잠재적으로 거주 가능한 외계 행성을 사냥 할 때 천문학 자들이 찾는 가장 중요한 것 중 하나는 외계 행성 후보들이 별의 거주 가능한 지역 내에서 궤도를 돌고 있는지 여부입니다. 이것은 액체 물이 행성의 표면에 존재하기 위해 필요하며, 이는 우리가 알고있는 삶의 전제 조건입니다. 그러나 새로운 외계 행성을 발견하는 과정에서 과학자들은“물 세계”로 알려진 극단적 인 사례를 알게되었습니다.
물 세계는 본질적으로 질량이 최대 50 % 인 행성으로 수백 킬로미터 깊이의 지표 바다를 만듭니다. 프린스턴, 미시간 대학교 및 하버드 대학의 천체 물리학 자 팀에 의한 새로운 연구에 따르면, 물 세계는 오랫동안 물에 매달리지 못할 수 있습니다. 이 발견은 우주의 목에 거주 할 수있는 행성을 찾는 데 큰 의미가있을 수 있습니다.
"대기 손실을 통한 물 세계의 탈수"라는 제목의이 가장 최근 연구는 최근에 천체 물리학 저널에 실 렸습니다. 프린스턴 대학 천체 물리학과의 Chuanfei Dong이 이끄는이 팀은 물 세계가 어떤 조건에 영향을 받는지를 고려한 컴퓨터 시뮬레이션을 수행했습니다.
이 연구는 최근 몇 년 동안 저 질량, M 형 (붉은 왜성) 별 시스템에 대한 외계 행성 발견의 수에 의해 동기를 부여 받았다. 이 행성들은 지구와 크기가 비슷한 것으로 밝혀졌으며, 이는 아마도 지구 (바위) 일 가능성이 있음을 나타냅니다. 또한, Proxima b와 TRAPPIST-1 시스템 내의 3 개의 행성과 같은이 행성들 중 다수는 별 거주 구역 내에서 공전하는 것으로 밝혀졌습니다.
그러나 후속 연구에 따르면 Proxima b와 붉은 왜성 별을 도는 다른 바위 같은 행성은 실제로 물 세계가 될 수 있습니다. 이것은 천문 조사를 통해 얻은 질량 추정치와 그러한 행성이 본질적으로 바위가 많고 대기가 많지 않다는 기본 가정을 기반으로했습니다. 동시에,이 행성들이 그들의 물을 지탱할 수 있을지에 대해 의문을 제기 한 수많은 연구가 생성되었습니다.
기본적으로, 그것은 모두 별의 종류와 행성의 궤도 매개 변수에 달려 있습니다. 오래 지속되는 붉은 왜성 별은 우리 태양에 비해 가변적이고 불안정한 것으로 알려져 있으며, 그 결과 시간이 지남에 따라 행성의 대기를 제거하는주기적인 플레어가 발생합니다. 또한, 적색 왜성 거주 지역 내에서 공전하는 행성은 조석으로 잠겨있을 가능성이 있습니다. 즉, 행성의 한 쪽이 항성의 방사능에 지속적으로 노출 될 것입니다.
이 때문에 과학자들은 서로 다른 유형의 별 시스템에서 외계 행성이 대기에 얼마나 잘 견딜 수 있는지 결정하는 데 집중하고 있습니다. Dr. Dong은 이메일을 통해 Space Magazine에 다음과 같이 말했습니다.
“대기의 존재가 지구의 거주성에 대한 요구 사항 중 하나로 인식된다는 것은 공정합니다. 그러나 거주 성이라는 개념은 무수한 요소가 관련된 복잡한 개념입니다. 따라서 대기 자체만으로는 거주 성을 보장하기에 충분하지 않지만, 행성이 거주 할 수있는 중요한 성분으로 간주 될 수 있습니다.”
이 팀은 수계가 대기를 유지할 수 있는지 테스트하기 위해 다양한 시나리오를 고려한 컴퓨터 시뮬레이션을 수행했습니다. 여기에는 태양과 같은 G 형 별과 Proxima Centauri 및 TRAPPIST-1과 같은 M 형 별을 포함한 다양한 종류의 별에 대한 항성 자기장, 관상 질량 방출 및 대기 이온화 및 방출의 영향이 포함되었습니다.
이러한 효과를 설명하면서 동 박사와 그의 동료들은 외계 행성 대기가 얼마나 오래 지속 될지 모의하는 포괄적 인 모델을 도출했다. 그가 설명했듯이 :
“우리는 새로운 다중 유체 자기 유체 역학 모델을 개발했습니다. 이 모델은 전리층과 자기권을 모두 시뮬레이션했습니다. 쌍극자 기장의 존재로 인해 항성풍은 대기를 직접 쓸어 낼 수 없으며 (전역 쌍극자 기장이 없기 때문에 화성과 같이), 대신에 대기 이온 손실은 극풍에 의해 야기된다.
