에는 지구와 같은 총 물의 양이 있습니다.
  3. 행성은 지구가 태양을 공전하는 것과 같은 속도로 별을 공전합니다.
  4. 이 행성은 수십억 년에 걸쳐 매우 서서히 조석으로 잠겼습니다.

별을 바라보는 쪽은 너무 뜨거워서 살아남을 수 없을 것이고, 별을 바라보는 쪽은 너무 차가울 것입니다. 생명을 유지할 수있는 온대 대가이 두면 사이에 존재할 수 있습니까?


그것은 궤도의 편심 률과 궤도의 크기에 달려 있습니다. 따라서 고려해야 할 여러 궤도 가능성이 있습니다. 대륙의 육지 덩어리와 해류의 위치와 같이 열 분포에 큰 영향을 미치는 다른 여러 변수로 인해 문제는 훨씬 더 복잡합니다.

지구와 같은 항성주기를 가정하면 0.3 – 0.6의 이심률은 모델링*이 여전히 얼음이 없는 바다 영역이 있음을 보여주기 때문에 실현 가능할 수 있습니다. 느린 회전 대기 순환과 해류에 대해 모델링되었지만 걸프 스트림에서 볼 수 있는 것처럼 많은 양의 열을 재분배할 수 있습니다.

지구상의 극지방은 매년 6개월 동안 어둠이 있지만, 기온은 하루에도 계속 떨어지지 않습니다. 그것은 매우 춥지만 기후는 대기에 의해 상당히 조절됩니다.

*섹션 4.1.1 아래 참조와 표 3 및 그림 4를 참조하십시오.

“apastron에서 해양 열 관성의 영향과 엄격한 동기 회전의 편차가 결합하여 따뜻하고 얼음이 없는 지역을 항성 이하 지점에서 멀리 이동시킵니다. e = 0.3 및 느린 회전의 경우, 얼음이없는 영역은 e = 0.6 및 느린 회전에 대해 apastron에서 낮-밤 선에 걸쳐 있으며, 얼음이없는 영역은 실제로 apastron에서 행성의 밤쪽에있는 반면 낮 쪽은 얼음으로 덮여 있으며 항성 이하 지점에서 최대 2차 온도가 약 -20°C입니다.” (4.1.1)

Tidally Locked와 No Axial 회전은 완전히 같은 것이 아닙니다.

축 회전이 없는 행성은 거주 가능 영역이 없습니다.

회전 없음은 1 년 동안 낮 / 밤주기를 경험한다는 것을 의미합니다.

조석으로 잠긴 달은 이와 비슷한 경험을합니다. 지구의 날의 약 27배인 우리의 달은 밤과 낮의 변화가 거의 300°C를 경험하므로 낮의 길이가 지구의 365일인 세계는 아마도 적어도 나쁠 것입니다.

당신의 궤도가 정말로 타원형이라 할지라도 밤에는 더 따뜻하게, 낮에는 더 차갑게 유지합니다. 지구 반대편에는 여전히 강렬한 낮 시간의 열이 있을 것이며, 이는 필연적으로 대기와 수권을 증발시켜 행성이 형성하려고 한다는 의미입니다. 즉, 온도 문제를 해결하기 위해 타원 궤도를 사용하더라도 생명을 유지하기 위해 공기나 물이 없어야 합니다.

조석으로 태양에 고정 된 행성은 측면 기후 기울기 대신 방사형을가집니다.

이것은 열대 지역이 태양을 향해 중심이 되는 부분일 뿐이며 그 지점에서 멀어지는 방향은 북극 지역으로 희미해지고 행성의 전체 어두운 면은 아북극이 될 것임을 의미합니다.

별과 같은 태양이 있는 1AU에 있다면 열대 지역에서 너무 뜨거워져서 대기와 수권이 끓어올라서 완전히 사람이 살 수 없는 세상이 되는 축회전이 없는 문제에서 제기한 것과 같은 문제가 발생합니다. , 당신은 이 행성이 태양으로부터 훨씬 더 멀리 떨어져 있어야 생명체가 살 수 있는 영역이 될 것입니다. pi^2 AU(토성의 궤도 반경보다 약간 더 큰 궤도 반경)에서 태양의 겉보기 광도는 반으로 줄어들 것입니다. 즉, 이 거리에서 열대 지역은 평균적으로 지구의 열대 지역 온도와 같을 것이며, 그곳에서 방출되는 지구보다 훨씬 작은 거주 가능 지역을 만들 수 있습니다. 당신의 세계의 어두운 면과 뜨겁고 차가운 공기를 교환하는 대기 역학 때문에, 당신은 아마도 이것보다 조금 더 가까이서 벗어날 수 있을 것입니다. 약 9AU가 필요합니다.

