Магнитосфера гигинтов друг или враг?

Далекие луны могут оказаться не менее благоприятными для жизни, чем планеты. К примеру, в Солнечной системе, самое благоприятное тело для жизни – наша планета. Следом за ней идут спутники газовых гигантов – Европа, Титан. Мощное гравитационное поле газового гиганта способствует образованию рядом с ним крупного небесного тела, сравнимого с нашей самой маленькой планетой – Меркурием. Оно же создает приливные силы, которые нагревают луну, давая ей источник тепла, которым на большом удалении не может быть звезда. Однако помимо мощного гравитационного поля газовые гиганты обладают мощным магнитным полем. Его свойства и влияние на обитаемость лун, а также параметры последних, оказались в фокусе внимания Рене Гллера и Хорхе Зулуаги, сотрудника Антиохийского университета. Результаты, правда, оказались неутешительными. Во-первых, луны в любом случае должны быть намного меньше Земли, иначе они не смогут сформироваться около газового гиганта. Из-за этого у них нет достаточной защиты от космического излучения и для процветания жизни на поверхности они должны полагаться на защиту магнитного поля планеты. Однако для этого луна должна обращаться близко к гиганту, так что приливные силы могут сделать их необитаемыми, перегрев, как, например, Ио.

Главной темой исследования Геллера и Зулуаги стало влияние магнитного поля газового гиганта на размер границы обитания, аналога зоны обитания для лун. Эта граница определяет минимальное расстояние от планеты, на котором должна находиться луна, чтобы избежать возникновения накапливающегося парникового эффекта. Луны в исследовании имели массу, сравнимую с массой Марса, а газовые гиганты имели диапазон масс от Нептуна до Юпитера. При этом как луны крупнее Земли вряд ли могут образоваться около гиганта, также вряд ли стоит ожидать открытия спутников меньше Марса в ближайшем будущем. Отдельно стоит отметить, что система гиганта и луны при этом находилась в зоне обитания звезды.

Ядро работы – расчет размеров магнитосфер гигантских планет в зонах обитания их звезд. Магнитосфера планеты – область около нее, заполненная линиями напряженности поля и плазмой, движение которой ими управляется. При этом внутренняя часть магнитосферы оказывается практически полностью защищенной от внешнего влияния – солнечного ветра и космического излучения. Например, Земля  практически полностью защищена от ветра Солнца, и только на полюсах есть брешь в обороне. После корональных выбросов массы в приполярных регионах часто видны сияния, вызванные проникновением плазмы в атмосферу планеты. К счастью, этот последний рубеж обороны неприступен. Большая же часть магнитосферы представляет собой место смешения зон влияния магнитных полей планеты и звезды. Здесь создается ударная волна – столкновение солнечного ветра с магнитным полем планеты. Внешняя часть может распространяться на огромное расстояние. Так, магнитосфера Юпитера превышает размером саму планету в 50 раз. Ее радиус на солнечной стороне в 10 раз больше расстояния между Землей и Луной. И это – меньший из размеров, так как удар солнечного ветра сминает магнитосферу. На ночной же стороне хвост плазмы, находящейся внутри магнитосферы Юпитера, распространяется практически до орбиты Сатурна. Впрочем, при анализе обитаемости луны нужно принимать во внимание только дневную сторону, по которой дается минимальная оценка размера магнитосферы.

Определение размера магнитосферы далекой планеты представляется непростым делом. Эта работа является основной специализацией Зулуаги, ранее опубликовавшего статью, посвященную магнитосферам небольших планет. В случае газовых гигантов определяющими параметрами являются размер и внутреннее строение, от которых зависит работа динамо-машины внутри планеты. Модели внутреннего строения и различных свойств планет были позаимствованы в Калифорнийском университете. Полученные результаты оказались на удивление надежными. Созданные модели размеров магнитосфер планет, примененные к телам Солнечной системы от Ганимеда до Юпитера, показали правильный порядок величины дипольных моментов этих тел (именно дипольная часть создает львиную долю всего магнитного пола планеты или луны). В пересчете на размер магнитосферы это означает ошибку не более чем в два раза.

После определения размера магнитосферы планеты в дело вступил Рене Геллер, специалист по лунам экзопланет. Его задачей было указать, каково минимальное расстояние до планеты, на котором приливные силы и тепловое излучение планеты не перегревает луну. При граница определяется способностью атмосферы луны поглотить определенное количество тепла до того, как скажется парниковый эффект и вызываемой приливными силами геологической активностью. Последний фактор имеет большее влияние. Соотнесение полученных расстояний – насколько луна должна быть далеко от планеты чтобы не перегреться и близко к ней, чтобы оказаться под защитой магнитного поля – дало неутешительный результат. Для планет с массами Нептуна, Сатурна и Юпитера, находящихся в зоне обитания звезды с массой в 0.7 солнечной у луны нет шансов быть обитаемой: тепловая граница находится дальше, чем магнитная. Впрочем, этот результат сильно зависит от состава планет. Например, планета размером с Нептун, имеющая в своем составе почти исключительно тяжелые элементы, а не половину объема, занятую водородом, может защитить свою обитаемую луну от солнечного ветра даже на ранних этапах развития системы, когда звезда особенно активна.