Не существует идеального способа что-либо сделать, включая поиск экзопланет. Каждый метод поиска планет имеет некоторую предвзятость. Мы обнаружили большинство экзопланет с помощью транзитного метода, который склонен к более крупным планетам. Более крупные планеты, расположенные ближе к своим звездам, блокируют больше света, что означает, что мы обнаруживаем большие планеты, проходящие перед своими звездами, легче, чем маленькие.
Это проблема, потому что некоторые исследования говорят, что планеты, на которых возможна жизнь, скорее всего, будут маленькими, как Земля. Все из-за лун и нестабильности потоков.
Рассмотрим Луну Земли. Хотя нет единого мнения по каждому аспекту Луны и ее роли, есть доказательства того, что она делает жизнь на Земле возможной и помогает жизни поддерживать себя так долго. Как естественные спутники, она огромна. Из примерно 300 (и их число растет) лун в нашей Солнечной системе Луна является пятой по величине. Но это не рассказывает историю ее взаимоотношений с нашей планетой.
Диаметр Луны составляет около четверти диаметра Земли, а ее масса составляет около 1,2% от земной. Четыре естественных спутника в Солнечной системе, которые больше Луны, вращаются вокруг газовых гигантов Юпитера и Сатурна. Эти луны крошечные по сравнению со своими планетами.
Это означает, что Луна оказывает на Землю иное воздействие, чем другие луны на свои планеты.
Луна стабилизирует наклон орбиты Земли, что помогает поддерживать стабильный климат и позволяет жизни процветать, а организмам адаптироваться. Она создает приливы, которые могли играть роль в формировании нуклеиновых кислот и жизни. Луна может даже помогать Земле поддерживать ее защитную магнитосферу. Так или иначе, Земля была бы совсем другим местом без своей огромной Луны.
Новое исследование, опубликованное в журнале The Planetary Science Journal, показывает, что нам следует искать малые планеты, если мы хотим найти пригодные для жизни миры, поскольку малые планеты с большей вероятностью содержат более крупные луны. Исследование называется «Ограниченная роль нестабильности потоков во время формирования лун и экзолуний». Ведущий автор — Мики Накадзима, доцент кафедры наук о Земле и окружающей среде в Рочестерском университете.
«Относительно небольшие планеты, похожие по размеру на Землю, сложнее наблюдать, и они не были основным объектом поиска лун», — сказал ведущий автор Накадзима. «Однако мы предсказываем, что эти планеты на самом деле являются лучшими кандидатами на роль хозяев лун».
Ведущая теория образования Луны — Гипотеза гигантского удара. Она гласит, что когда Земля была совсем молодой, около 4,5 миллиардов лет назад, протопланета размером с Марс по имени Тейя врезалась в Землю. Столкновение создало вращающийся тор из расплавленной породы, который вращался вокруг Земли. Часть упала обратно на Землю, а остальные объединились в Луну. По этому поводу все еще много споров, но это ведущая теория.
Вот тут-то и возникает нестабильность потоковой передачи.
Это исследование ставит под сомнение роль потоковой нестабильности в формировании лун. Некоторые ученые считают, что формирование планет происходит так же, как и формирование лун. Однако, хотя потоковая нестабильность важна для формирования планет, она может быть не важна для формирования больших лун, таких как земная, которые помогают сделать планеты пригодными для жизни.
В своем исследовании Накадзима и ее коллеги использовали моделирование для изучения роли потоковой нестабильности в формировании лун. Потоковая нестабильность описывает эффект, который сопротивление оказывает на аккрецию материи в протопланетном диске, что приводит к образованию планетезималей. Внутри диска сопротивление быстро заставляет твердые частицы спонтанно концентрироваться в комки. Эти комки затем могут разрушаться и образовывать планетезимали.
Вопрос в том, играет ли потоковая нестабильность ту же роль в формировании лун вокруг планет? В этом случае диск не является протопланетным, а представляет собой диск из обломков, образовавшихся в результате столкновения.
«Здесь мы впервые исследуем эффект потоковой нестабильности в диске формирования Луны и обнаруживаем, что эта нестабильность может быстро образовывать луны размером ~100 км», — пишут авторы в своей статье. «Однако эти луны недостаточно велики, чтобы избежать сильного сопротивления, и они все равно быстро падают на Землю».
«Эти луны могут расти и дальше, как только диск достаточно остынет и доля массы пара в диске станет небольшой», — пишут исследователи в своей статье. «Однако к этому времени значительная часть массы диска теряется, а оставшийся диск может образовать лишь небольшую луну».
Для образования большой луны, подобной земной, столкновение должно быть менее энергичным, чем столкновение между гораздо более массивными планетами. Если бы Тея была массивнее, тепло от удара создало бы полностью испарившийся диск. В таком диске могла бы сформироваться только гораздо меньшая луна.
Исследователи полагают, что потоковая нестабильность может не способствовать формированию крупных лун в дисках, богатых паром. Дробно большие луны, такие как Луна Земли, которые могут быть необходимы для жизни, могут формироваться только в дисках с низким содержанием пара. Более массивные планеты имеют более энергичные столкновения, что создает диски, богатые паром. У меньших планет есть диски с низким содержанием пара, где могут формироваться более крупные луны.
Поэтому, если мы хотим найти пригодные для жизни планеты, нам следует искать небольшие миры, где вероятность образования более крупных лун выше.
«Мы обнаружили ограниченную роль потоковой нестабильности в формировании спутников в диске, образовавшемся в результате удара, тогда как она играет ключевую роль в формировании планет», — заключают авторы.
