Planety bez deskové tektoniky pravděpodobně nebudou obyvatelné. Ale v současné době jsme nikdy neviděli povrch exoplanety, abychom určili, zda je aktivní desková tektonika. Vědci dávají dohromady své pravděpodobné povrchové struktury z jiných důkazů. Existuje způsob, jak určit, které exoplanety by mohly být vaječné skořápky, a odstranit je jako potenciálně obyvatelné?
Autoři nově publikovaného článku tvrdí, že ano.
Astronomická komunita se zatím neusadila na jediné metodě klasifikace exoplanet. NASA je ráda seskupuje do čtyř klasifikací: plynní obři, super-Země, Neptuňané a pozemské. Ale to je jen začátek. The Unified Astronomy Thesaurus používá 15 různých klasifikací exoplanet. Ve vědecké literatuře se používají i další termíny.
Počet klasifikací pro exoplanety může být tak podrobný, jak bychom chtěli. Nakonec je každý jiný. Jsme v raných fázích pochopení rozmanitosti typů exoplanet a nakonec se objeví komplexní klasifikační schéma.
Jedním typem exoplanet, o kterých se často nezmiňuje, je planeta s vaječnou skořápkou. Upoutali pozornost výzkumníků, protože mají tenkou, křehkou kůru, žádné hory a žádnou deskovou tektoniku.
Planety ve vaječných skořápkách jsou vzácné, pokud astronomové vědí. Bylo identifikováno pouze několik, ale selekční zkreslení tam může hrát roli. Podle nového dokumentu s názvem „ Vliv planetárních a hvězdných parametrů na křehkou litosférickou tloušťku ,“ tři byly nalezeny při průzkumech exoplanet. Hlavním autorem je Paul Byrne, docent věd o Zemi a planetárních věd na Trinity College v Dublinu. Článek je publikován v Journal of Geophysical Research: Planets.
Exoplanety jsou zajímavé samy o sobě, ale hodně z toho, co zajímá vědce i veřejnost, je obyvatelnost. Chceme vědět, jestli tam jsou planety, které mohou podporovat život. A zatímco hledat konkrétně planety, které by mohly být obyvatelné, je jeden přístup, jiný je zlevňovat planety, které, pokud víme, prostě nemají šanci podporovat život.
'Pochopit, zda máte možnost deskové tektoniky, je opravdu důležité vědět o světě...'
Paul Byrne, docent pozemských a planetárních věd, Trinity College, Dublin.
Existují silné důkazy, že desková tektonika je nezbytným požadavkem pro obyvatelnost. A protože se lovci exoplanet zaměřují na hledání světů podobných Zemi, klíčová je desková tektonika. Bez deskové tektoniky bychom tu nebyli.
„Pochopit, zda máte možnost deskové tektoniky, je opravdu důležité vědět o světě, protože k obyvatelnosti velké kamenné planety může být vyžadována desková tektonika,“ řekl hlavní autor Byrne. 'Je to proto obzvláště důležité, když mluvíme o hledání světů podobných Zemi kolem jiných hvězd a když obecně charakterizujeme obyvatelnost planet.'
Desková tektonika nastává, když je litosféra planety rozbita na kusy, které se vznášejí na plášti. Desková tektonika může pomoci regulovat teplotu planety recyklací kůry do pláště po dlouhé geologické časové rámce. Reguluje atmosféru a pomáhá odstraňovat uhlík, čímž se vyhne skleníkovému efektu, který by mohl učinit povrch neobyvatelným. Termín „obyvatelná zóna“, který popisuje oblast kolem hvězdy, kde může mít planeta kapalnou vodu, se obvykle vypočítává včetně aktivní tektoniky desek.
Tektonické desky Země byly zmapovány ve druhé polovině 20. Kredit obrázku: Podle mapy: USGSPopis: Scott Nash – Tento soubor byl odvozen z: Tectonic plates.png, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=535201
Planeta bez deskové tektoniky se někdy nazývá „stagnující planeta víka“. Objevují se, když plášť není dostatečně energický, aby rozbil kůru na kusy. Místo toho je kůra jediným křehkým kouskem, který pokrývá celý povrch planety. V naší vlastní sluneční soustavě byl Merkur po miliardy let stagnující víkovou planetou. Některé planety mohou vykazovat epizodickou tektonickou aktivitu, kdy je kůra po geologická časová období nehybná.
Protože nemáme žádný způsob, jak pozorovat povrchy exoplanet, astronomové by rádi našli způsob, jak je detekovat pomocí jiných důkazů. Jak je zřejmé z názvu nového článku, parametry planety a její hvězdy mohou poskytnout důkaz, že planeta je planetou ve tvaru vejce.
