При поиске потенциально пригодных для обитания вне-солнечных планет ученые несколько ограничены тем фактом, что нам известна только одна планета, на которой существует жизнь (то есть Земля). По этой причине ученые ищут планеты, которые являются земными (то есть каменистыми), вращаются по орбите в пределах обитаемых зон их звезд и показывают признаки биосигнатур, таких как атмосферный углекислый газ - что важно для жизни, как мы ее знаем.
Этот газ, который в значительной степени является результатом вулканической активности здесь на Земле, увеличивает поверхностное тепло посредством парникового эффекта и циклически перемещается между недрами и атмосферой в результате естественных процессов. По этой причине ученые долго полагали, что тектоника плит необходима для обитаемости. Однако, согласно новому исследованию группы из Университета штата Пенсильвания, это может быть не так.
Исследование под названием «Углеродный круговорот и пригодность для обитания планет с застойными крышками земного размера» было недавно опубликовано в научном журнале. астробиология, Исследование было проведено Брэдфордом Дж. Фоули и Эндрю Дж. Смайем, двумя доцентами кафедры геонаук в Университете штата Пенсильвания.
На Земле вулканизм является результатом тектоники плит и возникает там, где сталкиваются две плиты. Это вызывает субдукцию, когда одна пластина проталкивается под другую и углубляется в недра. Эта субдукция превращает плотную мантию в плавучую магму, которая поднимается из земной коры на поверхность Земли и создает вулканы. Этот процесс может также помочь в круговороте углерода, выталкивая углерод в мантию.
Тектоника плит и вулканизм, как полагают, были центральными в возникновении жизни здесь, на Земле, так как это обеспечило, чтобы наша планета имела достаточно тепла для поддержания жидкой воды на своей поверхности. Чтобы проверить эту теорию, профессора Фоли и Смай создали модели, чтобы определить, насколько пригодной для жизни планете, подобной Земле, было бы без присутствия тектоники плит.
Эти модели учитывали тепловую эволюцию, производство коры и СО2 езда на велосипеде, чтобы ограничить обитаемость скалистых, застойных планет размером с Землю. Это планеты, в которых кора состоит из одной гигантской сферической пластины, плавающей на мантии, а не в виде отдельных частей. Считается, что такие планеты встречаются гораздо чаще, чем планеты, испытывающие тектонику плит, поскольку ни на одной планете за пределами Земли не было подтверждено наличие тектонических плит. Как объяснил профессор Фоули в пресс-релизе Penn State News:
«Вулканизм выпускает газы в атмосферу, а затем в результате выветривания углекислый газ вытягивается из атмосферы и выделяется в поверхностные породы и отложения. Уравновешивание этих двух процессов удерживает углекислый газ на определенном уровне в атмосфере, что действительно важно для того, чтобы климат оставался умеренным и подходящим для жизни ».
По сути, в их моделях учитывалось, сколько тепла может удерживать застойный климат планеты на основе количества тепла и элементов, выделяющих тепло, которые присутствовали при формировании планеты (или ее первоначальный тепловой баланс). На Земле эти элементы включают уран, который производит торий и тепло при его распаде, который затем распадается с образованием калия и тепла.
После проведения сотен симуляций, которые варьировали размер планеты и химический состав, они обнаружили, что застойные планеты в крышках смогут поддерживать достаточно теплые температуры, чтобы жидкая вода могла существовать на их поверхностях в течение миллиардов лет. В крайних случаях они могут поддерживать жизнеобеспечивающие температуры до 4 миллиардов лет, что почти соответствует возрасту Земли.
Как указал Смайе, это отчасти связано с тем, что тектоника плит не всегда необходима для вулканической активности:
«У вас все еще есть вулканизм на застойных планетах с крышками, но он намного короче, чем на планетах с тектоникой плит, потому что не так много циклов. Вулканы приводят к последовательности потоков лавы, которые со временем зарываются как слои пирога. Скалы и отложения нагреваются сильнее, чем глубже они зарыты ».
Исследователи также обнаружили, что без тектоники плит застойные планеты на крышках все еще могут иметь достаточно тепла и давления для дегазации, когда углекислый газ может выходить из горных пород и выходить на поверхность. На Земле, сказал Смай, тот же процесс происходит с водой в зонах разломов субдукции. Этот процесс увеличивается в зависимости от количества тепловыделяющих элементов, присутствующих на планете. Как объяснил Фоли:
«Есть место, где можно выпустить достаточно углекислого газа, чтобы планета не замерзла, но не настолько, чтобы выветривание не могло вывести углекислый газ из атмосферы и поддерживать умеренный климат».
Согласно модели исследователей, наличие и количество тепловыделяющих элементов были гораздо лучшими показателями способности планеты поддерживать жизнь. Основываясь на своих моделях, они обнаружили, что первоначальный состав или размер планеты очень важен для определения того, станет ли она пригодной для жизни. Или, как они говорят, потенциальная обитаемость планеты определяется при рождении.
Продемонстрировав, что застойные планеты в крышках все еще могут поддерживать жизнь, это исследование имеет потенциал для значительного расширения диапазона того, что ученые считают потенциально обитаемым. Когда космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) будет развернут в 2021 году, он исследует атмосферу застойных планет с крышками, чтобы определить наличие биосигнатур (например, СО).2) будет основной научной целью.
Знание того, что большее количество этих миров способно поддерживать жизнь, безусловно, является хорошей новостью для тех, кто надеется, что мы найдем свидетельства внеземной жизни в нашей жизни.
