Το φεγγάρι, δηλαδή ο φυσικός δορυφόρος της Γης είναι ζωτικής σημασίας για την εύρυθμη λειτουργία του πλανήτη μας Το φεγγάρι ελέγχει τη διάρκεια της ημέρας και τις παλίρροιες των ωκεανών, που επηρεάζουν τους βιολογικούς κύκλους των μορφών ζωής στον πλανήτη μας. Το φεγγάρι συμβάλλει επίσης στο κλίμα της Γης σταθεροποιώντας τον άξονα περιστροφής της Γης, προσφέροντας ένα ιδανικό περιβάλλον για την ανάπτυξη και την εξέλιξη της ζωής.
Επειδή το φεγγάρι είναι τόσο σημαντικό για τη ζωή στη Γη, οι επιστήμονες εικάζουν ότι ένας φυσικός δορυφόρος μπορεί να είναι ένα δυνητικά ευεργετικό χαρακτηριστικό στο να φιλοξενεί ζωή σε άλλους πλανήτες. Οι περισσότεροι πλανήτες διαθέτουν φυσικούς δορυφόρους, αλλά το φεγγάρι της Γης είναι ξεχωριστό, διότι είναι μεγάλο, αν αναλογιστούμε το μέγεθος της Γης. Η ακτίνα της σελήνης είναι μεγαλύτερη από το ένα τέταρτο της ακτίνας της Γης, μια αναλογία πολύ μεγαλύτερη από περισσότερους δορυφόρους προς τους άλλους πλανήτες τους.
Η Miki Nakajima, επίκουρος καθηγητής επιστημών της Γης και του Περιβάλλοντος στο Πανεπιστήμιο του Ρότσεστερ, εντόπισε αυτήν την σημαντική ιδιομορφία. Και σε μια νέα μελέτη της οποίας ηγήθηκε, που δημοσιεύτηκε στο Nature Communications, αυτή και οι συνάδελφοι της στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας του Τόκιο και στο Πανεπιστήμιο της Αριζόνα των ΗΠΑ εξέτασαν σχηματισμούς φυσικών δορυφόρων και κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι μόνο ορισμένοι τύποι πλανητών μπορούν να σχηματίσουν φεγγάρια που είναι μεγάλα σε σχέση με τους πλανήτες τους.
«Κατανοώντας το σχηματισμό της σελήνης, έχουμε έναν καλύτερο περιορισμό στο τι πρέπει να αναζητήσουμε όταν αναζητούμε πλανήτες που μοιάζουν με τη Γη», λέει η Nakajima. “Αναμένουμε ότι τα εξωφεγγάρια [φεγγάρια σε τροχιά γύρω από πλανήτες έξω από το ηλιακό μας σύστημα] θα πρέπει να υπάρχουν σε αφθονία, αλλά μέχρι στιγμής δεν έχουμε επιβεβαιώσει κανένα υπαρκτό . Εν τούτοις, αυτοί οι περιορισμοί μας θα είναι χρήσιμοι για μελλοντικές παρατηρήσεις.”
Η προέλευση του φεγγαριού της Γης
Πολλοί επιστήμονες πίστευαν ιστορικά ότι το φεγγάρι της Γης δημιουργήθηκε από μια σύγκρουση μεταξύ της πρωτο-Γης -δηλαδή της Γης στα πρώτα στάδια ανάπτυξής της- και ενός μεγάλου περιφερόμενου αντικειμένου μεγέθους Άρη, περίπου πριν από 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια. Η σύγκρουση είχε ως αποτέλεσμα το σχηματισμό ενός μερικώς εξατμισμένου αερίου δίσκου γύρω από τη Γη, ο οποίος τελικά σχηματίστηκε σε φεγγάρι.
Προκειμένου να μάθουν εάν άλλοι πλανήτες μπορούν να σχηματίσουν παρόμοια μεγάλα φεγγάρια, η Nakajima και οι συνεργάτες της πραγματοποίησαν προσομοιώσεις κρούσης στον υπολογιστή μέσω μοντελοποίησης, με έναν αριθμό υποθετικών βραχωδών πλανητών που μοιάζουν με τη Γη και γενικότερα παγωμένοι πλανήτες ποικίλης μάζας. Ήλπιζαν να προσδιορίσουν εάν οι προσομοιωμένες κρούσεις θα οδηγούσαν σε μερικώς εξατμισμένους δίσκους, όπως ο δίσκος που σχημάτισε το φεγγάρι της Γης.
Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι βραχώδεις πλανήτες μεγαλύτεροι από έξι φορές τη μάζα της Γης (6M) και παγωμένοι πλανήτες μεγαλύτεροι από μία γήινη μάζα (1M) παράγουν πλήρως -και όχι μερικώς- εξατμισμένους δίσκους και αυτοί οι πλήρως εξατμισμένοι δίσκοι δεν είναι ικανοί να σχηματιστούν πρακτικά μεγάλους φυσικούς δορυφόρους.
«Διαπιστώσαμε ότι εάν ο πλανήτης είναι πολύ τεράστιος, αυτές οι κρούσεις παράγουν αέριους δίσκους σε μορφή ατμού, επειδή οι κρούσεις μεταξύ μεγάλων πλανητών είναι γενικά πιο ενεργητικές από αυτές μεταξύ μικρών πλανητών», λέει η Nakajima.
Μετά από μια πρόσκρουση που έχει ως αποτέλεσμα έναν εξατμισμένο δίσκο, με την πάροδο του χρόνου, αυτός ο δίσκος ψύχεται και αναδύονται υγρά φεγγαράκια -τα δομικά στοιχεία ενός φεγγαριού. Σε έναν πλήρως εξατμισμένο δίσκο, τα αναπτυσσόμενα φεγγάρια στο δίσκο βιώνουν ισχυρή έλξη αερίου από τους ατμούς, πέφτοντας στον πλανήτη πολύ γρήγορα. Αντίθετα, εάν ο δίσκος έχει εξατμιστεί μόνο μερικώς, οι μικροί φυσικοί δορυφόροι δεν βιώνουν τόσο ισχυρή οπισθέλκουσα έλξη του αερίου.
«Ως αποτέλεσμα, συμπεραίνουμε ότι ένας δίσκος σε μορφή ατμού δεν είναι ικανός να σχηματίσει μεγάλα φεγγάρια», λέει ο Nakajima. «Οι πλανητικές μάζες πρέπει να είναι μικρότερες από εκείνα που εντοπίσαμε έως τώρα για να δημιουργηθούν τέτοια φεγγάρια».
Η αναζήτηση πλανητών που μοιάζουν με τη Γη
Οι περιορισμοί που περιγράφονται από την Nakajima και τους συναδέλφους της είναι σημαντικοί για τους αστρονόμους που ερευνούν το σύμπαν μας. Οι ερευνητές έχουν εντοπίσει χιλιάδες εξωπλανήτες και πιθανά εξωφεγγάρια, αλλά δεν έχουν ακόμη εντοπίσει οριστικά ένα φεγγάρι σε τροχιά γύρω από έναν πλανήτη έξω από το ηλιακό μας σύστημα.
Αυτή η έρευνα μπορεί να τους δώσει μια καλύτερη ιδέα για το που να κοιτάξουν
Όπως λέει η Nakajima, “Η αναζήτηση εξωπλανητών έχει συνήθως επικεντρωθεί σε πλανήτες μεγαλύτερους από έξι γήινες μάζες. Προτείνουμε να δούμε αντ ‘αυτού τους μικρότερους πλανήτες γιατί είναι πιθανώς καλύτεροι υποψήφιοι για να φιλοξενήσουν μεγάλα φεγγάρια.”
Ποια στοιχεία καθιστούν ότι ένας πλανήτης είναι τελικά πλανήτης
Η απάντηση αποδεικνύεται μάλλον αμφιλεγόμενη. Ο επίσημος ορισμός του πλανήτη, όπως ορίζεται από τη Διεθνή Αστρονομική Ένωση (IAU) είναι ότι ένας πλανήτης πρέπει να πληροί τρεις προϋποθέσεις:
- Πρέπει να περιστρέφεται γύρω από τον ήλιο.
- Πρέπει να βρίσκεται σε υδροστατική ισορροπία.
- Πρέπει να έχει καθορισμένη την τροχιακή πορεία στην γειτονιά που κινείται.