이것은 약 25-30년 동안 지속되는 의도하지 않은 결과를 초래할 수 있지만 우리 별보다 더 어두운 별을 사용하면 실제로 긴 년이 설정에서 문제인 경우 이를 상쇄하기에 충분한 궤도 거리를 수축하는 데 도움이 될 수 있습니다.

따라서 귀하의 질문에 답하기 위해 귀하의 행성에는 거주 가능 구역이 없지만 별과 궤도 반경을 올바르게 조정하면 거주 가능 구역이 있을 수 있습니다.


조석으로 잠긴 행성의 문제는 큰 달이 그것을 공전할 수 없고 이전 답변에서 언급했듯이 작은 그림자를 드리울 수 있다는 것입니다.

그러나 이것을 생각해 보십시오. 황혼 지대에는 2개의 면이 있습니다. 한 면은 태양에 더 가깝습니다. 한 면은 태양이 지평선에서 실제로 정말로 낮을 때(항상 비슷한 날), 다른 면은 태양이 약간 더 있습니다. 지평선 아래 (항상 일종의 밤).

이제 행성이 완전히 조석으로 잠겨 있지 않도록 허용하면 약간 진동하게 할 수 있습니다(몇 도의 범위와 같은 것). 아마도 수백만 년 후에 행성은 효과적으로 조석으로 잠길 것입니다. 그러나 오늘은 그날이 아닙니다. 그것은 더 이상 회전하지 않고 여전히 진동하고 있습니다. 이런 식으로 거주성 고리의 태양이 닫히는 쪽은 낮/짧은 밤 주기를 갖고 태양이 없는 쪽은 낮/긴 밤 주기를 갖습니다.

물론 실제로는 낮/밤이 아니라 황혼/새벽에 가깝습니다. 극에서 태양의 과정을 생각해 보십시오. 그러나 낮/밤 주기는 6개월이 아니라 몇 시간입니다.


안구 행성 [ 편집 | 소스 편집 ]

이 이론적인 행성 모델은 많은 [1] [2] [3]에 의해 논의되었습니다.

거의 모든 물이 밤 쪽의 빙하에 비축될 때 안구 행성이 생성될 것입니다. 낮 쪽은 사막이고 밤 쪽은 모두 얼음으로 덮여 있습니다. 물이 녹고 황혼 지대를 통해 흐릅니다. 일부 강은 따뜻한 곳으로 더 깊숙이 흐를 수 있지만 결국에는 마를 것입니다. 안구 행성에서 정착민들은 황혼 지역을 형성하는 고리에서 땅을 찾을 것입니다. 우리는 고리를 따라 정착지를 연결하는 행성의 고속도로와 철도를 상상할 수 있습니다.

안구 모델은 중단에 대해 이야기하지 않습니다. 이 반지가 완벽하다는 것은 불가능합니다. 공기 순환이 있을 것입니다. 뜨거운 공기를 부는 따뜻한 해류는 사막을 어두운 반구 내부로 밀어넣는 반면, 한류는 밝은 반구 내부의 얼음을 더 깊숙이 밀어 넣습니다. 그러나 그렇다고 해도 습윤 지역은 완전한 원이 아니라 행성에서 여전히 고리 모양의 영역이 될 것입니다.


Ep. 543: 이상한 문제: 거주 가능 영역

우주의 기이함에 대한 우리의 시리즈는 계속됩니다. 이번 주에 우리는 거주 가능 구역을 살펴보고 생각만큼 간단하지 않은 상황을 살펴봅니다.

이 에피소드에서 우리는 기부에 대해 언급했습니다. 자세히 알아보려면 클릭하세요!

메모 표시

    (구 NASA 기사) (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) (보도 자료) (Wikipedia)

성적 증명서

천문학 캐스트 543화

이상한 문제: 거주 가능 지역

Fraser: Astronomy Cast에 오신 것을 환영합니다. 우리가 알고 있는 것뿐만 아니라 우리가 알고 있는 것을 이해하는 데 도움이 되는 우주를 통한 주간 사실 기반 여행입니다. Universe Today의 발행인 프레이저 케인(Fraser Cain). 항상 그렇듯이 행성 과학 연구소의 선임 과학자이자 CosmoQuest의 책임자 인 Dr. Pamela Gay와 함께. 안녕 파멜라. 잘 지내?

파멜라: 잘 지내고 있어요. 어때, 프레이저?

파멜라: 갑자기 가을이 되었어요. 내가 자리를 비운 2주 동안 화씨 90도에서 50도까지 갔고 그곳에서 한 시즌을 놓친 것 같고 즐겼을 것입니다.

