In De kleine Prins , de klassieke novelle van Antoine de Saint-Exupéry, de titulaire prins woont op een asteroïde ter grootte van een huis, zo klein dat hij op elk moment van de dag de zonsondergang kan zien door zijn stoel een paar stappen te verplaatsen.

Natuurlijk, in het echte leven, hemellichamen die klein zijn, kunnen het leven niet ondersteunen omdat ze niet genoeg zwaartekracht hebben om een ​​atmosfeer te behouden. Maar hoe klein is te klein voor bewoonbaarheid?

In een recente krant, Onderzoekers van de universiteit van Harvard beschreven een nieuwe, lagere limiet voor planeten om oppervlaktewater gedurende lange tijd vast te houden, uitbreiding van de zogenaamde bewoonbare zone of "Goldilocks zone" voor kleine, planeten met een lage zwaartekracht. Dit onderzoek vergroot het zoekgebied naar leven in het heelal en werpt licht op het belangrijke proces van atmosferische evolutie op kleine planeten.

Het onderzoek is gepubliceerd in de Astrofysisch tijdschrift .

"Als mensen denken aan de binnen- en buitenranden van de bewoonbare zone, ze hebben de neiging om er alleen ruimtelijk over na te denken, wat betekent hoe dicht de planeet bij de ster is, " zei Constantin Arnscheidt '18, eerste auteur van het artikel. "Maar eigenlijk, er zijn veel andere variabelen voor bewoonbaarheid, inclusief massa. Het stellen van een ondergrens voor bewoonbaarheid in termen van planeetgrootte geeft ons een belangrijke beperking in onze voortdurende jacht op bewoonbare exoplaneten en exomanen."

Over het algemeen, planeten worden als bewoonbaar beschouwd als ze vloeibaar oppervlaktewater (in tegenstelling tot bevroren water) lang genoeg kunnen vasthouden om de evolutie van het leven mogelijk te maken, conservatief ongeveer 1 miljard jaar. Astronomen jagen op deze bewoonbare planeten binnen bepaalde afstanden van bepaalde soorten sterren - sterren die kleiner zijn, koeler en lagere massa dan onze zon hebben een bewoonbare zone veel dichterbij dan groter, warmere sterren.

De binnenrand van de bewoonbare zone wordt bepaald door hoe dicht een planeet bij een ster kan zijn voordat een op hol geslagen broeikaseffect leidt tot de verdamping van al het oppervlaktewater. Maar, zoals Arnscheidt en zijn collega's aantoonden, deze definitie geldt niet voor kleine, planeten met een lage zwaartekracht.

Het op hol geslagen broeikaseffect treedt op wanneer de atmosfeer meer warmte absorbeert die het weer de ruimte in kan stralen, voorkomen dat de planeet afkoelt en uiteindelijk leidt tot onstuitbare opwarming die uiteindelijk de oceanen in stoom verandert.

Echter, er gebeurt iets belangrijks als planeten kleiner worden:als ze opwarmen, hun atmosferen breiden zich naar buiten uit, steeds groter en groter worden in verhouding tot de grootte van de planeet. Deze grote atmosferen verhogen zowel de absorptie als de straling van warmte, waardoor de planeet beter een stabiele temperatuur kan handhaven. De onderzoekers ontdekten dat atmosferische expansie voorkomt dat planeten met een lage zwaartekracht een op hol geslagen broeikaseffect ervaren, waardoor ze vloeibaar oppervlaktewater kunnen vasthouden terwijl ze dichter bij hun sterren cirkelen.

Als planeten te klein worden, echter, ze verliezen hun atmosfeer helemaal en het vloeibare oppervlaktewater bevriest of verdampt. De onderzoekers toonden aan dat er een kritische grootte is waaronder een planeet nooit bewoonbaar kan zijn, wat betekent dat de bewoonbare zone niet alleen in de ruimte wordt begrensd, maar ook in planeetgrootte.

De onderzoekers ontdekten dat de kritische grootte ongeveer 2,7 procent van de massa van de aarde is. Als een object kleiner is dan 2,7 procent van de massa van de aarde, zijn atmosfeer zal ontsnappen voordat het ooit de kans krijgt om vloeibaar oppervlaktewater te ontwikkelen, vergelijkbaar met wat er tegenwoordig met kometen gebeurt. Om dat in context te plaatsen, de maan is 1,2 procent van de massa van de aarde en Mercurius is 5,53 procent.

De onderzoekers konden ook de bewoonbare zones van deze kleine planeten rond bepaalde sterren schatten. Er zijn twee scenario's gemodelleerd voor twee verschillende soorten sterren:een ster van het G-type zoals onze eigen zon en een ster van het M-type gemodelleerd naar een rode dwerg in het sterrenbeeld Leeuw.

De onderzoekers losten een ander al lang bestaand mysterie op in ons eigen zonnestelsel. Astronomen hebben zich lang afgevraagd of de ijzige manen van Jupiter Europa, Ganymedes, en Callisto zou bewoonbaar zijn als de straling van de zon zou toenemen. Op basis van dit onderzoek, deze manen zijn te klein om vloeibaar oppervlaktewater vast te houden, zelfs als ze dichter bij de zon waren.

"Lage massale waterwerelden zijn een fascinerende mogelijkheid in de zoektocht naar leven, en dit artikel laat zien hoe verschillend hun gedrag waarschijnlijk zal zijn vergeleken met dat van aardachtige planeten, " zei Robin Wordsworth, universitair hoofddocent milieuwetenschappen en techniek bij SEAS en senior auteur van de studie. "Zodra waarnemingen voor deze klasse van objecten mogelijk worden, het wordt spannend om deze voorspellingen direct te testen."