Saya bertanya-tanya .. apakah ada planet ekstrasurya yang dapat dihuni di sekitar Tau Ceti?

exoplanet space

Sudahkah Anda memeriksa Wikipedia , dan jika demikian, apakah ada sesuatu di sana yang tidak menjawab pertanyaan Anda?

— HDE 226868

Mungkinkah pertanyaan ini terinspirasi oleh penyebutan "Tau Cetian" dalam episode Star Trek: Discovery? :)

— V2Blast

Versi TLDR: mungkin tidak, dan klaim untuk kelayakhunian planet-planet dalam sistem ini berada di tanah yang goyah.

Versi panjang mengikuti.

Planet-planet

Begitu juga dengan Feng et al. (2017) , ada empat kandidat planet di sekitar Tau Ceti:

Tau Ceti g, massa minimum , sumbu $1.75^{+0.25}_{-0.40}\ M_\oplus$ $0.133^{+0.001}_{-0.002}\ \mathrm{AU}$
Tau Ceti h, massa minimum , sumbu $1.83^{+0.68}_{-0.26}\ M_\oplus$ $0.243^{+0.003}_{-0.003}\ \mathrm{AU}$
Tau Ceti e, massa minimum , sumbu $3.93^{+0.83}_{-0.64}\ M_\oplus$ $0.538^{+0.006}_{-0.006}\ \mathrm{AU}$
Tau Ceti f, massa minimum , sumbu $3.93^{+1.05}_{-1.37}\ M_\oplus$ $1.334^{+0.017}_{-0.044}\ \mathrm{AU}$

Perhatikan bahwa sebutan Tau Ceti b, c dan d merujuk pada kandidat planet yang tidak lagi dianggap ada. Bilah kesalahan merujuk pada persentil 1% dan 99%. adalah massa Bumi. $M_\oplus$

The Feng et al. (2017) kertas juga mencatat bahwa sistem secara dinamis dikemas, yang tidak pertanda baik bagi prospek planet tambahan antara kandidat planet yang dikenal (catatan bahwa mereka sosok 17 menunjukkan daerah mana planet-planet akan mengganggu satu sama lain , tidak daerah stabilitas untuk planet tambahan).

Zona layak huni

Kesimpulan dari makalah ini memberikan luminositas Tau Ceti 0,52 kali matahari dan suhu efektif 5344 K. Dengan menggunakan nilai-nilai ini, batas zona layak huni dapat dihitung dari Kopparapu et al. (2013) , yang mengasumsikan bahwa kondisi yang layak huni dipertahankan oleh siklus karbonat-silikat dengan karbon dioksida sebagai gas rumah kaca utama (non-kondensasi).

Batas batin

Venus Terkini: 0,551 AU
Rumah kaca yang kabur: 0.723 AU
Rumah kaca lembab: 0,729 AU

Batas rumah kaca yang lembab adalah batas dalam yang paling konservatif, itu terjadi ketika uap air yang cukup memasuki atmosfer bagian atas sehingga kehilangan air mulai terjadi dari planet ini. Di tata surya kita, Bumi terletak dekat dengan batas ini di bagian dalam zona layak huni paling konservatif.

Batas rumah kaca runaway terjadi di mana umpan balik positif dari uap air melampaui umpan balik negatif menstabilkan dari siklus silikat-karbonat, mendorong penguapan lebih lanjut dari lautan dan suhu yang lebih tinggi. Ini diperkirakan telah terjadi di Venus, meninggalkan planet dalam keadaan seperti sekarang ini.

Batas Venus baru-baru ini didasarkan pada kemungkinan bahwa Venus mungkin telah mempertahankan lautan selama beberapa miliar tahun. Ini tidak diketahui secara pasti karena pengetahuan kita tentang evolusi Venus agak tidak lengkap dan kondisi di permukaan planet tidak menguntungkan untuk mengarahkan penjelajah berkeliling menyelidiki geologi.