“전자는 부모 이온보다 덜 무겁고, 결과적으로 행성의 탈출 속도 이상으로 가속하기가 더 쉽습니다. 탈출하는 저 질량 전자와 상당히 무거운 양전하 이온 사이의 전하 분리는 분극 전계를 설정합니다. 이 전기장은 차례로 양극으로 충전 된 이온을 탈출 전자 뒤에서 극성 캡의 대기 밖으로 끌어 당기는 작용을한다”고 말했다.
그들이 찾은 것은 컴퓨터 시뮬레이션이 현재의 Earth-Sun 시스템과 일치한다는 것입니다. 그러나 M 형 별 주위의 외계 행성과 같은 극단적 인 가능성에서는 상황이 매우 다르며 탈출 속도가 천 배 이상일 수 있습니다. 그 결과 물의 세계가 붉은 왜성 궤도를 돌면 10 억 년이 지난 후에도 대기권을 잃을 수 있다는 것을 의미합니다.
우리가 알고있는 삶이 진화하는 데 약 45 억 년이 걸렸다는 것을 고려하면, 10 억 년은 비교적 짧은 기간입니다. 실제로 동 박사가 설명했듯이이 결과는 M 형 별 궤도를 도는 행성이 생명체를 개발하기 위해 압박을 받게 될 것임을 시사합니다.
“우리의 결과는 이온 탈출 속도가 너무 낮아 해양 행성 (태양과 같은 별을 공전하는 궤도)이 Gyr 타임 스케일보다 훨씬 더 긴 대기를 유지할 것이므로이 행성에서 생명체가 더 오래 지속될 수 있음을 나타냅니다 복잡성 측면에서 진화합니다. 반대로, M- 난쟁이를 도는 외계 행성 행성에서는 외계 행성이 가까운 거주 지역에서 경험하는 더 강한 입자 및 방사선 환경으로 인해 Gyr 시간 척도에 걸쳐 바다가 고갈 될 수 있었다. 대기가 Gyr보다 시간이 지남에 따라 고갈되면, 이것은 지구상의 생명의 기원 (생물 발생)에 문제가 될 수 있습니다.”
다시 한번,이 결과는 적색 왜성 스타 시스템의 잠재적 거주 가능성에 의문을 제기했다. 과거에 연구자들은 최대 10 조년 이상 주요 순서로 유지 될 수있는 적색 왜성의 수명이 거주 가능한 외계 행성을 찾는 데 가장 적합한 후보라고 밝혔다. 그러나이 별들의 안정성과 그들이 별들의 행성을 제거 할 수있는 방법은 그렇지 않은 것으로 보인다.
따라서 이와 같은 연구는 적색 왜성 주위의 잠재적으로 거주 가능한 행성이 얼마나 오래 거주 할 수 있는지를 다루는 데 도움이된다는 점에서 매우 중요합니다. 동은 지적했다 :
“행성 상실성에 대한 대기 손실의 중요성을 감안할 때 다가오는 James Webb 우주 망원경 (JWST)과 같은 망원경을 사용하여이 행성에 대기가 있는지 여부와 그 구성이 어떤지 결정하는 데 많은 관심이있었습니다. . JWST는 이러한 대기 (있는 경우)를 특성화 할 수 있어야하지만 탈출 속도를 정확하게 측정하려면 훨씬 더 높은 정밀도가 필요하며 가까운 미래에는 실현되지 않을 수 있습니다.”
이 연구는 또한 태양계와 그 진화에 대한 우리의 이해에 관한 한 중요하다. 한때 과학자들은 지구와 금성이 물 세계일지도 모른다고 모험했습니다. 그들이 금성, 건조하고 지옥 같은 경우에 매우 물에서 오늘날의 상태로 전환하는 방법; 지구의 경우 여러 대륙을 갖는 것이 가장 중요한 문제입니다.
미래에는 이러한 경쟁 이론을 밝히는 데 도움이 될 수있는보다 자세한 조사가 예상됩니다. 2018 년 봄에 JWST (James Webb Space Telescope)를 배포하면 강력한 적외선 기능을 사용하여 근처의 붉은 왜성 주위의 행성을 연구하게되며 Proxima b가 그 중 하나입니다. 우리가 이것과 다른 먼 외계 행성들에 대해 우리가 배우는 것은 우리 자신의 태양계가 어떻게 진화했는지에 대한 이해를 알리기 위해 먼 길을 갈 것입니다.
