Hol vannak a legjegesebb bolygók?

Kozmikus irónia: egy új eredmény szerint a hűvösebb csillagok körül keringő kőzetbolygók kevésbé jegesek, mint a forróbb csillagok körül keringő társaik.

Logikus gondolat, hogy a Földhöz hasonló, úgynevezett kőzetbolygók felszíni hőmérsékletét alapvetően a csillagukról érkező sugárzás mennyisége határozza meg. Amennyiben tehát minden más paraméter megegyezik, két bolygó közül annak kellene magasabb felszíni hőmérsékletűnek lennie, amelyik forróbb csillag körül kering. Egy, a Washingtoni Egyetem doktorandusza, Aomawa Shields vezette kutatás azonban meglepő fordulattal szolgált a témában. Az amerikai kutatók új klímamodelljei szerint egy hűvösebb csillag körül keringő bolygó nagy valószínűséggel lesz melegebb és kevésbé jéggel borított, mintha forróbb csillag körül keringene azonos távolságban.

A titok nyitja a csillagfénynek a bolygók felszínén lévő jéggel való kölcsönhatásában keresendő. A csillagok által kibocsátott fény intenzitásának hullámhossz szerinti eloszlásai – azaz spektrumai – különbözőek. A forróbb csillagok nagy mennyiségű energiát bocsátanak ki a látható és az ultraibolya tartományban, míg a hűvösebb, vörös csillagok sugárzásának jelentős része esik a közeli infravörös tartományba. Míg – ahogyan azt a hétköznapi életben is tapasztaljuk – a hó és jég nagy mértékben visszaveri a Napból érkező látható fényt, addig a hosszabb hullámhosszú, infravörös sugárzás nagy részét elnyeli.

A hűvösebb, vörös törpecsillagok körül keringő planéták esetében tehát minél nagyobb részét nyeli el a felszíni jégréteg a beeső sugárzásnak, annál melegebb lesz a bolygó felszíne. Ezzel szemben a forróbb (F típusú) csillagok bolygói esetében ellentétes folyamat játszódik le: a beérkező látható és utraibolya fény minél nagyobb része verődik vissza ugyanis a bolygón lévő jégről és hóról, a felszíni hőmérséklet annál jobban csökkenni fog. Ez a jégalbedó-visszacsatolás annyira hatékony lehet, hogy e csillagok bolygói közül több is beléphet az úgynevezett hógolyó-állapotba, azaz a felszínük teljesen befagyhat. Ez az állapot azonban nem feltétlenül végleges, valószínűleg maga a Föld is több ilyen korszakot élt át a keletkezése óta eltelt 4,6 milliárd év során. A kutatók vizsgálatai szerint a vörös törpecsillagok bolygói esetében ugyanakkor jóval kevésbé valószínű a felszín ilyen mértékű jegesedése.

Shields és szerzőtársai azt is megállapították, hogy a csillagtól nagyobb távolságban a beeső sugárzás és a bolygófelszíni jégréteg kölcsönhatása egyre kevésbé jelentős. Az úgynevezett lakhatósági zóna – ahol a csillagtól való távolság alapján a bolygók felszínén feltételezhető folyékony víz jelenléte – külső határán a kőzetbolygóknak a modellek szerint jó eséllyel van egy vastag, szén-dioxidból vagy más üvegházhatású gázból álló légköre, amely nagy mennyiségű közeli infravörös sugárzást nyel el, csökkentve ezzel a felszíni jég okozta felmelegedés mértékét.

Az eredményeknek nem csak az exobolygó-kutatásban, hanem az asztrobiológiában és a Föld múltjának jobb megismerésében is fontos szerepe lehet. Az új eredmények elsőre azt sugallhatják, hogy a földön kívüli élet keresése szempontjából a forróbb csillagok körül keringő, hógolyó-állapotban lévő bolygók nem ideális jelöltek, Shields és munkatársai azonban felhívják a figyelmet arra, hogy ez csak átmeneti állapot a planéták életében. Jó példa erre a saját bolygónk, amely egy-egy feltételezett teljes befagyás idején valószínűleg nem igazán tűnhetett életre alkalmas helynek egy külső szemlélő számára, ráadásul a jelenlegi elképzelések szerint a Föld utolsó, teljes eljegesedése éppen a többsejtű életformák robbanásszerű elterjedéséhez közeli időszakra eshetett.