프레이저: 네. 모든 잎사귀는 갈색과 노란색으로 변했습니다. 그리고 우리는 큰 폭풍우가 몰아쳐 나무에서 모두 떨어뜨렸습니다. 따라서 일반적으로 몇 주 동안 정말 멋진 잎을 얻을 수 있지만 폭풍우가 계속해서 불어닥쳤기 때문에 나무에 있는 모든 잎사귀는 이미 다 떨어졌습니다. 그래서 여기 잔디밭을 청소하기 위해 갈퀴질과 손수레가 있습니다.

프레이저: 정말이야. 괜찮아. 우주의 기이함에 대한 우리의 시리즈는 계속됩니다. 이번 주에 우리는 거주 가능 구역을 살펴보고 우리가 생각했던 것만큼 간단하지 않은 상황을 살펴봅니다. 좋아, 파멜라. 우리가 매주 플레이하는 것과 같은 게임입니다. 10년 전으로 돌아가서 10년 전 파멜라에게 묻습니다. 거주 가능 영역은 무엇입니까?

Pamela: 나는 당신이 태양과 같은 별을 가지고 그것들이 지구와 같은 행성이 될 수 있는 유일한 종류의 별이라고 가정한다고 말했을 것입니다. 그리고 나서 당신은 그 지역이 별에서 물이 존재할 수 있는 정확한 거리를 찾습니다. 물을 증발시키기에는 너무 뜨겁지 않고, 얼기에는 너무 춥지 않습니다. 그리고 행성이 액체 상태의 물을 가질 수 있는 태양계의 그 지역은 그곳에만 있습니다.

프레이저 : 맞습니다. 삶을 찾을 수 있는 곳이 있습니다.

파멜라: 맞아요. 달에 있을 수도 있지만 달에 있다면 Endor를 말하는 것입니다.

프레이저: 워, 워, 워. 지구 크기의 세계.

Pamela: Endor에 대해 이야기하고 있습니다. Endor는 지구 크기일 수 있습니다.

프레이저: 알았어, 알았어. 가스 거인 주위를 도는 엔도르.

프레이저 : 좋습니다. 괜찮아. 그래서 검색 기준을 태양과 같은 별, 지구 크기의 세계로 좁혔습니다. 그들은 액체 상태의 물이 행성 표면에 존재할 수 있는 매우 특정한 지역 내에서 가스 거인의 궤도를 돌 수 있습니다. 그거야. 외계행성 사냥꾼 - 가세요. 어떻게 바뀌었습니까?

Pamela: 우리는 그것을 전부 가져가서 창밖으로 던졌습니다.

프레이저: 확실히 했습니다. 그렇다면 오늘날 천문학자들이 거주 가능 지역에 대해 생각할 때 모든 요인은 무엇입니까? 내 말은, 그것은 거주 가능한 장소를 정말 좋아한다는 것입니다. 거주 가능 지역보다 더 나은 용어가 있습니까?

파멜라: 글쎄요, 말도 안 되는 일은 언어를 없애기가 어렵다는 것입니다. 그래서 '거주 가능 지역'이라는 표현은 말이 안 되는 상황에서도 계속 쓰입니다. 그래서 우리는 두 가지 다른 일이 일어났습니다. 우리가 겪은 첫 번째 일은 액체 물이 존재할 수 있는 반경의 집합을 가진 적색 왜성 행성을 가질 수 있다는 깨달음입니다. 한쪽 면만 그 별을 향하도록 별에 고정하십시오. 그리고 그 특정한 세계는 세계의 한쪽에서 세계의 다른 쪽으로 부는 바람의 단일 세포 재앙과 함께 특정한 지옥의 폭풍우를 겪을 가능성이 높습니다. 인생은 가능성이 거의 없습니다. 그래.

프레이저 : 음, 그건 그것의 일부일 뿐이죠, 맞죠? 타오르는 붉은 왜성에 가까이 다가가는 것도 나쁜 날입니다.

파멜라: 맞아. 글쎄요, 우리는 그것들이 몇십억 년 동안만 타오르고 시간이 지나면서 완전히 방사능에 노출되고 휘말려 불타버린 그 잘못된 행동을 하는 적색 왜성에 의해 불타버린 세계가 다시 젖고 행복하게 만드는 일이 일어날 수 있다고 생각합니다. 하지만 살아남아도, 물이 다시 돌아온다 해도 나중에 안정되면 여전히 조석으로 잠겨 있을 것입니다. 그 어떤 것도 그 조수를 잠그지 못합니다.

Fraser: 그래서, 그리고 일반적으로, 저는 당신이 말하는 모든 것을 받아들이고 동의하고 따라갑니다. 하지만 실제로 이 주제에 대한 비디오를 만들 기회가 있었고 McGill University의 외계행성 연구원과 이야기를 나누었습니다. 전문. 그리고 그는 실제로 조석으로 잠긴 행성이 깊은 바다가 있는 한 사람들이 생각하는 것만큼 나쁘지 않은 것처럼 보입니다.

