Doğal uyduların yaşanabilirliği - Habitability of natural satellites
Doğal uyduların habitability potansiyelinin bir ölçüsüdür doğal uyduları ortamları olması misafirperver için hayatı . Yaşanabilir ortamlar mutlaka yaşam barındırmaz. Doğal uydu yaşanabilirliği, çeşitli nedenlerle astrobiyoloji için önemli kabul edilen, gelişmekte olan bir alandır; en başta, doğal uyduların gezegenlerden çok daha fazla olduğu tahmin ediliyor ve yaşanabilirlik faktörlerinin muhtemelen gezegenlerinkine benzer olduğu varsayılıyor . Bununla birlikte, dünya dışı yaşam için potansiyel alanlar olarak aylar üzerinde etkisi olan önemli çevresel farklılıklar vardır .
Doğal uydu yaşanabilirliği için en güçlü adaylar şu anda sırasıyla Jüpiter ve Satürn - Europa ve Enceladus gibi buzlu uydulardır , ancak her iki yerde de yaşam varsa, muhtemelen yeraltı habitatlarıyla sınırlı olacaktır. Tarihsel olarak, Dünya'daki yaşamın kesinlikle bir yüzey fenomeni olduğu düşünülüyordu, ancak son araştırmalar, Dünya'nın biyokütlesinin yarısının yüzeyin altında yaşayabileceğini göstermiştir. Europa ve Enceladus , Güneş Sistemi'ndeki yaşamın sınırlarını tarihsel olarak suyun yüzeyde sıvı olarak bulunabileceği bölge olarak tanımlayan , çevresel yaşanabilir bölgenin dışında bulunur . Güneş Sistemi'nin yaşanabilir bölgesinde, yalnızca üç doğal uydu vardır: Ay ve Mars'ın uyduları Phobos ve Deimos (bazı tahminler Mars'ın ve uydularının yaşanabilir bölgenin biraz dışında olduğunu gösterse de) - hiçbiri bir atmosfere veya suya sahip değildir. sıvı form. Gelgit kuvvetlerinin , doğal uyduların potansiyel yaşanabilirliğinde yıldız radyasyonu kadar ısı sağlamada önemli bir rol oynaması muhtemeldir .
Exomoons'un varlığı henüz doğrulanmadı. Bunları tespit etmek son derece zordur, çünkü mevcut yöntemler geçiş zamanlaması ile sınırlıdır. Bazı niteliklerinin, geçiş yapan gezegenlerinkine benzer yöntemlerle belirlenebilmesi mümkündür. Buna rağmen, bazı bilim adamları, yaşanabilir dış gezegenler kadar yaşanabilir dış ay olduğunu tahmin ediyor. 10.000'lik genel gezegen-uydu kütle oranı göz önüne alındığında, yaşanabilir bölgedeki büyük Satürn veya Jüpiter boyutlu gaz gezegenlerin, Dünya benzeri uyduları barındırmak için en iyi adaylar olduğu düşünülmektedir.
varsayılan koşullar
Doğal uydular için yaşanabilirlik koşulları, gezegenlerin yaşanabilirliğine benzer . Bununla birlikte, doğal uydunun yaşanabilirliğini farklılaştıran ve ek olarak bunların yaşanabilirliğini gezegenin yaşanabilir bölgesinin dışına çıkaran birkaç faktör vardır.
Sıvı su
Sıvı suyun çoğu astrobiyolog tarafından dünya dışı yaşam için önemli bir ön koşul olduğu düşünülmektedir. Gaz devleri Jüpiter , Satürn , Uranüs ve Neptün'ün yörüngesinde Güneş Sistemi'ndeki birkaç uyduda yer altı sıvı su olduğuna dair artan kanıtlar var . Bununla birlikte, bu yeraltı su kütlelerinin hiçbiri bugüne kadar doğrulanmadı.
yörünge kararlılığı
Kararlı bir yörünge için, ayın birincil yörüngesi etrafındaki P s yörünge periyodu ile yıldızı etrafındaki birincil yörünge periyodu arasındaki oran P p < 1 ⁄ 9 olmalıdır , örneğin bir gezegen yıldızının yörüngesinde dolaşmak için 90 gün sürüyorsa, maksimum kararlı yörünge o gezegenin bir uydusu 10 günden az. Simülasyonlar, yörünge periyodu yaklaşık 45 ila 60 günden az olan bir ayın, Güneş benzeri bir yıldızdan 1 AU yörüngede dönen devasa dev bir gezegene veya kahverengi cüceye güvenli bir şekilde bağlı kalacağını gösteriyor .
