В поисках второй Земли исследователи обратили внимание на маленькие планеты

(A) Диаграмма пространства-времени для четырех случаев. Входные параметры: (1) (τ_f, Δ) = 10⁻³, 0,3, (2) 10⁻², 0,1, (3) 10⁻¹, 0,2 и (4) 1, 0,1, все при Z = 0,1. Горизонтальная ось — это x, нормализованная по высоте шкалы H. Вертикальная ось указывает количество витков. Цвет показывает Σp/⟨Σp⟩, где Σ_p — поверхностная плотность частиц, а ⟨Σp⟩ — среднее значение вдоль оси x. Образование нитей происходит в случаях 2 и 4, тогда как в случаях 1 и 3 образование нитей не происходит. (B) Сводка результатов для Z = 0,1 и Z = 0,05. Цвета показывают значение p, а режим слипания (p<0,1) показан небесно-голубым оттенком. Указаны параметры для случаев 1–4. Это показывает, что слипание происходит только при малых значениях Δ (Δ = 0,1). Автор: The Planetary Science Journal (2024). DOI: 10.3847/PSJ/ad4863

Ученые всего мира постоянно ищут планеты за пределами нашей Солнечной системы, которые потенциально могли бы обеспечить пригодную для жизни среду.

Но новое исследование Рочестерского университета, опубликованное в The Planetary Science Journal, предполагает, что учёным следует искать планеты, которые ненамного больше нашей. Скалистая планета с большой луной может иметь хороший потенциал для жизни, учитывая, что наша луна контролирует важные аспекты жизни, включая продолжительность дня, океанские приливы и стабильный климат.

«Относительно небольшие планеты размером с Землю труднее наблюдать, и они не были основным объектом охоты за спутниками», — говорит Мики Накадзима, доцент кафедры наук о Земле и окружающей среде в Рочестере и ведущий автор исследования. исследовать. «Однако мы предсказываем, что эти планеты на самом деле являются лучшими кандидатами на размещение спутников».

Детали происхождения Луны Земли являются давними спорами в планетарной науке.

В нашей Солнечной системе около 300 спутников, но их массы обычно намного меньше по отношению к планетам-хозяевам, чем наша Луна по отношению к Земле, — и это важно, когда дело доходит до формирования жизни. Луны могут образовываться в результате других процессов, но эти спутники обычно малы по сравнению с размерами их планет. Напротив, огромный удар имеет тенденцию создавать массивную луну.

Хотя многие учёные предполагают, что Луна не обязательна для существования планеты, они также признают, что наша непропорционально большая Луна сыграла решающую роль в развитии сложных форм жизни на Земле.

В конце концов, именно гравитационное притяжение Луны в значительной степени ответственно за приливные течения океанов, которые, по мнению ученых, способствовали образованию нуклеиновых кислот, которые способствовали развитию жизни в том виде, в котором мы ее знаем. А Луна стабилизирует наклон орбиты Земли, что делает климат относительно предсказуемым, что позволяет организмам легче развиваться и адаптироваться.

Ученые обнаружили более 5000 экзопланет — планет за пределами нашей Солнечной системы. Но экзолуны — спутники, вращающиеся вокруг экзопланет, — неуловимы, потому что по своей природе они намного меньше планет, вокруг которых вращаются. На сегодняшний день выявлена лишь пара вероятных кандидатов.

Это может иметь значение в поисках второй Земли, которая могла бы предложить идеальную среду для жизни — и именно здесь вступают в силу новейшие научные исследования, проведенные Накадзимой и ее соавторами.

Опираясь на предыдущие исследования, основанные на компьютерном моделировании лунных образований, они исследовали роль, которую так называемая «потоковая нестабильность» играет в создании лун.

Потоковая нестабильность — это процесс, который концентрирует частицы в паровом диске с быстрым образованием планетезималей и лун, основных строительных блоков планет и спутников соответственно.

Они обнаружили, что, хотя потоковая нестабильность может образовывать самогравитирующиеся луны в богатом паром диске, образовавшемся в результате гигантского столкновения планет, эти луны недостаточно велики, чтобы избежать сильного сопротивления парового диска и быть сброшенными на свою планету-хозяина и уничтожены..

«Эти спутники могут расти дальше, когда диск достаточно остынет и массовая доля пара в диске станет небольшой», — говорится в отчете. «Однако к этому времени значительная часть массы диска потеряна, и из оставшегося диска может образоваться лишь небольшая луна».

В ее исследованиях Накадзиме помогали профессор физики из Рочестера Элис Куиллен, бывший студент бакалавриата из Рочестера Джереми Аткинс и Джейкоб Саймон, доцент Университета штата Айова.

Их исследование предполагает, что воздействие, образующее Луну, должно быть относительно «мягким». В случае с нашей Землей это означало бы, что объект, с которым она сталкивается, не может быть намного больше Марса. В противном случае в результате удара образовался бы полностью испарившийся диск, а из такого диска могла бы образоваться лишь сравнительно маленькая луна.

Эта работа также предполагает наличие существенной разницы между формированием планет и лун. Иногда процессы образования лун рассматривают как аналог процесса формирования планет. Это исследование предполагает, что потоковая нестабильность является критическим процессом для формирования планет, но не для формирования лун.

Исследователи приходят к выводу, что потоковая нестабильность не способствует образованию больших лун из дисков, богатых паром, и что сравнительно большие луны, такие как земная луна, возникают из дисков с низким содержанием пара, вращающихся вокруг планет, меньших, чем у Земли.

Научный институт космического телескопа недавно отобрал два предложения исследователей по использованию мощного космического телескопа Джеймса Уэбба для поиска экзолунов. Один фокусируется на лунах вокруг планет, подобных Юпитеру, а другой ищет спутники вокруг планет, подобных Земле.

Эти будущие наблюдения могут проверить теорию, разработанную в этом исследовании.

Больше информации: Miki Nakajima et al, The Limited Role of the Streaming Instability during Moon and Exomoon Formation, The Planetary Science Journal (2024). DOI: 10.3847/PSJ/ad4863

Источник: University of Rochester