Fraser: 그래서, 얻을 수 있는 것은 따뜻한 것을 매우 효율적으로 이동시키고, 너무 뜨겁고 햇볕에 쬐인 이 온도를 공기, 특히 물을 통해 이동시키고 해류를 순환시켜 심해를 얻을 수 있다는 것입니다. 바다의 저편. 따라서 행성의 앞면은 정글과 비슷하고 뒷면은 남극 대륙과 비슷합니다.

Pamela: 그래서, 제가 여기서 지적하고 싶은 것은 그런 종류의 심해를 얻는 것입니다. 적색 왜성이 제거된 후에는 엄청난 양의 소행성과 혜성과 충돌해야 합니다.

프레이저: 아, 네. 확실히. 하지만 지금은 예전과 마찬가지로 3 년 전에 얘기를했다면 조석 잠김이라고 말하면 지구에 대한 정의는 없습니다. 가장자리 주위에 이 작은 지역이 있을 수 있지만 실제로 행성의 절반은 정글과 비슷하고 나머지 절반은 북극입니다.

파멜라: 태양계의 수명 중간에 대규모 중폭격이 발생한 특별한 경우입니다.

프레이저: 네. 지구 크기의 세계를 적색 왜성 옆에 놓으면 지구일 가능성이 높지만 지구에 있는 물의 양은 지구 정글의 절반, 정글의 절반을 얻게 됩니다. 행성 북극. 그래서, 실제로 당신은 그 전면에 생명을 가질 수 있습니다. 그게 다야. 도구 상자에 추가하기만 하면 됩니다.

파멜라: 멋지군요. 전혀 몰랐습니다. 네. 우리는 예외를 찾기 위해 컴퓨터를 계속 사용하려고 노력하고 있으며 예외가 계속 존재한다는 것이 밝혀졌습니다. 그리고 이것이 거주 가능 구역의 전체 문제입니다. 이러한 예외가 계속 존재한다는 사실이 밝혀졌습니다. 그리고 이것은 우리 자신의 태양계를 포함합니다. 그리고 우리가 최근 몇 년 동안 이 쇼에서 계속해서 말했던 것 중 하나는 "그리고 지금, 그것은 - 그리고 이 달은 생명을 가질 수 있을 것 같습니다."입니다. 그리고 우리가 타이탄으로 시작했는지 유로파로 시작했는지 확실하지 않지만 이 모든 것이 시작된 두 세계입니다.

Titan을 사용하면 처음에는 메탄이 균형을 잃은 것처럼 보이고 평형과 균형을 벗어난 다른 화학적 특징이 있다는 사실을 알게 되었습니다. 이제 평형과 균형이 맞지 않는 메탄은 단순히 어딘가에서 생성되고 있음을 의미합니다. 햇빛은 메탄을 분해합니다. 우리가 타이탄에서 계속 메탄을 보고 있다는 사실은 타이탄에서 무언가가 계속해서 메탄을 생산하고 있다는 것을 의미합니다. 그러나 발견된 또 다른 화학 작용은 지구 표면에서 진행 중인 화학 반응을 일으키는 일이 일어나고 있다는 것을 의미합니다. 가장 쉬운 설명은 호흡이지만 이는 매우 불편합니다. 매우, 매우 불편합니다. 그래서, 대부분의 사람들은 우리가 이해하지 못하는 화학이 있다고 가정 할 것입니다.

파멜라 : 그래서, 우리가 지구에서 물이 형성되는 역할을 채우는 액체 메탄을 보는 타이탄에서, 우리는 물을 교체 할 필요조차없는 엔셀라두스로 넘어갈 수 있습니다. 과거에는 예상하지 못했던 수단을 통해 물을 얻게 되었습니다. 정말 죄송합니다. 나는 목에 가려움증이있어서 나를 죽이고 있었다. 그래서 우리가 유로파를 살펴보면, 우리는이 세계가 목성과 목성의 위성 자체에 의해 던져 짐에 따라 조석으로 늘어나고 압축된다는 것을 발견했습니다. 그리고이 지속적인 수축과 압축은 그 중심을 가열하는 효과를 가지고 있습니다. .

그리고 그 열은 그 물을 방사선으로부터 보호하는 얼음 표면 껍질과 우주의 다른 모든 잔혹함 사이에 불과 몇 킬로미터에 불과할 수 있는 액체 바다를 몰고 있습니다.

