Globoko znotraj planeta Zemlja je tekoče zunanje jedro in a trdno notranje jedro ki se med seboj vrtijo v nasprotni smeri. To ustvarja učinek dinamo, ki je odgovoren za ustvarjanje Zemljinega planetarnega magnetnega polja. Znan tudi kot a magnetosfero , to polje ohranja naše podnebje stabilno, saj preprečuje, da bi se Zemljina atmosfera izgubila v vesolju. Ko preučujejo skalne eksoplanete, se znanstveniki seveda sprašujejo, ali imajo tudi oni magnetosfere.
Na žalost, dokler ne izmerimo magnetnih polj eksoplaneta, smo prisiljeni sklepati o njihovem obstoju iz razpoložljivih dokazov. Točno to so raziskovalci na Nacionalni laboratoriji Sandia naredil s svojim Z Impulzna elektrarna (PPF). Skupaj s svojimi partnerji na Carnegie Institution for Science , so lahko ponovili gravitacijske pritiske 'super-zemelj', da bi videli, ali lahko ustvarijo magnetna polja.
Raziskovalno skupino je vodila Yingwei Fei , geokemik pri Carnegie's Laboratorij Zemlje in planetov (EPL) in Christopher T. Seagle , podoktorski sodelavec in vodja v Sandia National Laboratories (SNL). Pridružilo se mu je več raziskovalcev iz EPL in SNL. Njihove ugotovitve so bile predstavljene v študiji, ki je bila nedavno objavljena v Naravne komunikacije .
Umetnikova upodobitev Lune v zemeljski magnetosferi z »zemeljskim vetrom«, ki ga sestavljajo tekoči kisikovi (sivi) in vodikovi (svetlo modri) ioni. Zasluge: E. Masongsong/UCLA/EPSS/NASA/GSFC SVS
Ko gre za merjenje planetarne bivalnosti, so znanstveniki prisiljeni uporabiti tako imenovani pristop 'nizko visečega sadja'. To pomeni iskanje planetov, ki so podobni Zemlji, kar v bistvu pomeni skalnate planete z gosto atmosfero, sestavljeno iz dušika, kisika, ogljikovega dioksida, metana in drugih plinov. Drugi ključni dejavnik je, ali planet kroži znotraj bivalnega območja (HZ) svoje matične zvezde.
Planeti, ki krožijo v tem območju, bodo imeli dovolj tople temperature, da bodo na svojih površinah ohranile tekočo vodo. Vendar, kot so znanstveniki ugotovili v zadnjih letih, je tudi geološka dejavnost pomemben dejavnik pri ohranjanju bivalnosti Zemlje. Kot je Richard Carlson, direktor Laboratorija za Zemljo in planete, pojasnil v Carnegie Science izjava za javnost :
»Čeprav bodo opazovanja atmosferske sestave eksoplaneta prvi način iskanja znakov življenja onkraj Zemlje, na številne vidike bivalnosti površine planeta vpliva dogajanje pod površjem planeta, in tu je dolgoletno strokovno znanje Carnegiejevega raziskovalca o lastnostih pridejo kamniti materiali pod ekstremnimi temperaturami in pritiski.'
V zadnjih letih so raziskave eksoplanetov privedle do odkritja nič manj kot 4.341 eksoplanetov v 3216 sistemih (s še 5.742 kandidati, ki čakajo na potrditev). Od teh potrjenih je bilo robustnih 1340 identificiranih kot skalnatih planetov, ki so velikokrat večji od Zemlje in do 8-krat večji – od tod tudi poimenovanje »Super-Zemlja«.
Z stroj Sandia National Laboratories. Zasluge: SNL/Randy Montoya
'Zmožnost izvajanja teh meritev je ključnega pomena za razvoj zanesljivih modelov notranje strukture super-zemelj, ki so do osemkratne mase našega planeta,' je dodal Fei. 'Ti rezultati bodo močno vplivali na našo sposobnost interpretacije opazovalnih podatkov.'
'Vprašanje pred nami je, ali je kateri od teh super planetov dejansko podoben Zemlji, z aktivnimi geološkimi procesi, atmosfero in magnetnimi polji,' je dejal Joshua Townsend, fizik Sandia in soavtor prispevka v nedavnem SNL. izjava za javnost . Z drugimi besedami, ali so ti eksotični in masivni skalnati planeti sposobni podpirati življenje, kot ga poznamo?
Z PPF, ki se nahaja v središču Sandia National Laboratories v Albuquerqueju v Novi Mehiki, se opira na posebne instrumente – kot so naprava z več nakovali, batni valj in celica diamantne nakovale – za simulacijo pogojev visokega tlaka in temperature v notranjost planeta. Pri tem lahko merijo fizične lastnosti eksoplanetov in posnemajo njihovo gravitacijsko okolje.
Zaradi svoje študije je ekipa Carnegie/SNL ponovila gravitacijske pritiske 'Super-Zemelj' tako, da je na bridgmanit (aka. magnezijev silikat) skoraj v trenutku uporabila ekvivalent ogromnih gravitacijskih pritiskov. Ta mineral je najbolj razširjen material v notranjosti kamnitih planetov in je bil uporabljen za simulacijo materiala plašča super-Zemlje.
