Экзолуны могут дать ключ к пониманию того, что делает планеты обитаемыми
Естественный спутник Земли — Луна, жизненно важна для превращения Земли в ту планету, которую мы знаем сегодня. Луна контролирует продолжительность дня и океанские приливы, которые влияют на биологические циклы форм жизни на нашей планете. Луна также вносит свой вклад в климат Земли, стабилизируя ось вращения Земли, предлагая идеальную среду для развития и эволюции жизни.
Поскольку Луна так важна для жизни на Земле, ученые предполагают, что луны могут быть потенциально полезной особенностью для жизни на других планетах.
У большинства планет есть луны, но земная Луна отличается тем, что она велика по сравнению с размером Земли; радиус Луны больше четверти радиуса Земли, что намного больше, чем отношение радиусов у большинства лун к их планетам.
Мики Накадзима, доцент кафедры наук о Земле и окружающей среде Рочестерского университета, считает это различие значительным. И в новом исследовании, которое она возглавляла и опубликованном в Nature Communications, она и ее коллеги из Токийского технологического института и Университета Аризоны изучают лунные образования и приходят к выводу, что только определенные типы планет могут образовывать луны, большие по сравнению с размерами их планет.
«Понимая лунные образования, мы лучше определяем, на что обращать внимание при поиске планет, похожих на Землю», — говорит Мики Накадзима.
«Мы ожидаем, что экзолуны (луны, вращающиеся вокруг планет за пределами нашей Солнечной системы) должны быть повсюду, но пока мы ничего не подтвердили. Наши ограничения будут полезны для будущих наблюдений».
Происхождение земной Луны
Многие ученые исторически считали, что большая Луна Земли образовалась в результате столкновения протоземли — Земли на ранних стадиях ее развития — и большой протопланеты Тейя размером с Марс примерно 4,5 миллиарда лет назад.
В результате столкновения вокруг Земли образовался частично испарившийся диск, который в конечном итоге превратился в Луну.
Чтобы выяснить, могут ли другие планеты образовывать такие же большие луны, ученые провели компьютерное моделирование столкновения с рядом гипотетических каменистых планет, похожих на Землю, и ледяных планет различной массы.
Они надеялись определить, приведут ли смоделированные удары к частично испарившимся дискам, таким как диск, который сформировал Луну Земли.
Исследователи обнаружили, что каменистые планеты, превышающие массу Земли в шесть раз (6M), и ледяные планеты, превышающие массу Земли (1M), производят полностью, а не частично, испаренные диски, и эти полностью испаренные диски не способны сформировать большие луны.
После удара, в результате которого диск испаряется, со временем диск остывает и появляются жидкие луны — строительные блоки. В полностью испарившемся диске растущие спутники в диске испытывают сильное газовое сопротивление пара, очень быстро падающего на планету. Напротив, если диск испаряется лишь частично, спутники не ощущают такого сильного газового сопротивления.
«В результате мы приходим к выводу, что полностью паровой диск не способен формировать относительно большие луны», — говорит Мики Накадзима. «Планетарные массы должны быть меньше тех пороговых значений, которые мы определили, чтобы производить такие луны».
Поиск похожих на Землю планет
Ограничения, изложенные учеными, важны для астрономов, изучающих нашу Галактику; исследователи обнаружили тысячи экзопланет и возможных экзолун, но им еще предстоит окончательно обнаружить луну, вращающуюся вокруг планеты за пределами нашей Солнечной системы.
Это исследование может дать им лучшее представление о том, где ее искать.
«Поиск экзопланет, как правило, был сосредоточен на планетах, превышающих шесть масс Земли. Мы предлагаем вместо этого искать планеты меньшего размера, потому что они, вероятно, лучше подходят для размещения относительно больших спутников».