בריחה מאטמוספירות: פתירת התעלומות ההידרודינמיות של כוכבי לכת אקסופלנטים

מחקר חדש משפר את ההבנה של בריחה אטמוספרית בכוכבי לכת חיצוניים, תוך התמקדות בסיווג ובהשפעות על יכולת המגורים.

מחקר חדש מגביר את ההבנה שלנו לגבי תהליכי הבריחה האטמוספריים האלימים של כוכבי לכת אקסופלנטים בעלי מסה נמוכה, במיוחד תהליך המכונה בריחה הידרודינמית. הוא חושף מנגנונים שונים המניעים בריחה הידרודינמית ומציע שיטת סיווג חדשה להבנת תהליכי בריחה אלו. המחקר פורסם ב-9 במאי ב אסטרונומיה של הטבע ובניצוחו של ד"ר Jianheng Guo ממצפה הכוכבים של יונאן של האקדמיה הסינית למדעים.

בריחה הידרודינמית בכוכבי לכת

כוכבי לכת אקסו-פלנטים, כלומר כוכבי לכת מחוץ למערכת השמש שלנו, הם נושא פופולרי במחקר האסטרונומי. האטמוספירה של כוכבי הלכת הללו יכולה לעזוב את כדור הארץ ולהיכנס לחלל מסיבות שונות. סיבה אחת כזו היא בריחה הידרודינמית, המתייחסת לאטמוספירה העליונה שעוזבת את כדור הארץ בכללותו. תהליך זה אינטנסיבי הרבה יותר מתהליך בריחת החלקיקים שנחזה בכוכבי הלכת של מערכת השמש שלנו.

מדענים משערים כי בריחה אטמוספרית הידרודינמית התרחשה בשלבים המוקדמים של כמה מכוכבי הלכת של מערכת השמש שלנו, כגון וֵנוּס וכדור הארץ. אם כדור הארץ היה מאבד את כל האטמוספירה שלו בתהליך הזה, הוא עשוי היה להיות שומם כמו מַאְדִים. עם זאת, הבריחה האינטנסיבית הזו כבר לא מתרחשת על כוכבי לכת כמו כדור הארץ.

לעומת זאת, טלסקופי חלל וקרקע הבחינו כי בריחה הידרודינמית עדיין מתרחשת על כמה כוכבי לכת חיצוניים הקרובים מאוד לכוכבים המארחים שלהם. תהליך זה לא רק משנה את המסה של כוכב הלכת אלא גם משפיע על האקלים ויכולת המגורים של כדור הארץ.

מנגנונים של בריחה אטמוספרית

במחקר זה, ד"ר גואו מצא שהבריחה האטמוספרית ההידרודינמית מכוכבי לכת אקסופלנטים בעלי מסה נמוכה עשירה במימן יכולה להיות מונעת רק או במשותף על ידי האנרגיה הפנימית של כוכב הלכת, העבודה שנעשתה על ידי כוחות הגאות והשפל של הכוכב, או חימום על ידי האולטרה סגול הקיצוני של הכוכב. קְרִינָה.

לפני מחקר זה, החוקרים נאלצו להסתמך על מודלים מורכבים כדי להבין איזה מנגנון פיזיקלי הניע בריחה הידרודינמית על כוכב לכת, ולעתים קרובות המסקנות היו מעורפלות. מחקר זה מציע שהפרמטרים הפיזיקליים הבסיסיים של הכוכב והכוכב – כגון מסה, רדיוס ומרחק מסלול – מספיקים לסיווג מנגנוני הבריחה ההידרודינמית מכוכבי לכת בעלי מסה נמוכה.

תובנות חדשות על דינמיקת בריחה אטמוספרית

בכוכבי לכת עם מסה נמוכה ורדיוס גדול, אנרגיה פנימית מספקת או טמפרטורה גבוהה יכולים להניע בריחה אטמוספרית. מחקר זה מראה ששימוש בפרמטר הג'ינס הקלאסי – יחס בין האנרגיה הפנימית של כדור הארץ לאנרגיה פוטנציאלית – יכול לקבוע אם הבריחה הנ"ל מתרחשת.

עבור כוכבי לכת שבהם אנרגיה פנימית אינה יכולה להניע בריחה אטמוספרית, ד"ר גואו הגדיר פרמטר משודרג של ג'ינס על ידי החדרת כוחות גאות ושפל מכוכבים. עם פרמטר הג'ינס המשודרג, ניתן להבחין בקלות ובדייקנות בין תפקידי כוחות הגאות והשפל של הכוכב וקרינה אולטרה סגולה קיצונית בהנעת בריחה אטמוספרית.

מסקנה והשלכות

בנוסף, מחקר זה מגלה שכוכבי לכת עם פוטנציאל כבידה גבוה וקרינת כוכבים נמוכה נוטים יותר לחוות בריחה הידרודינמית איטית באטמוספירה; אחרת, כוכב הלכת יעבור בעיקר בריחה הידרודינמית מהירה.

מחקר זה עוזר למדענים להבין כיצד האטמוספירה של כוכב לכת מתפתחת לאורך זמן, דבר שחשוב לחקור את האבולוציה והמקור של כוכבי לכת בעלי מסה נמוכה. בדרך זו, נוכל להבין טוב יותר את יכולת המגורים וההיסטוריה האבולוציונית של העולמות הרחוקים הללו.