Atmosfer
Bir atmosfer, astrobiyologlar tarafından prebiyotik kimyanın geliştirilmesinde , yaşamın sürdürülmesinde ve yüzey suyunun var olmasında önemli olarak kabul edilir . Güneş Sistemindeki çoğu doğal uydu, önemli atmosferlerden yoksundur, tek istisna Satürn'ün ayı Titan'dır .
Hedefin enerjik parçacıklar tarafından bombardımanı nedeniyle katı bir hedef malzemeden atomların püskürtülmesi işlemi olan püskürtme , doğal uydular için önemli bir sorun teşkil etmektedir. Güneş Sistemi'ndeki tüm gaz devleri ve muhtemelen diğer yıldızların yörüngesinde dönenler , sadece birkaç yüz milyon yıl içinde Dünya benzeri bir ayın atmosferini tamamen aşındıracak kadar güçlü radyasyon kuşaklarına sahip manyetosferlere sahiptir. Güçlü yıldız rüzgarları ayrıca gaz atomlarını atmosferin tepesinden kopararak uzayda kaybolmalarına neden olabilir.
Yaklaşık 4,6 milyar yıl boyunca (Dünya'nın şu anki yaşı) Dünya benzeri bir atmosferi desteklemek için, Mars benzeri yoğunluğa sahip bir ayın Dünya kütlesinin en az %7'sine ihtiyaç duyduğu tahmin edilmektedir. Püskürtme kaynaklı kaybı azaltmanın bir yolu, ayın yıldız rüzgarını ve radyasyon kuşaklarını saptırabilecek güçlü bir manyetik alana sahip olmasıdır . NASA'nın Galileo'nun ölçümleri, büyük uyduların manyetik alanlara sahip olabileceğini gösteriyor; Ganymede'nin kütlesi Dünya'nın sadece %2,5'i olmasına rağmen kendi manyetosferine sahip olduğunu buldu . Alternatif olarak, bazı bilim adamlarının Titan'da olduğu gibi düşündüğü gibi, ayın atmosferi sürekli olarak yeraltı kaynaklarından gelen gazlarla doldurulabilir.
gelgit etkileri
Gelgit ivmesinin gezegenler üzerindeki etkileri nispeten mütevazı olsa da, doğal uydular için önemli bir enerji kaynağı ve yaşamı sürdürmek için alternatif bir enerji kaynağı olabilir.
Gaz devlerinin ya da kahverengi cücelerin yörüngesinde dönen ayların gelgitsel olarak birincillerine kilitlenmesi muhtemeldir : yani, günleri yörüngeleri kadar uzundur. Gelgit kilitlenmesi, yıldız radyasyonunun dağılımına müdahale ederek yaşanabilir bölgelerdeki gezegenleri olumsuz etkileyebilirken, gelgit ısınmasına izin vererek uyduların yaşanabilirliği lehine çalışabilir . NASA bilim adamları Ames Araştırma Merkezi'nde de gelgit kilitli ötegezegenlerin üzerinde sıcaklık modellenmiş yerleşilebilir bölge içinde kırmızı cüce yıldızlı. Karbondioksit içeren bir atmosfer buldular ( CO
2) sadece 1–1,5 standart atmosferlik (15–22 psi) basınç, yalnızca yaşanabilir sıcaklıklara izin vermekle kalmaz, aynı zamanda uydunun karanlık tarafında sıvı suya da izin verir. Bir gaz devine gelgitle kilitlenmiş bir ayın sıcaklık aralığı, bir yıldıza kilitlenmiş bir gezegenden daha az aşırı olabilir. Konuyla ilgili herhangi bir çalışma yapılmamış olsa da, az miktarda CO2
2 Sıcaklığı yaşanabilir kılmak için tahmin ediliyor.
Gelgit etkileri ayrıca bir ayın levha tektoniğine devam etmesine izin verebilir , bu da ayın sıcaklığını düzenlemek için volkanik aktiviteye neden olur ve uyduya güçlü bir manyetik alan verecek bir jeodinamo etkisi yaratır .
Eksenel eğim ve iklim
Bir ayın diğer uydularla olan yerçekimi etkileşimi ihmal edilebilirse, uydular gezegenleriyle gelgitsel olarak kilitlenme eğilimindedir. Yukarıda bahsedilen dönme kilitlemesine ek olarak, bir gezegenin ev sahibi yıldızının etrafındaki yörüngesine karşı gezegen eğiminin gelgit erozyonu için icat edilmiş olan 'eğim erozyonu' olarak adlandırılan bir süreç de olacaktır. Bir ayın son dönüş durumu, gezegen etrafındaki yörünge periyoduna eşit bir dönme periyodu ve yörünge düzlemine dik olan bir dönme ekseninden oluşur.
