Pozemšťané mají štěstí. Naše planeta má robustní magnetický štít. Bez vnější magnetosféry by sluneční záření pravděpodobně ukončilo život na Zemi dříve, než by vůbec začalo. A naše Slunce je hvězdně krotké.
Jaké to je pro exoplanety obíhající kolem aktivnějších hvězd?
Mnoho lidí pravděpodobně jen zřídka myslí na ochrannou magnetosféru Země. Možná mají to štěstí, že zahlédnou polární záře a všimnou si, jak jsou krásné. Ale polární záře je právě taková: pastva pro oči. Skutečným darem magnetosféry může být život sám.
Aurora Borealis viděná z Mezinárodní vesmírné stanice 28. června 2014, pořízená astronautem Reidem Wisemanem. Kredit: Reid Wiseman/NASA.
Ve hvězdné terminologii je naše Slunce a G-typ hvězda hlavní sekvence. Hvězdy typu G jsou relativně klidné a stabilní, i když samozřejmě kolísají a září jako jejich aktivnější příbuzní, M-typ hvězdy. Ale ať už je hvězda typu M nebo typu G, aktivita vzplanutí může být vážným nebezpečím pro exoplanetu a její šance na rozvoj života.
Hvězda typu M je také známá jako červený trpaslík a může vzplanout mnohem více než naše Slunce. Nová studie poukazuje na to, že záření a vzplanutí jakékoli hvězdy, ať už typu G nebo typu M, je vážným omezením obyvatelnosti exoplanet.
'To by podle pozemských standardů učinilo život na takových planetách zranitelným vůči častým výbuchům radiace na úrovni extinkce, přičemž by přežili pouze extrémofilové vysoce odolní vůči radiaci.'
Dmitri Atri, autor, NYU, Abu Dhabi
List nese název „ Dávka povrchového záření vyvolaná hvězdnou protonovou událostí jako omezení obyvatelnosti pozemských exoplanet .“ Je to zveřejněno v Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters. Jediným autorem je Dmitri Atri z New York University v Abu Dhabi, Spojené arabské emiráty.
Z přibližně 4 000 exoplanet, které jsme dosud objevili, je pouze malá část z nich v obyvatelných zónách jejich hvězd. To znamená, že teplota je ve správném rozmezí pro existenci kapalné vody na povrchu planety, za rozumného předpokladu o atmosférickém tlaku planety. Velká část z nich – asi 17 – je v konzervativní obyvatelné zóně svých hvězd. Dalších asi 30 je to, čemu se říká optimistická obyvatelná zóna, tedy širší oblast než konzervativní zóna.
Na základě údajů Keplera by mohlo být jako až 40 miliard Planety velikosti Země obíhající v obyvatelných zónách červených trpaslíků a hvězd podobných Slunci.
Umělcova ilustrace obyvatelné zóny kolem různých typů hvězd. Kredit: NASA
Ale bez robustní magnetosféry, která by je chránila před jejich hvězdami, kolik z nich lze skutečně považovat za obyvatelné zóny?
V tiskové zprávě Atri řekl: „Jak pokračujeme ve zkoumání planet sluneční soustavy i mimo ni, zjišťování, zda tyto planety mají schopnost podporovat život, je i nadále nesmírně důležité. Větší pokrok v této oblasti zlepší naše chápání vztahu mezi extrémními slunečními jevy, dávkou záření a obyvatelností planet.'
Atriho papír se zabývá veškerým zářením, které hvězdy směrují na své planety. Hvězdné erupce, výrony koronální hmoty (CME) a hvězdné protonové události (SPEs) mohou náhle bombardovat planety netepelným zářením, které se skládá z rentgenového záření, EUV (XUV) a hvězdných energetických částic (SEP). To vše může erodovat atmosféru planety, iniciovat fotochemické změny a zaplavit planetu radiací.
Toto je umělecká představa červeného trpaslíka, který prochází silnou erupcí, nazývanou hvězdná erupce. V popředí je hypotetická planeta. Poděkování: NASA/ESA/G. slanina (STScI)
Magnetický štít planety ji může chránit před těmito erupcemi a atmosféra může také hrát ochrannou roli. V Atriho studii se zabýval částicovými spektry ze 70 velkých erupcí (pozorovaných mezi lety 1956 a 2012). Změřil jak spektrum erupcí, tak jejich sílu a porovnal je s ochrannou povahou magnetického štítu a atmosféry.
Víme hodně o tom, jak sluneční vítr a erupce interagují s magnetosférou Země. To Atri umožnilo odhadnout, jak exoplanety reagují na vzplanutí. Atri se zaměřila na přímý účinek, který má záření z erupcí na život, spíše než na nepřímé účinky, jako je odstraňování atmosféry.
Když hvězda vzplane, dávkuje planetě záření. Podle Atriho studie účinek záření na planetu přímo souvisí nejen se silou jejího magnetického pole, ale také s hloubkou sloupců její atmosféry. Náhlé výbuchy ionizujícího záření, které zasáhnou planetu z erupce, mohou nejen poškodit nebo zabít organismy, ale mohou také změnit jejich stanoviště bez dostatečné magnetické a atmosférické ochrany.
