Не существует идеального способа сделать что-либо, включая поиск экзопланет. Каждый метод поиска планет имеет определённую погрешность. Мы нашли большинство экзопланет, используя транзитный метод, который благоволит большим планетам. Крупные планеты, расположенные ближе к своим звёздам, блокируют больше света, поэтому мы обнаруживаем большие планеты, проходящие перед своими звёздами, быстрее, чем маленькие.
Это проблема, потому что некоторые исследования говорят, что планеты, пригодные для жизни, скорее всего, маленькие – такие, как Земля. Всё дело в спутниках и нестабильности потоков.
Рассмотрим земную Луну. Хотя нет единого мнения относительно всех аспектов Луны и её роли, есть доказательства того, что она помогает сделать жизнь на Земле возможной и помогает жизни поддерживать себя так долго. Как и положено естественным спутникам, она огромна. Из примерно 300 (и более) спутников в нашей Солнечной системе Луна — пятая по величине. Но это ещё не всё, что касается её взаимоотношений с нашей планетой.
Диаметр Луны составляет около четверти диаметра Земли, а её масса — около 1,2% массы Земли. Четыре естественных спутника в Солнечной системе, размер которых больше, чем у Луны, вращаются вокруг газовых гигантов Юпитера и Сатурна. Эти луны крошечные по сравнению с их планетами.
Это означает, что Луна влияет на Землю не так, как другие спутники влияют на свои планеты.
Луна стабилизирует наклон орбиты Земли, что помогает поддерживать стабильный климат и позволяет жизни процветать, а организмам — адаптироваться. Она создаёт приливы и отливы, которые, возможно, сыграли свою роль в формировании нуклеиновых кислот и жизни. Возможно, Луна даже помогает Земле поддерживать защитную магнитосферу. Так или иначе, Земля была бы совсем другой без своей огромной Луны.
Новое исследование, опубликованное в журнале The Planetary Science Journal, показывает, что нам следует искать малые планеты, если мы хотим найти миры, пригодные для жизни, потому что малые планеты с большей вероятностью могут содержать большие спутники. Исследование называется «Ограниченная роль потоковой неустойчивости при формировании спутников и экзоспутников«. Ведущий автор — Мики Накаджима, доцент кафедры наук о Земле и окружающей среде Рочестерского университета.
«Относительно небольшие планеты размером с Землю сложнее наблюдать, и они не были основным объектом охоты за спутниками», — говорит ведущий автор работы Накаджима. «Однако, по нашим прогнозам, эти планеты являются лучшими кандидатами на размещение спутников».
Ведущей теорией образования Луны является гипотеза гигантского столкновения. Она гласит, что когда Земля была очень молодой, около 4,5 миллиарда лет назад, протопланета размером с Марс под названием Тейя врезалась в Землю. В результате столкновения образовался вращающийся тор из расплавленной породы, который вращался вокруг Земли. Часть материала упала обратно на Землю, а оставшееся превратилось в Луну. По этому поводу до сих пор ведутся споры, но эта теория является ведущей.
Вот тут-то и возникает вопрос о потоковой неустойчивости.
Это исследование ставит под сомнение роль потоковой неустойчивости в формировании Луны. Некоторые учёные считают, что формирование планет происходит так же, как и формирование Луны. Однако если потоковая неустойчивость важна для формирования планет, то для формирования крупных спутников, таких как земная Луна, которые помогают сделать планеты пригодными для жизни, она может и не быть такой важной.
В своём исследовании Накаджима и её коллеги использовали моделирование, чтобы изучить роль потоковой неустойчивости в формировании спутников. Потоковая неустойчивость описывает влияние сопротивления на аккрецию вещества в протопланетном диске, которая приводит к образованию планет. Внутри диска сопротивление быстро заставляет твёрдые частицы спонтанно концентрироваться в сгустки. Затем эти сгустки могут разрушаться и образовывать планетезимали.
Вопрос в том, играет ли потоковая неустойчивость ту же роль в формировании спутников у планет? В данном случае речь идёт не о протопланетном диске, а о диске из обломков, образовавшихся в результате столкновения.
«Здесь мы впервые исследуем влияние потоковой неустойчивости в диске, формирующем Луну, и обнаруживаем, что эта неустойчивость может быстро формировать спутники размером ~100 км», — пишут авторы в своей статье. «Однако эти спутники недостаточно велики, чтобы избежать сильного сопротивления, и они всё равно быстро падают на Землю».
«Эти спутники могут расти и дальше, когда диск достаточно остынет и массовая доля пара в диске станет небольшой», — пишут исследователи в своей статье. «Однако к этому времени значительная часть массы диска будет потеряна, и оставшийся диск сможет образовать лишь небольшой спутник».
Чтобы образовался большой спутник, подобный земной Луне, столкновение должно быть менее энергичным, чем столкновение между гораздо более массивными планетами. Если бы Тея была более массивной, тепло от столкновения привело бы к образованию полностью испарившегося диска. В таком диске мог бы сформироваться только спутник гораздо меньшего размера.
Исследователи считают, что потоковая неустойчивость может не способствовать формированию крупных спутников в дисках, богатых испарениями. Фракционно крупные спутники, такие как земная Луна, которые могут быть необходимы для жизни, могут образовываться только в дисках с малым содержанием пара. Более массивные планеты испытывают более энергичные столкновения, что приводит к образованию дисков, богатых паром. На малых планетах есть диски, бедные паром, где могут образовываться крупные спутники.
Поэтому, если мы хотим найти планеты, пригодные для жизни, ищите небольшие миры, где с большей вероятностью могут образоваться крупные спутники.
«Мы обнаружили ограниченную роль потоковой неустойчивости в формировании спутников в диске, вызванном ударом, в то время как она играет ключевую роль при формировании планет», — заключают авторы.
