Ο LHS 3844b είναι ένας εξωπλανήτης ελαφρώς μεγαλύτερος από τη Γη που περιστρέφεται γύρω από τον κόκκινο νάνο αστέρα LHS 3884, που βρίσκεται 48,5 έτη φωτός από το Ηλιακό μας Σύστημα. Σε αντίθεση με τη Γη, είναι παλιρροιακά κλειδωμένη, που σημαίνει ότι περιστρέφεται μία φορά στον άξονά της στον ίδιο ακριβώς χρόνο που χρειάζεται για να περιστραφεί γύρω από το αστέρι της. Ως αποτέλεσμα, το ένα ημισφαίριο βιώνει σταθερό, γεμάτο φουσκάλες φως της ημέρας, ενώ το άλλο βρίσκεται σε μόνιμο σκοτάδι, οπότε πλησιάζει το απόλυτο μηδέν (μηδέν Kelvin).
Εκ πρώτης όψεως, ένα τόσο ακραίο περιβάλλον φαίνεται εντελώς αβάσιμο. Οι θερμοκρασίες κατά τη διάρκεια της ημέρας μπορεί να φτάσουν περίπου τα 1.000 έως 2.000 Kelvin, ενώ η νυχτερινή πλευρά είναι τόσο κρύα που ουσιαστικά η κίνηση των σωματιδίων σταματά. Ωστόσο, νέα έρευνα δείχνει ότι αυτοί οι κόσμοι μπορεί να μην είναι τόσο εχθρικοί προς τη ζωή όσο φαίνονται.
“Απλά κοιτάζοντας τις ακραίες θερμοκρασίες ημέρας και νύχτας — όπως 1.000-2.000 Kelvin κατά τη διάρκεια της ημέρας και το απόλυτο μηδέν τη νύχτα — οδηγεί στο συμπέρασμα ότι αυτοί οι εξωπλανήτες είναι πολύ σκληροί για ζωή. Όμως”, λέει ο Daisuke Noto, μεταδιδακτορικός ερευνητής στο Πανεπιστήμιο Hugo Ullor της Πενσυλβάνια, “μονόδρομος”.
Σε μια μελέτη που δημοσιεύτηκε από τον Dr Επικοινωνία με τη φύσηΟ Noto και οι συνεργάτες του στην Ιαπωνική Υπηρεσία Επιστήμης και Τεχνολογίας της Θαλάσσιας Γης και του Πανεπιστημίου Hokkaido διαπίστωσαν ότι “τέτοιοι εξωπλανήτες μπορεί να είναι πιο ανεκτικοί στη διατήρηση της ζωής, επειδή το “παλιρροιακό κλείδωμα” μπορεί να συμβάλει στη διατήρηση ενός τοπικά μέτριου θερμικού περιβάλλοντος κατανέμοντας τη ροή θερμότητας πλευρικά.”
Γιατί είναι τόσο συνηθισμένοι οι παλιρροιακά κλειδωμένοι εξωπλανήτες;
Τα ευρήματα αμφισβητούν μια κοινή υπόθεση σχετικά με τους πλανήτες που δείχνουν πάντα το ίδιο πρόσωπο στο άστρο τους. Σύμφωνα με τον Noto, οι κόσμοι με μόνιμη μέρα και νύχτα είναι στην πραγματικότητα πολύ πιο συνηθισμένοι από πλανήτες που μοιάζουν με τη Γη, οι οποίοι βιώνουν τακτικούς κύκλους ημέρας και νύχτας.
«Πολλά ουράνια σώματα όπως φεγγάρια και πλανήτες που βρίσκονται πολύ κοντά στα μητρικά τους αστέρια είναι αυτό που λέμε παλιρροιακά κλειδωμένα», εξηγεί. «Σημαίνοντας, καθώς περιστρέφονται γύρω από τον άξονά τους και περιστρέφονται γύρω από τον γονέα τους, αυτοί οι ρυθμοί/συχνότητες ταιριάζουν, με αποτέλεσμα να βλέπουμε τη μία πλευρά του φεγγαριού».
Αυτή η συνεχής προσαρμογή δημιουργεί μια δραματική αντίθεση θερμοκρασίας σε ολόκληρο τον πλανήτη. Αντί να επικεντρωθούν μόνο στις επιφανειακές συνθήκες, οι ερευνητές ήθελαν να καταλάβουν τι συμβαίνει βαθιά μέσα στον πλανήτη, ιδιαίτερα στον μανδύα, το παχύ βραχώδες στρώμα μεταξύ του φλοιού και του πυρήνα.
Αναδημιουργώντας έναν εξωγήινο πλανήτη στο εργαστήριο
Αντί να βασίζεται αποκλειστικά σε προσομοιώσεις υπολογιστή, η ομάδα ανέπτυξε ένα φυσικό εργαστηριακό μοντέλο για να μιμηθεί το εσωτερικό ενός παλιρροιακά κλειδωμένου πλανήτη.
«Η δημιουργία ενός πραγματικού εξωπλανήτη στο εργαστήριο δεν ήταν στον προϋπολογισμό», αστειεύεται ο Noto.
Αντίθετα, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μια επιτραπέζια ορθογώνια δεξαμενή γεμάτη με παχύρρευστη γλυκερόλη και μικροσκοπικούς θερμοχρωμικούς υγρούς κρυστάλλους που αλλάζουν χρώμα καθώς αλλάζει η θερμοκρασία. Παρόμοια πειραματικά συστήματα έχουν χρησιμοποιηθεί από καιρό για τη μελέτη του τρόπου με τον οποίο η θερμότητα κινείται μέσα από την αργά κινούμενη ύλη, καθιστώντας τα χρήσιμα stand-in για το βραχώδες εσωτερικό των πλανητών.
