Gli astrofisici che studiano un popolare pianeta extrasolare nella zona abitabile della sua stella hanno scoperto che le correnti elettriche nell'atmosfera superiore del pianeta potrebbero creare un riscaldamento sufficiente per espandere l'atmosfera abbastanza da lasciare il pianeta, rendendolo probabilmente inabitabile.

Fino ad ora, gli scienziati planetari pensavano che un pianeta abitabile avesse bisogno di un forte campo magnetico che lo circondasse per fungere da scudo, dirigendo le particelle ionizzate, i raggi X e le radiazioni ultraviolette nel vento stellare attorno e lontano dalla sua atmosfera.

Questo è ciò che accade sulla Terra, impedendo alle radiazioni pericolose di raggiungere la vita sulla superficie, e ciò che non accade su Marte, che ora è privo di un campo magnetico globale, il che significa che i primi abitanti del pianeta rosso probabilmente dovranno vivere in caverne e cavità sotterranee. per la protezione dal vento solare.

La nuova ricerca, condotta da Ofer Cohen del Lowell Center for Space Science and Technology presso l'Università del Massachusetts Lowell e colleghi, è stata pubblicata su The Astrophysical Journal , ha esaminato se le correnti elettriche generate nella ionosfera dell'esopianeta Trappist-1e porterebbero a un riscaldamento e un'espansione dell'atmosfera sufficienti a dissiparla dalla gravità del pianeta e disperdersi nello spazio.

TRAPPIST-1e è una bella stella nana M nella costellazione dell'Acquario a circa 41 anni luce dalla Terra. Il suo sistema planetario, che conta sette esopianeti osservati, è il sistema più studiato al di fuori del nostro sistema solare.

Tre di questi pianeti si trovano nella zona abitabile della stella, con temperature superficiali in cui potrebbe esistere acqua liquida. Poiché le nane M, che comprendono circa il 70% delle stelle nell'universo, sono più fredde del nostro Sole, queste zone sono molto più vicine a queste stelle.

Trappist-1e, un esopianeta scoperto nel 2017, orbita a sole 0,028 UA dalla sua stella (dove 1 UA è la distanza media dal Sole alla Terra; Mercurio orbita a circa 0,4 UA). Roccioso e simile alla Terra, la sua densità media è solo il 2% più grande di quella terrestre e la sua gravità superficiale è dell'82%. Inoltre, ha una temperatura di equilibrio di 246 Kelvin, appena 9 K sotto quella terrestre.

Queste proprietà rendono Trappist-1e uno dei più interessanti esopianeti scoperti fino ad oggi. Ma ha un'atmosfera? Poiché si trova molto più vicino alla sua stella, la distruzione dell'atmosfera da parte dei venti stellari dovrebbe essere molto più forte di quella, ad esempio, di Mercurio, che non ha atmosfera.

Lavori precedenti avevano dimostrato che i venti stellari provenienti da Trappist-1 potrebbero potenzialmente strappare un'atmosfera ricca di idrogeno dai suoi esopianeti mediante fotoevaporazione, ma la complessità della modellazione significa che questi pianeti potrebbero avere una serie di ambienti atmosferici.

Ma un altro potenziale meccanismo di eliminazione è quando i venti stellari carichi esterni colpiscono l’atmosfera superiore ionizzata. In lavori precedenti Cohen e altri avevano scoperto che quando la conduttanza e l'impedenza di ciascuna sono simili in grandezza, i tre esopianeti trappisti e, f e g, potrebbero sperimentare un riscaldamento resistivo a corrente continua (CC) fino a 1 watt per metro quadrato, 1 % dell'irradiazione solare in arrivo e da 5 a 15 volte l'energia stellare derivante dalla radiazione ultravioletta estrema. Tale “riscaldamento Joule” potrebbe potenzialmente privare l’atmosfera di uno qualsiasi di questi pianeti. (Sulla Terra, il riscaldamento Joule è di circa 0,01 W/m ² .)

Ora Cohen e colleghi hanno modellato un secondo fenomeno che potrebbe avere un impatto anche sulle atmosfere planetarie di Trappist-1:il riscaldamento dovuto al movimento del pianeta stesso. Correnti elettriche alternate (CA) verranno generate nell'atmosfera superiore del pianeta quando incontra un campo magnetico stellare mutevole mentre il pianeta orbita attorno alla sua stella (legge di induzione di Faraday).

I pianeti vicini orbitano molto rapidamente (il periodo orbitale di Trappist-1e è di soli 6,1 giorni terrestri) e il rapido cambiamento nel campo magnetico di fondo porta alla generazione di forti correnti ionosferiche che si dissipano e creano un riscaldamento potenzialmente molto elevato, che chiamano tensione. riscaldamento Joule.

Poiché gli astronomi non dispongono di misurazioni del vento stellare e del campo magnetico di Trappist-1, il gruppo ha utilizzato modelli validati basati sulla fisica per calcolare la sua produzione di energia, il vento solare e il campo magnetico variabile alla distanza di Trappist-1e. Utilizzando stime ragionevoli per la larghezza della ionosfera di Trappist 1e, la sua conduttanza e l'entità del cambiamento del campo magnetico, i loro risultati mostrano che il flusso di energia termica Joule nell'atmosfera superiore del pianeta varierebbe da 0,01 a 100 W/m ² , una quantità significativa di riscaldamento che potrebbe essere maggiore di quella dovuta all'ultravioletto estremo e dall'1 al 10% del flusso di energia stellare sul pianeta.

Concludono che valori così intensi potrebbero provocare una forte fuga atmosferica e "potrebbero portare ad una rapida perdita dell'atmosfera". Ciò significa che gli astrobiologi e altri dovrebbero tenere in considerazione il riscaldamento Joule quando considerano l'abitabilità di un esopianeta.

"È probabile che entrambi i meccanismi operino insieme negli esopianeti vicini", ha detto Cohen. "Pertanto, il nostro lavoro (e la nostra conoscenza del sistema solare) potrebbe suggerire che gli esopianeti situati molto vicini alla stella siano probabilmente pianeti spogli, privi di atmosfera."

Cohen sottolinea che il loro lavoro ha un elemento politico, poiché molti team stanno indagando sulle atmosfere dei pianeti Trappist-1. Il James Webb Space Telescope (JWST) ha già iniziato a osservare le atmosfere planetarie di questo sistema (non trovandone nessuna), e ci sono piani per fare di più. "Questo potrebbe essere un po' uno spreco di risorse se non c'è un'atmosfera per studiare", ha detto Cohen.

Ulteriori informazioni: Ofer Cohen et al, Riscaldamento delle atmosfere degli esopianeti a orbita corta mediante il loro rapido movimento orbitale attraverso un ambiente spaziale estremo, The Astrophysical Journal (2024). DOI:10.3847/1538-4357/ad206a

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