'To, co jsme zde uvedli, je v podstatě návod nebo praktický manuál,' řekl hlavní autor Byrne. 'Pokud máte planetu dané velikosti, v dané vzdálenosti od své hvězdy a o dané hmotnosti, pak s našimi výsledky můžete provést určité odhady pro řadu dalších prvků - včetně toho, zda může mít deskovou tektoniku.'
Článek nastiňuje, jak znalost velikosti, věku a vzdálenosti planety od její hvězdy mohla nejen identifikovat planety ve vaječných skořápkách, ale také jiné typy exoplanet. Vzhledem k tomu, že astronomové nemohou vidět povrchy exoplanet a teprve nyní začínají studovat jejich atmosféry, ostatní parametry planety jsou velmi důležité.
'Vyfotografovali jsme několik exoplanet, ale jsou to skvrny světla obíhající kolem hvězdy.' Zatím nemáme žádnou technickou schopnost skutečně vidět povrch exoplanet,“ řekl Byrne. 'Tento článek je jednou z malého, ale rostoucího počtu studií, které berou geologickou nebo geofyzikální perspektivu, aby se pokusily porozumět světům, které nyní nemůžeme přímo měřit.'
Nikdo nikdy neviděl povrch exoplanety. Vše, co máme, je práce vědeckých ilustrátorů, kteří podněcují naši představivost. Toto je umělecký dojem z pohledu z nejvzdálenější exoplanety objevené kolem červené trpasličí hvězdy TRAPPIST-1. Kredit: ESO/M. Kornmesser.
Podle Byrnea a jeho kolegů je tloušťka křehké litosféry planety klíčem k pochopení, zda má deskovou tektoniku. A tloušťka litosféry je dána nejen charakteristikami planety, ale také její hostitelské hvězdy. „Faktory vlastní planetě, jako je velikost, vnitřní teplota, složení a dokonce i klima, ovlivňují tloušťku této vnější vrstvy, ale také faktory specifické pro hostitelskou hvězdu, včetně toho, jak svítí a jak je daleko,“ píší. v jejich papíru.
Aby planeta měla aktivní tektoniku, musí existovat rovnováha mezi řadou faktorů. Pokud je například kůra příliš silná, energie v plášti nemusí stačit ke spuštění tektoniky.
Tým se obrátil na počítačové modely, aby lépe pochopil, jaké faktory vedou k tlustší krustě exoplanet.
Tým začal své modely s generickým skalnatým světem a odtud vyšel. 'Bylo to něco jako Země - i když jsme uvažovali i o velikosti,' řekl Byrne. 'A pak jsme roztočili ciferníky,' dodal. 'Doslova jsme provozovali tisíce modelů.'
V tomto článku vyniká koncept BDT – křehko-duktilní přechod. BDT je zóna v litosféře, kde se dominantně křehké chování mění na dominantně tažnou deformaci. V tomto termínu tvárný v podstatě znamená ohebný. Síla litosféry planety do značné míry závisí na její tloušťce, takže čím hlubší je BDT, tím silnější je kůra.
Tloušťku litosféry planety určuje několik faktorů. Vzdálenost od hvězdy, věk a hmotnost planety to vše ovlivňují. Ale tým zjistil, že povrchová teplota hraje větší roli. 'Naše modely předpovídají, že světy, které jsou malé, staré nebo daleko od své hvězdy, mají pravděpodobně silné, tuhé vrstvy, ale za určitých okolností mohou mít planety vnější křehkou vrstvu silnou jen několik kilometrů.' Právě těmto planetám tým říká vaječné skořápky a mohly by připomínat nížiny na Venuši.
Tento snímek nížin na povrchu Venuše ve falešných barvách ukazuje jemné světlé linie, které jsou pravděpodobně tektonické povahy. Tmavší oblasti jsou hladké vulkanické pláně. Snímek je mozaika vytvořená z radarových dat z mise NASA Magellan. Oblast na obrázku je asi 1 400 km (870 mil) napříč. Obrazový kredit: NASA.
Venušské nížiny jsou rozlehlé lávové pláně. A také jsou z velké části ploché, pouze s vrásčitými hřebeny. Podle Byrnea je litosféra v těchto oblastech tenká kvůli extrémně vysokým povrchovým teplotám planety.
Tento obrázek ze studie ukazuje vztah mezi hloubkou BDT a povrchovou teplotou. Každý z bodů je jeden výsledek simulace. (g/ms2 je mírou povrchového gravitačního zrychlení.)Obrazový kredit: Byrne et al 2021.