프레이저: 그리고 엔셀라두스와 같은 곳을 생각할 때, 당신이 말했듯이 유로파에도 비슷한 것이 있을 가능성이 있습니다. 아마도 Ganymede와 Callisto, 아마도 Triton, 아마도 Pluto와 Sharon에 비슷한 것이 있을 것입니다. 저기 에리스. 내 말은, 태양계가 얼마나 큰지 그리고 바깥에 무엇이 있는지에 따라 수백 개의 세계가 있을 수 있다는 것입니다. 그 세계는 표면 아래, 일종의 얼음 껍질 아래에 일정량의 액체 물이 있을 수 있습니다.

그래서 생명체가 거주할 수 있는 지역이 바로 이곳이다'라는 말이 아니라 표면에 액체 상태의 물이 존재할 수 있는 곳, 즉 얼음이 많은 세계가 거주 가능 지역입니다. 따라서 서리 한계선을 벗어나면 더 많은 거주 가능 지역이 생깁니다.

Pamela: 그리고 이 이야기조차도 지난 몇 년 동안 급진적으로 발전해 왔습니다. 우리는 엔셀라두스(Enceladus)에서 간헐천을 봅니다. 우리는 유로파에 간헐천의 증거가 있다고 생각합니다. 지금은 훨씬 더 확인되었습니다. 따라서 우리는 액체 상태의 물이 거기에 있다고 믿고 싶습니다. Enceladus에게는 더 어려운 주장입니다. 우리는 이것을 조석과 수축의 조석 특성을 통해 설명할 수 있습니다. 좋아. 그러나 우리는 여전히 명왕성이 완전히 죽을 것으로 예상했습니다.

Pamela: 그리고 나서 New Horizons가 도착했고 New Horizons는 "허, 허, 알았어. 이 세상은 우리가 예상한 것과는 다릅니다.” 그리고 무엇이 그것을 주도하는지 아는 사람은 반복되는 지질학을 가지고 있는 것처럼 보입니다. 글쎄요, 판 구조론이 아니라 얼음 구조론이 표면의 특징인 것 같습니다.

프레이저: 정말 멋진 아이디어네요. 그리고 우리가 지구의 미래에 대해 생각할 때, 그리고 태양이 뜨거워지고 지금부터 10억 년 후에 바다가 끓으면서, 그리고 태양이 죽어도 이 ​​세계는 수십억 년 동안 다시 존재하게 될 것입니다. 수십억, 수조 년, 그리고 붕괴하는 방사성 원소와 태양계(태양이 죽은 후) 표면의 지구 이후 오랜 기간 동안 어떤 조석력이 발생하든 내부는 여전히 따뜻할 수 있습니다. 따라서 사실 이 장소는 우주에서 생명체가 발견되는 마지막 장소일 수도 있습니다.

Pamela: 그리고 이것은 우리가 거주 가능성을 이해하는 방식의 반대편에 도달합니다. 처음에 우리는 거주 가능성을 생각할 때 액체 상태의 물이 있어야 한다고 생각하지 않고 햇빛도 있어야 한다고 가정했습니다. 그래서 우리는 어렸을 때 삶에는 햇빛, 공기, 영양분이 필요하며 당신과 내가 숨쉬는 것처럼 공기가 필요하지 않다고 배웠습니다. 물고기가 물 밖으로 호흡하는 것은 물 속에 있는 산소일 수 있습니다. 그러나 우리가 마리아나 해구와 심해에 존재하는 화산 지형을 탐험하기 시작하면서 이 화산 분출구 주변의 모든 종류의 터무니없는 다양성에서 광활하고 풍부한 생명체를 발견했는데, 이는 생명체가 햇빛을 전혀 필요로 하지 않는다는 것을 나타냅니다.

그것은 단지 요구 사항이 아니므로 그것을 없애고 대신 일종의 열 구배가 필요하다고 말합시다. 그리고 지금 우리가 광산, 얼음 샘플, 방사능 유출 주변을 관찰하면서 점점 더 많은 것을 탐험함에 따라 우리는 생명체가 존재하려고 하지 않는 환경을 찾지 못하고 있습니다.

프레이저: 맞아요. 그들이 말했듯이 삶은 길을 찾습니다. 그러나 우리는 적색 왜성에 대해 이야기했습니다. 이제 다른 종류의 별을 살펴보겠습니다. 스펙트럼을 높이면 별의 크기에 맞는 최적의 지점이 있습니까? 적색 왜성은 10조 년 동안 지속되지만 모든 중금속을 태워 없애고 행성이 정착하기 전에 살 수 없도록 만들 수 있습니다. 우리 태양과 같은 별은 표면에서 우리에게 20 억 년의 동물이 걸어 다니는 총 시간을 제공 할뿐입니다. 그 사이에 스윗 스팟 같은 것이 있습니까?

