Hvordan NASAs Exoplanet Modeling Software simulerede betingelser på Jorden-Tvilling Proxima B

I sidste uge vågnede Jorden op til nyheden om, at den har en tvilling, der kredser om Proxima Centauri, en rød dværgstjerne og solens nærmeste nabo, kun 4,24 lysår væk. Proxima b, som denne tvillingeplanet kaldes, er lidt større end Jorden og kredser om sin stjerne hver 11. dag i en afstand, der kun er 1/20 af Jorden til solen.

Men da Proxima Centauri er meget mindre lysende end solen, ligger Proxima b godt inden for den såkaldte beboelige zone, hvor flydende vand kunne eksistere på overfladen. Det har ført til detaljerede spekulationer om, hvordan overfladen af ​​Proxima b kan se ud, og hvor sandsynligt det er, at disse forhold kan understøtte livet.

Men NASA har et softwaremodelleringsværktøj kaldet VPlanet, der modellerer forhold på exoplaneter baseret på, hvad der er kendt om dem, deres moderstjerne og processerne for planetarisk udvikling. VPlanet forudsiger derefter mulige forhold på overfladen og forudsiger, om planeten er beboelig eller ej.

I dag siger Rory Barnes og venner ved NASAs Astrobiology Institute, at de har ladet VPlanet knuse de indsamlede data om Proxima b. Dette har givet dem mulighed for at forudsige mulige forhold på Proxima b.

VPlanet begynder med at nedbryde problemet med at bestemme exoplanets beboelighed i ni separate opgaver, der hver udforsker et andet aspekt af planetarisk evolution. For eksempel ser en opgave på moderstjernens udvikling for at se, hvordan ændringer i lysstyrken for eksempel ville have påvirket planetens umiddelbare miljø. En anden ser på dette stjernesystems bevægelse gennem galaksen og leder efter tætte møder, der kunne have haft indflydelse.

Endnu et modul undersøger transporten af ​​varme fra planetens kerne til overfladen for at se, hvordan dette ville have påvirket temperaturen på overfladen. Og en anden simulerer den måde, hvorpå planetens atmosfære kunne være flygtet ud i rummet, og hvor meget der ville forblive på plads i dag. Og så videre.

Resultaterne af denne modelleringsproces giver interessant læsning. En måde at lave forudsigelser, der involverer komplekse situationer, er at køre en simulering mange gange for at se, om de normalt ender det samme sted. VPlanet bruger denne teknik til at modellere indflydelsen af ​​forbipasserende stjerner på kredsløbet om Proxima b ved tilfældigt at vælge rimelige kredsløbsparametre for 10.000 forskellige simuleringer. I hvert tilfælde stoppede holdet simuleringen, da Proxima b's kredsløb blev ustabil.

Dette skete i omkring 15 procent af forsøgene. Det er vigtigt, fordi disse former for ustabilitet ville have en enorm indflydelse på en planets beboelighed.

VPlanet konkluderede også, at hvis Proxima b blev dannet i dens nuværende afstand fra sin stjerne, skal den være tidevandslåst. Med andre ord præsenterer den det samme ansigt til sin stjerne kontinuerligt, ligesom månen gør til Jorden. Det ville gøre den ene side af planeten kogende varm, mens den anden er frysende kold. Det ville være uegnet til livet.

Der er dog en advarsel. Hvis planetens atmosfære er tyk nok til at transportere varme effektivt rundt om planeten, ville temperaturen være meget mere behagelig, og Proxima b kunne stadig være beboelig, mens den er tidevandslåst.

Naturligvis kan planeten have migreret til sin nuværende afstand fra et andet sted, i hvilket tilfælde den ikke ville være tidevandslåst.

Tilstanden i Proxima b's atmosfære er en anden afgørende bekymring. I denne henseende simulerer VPlanet mange potentielle scenarier ud fra antagelsen om, at planeten begyndte livet med en rigelig vandforsyning, flere gange mere end Jordens. Under disse forhold forudsiger VPlanet, at det meste af vandet nedbrydes, og at den resulterende brint slipper ud i rummet. Hvis Proxima b blev dannet med mindre end ti gange Jordens vandindhold og/eller havde et vedvarende konvektion, reducerende magmahav, er det sandsynligvis udtørret i dag, siger holdet.

Der er en anden mulighed - at Proxima b havde en brintkappe, der undslipper ud i rummet, mens vandet bevares på overfladen. I dette tilfælde ville Proxima b være beboelig i dag, selvom Barnes og co ikke er i stand til at sætte et tal på, hvor sandsynligt dette er.

Kort sagt foreslår VPlanet, at Proxima b i øjeblikket kunne eksistere i en lang række mulige tilstande, hvoraf nogle kunne understøtte livet, mens andre ikke ville. Barnes og co konkluderer, at Proxima b kunne være Venus-lignende, udtørret, varm og uegnet til livet; det kunne være Neptun-lignende, omgivet af et hylster af brint, der ville gøre overfladen for varm til at være beboelig.

VPlanet forudsiger også, at Proxima b kunne være så rig på ilt, at dette ville have forhindret udviklingen af ​​liv - ilt er selvfølgelig meget reaktivt og et kraftigt oxidationsmiddel.

Men den mest spændende forudsigelse er, at Proxima b er jordlignende med flydende vand og en atmosfære, der fremmer liv. I så fald, siger Barnes og co, ville det ligne en bleg lilla prik, når vi endelig observerer den.

Det er lidt overraskende i betragtning af, at dens moderstjerne er en rød dværg, men ikke så forskellig fra Jordens udseende som en lyseblå prik, hvis nogen på Proxima b skulle se denne vej.

Selvfølgelig, hvad astrobiologer har brug for nu, er flere data. Proxima b vil helt sikkert blive den mest undersøgte planet uden for vores solsystem. Den næste generation af rumteleskoper vil kaste noget tiltrængt lys over sagen. De data, de indsamler, vil hjælpe med at indskrænke rækken af ​​mulige evolutionære baner, som Proxima b kunne have taget.

Den øverste blandt disse observatorier er James Webb Space Telescope, der skal opsendes i 2018, og Wide Field Infrared Survey Telescope, der forventes at blive opsendt i midten af ​​2020'erne. Den næste generation af jordbaserede teleskoper, som bliver mere end 30 meter i diameter, burde også kunne skimte Jordens tvilling.

Disse instrumenter vil være i stand til at lave spektrografiske undersøgelser af Proxima b's atmosfære og lede efter antydninger af ilt, metan, kuldioxid og brint. Det kunne give et fingerpeg om, hvorvidt forholdene dér er befordrende for livet. En dag vil Jorden måske endda vågne op til nyheden om, at astronomer har opdaget havglimt - stjernelys, der reflekteres fra havvand, mens planeten roterer. Hvilket spændende øjeblik det ville være.

Ref: arxiv.org/abs/1608.06919 : Beboeligheden af ​​Proxima Centauri b I: Evolutionære scenarier; arxiv.org/abs/1608.08620 : Beboeligheden af ​​Proxima Centauri b II: Miljøtilstande og observationsdiskriminerende personer

skjule