Dari sini kita melihat bahwa Tau Ceti e terletak dekat dengan batas Venus baru-baru ini dan lebih dekat ke bintang daripada batas rumah kaca yang melarikan diri. Ini menunjukkan bahwa setiap samudera yang mungkin pernah ada kemungkinan akan mendidih, meninggalkan planet dalam keadaan seperti Venus.

Planet g dan h terlalu dekat dengan bintang.

Batas luar

Rumah kaca maksimum: 1.279 AU
Mars Awal: 1.330 AU

Batas rumah kaca maksimum adalah jarak terjauh dari bintang dimana atmosfer karbon dioksida bebas awan dapat mendukung kondisi yang kompatibel dengan air cair. Selain itu, peningkatan hamburan mengarah ke peningkatan reflektifitas planet dan CO ₂ akan mulai mengembun, mengeluarkannya dari atmosfer dan menyebabkan pendinginan yang tak terkendali. Ini adalah batas zona layak huni luar yang paling konservatif. Perhatikan bahwa pada titik ini, planet ini membutuhkan beberapa batang CO ₂ yang membuatnya beracun bagi manusia.

Batas awal Mars didasarkan pada pengamatan bahwa Mars berhasil mempertahankan air permukaan (misalnya berbagai sungai, dan kemungkinan samudera utara) di tata surya awal ketika Matahari jauh lebih redup daripada sekarang. Tau Ceti f terletak tepat di batas ini.

Ekstensi ke zona layak huni

Tidak ada planet yang jatuh ke zona layak huni paling konservatif, dan Tau Ceti e dan f berada di batas perkiraan paling optimis untuk batas zona layak huni. Namun demikian ada opsi untuk memperpanjang zona layak huni.

Pada batas dalam, efek rumah kaca yang kabur dapat dihindari pada planet kering, di mana tidak ada cukup air untuk diuapkan untuk mendorong umpan balik positif, lihat Zsom et al. (2013) . Tidak jelas bagi saya bahwa planet seperti itu dapat digambarkan sebagai layak huni, karena planet seperti itu mungkin tidak memiliki sistem hidrotermal yang dapat bertindak sebagai situs untuk abiogenesis. Evolusi geologis mereka kemungkinan akan sangat berbeda dengan Bumi tanpa air untuk melumasi lempeng tektonik.

Kemungkinan lain adalah pada planet yang berotasi perlahan, di mana lapisan awan besar dapat menumpuk di sisi hari planet dan meningkatkan reflektivitas, seperti dicatat oleh Yang et al. (2014) . Di sisi lain, Scholz et al. (2018) telah mencatat bahwa tampaknya ada hubungan putaran massa universal yang meluas dari planet ke katai coklat. Ini meramalkan bahwa Bumi-super kemungkinan akan berputar terlalu cepat agar mekanisme ini tidak berfungsi kecuali mereka telah dipuntir oleh gelombang bintang atau bulan besar.

Pada batas luar, menambahkan gas rumah kaca tambahan seperti metana dapat bekerja untuk memperluas zona layak huni luar, lihat misalnya Ramirez & Kaltenegger (2018) . Ini telah disarankan sebagai mekanisme untuk memungkinkan air permukaan di Mars, yang akan menyarankan bahwa batas "Mars Awal" adalah titik data yang diamati dalam zona layak huni metana. Kemungkinan lain adalah bahwa atmosfer hidrogen yang padat dapat mempertahankan air cair, misalnya Pierrehumbert & Gaidos (2011) meskipun tekanan atmosfer seperti itu mungkin memiliki implikasi untuk geologi planet ini dan karenanya berpotensi untuk abiogenesis.

Planet-planet yang iklimnya distabilkan oleh sesuatu selain dari siklus silikat karbonat, atau memiliki komposisi atmosfer yang sangat berbeda akan memiliki batas zona layak huni yang berbeda (jika permukaan laut di bawah permukaan es dapat dihuni, mungkin ada prospek menarik untuk planet kerdil di sabuk serpihan luar). ), tapi ini sudah cukup spekulatif, selain ada kemungkinan keberatan lain terhadap kelayakhunian planet-planet ini ...