Pamela: 우리는 여전히 이러한 것들을 파악하고 있습니다. 이것은 우리가 우주선과 같은 테스트로 해결할 수 있기를 바라는 것 중 하나입니다. 문제는 크기가 다른 별이 실제로 행성을 갖는 빈도가 얼마인지 알 수 없다는 것입니다. Kepler Mission은 원뿔형 우주를 바라보았습니다. 그것은 하늘의 한 들판을 바라보았다. 그것은 오랜 시간 동안 그것을 바라보았다. 그리고 하늘의 단일 필드를 볼 때 근처에있는 작은 볼륨을 샘플링하고 점점 더 먼 거리에있는 점점 더 큰 볼륨을 샘플링합니다. 더 먼 거리에서는 더 밝은 별을 보고 있습니다.

그래서, 그것은 우리에게 이것이 얼마나 자주 적색 왜성 별들의 빈번한 지에 대한 완전한 샘플을 제공하지 않았습니다. 이것은 얼마나 자주 중온 별들이 얼마나 자주 태양과 같은 별들입니다. 우리는 주어진 크기의 별이 행성을 가질 가능성이 어느 정도인지 이해해야 합니다. 그리고 그것은 드레이크 방정식이 아니지만 별의 크기(이 경우 초기 질량 함수)를 취하는 드레이크 방정식의 수정이 될 것입니다. 크기가 서로 다른 다음, 각 크기의 별이 행성을 가질 가능성은 얼마로 컨볼루션합니까?

그리고 그 새로운 회선은 우리에게 얼마나 많은 행성이 있는지 알려줄 것입니다. 그리고 그것은 우리가 "좋아, 이 별들은 이 시간 동안 지속된다."라고 말할 수 있게 해줍니다. 그것을 다시 수렴하고 적색 왜성은 끔찍한 어린 시절을 보내고 더 큰 별은 짧은 기간 동안만 산다는 사실과 그 기간 동안 문명이 존재할 수 있다는 사실을 고려합시다.

프레이저: 네. 태양보다 약간 작은 별이 있다고 상상할 수 있습니다. 태양보다 아래에 있는 별의 분류가 무엇인지 모르겠습니다.

프레이저: A K 스타, 네. 그래서 당신은 K 스타를 얻었습니다. 그것들은 길이의 두 배 또는 700억 년 동안 지속되고 덜 강렬할 것입니다. 그러나 아마도 그들은 여전히 ​​처음에는 상당히 타오른 다음 안정될 것이고, 아마도 다른 이유가 있을 것입니다. 그리고 태양보다 크고 뜨거운 별은 어떻습니까?

Pamela: 그리고 이것이 생명체가 얼마나 빨리 진화할 수 있는지 알아내려고 하는 이유입니다. 우리는 이제 호주 서부의 스트로마톨라이트 덕분에 생명체가 이미 35억 년 전에 박테리아 매트의 형태로 지구에 나타났음을 발견하고 있습니다. 그래서 그것은 우리 태양계가 존재하기 시작한지 ​​10 억 년 반입니다. 이 스트로마톨라이트가 형성될 때 우리는 마침내 단단한 물체가 되었습니다. 이제 10억 년을 보지 못하는 별들이 있지만, 수명이 상당히 짧은 이 별, 즉 30억 ~ 40억 년 밖에 되지 않은 이 별들은 생명을 빠르게 시작하고 그들은 너무 빨리 진화하고 차례로 생명을 빠르게 진화시키기 때문에 위로?

우리는 이러한 것들을 알지 못하며 더 많은 질문을 해야 합니다. 우리는 무거운 별에는 행성이 있을 수 없다고 생각했고 KELT-9b는 아무 소용이 없다고 생각했습니다. 찾았습니다. KELT-9b는 이 멋진 작은 프리카스 행성으로, 마주보는 면의 표면 온도가 매우 뜨거운 별입니다. 표면 온도가 우리 태양의 표면 온도와 일치합니다. 굽는 중입니다.

프레이저: 맞아. 그 세계가 아닙니다. 우리는 그 세계에 가고 싶지 않습니다.

파멜라 : 아뇨. 세상이 나빠요. 나쁜 세상, 나쁜.

프레이저: 글쎄요, 생명이 있을 수 있다는 이 생각은 – 우리는 생명이 형성되기까지 얼마나 오랜 시간이 걸리는지 모릅니다. 그러나 여기 지구 태양계에서 생명체가 형성되면서 말 그대로 가능한 순간처럼 느껴집니다.

프레이저: 식어서 더 이상 불타지 않는 한 지점이 생기자마자 인생은 길을 찾았습니다. 그리고 이 훌륭한 아이디어가 있습니다. Avi Loeb가 제안한 것입니다. 빅뱅 후 약 800만 년 전 우주의 평균 온도인 초기 우주에서 이 아이디어를 들어본 적이 있는지 모르겠습니다. 우주는 섭씨 20도 정도였다. 그래서 그것은 상온이었습니다. 온 우주였습니다.

