Szukając potencjalnie nadających się do zamieszkania planet pozasłonecznych, naukowcy są nieco ograniczeni faktem, że znamy tylko jedną planetę, na której istnieje życie (tj. Ziemię). Z tego powodu naukowcy szukają planet, które są ziemskie (tj. Skaliste), krążą wokół stref mieszkalnych swojej gwiazdy i wykazują oznaki biosignatur, takich jak atmosferyczny dwutlenek węgla - który jest niezbędny do życia, jakie znamy.
Gaz ten, który jest w dużej mierze wynikiem aktywności wulkanicznej na Ziemi, zwiększa ciepło powierzchniowe poprzez efekt cieplarniany i cykle między podpowierzchnią a atmosferą poprzez naturalne procesy. Z tego powodu naukowcy od dawna wierzyli, że tektonika płyt jest niezbędna do zamieszkania. Jednak według nowego badania przeprowadzonego przez zespół z Pennsylvania State University może nie być tak.
Badanie zatytułowane „Kolarstwo węglowe i siedlisko stagnowanych planet o pokrywających się powierzchniach Ziemi” zostało niedawno opublikowane w czasopiśmie naukowym Astrobiologia. Badanie zostało przeprowadzone przez Bradforda J. Foleya i Andrew J. Smye, dwóch adiunktów z Wydziału Nauk o Ziemi na Pennsylvania State University.
Na Ziemi wulkanizm jest wynikiem tektoniki płyt i występuje tam, gdzie zderzają się dwie płyty. Powoduje to subdukcję, w której jedna płyta jest wciskana pod drugą i głębiej w podpowierzchnię. Ta subdukcja zamienia gęsty płaszcz w pływającą magmę, która unosi się przez skorupę na powierzchnię Ziemi i tworzy wulkany. Proces ten może również pomóc w cyklach węglowych poprzez wpychanie węgla do płaszcza.
Uważa się, że tektonika płyt i wulkanizm miały zasadnicze znaczenie dla pojawienia się życia tutaj na Ziemi, ponieważ zapewniło, że nasza planeta miała wystarczającą ilość ciepła, aby utrzymać płynną wodę na swojej powierzchni. Aby przetestować tę teorię, profesorowie Foley i Smye stworzyli modele, aby określić, jak zamieszkana byłaby planeta podobna do Ziemi bez obecności tektoniki płyt.
Modele te uwzględniały ewolucję termiczną, produkcję skorupy i CO2 jeździć na rowerze, aby ograniczyć zamieszkiwanie skalistych, stagnacyjnych planet wielkości Ziemi. Są to planety, na których skorupa składa się z pojedynczej, gigantycznej kulistej płyty unoszącej się na płaszczu, a nie w osobnych częściach. Uważa się, że takie planety są znacznie bardziej powszechne niż planety, które doświadczają tektoniki płyt, ponieważ nie potwierdzono, że żadne planety poza Ziemią mają płyty tektoniczne. Jak wyjaśnił prof. Foley w komunikacie prasowym Penn State News:
„Wulkanizm uwalnia gazy do atmosfery, a następnie przez wietrzenie dwutlenek węgla jest wyciągany z atmosfery i sekwestrowany w skałach powierzchniowych i osadach. Równoważenie tych dwóch procesów utrzymuje dwutlenek węgla na pewnym poziomie w atmosferze, co jest naprawdę ważne dla tego, czy klimat pozostaje umiarkowany i odpowiedni do życia ”.
Zasadniczo w ich modelach uwzględniono, ile ciepła może zatrzymać klimat stojącej planety z pokrywką w oparciu o ilość ciepła i elementów wytwarzających ciepło obecnych podczas formowania się planety (czyli początkowego budżetu na ciepło). Na Ziemi pierwiastki te obejmują uran, który podczas rozpadu wytwarza tor i ciepło, które następnie rozkładają się, wytwarzając potas i ciepło.
Po przeprowadzeniu setek symulacji, które zmieniły wielkość planety i jej skład chemiczny, odkryli, że stagnujące się planety z pokrywą będą w stanie utrzymać wystarczająco ciepłe temperatury, aby woda ciekła mogła istnieć na ich powierzchni przez miliardy lat. W skrajnych przypadkach mogą wytrzymać podtrzymujące życie temperatury przez okres do 4 miliardów lat, co jest prawie epoką Ziemi.
Jak wskazał Smye, wynika to częściowo z faktu, że tektonika płyt nie zawsze jest konieczna do aktywności wulkanicznej:
„Nadal masz wulkanizm na stojących planetach z pokrywką, ale żyje on znacznie krócej niż na planetach z płytową tektoniką, ponieważ nie ma tak dużej liczby cykli. Wulkany powodują kolejne przepływy lawy, które z czasem są zasypywane jak warstwy ciasta. Skały i osady bardziej się nagrzewają, im głębiej są zakopane. ”
Naukowcy odkryli również, że bez płytowej tektoniki stagnujące planety wieczne mogłyby nadal mieć wystarczającą ilość ciepła i ciśnienia, aby doświadczyć odgazowania, gdzie gazowy dwutlenek węgla może uciec ze skał i przedostać się na powierzchnię. Na Ziemi, powiedział Smye, ten sam proces zachodzi w przypadku wody w strefach uszkodzeń subdukcji. Proces ten wzrasta w zależności od ilości elementów wytwarzających ciepło obecnych na planecie. Jak wyjaśnił Foley:
„Istnieje pewna strefa słabych punktów, w której planeta uwalnia wystarczającą ilość dwutlenku węgla, aby zapobiec zamarzaniu planety, ale nie tak bardzo, że warunki pogodowe nie są w stanie wyciągnąć dwutlenku węgla z atmosfery i utrzymać umiarkowany klimat”.
Według modelu naukowców obecność i ilość pierwiastków wytwarzających ciepło były znacznie lepszymi wskaźnikami potencjału planety do utrzymania życia. Na podstawie swoich symulacji odkryli, że początkowy skład lub rozmiar planety jest bardzo ważny dla ustalenia, czy stanie się ona możliwa do zamieszkania. Lub, jak to ujęli, potencjalną zamieszkalność planety określa się od urodzenia.
Wykazując, że stagnujące się planety z pokrywką mogą nadal podtrzymywać życie, badanie to może znacznie rozszerzyć zakres tego, co naukowcy uważają za potencjalnie nadający się do zamieszkania. Kiedy kosmiczny teleskop Jamesa Webba (JWST) zostanie wdrożony w 2021 r., Badanie atmosfery stojących planet pokrywowych w celu ustalenia obecności biosignatur (takich jak CO2) będzie głównym celem naukowym.
Wiedza, że więcej z tych światów może przetrwać, jest z pewnością dobrą wiadomością dla tych, którzy mają nadzieję, że znajdziemy dowody na istnienie życia pozaziemskiego w naszym życiu.
