Ucieczka hydrodynamiczna – jak lekkie egzoplanety tracą swoją atmosferę
Astronomowie zbadali gwałtowne procesy utraty atmosfery przez egzoplanety o niskiej masie, jest to proces znany jako ucieczka hydrodynamiczna (hydrodynamic escape).
Nowe badanie opublikowane w Nature Astronomy i przeprowadzone przez naukowców z Obserwatoria Yunnan Chińskiej Akademii Nauk, pod kierownictwem Guo Jianhenga, ujawniło różne mechanizmy napędowe wpływające na to, że może zajść ucieczka hydrodynamiczna, oraz opracowali nową metodę klasyfikacji egzoplanet w celu zrozumienia tych procesów.
Atmosfera egzoplanet (globy znajdujące się poza Układem Słonecznym) może ją opuścić i dostać się w przestrzeń kosmiczną z różnych powodów. Jednym z nich, zdaniem astronomów, jest ucieczka hydrodynamiczna, która zachodzi, gdy cała górna atmosfera planety jako całości, opuszcza ją. Proces ten jest znacznie bardziej intensywny niż ucieczka samych cząstek obserwowana na planetach w naszym najbliższym sąsiedztwie.
Jak tłumaczą badacze ucieczka Hydrodynamiczna atmosfery mogła mieć miejsce na wczesnych etapach powstawania planet Układu Słonecznego. Gdyby Ziemia straciła wówczas całą swoją atmosferę w wyniku tego procesu, mogłaby stać się tak opustoszała jak Mars. Obecnie taka intensywna utrata atmosfery nie ma już miejsca na planetach takich jak Ziemia. Jednak teleskopy kosmiczne i naziemne zaobserwowały, że ucieczka hydrodynamiczna nadal występuje na niektórych egzoplanetach, które znajdują się bardzo blisko swoich gwiazd macierzystych. Proces ten nie tylko zmienia masę planety, ale także wpływa na jej klimat i możliwość zamieszkania.
W czasie najnowszego naukowcy odkryli, że ucieczka hydrodynamiczna atmosfery egzoplanet o niskiej masie może być napędzana wyłącznie przez energię wewnętrzną planety, siły pływowe gwiazdy lub ogrzewanie przez ekstremalne promieniowanie ultrafioletowe gwiazdy, lub przez kumulację tych czynników.
Wcześniej badacze polegali na złożonych modelach, aby dowiedzieć się, który mechanizm fizyczny napędzał ucieczkę atmosfery z planety, a wnioski były często niejasne. Astronomowie zaproponowali, że samo wykorzystanie podstawowych parametrów fizycznych gwiazdy i planety, takich jak masa, promień i odległość orbitalna, może sklasyfikować mechanizmy ucieczki hydrodynamicznej z planet o niskiej masie.
W przypadku lekkich planet o dużym promieniu, wystarczająca energia wewnętrzna lub wysoka temperatura mogą napędzać ucieczkę atmosferyczną. Jak wskazują naukowcy, badanie wykazało, że zastosowanie klasycznego parametru Jeansa, czyli stosunku energii wewnętrznej planety do energii potencjalnej, może określić, czy ucieczka może mieć miejsce.
W przypadku planet, na których energia wewnętrzna nie może napędzać ucieczki atmosferycznej, astronomowie zdefiniowali ulepszony parametr Jeansa, wprowadzając siły pływowe pochodzące od gwiazd. Dzięki dodaniu nowego wpływu, mogli łatwiej i dokładniej rozróżnić rolę sił pływowych gwiazdy i ekstremalnego promieniowania ultrafioletowego w napędzaniu ucieczki atmosferycznej.
Badanie ujawniło również, że planety o wysokim potencjale grawitacyjnym i niskim promieniowaniu gwiezdnym są bardziej narażone na powolną ucieczkę hydrodynamiczną ucieczkę atmosfery. Wyjaśnia to w jaki sposób atmosfera planety ewoluuje w czasie, co jest ważne do zbadania ewolucji i pochodzenia planet o niskiej masie i może pomóc astronomom w lepszym zrozumieniu możliwości zamieszkania tych odległych światów.
Emil Gołoś
