Шукаючи потенційно заселених позасонячних планет, учені дещо обмежені тим, що ми знаємо лише одну планету, де існує життя (тобто Земля). З цієї причини вчені шукають наземні планети (тобто скелясті), орбітують в межах мешканців зон їхньої зірки, і виявляють ознаки біосигнатів, таких як атмосферний вуглекислий газ - що важливо для життя, як ми його знаємо.
Цей газ, який в значній мірі є результатом вулканічної діяльності тут, на Землі, збільшує поверхневе тепло за рахунок парникового ефекту та циклів між піднебінням та атмосферою шляхом природних процесів. З цієї причини вчені давно вважають, що тектоніка плит має важливе значення для заселення. Однак, згідно з новим дослідженням команди з Державного університету Пенсільванії, це може бути не так.
Дослідження під назвою «Велоспорт на велосипеді та його придатність до нерухомих планет на розмірах Землі» було нещодавно опубліковано в науковому журналі Астробіологія. Дослідження проводили Бредфорд Дж. Фолі та Ендрю Дж. Смі, два доценти кафедри геологічних наук Пенсильванський державний університет.
На Землі вулканізм є результатом тектоніки плит і виникає там, де дві пластини стикаються. Це спричиняє субдукцію, де одна плита просувається під іншу і глибше в піднебіння. Ця субдукція перетворює щільну мантію на буйну магму, яка піднімається крізь земну поверхню і створює вулкани. Цей процес також може допомогти в циклі вуглецю, проштовхуючи вуглець у мантію.
Вважається, що тектоніка плит і вулканізм були центральними для виникнення життя тут, на Землі, оскільки це забезпечило, що наша планета мала достатньо тепла для підтримки рідкої води на своїй поверхні. Щоб перевірити цю теорію, професори Фолі та Смі створили моделі, щоб визначити, якою буде жива планета, подібна до Землі, без присутності тектоніки плит.
Ці моделі враховували теплову еволюцію, виробництво кори та СО2 їздити на велосипеді, щоб стримувати придатність скелястих, застійних планет розміром із Землю. Це планети, де кора складається з єдиної, гігантської сферичної пластини, що плаває на мантії, а не з окремих шматочків. Вважається, що такі планети є набагато поширенішими, ніж планети, які зазнають тектоніки плит, оскільки жодна планета поза Землею ще не підтвердила тектонічних плит. Як пояснив професор Фолі в прес-релізі штату Пенн Новини:
«Вулканізм виділяє гази в атмосферу, а потім через вивітрювання вуглекислий газ витягується з атмосфери і виділяється в поверхневі породи та осад. Врівноваження цих двох процесів утримує вуглекислий газ на певному рівні в атмосфері, що дуже важливо для того, чи залишається клімат помірним і придатним для життя ».
По суті, їхні моделі враховували, скільки тепла міг би утримувати застійний клімат планети на основі кількості тепла та елементів, що виробляють тепло, присутніх під час формування планети (т.к. її початковий тепловий бюджет). На Землі до цих елементів належить уран, який при розпаді виробляє торій і тепло, який потім розпадається, виробляючи калій і тепло.
Провівши сотні моделювань, які змінювали розміри та хімічний склад планети, вони виявили, що застійні планети зможуть підтримувати досить теплі температури, щоб рідка вода могла існувати на їх поверхні протягом мільярдів років. В крайньому випадку вони могли витримати життєзабезпечувальні температури до 4 мільярдів років, що майже вік Землі.
Як зазначав Смі, це частково пояснюється тим, що тектоніка плит не завжди необхідна для вулканічної діяльності:
"У вас все ще є вулканізм на стоячих кришках планет, але він набагато коротший, ніж на планетах з тектонікою плит, тому що не так багато їзди на велосипеді. Вулкани призводять до послідовності потоків лави, які з часом закопуються як шари пирога. Скелі та осад нагріваються тим більше, чим глибше вони поховані ».
Дослідники також встановили, що без тектоніки плит, стоячі кришки планет все ще можуть мати достатньо тепла і тиску, щоб пережити дегазацію, де вуглекислий газ може вийти зі скель і пробитися на поверхню. На Землі, за словами Смі, той самий процес відбувається з водою в зонах розломів субдукції. Цей процес збільшується, виходячи з кількості теплогенеруючих елементів, присутніх на планеті. Як пояснив Фолі:
"Є слабка пляма, де планета виділяє достатню кількість вуглекислого газу, щоб запобігти замерзанню планети, але не стільки, щоб вивітрювання не могло витягнути вуглекислий газ з атмосфери і підтримувати клімат помірним".
Відповідно до моделі дослідників, наявність та кількість елементів, що виробляють тепло, були набагато кращими показниками потенціалу планети для підтримки життя. На основі своїх симуляцій вони виявили, що початковий склад або розмір планети є дуже важливим для визначення того, чи стане вона мешкаючою чи ні. Або, як вони сказали, потенційне заселення планети визначається при народженні.
Продемонструвавши, що нерухомі планети з кришкою все-таки можуть підтримувати життя, це дослідження має можливість значно розширити коло того, що вчені вважають потенційно придатним для проживання. Коли в 2021 р. Розгорнули космічний телескоп Джеймса Вебба (JWST), досліджуючи атмосферу стоячих кришок планет, щоб визначити наявність біосигнатів (наприклад, СО2) буде головною науковою метою.
Знання того, що більше цих світів могло б підтримати життя, - це, безумовно, хороша новина для тих, хто сподівається, що ми знайдемо докази позаземного життя в нашому житті.