Pokud jde o exoplanety, mainstreamová média ráda oznamují objev dvou kategorií planet. Planety podobné Zemi jsou vždy pokryty, stejně jako extrémně podivné planety, jako je ta, která by mohla déšť roztavené železo .
Ale to je jen druh třešničky. V širším vědeckém obrazu je nezbytné rozšířit naše celkové chápání exoplanet. To je místo, kam tato studie podle autorů zapadá.
'Naším celkovým cílem je více než jen porozumět rozmarům exoplanet,' řekl Byrne. „Nakonec chceme přispět k identifikaci vlastností, které činí svět obyvatelným. A nejen dočasně, ale dlouhodobě obyvatelný, protože si myslíme, že život pravděpodobně chvíli potřebuje, aby se dal do pohybu a stal se udržitelným.“
Je počet planet, které udržují obyvatelnost, malý? Celkem pravděpodobně. A jedním z faktorů, který udržuje obyvatelnost, je dlouhodobá desková tektonika. Bez toho je nepravděpodobné, že by se život stal složitým.
Tento obrázek ze studie ukazuje hloubku BDT a stáří desky, neboli stáří planety, s povrchovou teplotou klíčovanou na dně. Stáří desky se používá jako proxy pro tok tepla. Každý z bodů je jeden výsledek simulace. Obrazový kredit: Byrne et al 2021.
Najít život někde jinde je primární hnací silou ve vědě. A pro tyto výzkumníky se to soustředí kolem planety Země a jak se může ukázat jako jedinečná.
'To je velký dosah,' řekl Byrne. „Většina této práce je nakonec spojena s tímto konečným cílem, kterým je ‚jak jedinečná, nebo ne, je Země?‘ Jedna z mnoha věcí, které budeme potřebovat vědět, je, jaké druhy vlastností ovlivňují svět, jako je Země. A tato studie pomáhá řešit některé z těchto otázek tím, že ukazuje způsoby, jak tyto parametry interagují, jaké další výsledky by mohly být možné a které světy bychom měli upřednostnit pro studium pomocí teleskopů nové generace.
Umělecká ilustrace exoplanety TOI 1235b, planety podezřelé ze skořápky. Obrazový kredit: NASA
Autoři uznávají jednoduchost svého modelu. Bez podrobného pozorování charakteristik povrchu exoplanet je tato práce nutně výchozím bodem. 'Samozřejmě, naše studie je nutně zjednodušující, protože v podstatě nemáme žádná geologická pozorování exoplanet, kterými bychom omezili náš parametrický prostor,' píší.
Ale stále slouží cennému účelu. Je to jakýsi rámec pro pochopení cílů pro další pozorování. 'Klíčovou předpovědí, kterou zde činíme, je, že takzvané planety ve skořápce budou mít málo vyvýšenou topografii.' Tato předpověď může být testována s budoucími generacemi dalekohledů schopných hledat konstrukční nebo orogenní topografii na exoplanetách,“ upřesňují.
Až budou výkonnější dalekohledy online, astronomové budou nakonec schopni pozorovat exoplanety mnohem blíže. Ale víme o tisících exoplanet, přičemž další jsou neustále objevovány. Pozorování času na nejvýkonnějších observatořích světa je vždy velmi žádané. Studie modelování, jako je tato, představují způsob předběžného třídění potenciálních cílů pozorování.
Autoři říkají, že už známe tři z těchto planet ve skořápce: TOI-1235 b , HD 136352 b , a L 168-9 b . Všechny jsou velmi blízko svým hvězdám a jsou pravděpodobně příliš horké na to, aby byly obyvatelné, bez ohledu na to, zda mají deskovou tektoniku nebo ne, ale jsou dobrými testovacími případy pro celkovou metodu detekce planet ve skořápce.
Tento obrázek ze studie ukazuje tři podezřelé planety z vaječných skořápek a také Merkur, Venuši, Zemi a Mars. Všechny jsou zobrazeny ve vztahu k jejich stáří, povrchovému gravitačnímu zrychlení a povrchové teplotě. LHS 1140 b je také zobrazena, protože jsou pro ně k dispozici odhady povrchové gravitace a povrchové teploty, stejně jako pro ostatní exoplanety. Všechny čtyři exoplanety jsou super-Země. Obrazový kredit: Byrne et al 2021.
Měly by být tyto tři středem pozornosti v budoucnu? 'Navrhujeme, aby byly tyto planety zkoumány plánovanými a budoucími vesmírnými dalekohledy, abychom otestovali, zda jsou naše modely správné,' píší autoři.
A pokud jsou modely správné, hledání obyvatelných planet udělá další krok vpřed.