Σύμφωνα με αυτόν τον ορισμό, υπάρχουν μόνο οκτώ πλανήτες στο ηλιακό μας σύστημα, εκτός του Πλούτωνα. Αυτό έχει προκαλέσει κάθε είδους διαμάχη, ακόμη και μεταξύ των αστρονόμων. Έχουν προταθεί αρκετοί εναλλακτικοί ορισμοί, ωστόσο αρκετές νέες μελέτες υποστηρίζουν ότι θα πρέπει να αναζητήσουμε τη λύση στην ιστορία.
Τα εξωφεγγάρια μπορεί να είναι το σπίτι της εξωγήινης ζωής
Τα φεγγάρια που βρίσκονται σε τροχιά γύρω από πλανήτες έξω από το ηλιακό μας σύστημα θα μπορούσαν να προσφέρουν μια άλλη ένδειξη για το που μπορεί να υπάρχει εξωγήινη ζωή, σύμφωνα με έναν αστροφυσικό στο Πανεπιστήμιο του Λίνκολν.
Οι εξωπλανήτες είναι πλανήτες έξω από το ηλιακό μας σύστημα και μέχρι τώρα έχουν ανακαλυφθεί σχεδόν 4.000. Μόνο ένα μικρό ποσοστό από αυτά είναι πιθανό να είναι σε θέση να συντηρήσει τη ζωή, που είναι γνωστή ως κατοικήσιμη ζώνη. Αλλά ορισμένοι πλανήτες, ειδικά οι μεγάλοι γίγαντες αερίων, μπορεί να φιλοξενούν φεγγάρια που περιέχουν νερό σε υγρή μορφή.
Ο Δρ Σάτον είπε: «Αυτά τα φεγγάρια μπορούν να θερμανθούν εσωτερικά από τη βαρυτική έλξη του πλανήτη στον οποίο περιφέρονται, γεγονός που μπορεί να τους οδηγήσει στο να έχουν υγρό νερό, ακόμη και αν βρίσκονται αρκετά μακριά από την τυπική στενή κατοικήσιμη ζώνη που αυτή τη στιγμή προσπαθούμε να βρούμε πλανήτες που μοιάζουν με τη Γη. Πιστεύω ότι αν μπορούμε να τους βρούμε, τότε αυτοί οι φυσικοί δορυφόροι θα μας προσφέρουν μια πιο πολλά υποσχόμενο πεδίο πληροφόρησης για την εύρεση εξωγήινης ζωής .”
Αυτό το ενδιαφέρον ενέπνευσε την έρευνα του Δρ. Σάτον, η οποία εξέτασε την πιθανότητα φεγγαριών να περιφέρονται γύρω από τον εξωπλανήτη J1407b, αναλύοντας εάν μπορεί να προκάλεσαν κενά στο σύστημα δακτυλίων του πλανήτη .
Λόγω του μεγέθους και της απόστασης τους από τη Γη, τα εξωφεγγάρια είναι πολύ δύσκολο να ανιχνευθούν. Οι επιστήμονες πρέπει να τα εντοπίσουν αναζητώντας την επίδραση που έχουν σε αντικείμενα γύρω τους, όπως πλανητικούς δακτυλίους.
Ο Δρ Σάτον έτρεξε προσομοιώσεις υπολογιστή για να μοντελοποιήσει τους δακτυλίους γύρω από το J1407b, οι οποίοι είναι 200 φορές μεγαλύτεροι από αυτούς γύρω από τον Κρόνο. Οι δυνάμεις βαρύτητας μεταξύ όλων των σωματιδίων υπολογίστηκαν και χρησιμοποιήθηκαν για την ενημέρωση των θέσεων, ταχυτήτων και επιταχύνσεων στα υπολογιστικά μοντέλα του πλανήτη και του συστήματος δακτυλίων του. Στη συνέχεια πρόσθεσε ένα φεγγάρι που περιφερόταν σε διάφορες αναλογίες έξω από τους δακτυλίους για να ελέγξει εάν αυτό προκάλεσε το σχηματισμό χάσματος εκεί που αναμενόταν για πάνω από 100 περιόδων τροχιάς.
Τα ευρήματα αποκάλυψαν ότι ενώ το φεγγάρι σε τροχιά είχε επίδραση στη διασπορά των σωματιδίων κατά μήκος της άκρης του δακτυλίου, τα αναμενόμενα κενά στη δομή του δακτυλίου ήταν απίθανο να προκληθούν από τις βαρυτικές δυνάμεις ενός αόρατου φεγγαριού που περιφέρεται έξω από τους δακτυλίους.