Umělecký dojem Venuše se slunečním větrem obtékajícím planetu, která má malou magnetickou ochranu. Venus Express zjistila, že v průběhu let z planety uniklo do vesmíru velké množství vody, k čemuž dochází, když sluneční ultrafialové záření rozbije molekuly kyslíku a vodíku a vytlačí je do vesmíru. Kredit: ESA – C. Carreau
To není úplně hlavní zpráva. Víme, že záření z hvězd je nebezpečné. Ale Atri šel dále: pokusil se kvantifikovat, jak mohou erupce stejné síly ovlivnit obyvatelnost v závislosti na spektrech těchto erupcí. Jeho výsledky ukazují variabilitu pěti řádů pro erupce se stejnou energií, ale různými spektry.
Hloubka atmosférického sloupce měla podobný účinek. 'Pokud jde o stínění, zjistili jsme, že hloubka atmosféry (hustota sloupců) je hlavním faktorem při určování dávky záření na povrchu planety. Dávka záření se sníží o 3 řády, což odpovídá zvýšení hloubky atmosféry o řád.'
Zemská atmosféra hraje roli v ochraně nás před sluneční aktivitou. Nová studie říká, že sloupcová hloubka atmosféry exoplanety je faktorem při ochraně planety před radiací. Obrazový kredit: NASA
Možná překvapivě měla síla magnetosféry proti radiaci menší ochranný účinek. „Zjistili jsme, že planetární magnetické pole je důležitý, ale méně významný faktor ve srovnání s hloubkou atmosféry. Dávka se sníží o faktor asi 30, což odpovídá zvýšení magnetosférické síly o řád.'
Ale magnetické pole planety hraje další roli. 'Je však třeba poznamenat, že planetární magnetické pole je klíčové pro udržení podstatné atmosféry na planetě,' říká studie.
Dozvěděli jsme se hodně o rychlosti vzplanutí ve hvězdách, což je součástí porozumění obyvatelnosti na exoplanetách. Slunce vydává silné erupce o síle až 1035ergs každých 2000 až 3000 let, zatímco jiné hvězdy typu M, které jsou mladší a rychleji rotující, je mohou emitovat až 100krát častěji. Jiné hvězdy jsou známé jako „vzplanutí hvězdy“, protože produkují takzvané super vzplanutí silnější, než jaké kdy produkuje naše Slunce. Vzhledem k tomu, že mnoho z nich jsou červení trpaslíci, typ hvězdy, kde se nachází většina exoplanet, je prognóza obyvatelnosti diskutabilní.
Ale jak ukazuje Atriho práce, není to jen síla vzplanutí, ale také jeho spektrum, co omezuje obyvatelnost.
Jak říká na závěr: „Ačkoli nám nedávná pozorování poskytla dobrá měření rychlostí vzplanutí blízkých hvězd, hlavním zdrojem nejistoty v této práci je nedostatek měření částic vyvržených vysokoenergetickými erupcemi (1032–1036?erg) na jiných hvězdách. Větší pokrok v této oblasti zlepší naše chápání vztahu mezi extrémními slunečními jevy, dávkou záření a obyvatelností planet.'
Toto je umělecká představa globálního magnetického pole Země s rázem z luku. Země je uprostřed obrázku, obklopená svým magnetickým polem, které je znázorněno fialovými čarami. Příďový tlumič je modrý půlměsíc vpravo. Mnoho energetických částic ve slunečním větru, znázorněných ve zlatě, je vychylováno magnetickým „štítem“ Země. Kredit: Walt Feimer (HTSI)/NASA/Goddard Space Flight Center Conceptual Image Lab
Je možné, že bez ochrany před erupcemi, ať už magnetickými nebo atmosférickými, mnoho planet, které kategorizujeme jako obyvatelné, prostě nemůže být. Nebo se může stát, že obyvatelnost je omezena na extrémofily. Jak říká Atri ve svém článku: „To by učinilo život na takových planetách zranitelným vůči častým výbuchům radiace na úrovni extinkce podle pozemských standardů, přičemž by přežili pouze extrémofilové vysoce odolní vůči radiaci. Takové úrovně se očekávají u blízkých planet.'
Ta poslední věta by mohla být obzvlášť usvědčující.
Vzhledem k tomu, že červených trpaslíků je v Mléčné dráze tolik, najdeme zde nejvíce exoplanet. A protože tyto hvězdy vydávají v průměru méně energie, jejich obyvatelná zóna je mnohem blíže než kolem hvězdy, jako je naše Slunce. To znamená, že bez dostatečné magnetosféry a bez dostatečně hluboké atmosféry mnoho planet, které považujeme za potenciálně obyvatelné, prostě nejsou.
Více:
- Tisková zpráva: Výzkumník z NYU Abu Dhabi zjistil, že exoplanety mohou být méně obyvatelné díky vzplanutí hvězd
- Výzkum: Dávka povrchového záření vyvolaná hvězdnou protonovou událostí jako omezení obyvatelnosti pozemských exoplanet
- Vesmír dnes: Červený trpaslík odpálí Superflare. Jakýkoli život na jeho planetách by měl velmi špatný den