Pamela: 나는 그것에 대해 생각하지 않았지만, 그것은 완벽하게 이해가 됩니다.

프레이저: 네, 네. 그래서 우주의 모든 물은 모든 곳에서 액체 였을 것입니다.

프레이저: 그래서, 여러분은 이 순간을 일찍이 삶이 어디로 갈 수 있었는지 상상할 수 있었고, 몇 백만 년 후에는 모든 것이 얼어붙을 정도로 식었습니다. 그리고 그것은 정말 멋진 아이디어입니다. 테스트할 수 있는 방법이 있는지 여부는 알 수 없지만 여전히 매우 멋진 아이디어입니다.

Pamela: 글쎄요, 당신이 가질 수 있었던 바로 그 아이디어가 이 짧은 기간 동안 훌륭하고 번성했습니다. 나는 그것이 panspermia가 이륙하는 순간이었을 것입니다.

프레이저: 맞아. 바로 그거죠. 그래, 그래.

Pamela: 오, 내가 아는 SF 소설이 너무 많아서 쓸 수 있는 능력이 있었어요.

프레이저: 알겠습니다. 그것은 슈퍼 공상 과학 소설입니다. 알아. 훌륭합니다. 종이를 보내드리겠습니다. 정말 좋은 생각입니다. 그것은 The Habitable Epoch 또는 The Habitable Era, 또는 이와 유사한 것을 우주라고 부릅니다.

파멜라: 그들이 그 시기에 삼엽충을 발견하고 전 우주에 삼엽충을 집어넣었다고 상상해 보세요. 그리고 –

프레이저 : 우주를 가로 질러 헤엄 치는군요.

Pamela: 스타 트렉 발견이 일어나기를 기다리고 있습니다.

프레이저 : 네, 정말 그렇습니다. 그래서이 아이디어조차도 – 이전과 마찬가지로, 거주 가능 구역은 우리가 생각할 때 실제로 거주 가능한 행성인지 아닌지 고려한 전부였습니다. 그리고 지금은 그 생각조차 더 복잡하다고 생각합니다. 그렇죠? 이제 우리는 행성이 거주 할 수 있을지 아닌지에 대한 더 많은 요소를 가지고 있습니다.

Pamela: 그래서 이제 우리가 보고 있는 것은 화성 표면이 고에너지 방사선에 지속적으로 부딪히기 때문에 화성 표면이 거주할 수 없다고 확신하는 것과 같습니다. 이것은 박테리아가 좋아하는 종류의 방사선이 아닙니다. 먹다. 이것은 무자비한 방식으로 DNA를 분해하는 일종의 방사선입니다. 그래서 여기 화성에 생명체가 살고 싶다면 표면 아래로 들어가야 합니다. 그리고 우리가 다룰 다음 주제는 실제로 천체 생물학과 우리가 생명체의 흔적을 찾는 방법, 그리고 화성에서 생명체를 찾는 데 어려움을 겪었던 것입니다.

Pamela: 이제 거주할 수 있는 곳이 어디인지 고려할 때 전리 방사선으로부터 보호할 수 있는지 고려해야 합니다. 음, 엔셀라두스의 얼음 아래, 유로파의 얼음 아래, 가니메데의 얼음 아래, 세레스의 얼음 아래, 그렇습니다 – 당신은 그 방사선으로부터 보호를 받습니다. 그렇다면 다음 질문은 영양소가 있습니까? 그리고 우리는 거의 모든 곳에서 유기 분자를 찾고 있습니다. 그리고 일반 탄소 수소 원자를 취함으로써 복잡한 유기 분자, 이러한 다환 탄화수소를 얻을 수 있다고 설명하는 새로운 릴리스가 나왔습니다. [들리지 않음] [00:22:29] 그리고 은하 방사선으로 그들을 폭파합니다.

따라서 치명적인 방사선이 있는 상태에서 탄소와 수소가 함께 존재하면 생명체에 필요한 유기 분자가 생성될 수 있습니다. 약간 뒤틀려 있습니다.

프레이저: 네. 그래서, 그 모든 것의 문제는, 제 생각에 10년 전인 것 같습니다. 다시 한 번 우리는 거주할 수 있는 세상을 갖고 싶다면 거주 가능 구역에 있어야 한다고 말했습니다. 그것은 많은 양의 물이 있어야 하고, 바위와 기타 필요한 요소가 있어야 합니다. 하지만 지금은 거의 다시 일반화되어 있는 것처럼 느껴집니다. 발견이 있기 때문입니다. 당신은 지구 에서와는 다른 형태의 원자재를 Enceladus에서 발견한다고 말했습니다. 우주에서 오는 방사선으로부터 보호받을 수 있습니다. 그것은 우리의 대기와 자기권이지만 엔셀라두스에서는 얼음입니다. 지구에는 표면에 액체가있는 물이 있고, 엔셀라두스에는 크고 두꺼운 얼음 껍질 아래에 있습니다.