Massa planet

Keterbatasan metode kecepatan radial adalah bahwa hanya massa minimum yang dapat diturunkan. Dengan Tau Ceti, kita memiliki sarana yang memungkinkan untuk memperkirakan massa sebenarnya: bintang dikelilingi oleh cakram puing (ini kemungkinan akan memberikan sumber penabrak ke planet-planet, seberapa buruk situasinya tergantung pada berapa banyak bahan yang terganggu ke dalam sistem batin). Menggunakan pengamatan Herschel, Lawler et al. (2014) memberikan kecenderungan 35 ± 10 derajat. Dengan asumsi bahwa planet-planet terletak pada bidang yang sama dengan cakram, maka massa sebenarnya akan sekitar 1,74 kali lebih besar dari massa minimum.

Berdasarkan asumsi ini, massa sebenarnya dari planet e dan f keduanya muncul sekitar 6,85 massa Bumi. Mengambil batas 99% lebih rendah pada bar kesalahan massa minimum dan kemiringan orbit 45 ° sebagai taksiran yang rendah, ini akan menjadi 4,65 massa bumi untuk e dan 3,62 massa bumi untuk f.

Sifat planet-planet

Menurut Rogers (2014) , transisi antara planet berbatu dan mirip Neptunus adalah di suatu tempat di wilayah 1,4 hingga 1,6 jari-jari Bumi. Menggunakan hubungan massa-radius dari Zeng et al. (2016) dan fraksi massa inti mereka sebesar 0,26 untuk planet terestrial tipikal, batas radius ini sesuai dengan planet terestrial sekitar 3,3 hingga 5,4 massa Bumi.

Ini menunjukkan bahwa Tau Ceti e dan f lebih cenderung menjadi sub-Neptunus daripada planet berbatu, meskipun peringatannya adalah bahwa dalam kasus optimis mereka dapat memiliki massa di bawah transisi berbatu / mirip Neptunus, dan tampaknya memang ada beberapa kasus planet berbatu di atas transisi (sebagian besar di antaranya kemungkinan adalah inti yang menguap dari planet mirip Neptunus, yang tidak akan berlaku untuk Tau Ceti e dan f karena mereka memiliki tingkat radiasi bintang yang jauh lebih rendah).

Kesimpulan

Mengingat kondisi pengetahuan saat ini, Tau Ceti tidak terlihat seperti prospek yang baik untuk planet yang dapat dihuni. Tau Ceti e dan f agak marginal dalam hal lokasi mereka di dalam zona layak huni, dan massa mereka cukup tinggi sehingga ada kemungkinan besar bahwa mereka adalah sub-Neptunus daripada planet berbatu. Pengemasan dinamis dari sistem membuatnya tidak mungkin ada planet yang lebih kecil dan beriklim di zona layak huni di antara planet-planet yang dikenal.

— berlawanan arah
sumber

Sementara saya menyukai jawaban ini lebih dari yang sebelumnya, Anda tidak menunjukkan bahwa zona layak huni seperti yang digunakan oleh mereka dan sebagian besar penulis, adalah zona layak huni iklim Bumi. Ini hanya berlaku sebagai turunan untuk komposisi atmosfer khusus ini pada waktu tertentu ini. Kita bahkan tidak tahu bagaimana HZ Bumi awal akan terlihat, apalagi planet-planet dengan komposisi atmosfer yang berbeda / tidak diketahui.

— AtmosphericPrisonEscape

@AtmosphericPrisonEscape - sebenarnya bukan itu masalahnya, zona layak huni untuk atmosfer komposisi Bumi jauh lebih sempit dari perkiraan ini. Rumah kaca maksimum membutuhkan tingkat karbon dioksida yang jauh lebih tinggi di atmosfer daripada Bumi saat ini. Namun ia menganggap siklus silikat-karbonat dengan karbon dioksida sebagai gas rumah kaca yang tidak dapat ditahan, akan memperbarui jawaban untuk mencerminkan hal itu.

— antispinwards

Nah, itu pada dasarnya masih Bumi ditambah epsilon kecil, karena kita tidak memahami iklim planet planet terestrial dengan cukup baik untuk memprediksi perilaku mereka.