Manen kunnen aanwijzingen opleveren over wat planeten bewoonbaar maakt

De maan van de aarde is van vitaal belang om van de aarde de planeet te maken die we vandaag kennen: de maan bepaalt de lengte van de dag en de oceaangetijden, die de biologische cycli van levensvormen op onze planeet beïnvloeden. De maan draagt ​​ook bij aan het klimaat op aarde door de rotatie-as van de aarde te stabiliseren en biedt een ideale omgeving voor leven om zich te ontwikkelen en te evolueren.

Omdat de maan zo belangrijk is voor het leven op aarde, vermoeden wetenschappers dat een maan een potentieel gunstig kenmerk kan zijn bij het herbergen van leven op andere planeten. De meeste planeten hebben manen, maar de maan van de aarde onderscheidt zich doordat hij groot is in vergelijking met de grootte van de aarde; de straal van de maan is groter dan een kwart van de straal van de aarde, een veel grotere verhouding dan de meeste manen tot hun planeten.

Bij de foto: In een nieuwe studie concluderen Rochester-wetenschapper Miki Nakajima en haar collega's dat de kleinere planeten van het universum meer kans hebben om de fractioneel grote manen te herbergen die nuttig kunnen zijn voor het herbergen van leven op die planeten. Bron: Universiteit van Rochester / J. Adam Fenster

Miki Nakajima, een assistent-professor aard- en milieuwetenschappen aan de Universiteit van Rochester, vindt dat onderscheid belangrijk. En in een nieuwe studie die ze leidde, gepubliceerd in Nature Communications, onderzoeken zij en haar collega's van het Tokyo Institute of Technology en de University of Arizona maanformaties en concluderen dat alleen bepaalde soorten planeten manen kunnen vormen die groot zijn in verhouding tot hun gastplaneten.

"Door maanformaties te begrijpen, kunnen we beter bepalen waar we naar moeten zoeken bij het zoeken naar aardachtige planeten ", zegt Nakajima. "We verwachten dat exomanen (manen die om planeten buiten ons zonnestelsel draaien) overal zouden moeten zijn, maar tot nu toe hebben we er geen bevestigd. Onze bevindingen zullen nuttig zijn voor toekomstige observaties.”

Veel wetenschappers hebben in het verleden geloofd dat de grote maan van de aarde is ontstaan door een botsing tussen de proto-aarde - de aarde in haar vroege ontwikkelingsstadia - en een  hemellichaam ter grootte van Mars, en dat ongeveer 4,5 miljard jaar geleden. De botsing resulteerde in de vorming van een gedeeltelijk verdampte schijf rond de aarde, die zich uiteindelijk tot de maan vormde.

Om erachter te komen of andere planeten even grote manen kunnen vormen, voerden Nakajima en haar collega's impactsimulaties uit op de computer, met een aantal hypothetische aardachtige rotsplaneten en ijzige planeten met verschillende massa's. Ze hoopten vast te stellen of de gesimuleerde inslagen zouden resulteren in gedeeltelijk verdampte schijven, zoals de schijf die de maan van de aarde vormde.

De onderzoekers ontdekten dat rotsachtige planeten die groter zijn dan zes keer de massa van de aarde en ijzige planeten groter dan één massa van de aarde volledig - in plaats van gedeeltelijk - verdampte schijven produceren, en deze volledig verdampte schijven zijn niet in staat om fractioneel grote manen te vormen.

"We ontdekten dat als de planeet te massief is, deze inslagen volledig verdampte schijven produceren, omdat inslagen tussen massieve planeten over het algemeen energieker zijn dan die tussen kleine planeten", zegt Nakajima.

Na een impact die resulteert in een verdampte schijf, koelt de schijf na verloop van tijd af en verschijnen vloeibare maantjes - de bouwstenen van een maan. In een volledig verdampte schijf ervaren de groeiende maantjes in de schijf een sterke gasweerstand van damp, die zeer snel op de planeet valt. Als de schijf daarentegen slechts gedeeltelijk is verdampt, voelen maantjes niet zo'n sterke gasweerstand.

"Als resultaat concluderen we dat een volledig verdampte schijf niet in staat is om fractioneel grote manen te vormen", zegt Nakajima. "Planetaire massa's moeten kleiner zijn dan de drempels die we hebben geïdentificeerd om dergelijke manen te produceren."

De beperkingen die Nakajima en haar collega's schetsen, zijn belangrijk voor astronomen die ons heelal onderzoeken; onderzoekers hebben duizenden exoplaneten en mogelijke exomanen gedetecteerd, maar hebben nog geen definitieve baan gevonden voor een maan die rond een planeet buiten ons zonnestelsel draait.

Dit onderzoek kan hen een beter idee geven van waar ze moeten zoeken.

Zoals Nakajima zegt: "De zoektocht naar exoplaneten was typisch gericht op planeten groter dan zes aardmassa's. We stellen voor om in plaats daarvan naar kleinere planeten te kijken, omdat die waarschijnlijk betere kandidaten zijn om fractioneel grote manen te herbergen."

Auteur: Jan Vyvey
Bron: Universiteit van Rochester