Ay'ın kütlesi gezegene göre çok düşük değilse, gezegenin eksen eğikliğini , yani yıldızın etrafındaki yörüngeye karşı eğikliğini dengeleyebilir . Ay , Dünya'da, Dünya'nın eksenel eğiminin dengelenmesinde önemli bir rol oynamış, böylece diğer gezegenlerden gelen yerçekimi düzensizliklerinin etkisini azaltmış ve gezegen genelinde yalnızca ılımlı iklim değişikliklerinin sağlanmasını sağlamıştır. Açık Mars , ancak, nispeten düşük kütleli uyduları gelen önemli bir gel-git etkiler olmadan bir gezegen Phobos ve Deimos , eksenel eğim arasında zaman ölçeği üzerinde ° ila 40 ° 13 ila aşırı değişiklikler geçirebilen 5 için 10 milyon yıl .
Dev bir gezegene veya alt-kahverengi cüceye gelgit olarak kilitlenmek , Ay'ın yıldızın yaşanabilir bölgesinde kilitli bir dönüşle yörüngede dönen benzer büyüklükte bir gezegen olması durumunda olacağından daha ılıman iklimlere izin verir. Bu, özellikle , nispeten yüksek yerçekimi kuvvetlerinin ve düşük parlaklıkların, gelgit kilitlenmesinin meydana geleceği bir alanda yaşanabilir bölgeyi terk ettiği kırmızı cüce sistemleri için geçerlidir . Gelgitle kilitlenmişse, eksen etrafındaki bir dönüş, bir gezegene göre uzun zaman alabilir (örneğin, Dünya'nın ayının hafif eksen eğikliğini ve topografik gölgelemeyi göz ardı ederek, üzerindeki herhangi bir noktanın - Dünya zamanında - iki hafta güneş ışığı ve (Ay gününde iki hafta gece) ancak bu uzun aydınlık ve karanlık dönemleri, yaşanabilirlik açısından yıldızına gelgitle kilitlenmiş bir gezegendeki sonsuz günler ve sonsuz geceler kadar zorlayıcı değildir.
Güneş Sisteminde
Güneş Sistemi'ndeki yaşanabilir ortamlara ev sahipliği yapma olasılığı olan doğal uyduların ve ortamların listesi aşağıdadır:
| İsim | sistem | Madde | Notlar |
|---|---|---|---|
| Avrupa | Jüpiter | Avrupa'nın Kolonizasyonu | Jeolojik aktivite, gelgit ısıtması ve ışınlama ile korunan bir yeraltı okyanusuna sahip olduğu düşünülüyor. Ay, Dünya'dan daha fazla su ve oksijene ve bir oksijen ekzosferine sahip olabilir. |
| Enceladus | Satürn | Enceladus - potansiyel yaşanabilirlik | Gelgit ısınması veya jeotermal aktivite nedeniyle bir yeraltı sıvı su okyanusuna sahip olduğu düşünülüyor . Serbest moleküler hidrojen (H 2 ) tespit edildi ve yaşam için başka bir potansiyel enerji kaynağı sağladı. |
| titan | Satürn | Titan'ın Kolonizasyonu | Atmosferi, biraz daha kalın olmasına rağmen, erken Dünya'nınkine benzer olarak kabul edilir. Yüzey hidrokarbon gölleri, kriyovolkanlar ve metan yağmuru ve kar ile karakterizedir. Dünya gibi Titan da bir manyetosfer tarafından güneş rüzgarından korunur, bu durumda yörüngesinin çoğu için ana gezegeni olur, ancak ayın atmosferi ile etkileşimi karmaşık organik moleküllerin yaratılmasını kolaylaştırmak için yeterli kalır. Egzotik metan bazlı biyokimyanın uzak bir olasılığı var . |
| Kalisto | Jüpiter | Callisto – potansiyel yaşanabilirlik | Gelgit kuvvetleri tarafından ısıtılan bir yeraltı okyanusuna sahip olduğu düşünülüyor. |
| Ganymede | Jüpiter | Ganymede – Yeraltı okyanusları | Buz ve yeraltı okyanuslarının birkaç katman halinde yığıldığı, kayalık demir çekirdeğin üstünde ikinci bir katman olarak tuzlu su bulunan bir manyetik alana sahip olduğu düşünülüyor. |
| Io | Jüpiter | Jüpiter'e yakınlığı nedeniyle, onu Güneş Sistemi'ndeki volkanik olarak en aktif nesne yapan yoğun gelgit ısınmasına maruz kalır . Gaz giderme bir izleme atmosfer üretir. | |
| Triton | Neptün | Neptün'ün ekvatoruna göre yüksek yörünge eğimi, bir sıvı su tabakası veya bir yeraltı okyanusu olduğunu düşündüren önemli gelgit ısınmasına neden olur. | |
| Dion | Satürn | 2016'da toplanan veriler, muhtemelen mikrobiyal yaşam için uygun olan 100 kilometrelik kabuğun altında bir iç su okyanusu olduğunu gösteriyor. | |
| Charon | Plüton | Şüpheli kriyovolkanik aktiviteye bağlı olarak olası iç su ve amonyak okyanusu. |
güneş dışı
Toplam 9 exomoon adayı tespit edildi, ancak hiçbiri doğrulanmadı.
