Tato mimozemská planeta nikdy nezažívá východ ani západ slunce. Může podporovat život

Foto: AI/ScienceDaily

Úvod do problematiky

Vědci zjistili, že exoplanety, které jsou gravitačně zamčené, a tedy mají jednu stranu neustále vystavenou světlu a druhou v trvalé tmě, mohou mít skryté oblasti, kde by mohl existovat život. Tento objev zpochybňuje dosavadní představy o tom, že tyto planety jsou příliš extrémní pro život.

Autor původního článku: redakce

Planeta LHS 3844b, která je jen o něco větší než Země, obíhá kolem červeného trpaslíka LHS 3884, který se nachází 48,5 světelných let od naší sluneční soustavy. Na rozdíl od Země je tato planeta gravitačně zamčená, což znamená, že rotuje kolem své osy ve stejném čase, jaký potřebuje k oběhu kolem své hvězdy. Výsledkem je, že jedna polokoule zažívá neustálé denní světlo, zatímco druhá zůstává v trvalé tmě, která je tak chladná, že se blíží absolutní nule (nula Kelvinů).

Extrémní podmínky a jejich vliv

Na první pohled se takové extrémní prostředí zdá být zcela nehostinné. Denní teploty mohou dosahovat přibližně 1 000 až 2 000 Kelvinů, zatímco noční strana je tak chladná, že pohyb částic prakticky ustává. Nový výzkum však naznačuje, že tyto světy nemusí být tak nepřátelské k životu, jak se zdá.

„Jen pohled na extrémní teploty na denní a noční straně – jako 1 000-2 000 Kelvinů na denní straně a absolutní nula na noční straně – by mohl vést k závěru, že tyto exoplanety jsou příliš drsné pro život. Ale,“ říká Daisuke Noto, postdoktorand v laboratoři Penn GEFLOW na University of Pennsylvania, „život by si mohl najít cestu.“

Výzkum a jeho výsledky

Ve studii publikované v Nature Communications Noto a jeho spolupracovníci z Japonské agentury pro mořsko-zemskou vědu a technologii a Hokkaido University zjistili, že „takové exoplanety mohou být tolerantnější k udržení života, protože ‚gravitační zamčení‘ může přispět k udržení mírného tepelného prostředí lokálně tím, že rozděluje tepelný tok laterálně.“

Výsledky výzkumu zpochybňují běžný předpoklad o planetách, které vždy ukazují stejnou tvář svým hvězdám. Podle Noto jsou světy s trvalým dnem a nocí mnohem běžnější než planety jako Země, které zažívají pravidelný cyklus dne a noci.

„Mnoho nebeských těles, jako jsou měsíce a planety, které jsou velmi blízko svým mateřským hvězdám, jsou to, co nazýváme gravitačně zamčené,“ vysvětluje. „To znamená, že jak se otáčejí kolem svých os a obíhají kolem svých mateřských těles, tyto rychlosti/frekvence se shodují, což vede k jevům, jako je to, že vidíme pouze jednu stranu našeho měsíce.“

Laboratorní model a jeho význam

Místo spoléhání se pouze na počítačové simulace tým vytvořil fyzický laboratorní model, který napodobuje vnitřek gravitačně zamčené planety. „Postavit skutečnou exoplanetu v laboratoři nebylo v rozpočtu,“ vtipkuje Noto. Místo toho vědci použili stolní obdélníkovou nádrž naplněnou viskózním glycerolem a malými termochromickými tekutými krystaly, které mění barvu při změně teploty.

Podobné experimentální systémy se již dlouho používají ke studiu, jak se teplo pohybuje pomalu se pohybujícími materiály, což z nich činí užitečné náhrady za skalnaté interiéry planet. Na rozdíl od počasí nebo oceánských proudů, které jsou silně ovlivněny rotací Země a gravitací, je konvekce uvnitř skalnatého pláště poháněna hlavně rozdíly v teplotě a hustotě.

Pro reprodukci těchto podmínek tým instaloval čtyři termostaty kolem nádrže, aby ohříval a chladil různé oblasti, čímž vytvářel teplotní gradienty podobné těm, které se očekávají mezi trvale osvětlenou stranou, trvale tmavou stranou, povrchem a hlubokým interiérem gravitačně zamčené exoplanety.

Stabilní cirkulace tepla

Experimenty odhalily pozoruhodně stabilní vzorec. Horký materiál konzistentně stoupal pod denní stranou, proudil přes horní oblast, chladil se, když dosáhl noční strany, a pak klesal, než se vrátil přes dolní plášť. Výsledkem byl jeden nepřetržitý cirkulační okruh, který se choval jako stálý planetární tep.

„Není to chaotické jako zemský plášť,“ říká Noto. „Je to pomalé a stabilní. Předvídatelné. Trochu nudné – ale v dobrém smyslu.“

Výzkumníci také pozorovali občasné houbovité plumy stoupající z ohřáté základny nádrže. Na rozdíl od sopečných hotspotů na Zemi, jako jsou ty pod Havají nebo Islandem, tyto plumy zůstaly na jednom místě, místo aby se časem pohybovaly.

Měření přenosu tepla, známá jako Nusseltova čísla, byla srovnatelná s těmi, která byla pozorována pro zemský plášť. Tento nález naznačuje, že některé gravitačně zamčené exoplanety by mohly udržovat lokalizovaná geotermální prostředí, která poskytují podmínky příznivé pro život, zejména v mírnějších středních šířkách.

Možnosti pro mimozemský život

Stabilní cirkulační vzorec může ovlivnit více než jen povrchové teploty. Noto věří, že by to mohlo také ovlivnit pohyb kapalného jádra planety, což by mohlo potenciálně generovat magnetická pole, která se liší od známého dipólového pole Země.

„To je něco, co jsme nemohli testovat v tomto experimentu,“ říká, „ale je to vzrušující směr pro budoucí práci.“

Další výzkum a aplikace

Noto a Ulloa pokračují ve vývoji podobných laboratorních modelů k prozkoumání široké škály geofyzikálních procesů. Dřívější výzkum z laboratoře Penn GEFLOW zkoumal, jak se teplo a hmota pohybují v omezených prostorech, což poskytuje nový pohled na roli tekutin v hydrotermálních systémech.

„Plánujeme dále rozšířit experimentální metody, abychom se hlouběji ponořili do různých systémů na naší planetě v různých kontextech, možnosti jsou doslova mimo tento svět,“ říká Noto.

Daisuke Noto je postdoktorand na School of Arts & Sciences na University of Pennsylvania. Hugo Ulloa je asistentem profesora na Department of Earth and Environmental Science v Penn Arts & Sciences. Dalšími autory jsou Takehiro Miyagoshi a Takatoshi Yanagisawa z Japonské agentury pro mořsko-zemskou vědu a technologii; a Tomomi Terada a Yuji Tasaka z Hokkaido University.

Mohlo by vás zajímat

• Miliony explodujících hvězd by mohly brzy odhalit tajemství temné energie
• Země možná po miliardy let osévá Venuši životem
• Revoluce v astronomii: 390 detekcí gravitačních vln odhaluje skryté černé díry

Původní článek: This alien planet never has sunrise or sunset. It may support life