Umetnikov vtis o notranji zgradbi Zemlje. Zasluge: Argonne National Labs
S tem, ko je bridgmanit izpostavil udarnim valovom s hiperhitrostjo, ki jih je ustvaril stroj Z, je ekipa lahko poustvarila pritiske, ki so reprezentativni za notranjost super Zemlje. Pod temi pogoji je ekipa ugotovila, da ima bridgmanit zelo visoko tališče, kar bi lahko imelo resne posledice za notranjo dinamiko super-zemelj.
Kot so navedli v svoji študiji, bi lahko pod določenimi toplotnimi evolucijskimi scenariji masivni skalnati planeti razvili toplotno poganjani geodinamo zgodaj v svoji evoluciji. Vendar pa lahko ta dinamo efekt izgine, ko se ohlajanje notranjosti planeta upočasni, le da se ponovno začne zaradi premikanja lažjih elementov in kristalizacije notranjega jedra.
Poskusi so omogočili tudi izdelavo podatkovne tabele, ki je pokazala, kako se bo stanje notranjosti planeta (trdno, tekoče ali plinasto) spreminjalo glede na pogoje tlaka, temperature in gostote (in kako dolgo). Kot Fei pojasnil prek izdaje SNL:
»Da bi zgradili modele, ki nam bodo omogočili razumevanje notranje dinamike in strukture super-zemelj, moramo biti sposobni vzeti podatke iz vzorcev, ki približujejo pogojem, ki bi jih tam našli, ki bi lahko presegli 14 milijonov krat atmosferski tlak. Vendar smo se kar naprej soočali z omejitvami, ko je šlo za ustvarjanje teh pogojev v laboratoriju.'
Umetnikov vtis planeta super-zemlje, ki kroži okoli zvezde, podobne soncu. Zasluge: ESO/M. Kornmesser
'Z je našemu sodelovanju zagotovil edinstveno orodje, s katerim se ne more primerjati nobena druga tehnika, da raziščemo ekstremne razmere notranjosti super-zemelj,' dodano , prek izdaje Carnegie Science. »Visokokakovostni podatki stroja brez primere so bili ključni za napredek našega znanja o super-zemljah.«
Na podlagi njihove analize stanja notranjosti super-Zemlje je ekipa izdelala tudi seznam sedmih planetov, ki so morda vredni nadaljnje študije. Sem spadajo 55 Cancri e, Kepler-10 b, Kepler-36 b, Kepler-80 e, Kepler-93 b, CoRoT-7 b in HD-219134 b. Kot Seagle, ki je sprva predlagal te poskuse s Fei, je rekel :
»Ti planeti, za katere smo ugotovili, da najverjetneje podpirajo življenje, so bili izbrani za nadaljnjo študijo, ker imajo podobna razmerja kot Zemlja v svojem železu, silikatih in hlapnih plinih, poleg notranjih temperatur, ki prispevajo k ohranjanju magnetnih polj za zaščito pred sončnim vetrom. ”
Super-Zemlje so postale osrednja točka zanimanja, ker njihova večja velikost in masa pomenita, da izvajajo velike gravitacijske pritiske. Posledično bodo ti planeti verjetno dlje časa obdržali svojo atmosfero, kar bo zagotovilo, da ima življenje več možnosti, da se pojavi in razvije v bolj zapleteno stanje.
Umetniška zasnova super-Earth GJ 625 b in njegove zvezde, GJ625 (Gliese 625). Zasluge: Gabriel Pérez/SMM (IAC)
Njihova velika masa pomeni tudi, da je večja verjetnost, da bodo tlačni in temperaturni pogoji v njihovi notranjosti povzročili geodinamo. Kot je pojasnil Townsend, kontrast med Zemljo in Marsom ponazarja, kako to deluje. 'Ker je bil Mars manjši, je imel za začetek šibkejše gravitacijsko polje,' je dejal. 'Ko se je njegovo jedro hitro ohladilo, je izgubilo magnetno polje in njegova atmosfera je bila nato odstranjena.'
Ni skrivnost, da je področje raziskovanja eksoplanetov v zadnjih desetletjih naglo raslo. V prihodnjih letih bodo instrumenti naslednje generacije poleteli v vesolje ali začeli delovati tukaj na Zemlji. V pričakovanju tega znanstveniki pridno delajo, da bi razvili modele, metode in okvire, ki bodo omogočili hitrejšo karakterizacijo.
Ne samo, da bodo astronomom povedali, kje morajo iskati, temveč bodo tudi pomagali astronomom prepoznati kontrolne podpise, ki bi lahko nakazovali prisotnost življenja (tudi biosignature). Iskanje življenja onkraj Zemlje je bilo do zdaj težko in nenehno in verjetno bo tudi vedno. Vendar bo postalo tudi veliko bolj razburljivo, in to kmalu!
Nadaljnje branje: SNL , Carnegie Science , Naravne komunikacije