Σε αντίθεση με τα καιρικά ρεύματα ή τα ωκεάνια ρεύματα, τα οποία επηρεάζονται έντονα από την περιστροφή και τη βαρύτητα της Γης, η μεταφορά στο εσωτερικό ενός βραχώδους μανδύα οφείλεται κυρίως στις διαφορές θερμοκρασίας και πυκνότητας. Για να αναπαραχθούν αυτές οι συνθήκες, η ομάδα τοποθέτησε τέσσερις θερμοστάτες γύρω από τη δεξαμενή για να θερμάνει και να ψύχει διαφορετικές περιοχές, δημιουργώντας την αναμενόμενη κλίση θερμοκρασίας μεταξύ της μόνιμα φωτισμένης πλευράς, της μόνιμα σκοτεινής πλευράς, της επιφάνειας και του βαθύ εσωτερικού ενός παλιρροιακά κλειδωμένου εξωπλανήτη.
Μια πλανητική θερμική μηχανή
Οι δοκιμές αποκάλυψαν ένα αξιοσημείωτα σταθερό μοτίβο. Το ζεστό υλικό ανεβαίνει σταθερά κάτω από την ημέρα, ρέει στην πάνω περιοχή, ψύχεται καθώς φτάνει στη νυχτερινή πλευρά και μετά βυθίζεται πριν επιστρέψει μέσα από τον κάτω μανδύα. Το αποτέλεσμα ήταν ένας συνεχής κύκλος κυκλοφορίας που συμπεριφερόταν σαν ακίνητος πλανητικός καρδιακός παλμός.
«Δεν είναι τόσο χαοτικό όσο ο μανδύας της Γης», είπε ο Noto. “Είναι αργό και σταθερό. Προβλέψιμο. Κάπως ενοχλητικό — αλλά με την καλή έννοια.”
Οι ερευνητές έβλεπαν περιστασιακά λοφία σε σχήμα μανιταριού να υψώνονται από τη θερμαινόμενη βάση της δεξαμενής. Σε αντίθεση με τα ηφαιστειακά θερμά σημεία στη Γη, όπως κάτω από τη Χαβάη ή την Ισλανδία, αυτά τα λοφία παραμένουν ακίνητα σε μια τοποθεσία αντί να παρασύρονται με την πάροδο του χρόνου.
Ένα μέτρο μεταφοράς θερμότητας, γνωστό ως αριθμός Nusselt, είναι συγκρίσιμο με αυτό που παρατηρείται για τον μανδύα της Γης. Αυτό το εύρημα υποδηλώνει ότι ορισμένοι παλιρροιακά κλειδωμένοι εξωπλανήτες μπορεί να διατηρούν τοπικά γεωθερμικά περιβάλλοντα που παρέχουν ευνοϊκές συνθήκες για ζωή, ιδιαίτερα στα πιο εύκρατα μεσαία γεωγραφικά πλάτη.
Τι μπορεί να σημαίνει αυτό για την εξωγήινη ζωή
Τα σταθερά μοτίβα κυκλοφορίας μπορούν να επηρεάσουν περισσότερα από τις επιφανειακές θερμοκρασίες. Ο Noto πιστεύει ότι θα μπορούσε επίσης να επηρεάσει την κίνηση του υγρού πυρήνα ενός πλανήτη, δημιουργώντας ενδεχομένως ένα μαγνητικό πεδίο που διαφέρει από το γνωστό διπολικό πεδίο της Γης.
«Αυτό είναι κάτι που δεν μπορέσαμε να δοκιμάσουμε σε αυτό το πείραμα», λέει, «αλλά είναι μια συναρπαστική κατεύθυνση για μελλοντική δουλειά».
Κοιτάζοντας έξω σε έναν άλλο κόσμο
Οι Noto και Ulloa συνέχισαν να αναπτύσσουν παρόμοια εργαστηριακά μοντέλα για να διερευνήσουν ένα ευρύ φάσμα γεωφυσικών διεργασιών. Προηγούμενη έρευνα από το εργαστήριο Penn GEFLOW διερεύνησε πώς η θερμότητα και η μάζα κινούνται μέσα σε περιορισμένους χώρους, παρέχοντας νέες γνώσεις για το ρόλο των ρευστών στα υδροθερμικά συστήματα.
«Σκοπεύουμε να επεκτείνουμε περαιτέρω τις πειραματικές μεθόδους για να διερευνήσουμε βαθύτερα τα διάφορα συστήματα του πλανήτη μας σε διαφορετικά περιβάλλοντα, οι πιθανότητες είναι, κυριολεκτικά, έξω από αυτόν τον κόσμο», είπε ο Νότο.
Ο Daisuke Noto είναι μεταδιδακτορικός ερευνητής στη Σχολή Τεχνών και Επιστημών του Πανεπιστημίου της Πενσυλβάνια.
Ο Hugo Ulloa είναι επίκουρος καθηγητής στο Τμήμα Επιστημών Γης και Περιβάλλοντος στο Penn Arts & Sciences.
Άλλοι συγγραφείς περιλαμβάνουν τους Takehiro Miyagoshi και Takatoshi Yanagisawa της Ιαπωνικής Υπηρεσίας Επιστήμης και Τεχνολογίας της Θαλάσσιας Γης. και Tomomi Terada και Yuji Tasaka του Πανεπιστημίου Hokkaido.