광합성, 식물 등 지구에 생명체를 위한 음식이 있습니다. 엔셀라두스에서는 아마도 수소 가스가 바다에 녹아있을 것입니다. 그래서 제 생각에는 천문학자들이 그들이 원하는 것에 대해 너무 구체적으로 설정되어 있다고 생각합니다. 이제 거의 다음과 같습니다.

Pamela: 그리고 여기에서 우리는 생물학자들을 비난해야 한다고 생각합니다.

프레이저: 아마도. 하지만 그렇다면 이제 한 발짝 물러서서 이것에 대한 첫 번째 원칙으로 돌아가야 합니다. 그렇죠? 용제 에너지원. 권리? 원료.

파멜라: 네. 그리고 그것은 주어진 환경에 생명이 있을 확률로 귀결될 것입니다. 이제 우리가 아직 전혀 대답하지 못한 핵심 질문은 생명을 창조하는 것이 얼마나 어려운가 하는 것입니다. 이제 우리는 지구에 생명체가 살 수 있는 곳이 있다면 지구에도 생명체가 있다는 것을 압니다. 우리는 지구에 생명체가 없다고 생각하는 장소가 있다면 아마도 지구에 생명체가 있다는 것을 알고 있습니다. 우리는 심지어 우리 자신이 만들지 않은 미생물로 덮여 있기 때문에 말 그대로 생명이 우리 귀에서 나오고 있습니다.

프레이저: 말 그대로 우리 귀에서 나옵니다.

파멜라: 네. 생각만 해도 끔찍합니다. 다시 말하지만, 젖은 과학자가 아닙니다. 나는 별을 다룬다.

프레이저 : 그리고 슈퍼 죽음의 화산.

프레이저: 당신은 취미로 하는 사람입니다. 당신은 아마추어일 뿐입니다.

파멜라: 네. 그러나 우리는 우리가 고유한지 여부를 알 수 없습니다. 우리는 생명체가 종종 단일 세포 수준에서 진화하는지 모릅니다. 우리는 그것이 단세포에서 다세포 박테리아 매트로 매우 쉽게 이동하는지 모릅니다. 화성에서 스트로마 톨라이트처럼 보이는 특징을 볼 수있는 힌트가 있습니다. 우리는 여기 지구에서 발견한 첫 번째 찌그러지고 편모를 휘두르는 생명체가 건강에 도움이 되었는지 알지 못합니다. [들리지 않음] [00:25:31] 유로파의 바다를 통과합니다. 우리는 이러한 질문에 답해야 합니다.

프레이저: 네. 그러나 그것은 일종의 흥미진진한 일입니다. 한편으로는 가능성이 완전히 열렸습니다. 그리고 다른 한편으로는 가능성이 완전히 열렸습니다.

프레이저: 그래서, 우리는 지금 볼 곳이 너무 많습니다. 하지만 정말 흥미진진합니다. 그래서 다음 주에는 우리가 생명을 찾는 방법과 이것이 실제로 우리가 생각했던 것보다 훨씬 더 복잡해진 방법에 대해 이야기할 것입니다. 그리고 이상해졌습니다.

파멜라: 이상해졌습니다. 그렇습니다. 정확한 설명입니다.

프레이저: 네. 이번 주에 우리의 이름이 있습니까?

파멜라: 알겠습니다. 다시 한 번 상기시켜드리자면, 우리는 지금 듣고 있는 여러분 모두에 의해 가능했습니다. 특히 Patreon과 PayPal을 통한 기부는 우리를 진정으로 지원합니다. 그리고 이번 주에 Tim에게 감사의 인사를 전하고 싶습니다. Garish, 프레 더릭 쇼가, 그레고리 조이너, 토마스 투페만, 에릭 Franiger, 윌리엄 앤드류스, 드웨인 아이작, 섀넌 험버드, 데이비드 게이츠, 라이언 제임스, 케슬리나 펜플리엔코, 레이첼 프라이, Darcy Daniels, 크리스틴 브룩스 학장, 단 리트만, 마틴 도슨, 제이슨 세만스키, 러셀 페토. 감사합니다. 우리는 당신의 지원 덕분에 여기 있습니다.


Can a tidally locked planet have their own habitable zone? - 천문학

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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.

예고

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. 감사.


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 왕립천문학회 월간 공지.


2 답변 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.)