10.000'lik genel gezegen-uydu kütle oranı göz önüne alındığında, yaşanabilir bölgedeki Büyük Satürn veya Jüpiter boyutlu gaz gezegenlerinin 2018 yılına kadar 120'den fazla bu tür gezegene sahip Dünya benzeri uyduları barındırmak için en iyi adaylar olduğuna inanılıyor. Yaşanabilir bir bölgede yer aldığı bilinen ötegezegenler ( Gliese 876 b , 55 Cancri f , Upsilon Andromedae d , 47 Ursae Majoris b , HD 28185 b ve HD 37124 c gibi ), potansiyel olarak sıvı içeren doğal uydulara sahip olabilecekleri için özellikle ilgi çekicidir. yüzeyde su.
Güneş dışı ayların yaşanabilirliği, aylardaki yıldız ve gezegen aydınlatmasının yanı sıra tutulmaların yörünge ortalamalı yüzey aydınlatması üzerindeki etkisine bağlı olacaktır. Bunun ötesinde, gelgit ısıtması bir ayın yaşanabilirliği için bir rol oynayabilir. 2012'de bilim adamları, uyduların yaşanabilir yörüngelerini tanımlamak için bir kavram ortaya koydular; belirli bir gezegenin etrafında yaşanabilir bir ayın iç sınırını tanımlarlar ve buna gezegeni çevreleyen "yaşanabilir kenar" derler. Gezegenlerine yaşanabilir kenardan daha yakın olan aylar yaşanmaz. Bir uydunun yörünge kararlılığından kaynaklanan kısıtlamaların yanı sıra tutulmaların etkileri de varsayımsal uyduların kaçak sera sınırını modellemek için kullanıldığında, -bir ayın yörüngesel dışmerkezliğine bağlı olarak- yıldızlar için minimum yaklaşık 0,20 güneş kütlesi kütlesi olduğu tahmin edilmektedir. yıldızların yaşanabilir bölgesi içinde yaşanabilir uyduları barındırır. Ev sahibi gezegenin içsel manyetik alanı tarafından kritik bir şekilde tetiklenen dış ayların manyetik ortamı, dış ay yaşanabilirliğinin bir başka faktörü olarak tanımlanmıştır. En önemlisi, dev bir gezegenden yaklaşık 5 ila 20 gezegen yarıçapı arasındaki mesafelerde bulunan ayların, aydınlatma ve gelgit ısınması açısından yaşanabilir olabileceği, ancak yine de gezegen manyetosferinin yaşanabilirliklerini kritik bir şekilde etkileyeceği bulundu.
popüler kültürde
Yaşama ev sahipliği yapan doğal uydular bilimkurguda yaygındır. Filmdeki dikkate değer örnekler arasında şunlar yer alır: Ay'a Yolculuk (1903) filminde Dünya'nın ayı ; Yavin 4 den Star Wars (1977); Endor in Return of the Jedi (1983); LV-426, Alien (1979) ve Aliens (1986); Avatar'da Pandora (2009); LV-223, Prometheus'ta (2012); Europa in Europa Report (2013) ve Watchmen (TV dizisi) (2019); ve, Geceyarısı Gökyüzünde (2020) K23 .
Kerbal Space Program adlı video oyununda Laythe adında yaşanabilir bir uydu var. Ayrıca Kerbal Space Program 2'nin fragmanında da yer aldı .
Ayrıca bakınız
- toprak analogu
- Kepler-1625b I , olası exomoon ait ötegezegen Kepler-1625b