Do danes so astronomi potrdili obstoj 4.301 ekstrasolarnih planetov v 3192 zvezdnih sistemih, na potrditev pa čaka še 5650 kandidatov. V prihodnjih letih bodo teleskopi naslednje generacije astronomom omogočili neposredno opazovanje številnih eksoplanetov in strožje omejili njihovo potencialno bivalnost. Sčasoma bi to lahko pripeljalo do odkritja življenja zunaj našega Osončja!
Edina težava je, da za iskanje dokazov o življenju moramo vedeti, kaj iskati. Po mnenju a nova študija Interdisciplinarna skupina znanstvenikov s kalifornijske univerze Santa Cruz (UCSC) lahko radioaktivni elementi igrajo vlogo pri bivanju na planetu. Prihodnje študije skalnatih eksoplanetov bi morale zato poiskati posebne izotope, ki kažejo na prisotnost dolgoživih elementov, kot sta torij in uran.
Na Zemlji notranje segrevanje, ki ga povzroča počasen razpad težkega radioaktivnega torija in urana, poganja tektoniko plošč, ki je morda potrebna za vzdrževanje zemeljskega magnetnega polja. To polje je tisto, kar ščiti Zemljo pred sevanjem, kozmičnimi žarki in preprečuje, da bi se naše ozračje odstranilo. Zato lovci na eksoplanete in astrobiologi verjamejo, da so magnetna polja lahko ključnega pomena za bivanje.
Magnetno polje in električni tokovi v Zemlji in okoli nje ustvarjajo kompleksne sile, ki imajo neizmeren vpliv na vsakdanje življenje. Zasluge: ESA/ATG medialab
Pravzaprav je bilo delo profesorice astronomije in astrofizike Natalie Batalha z Astrobiološka pobuda na UCSC, ki je sprožilo interdisciplinarno sodelovanje, ki je pripeljalo do te študije. Kot je pojasnila v a Izdaja UCSC Newscenter , planetarni dinamo je bil vezan na bivalnost na več načinov:
»Že dolgo se je špekuliralo, da notranje ogrevanje poganja tektoniko plošč, kar ustvarja kroženje ogljika in geološko aktivnost, kot je vulkanizem, ki ustvarja atmosfero. In sposobnost zadrževanja atmosfere je povezana z magnetnim poljem, ki ga poganja tudi notranje ogrevanje.'
Kroženje ogljika se nanaša na proces, pri katerem ogljikov dioksid (CO2) se doda v ozračje z vulkansko aktivnostjo in izloči z interakcijo z različnimi minerali (kar vodi do karbonatov). Ta proces je ključnega pomena za ohranjanje stabilnih temperatur skozi čas, kar zagotavlja, da lahko potekajo zapleteni, dolgoročni evolucijski procesi.
Poleg tega lahko hitro premikajoči se nabiti delci (tudi sončni veter) vztrajno razjedajo atmosfero planeta, če ni prisotno magnetno polje. To se je zgodilo na Marsu, kjer je izginotje njegovega magnetnega polja (pred približno 4,2 milijarde let) povzročilo, da je velik del njegove atmosfere in površinske vode izgubljen v vesolju, kar je povzročilo, da je postal hladno, izsušeno in obsevano okolje, ki ga ima. danes.
Ilustracija, ki prikazuje tri različice skalnatega planeta z različnimi količinami notranjega ogrevanja zaradi radioaktivnih elementov. Zasluge: Melissa Weiss/UCSC
Na Zemlji je magnetno polje posledica konvekcije v njenem tekočem zunanjem jedru, ki ustvarja dinamo učinek, ko se vrti v nasprotni smeri kot Zemlja. Z zagotavljanjem notranjega ogrevanja s počasnim razpadanjem so zemeljski radioaktivni elementi bistveni za ohranjanje tega učinka. Kot je pojasnil Francis Nimmo, profesor znanosti o Zemlji in planetu na UCSC in prvi avtor študije. Izdaja UCSC Newscenter :
»Spoznali smo, da različni planeti kopičijo različne količine teh radioaktivnih elementov, ki na koncu poganjajo geološko aktivnost in magnetno polje. Zato smo vzeli model Zemlje in izmerili količino notranje radiogene toplote navzgor in navzdol, da bi videli, kaj se zgodi.'
Ugotovili so, da obstaja kritično ravnovesje, ko gre za radioaktivne elemente in radiogeno segrevanje. Preveč, več od tega, kar doživlja Zemlja, bi imelo številne negativne učinke na potencialno bivalnost. Prvič, ker se torij in uran na Zemlji večinoma nahajata v plašču, bi njihov presežek povzročil, da bi plašč deloval kot izolator.
To bi preprečilo, da bi staljeno zunanje jedro oddalo dovolj toplote za vzdrževanje konvektivnih gibanj. Druga posledica je, da bi preveč radiogenega segrevanja povzročilo veliko večjo vulkansko aktivnost, kar bi lahko sprožilo dogodke na ravni izumrtja. Po drugi strani pa premajhna radioaktivna toplota ne bi povzročila vulkanizma, kar bi vodilo do geološko »mrtvega« planeta (ali stagnirajočega pokrova).
Diagram nekaterih znanih bližnjih zvezd. Ocenjuje se, da približno 14.600 zvezd leži znotraj 100 svetlobnih let od Sonca. Zasluge: Andrew Z. Colvin/Wikipedia
Kot Francis Nimmo, profesor znanosti o Zemlji in planetu na UCSC in prvi avtor študije, pojasnil :
»Samo s spremembo te spremenljivke preidete skozi te različne scenarije, od geološko mrtvih do zemeljskih do izjemno vulkanskih brez dinama. Zdaj, ko vidimo pomembne posledice spreminjanja količine radiogenega segrevanja, je treba poenostavljen model, ki smo ga uporabili, preveriti s podrobnejšimi izračuni.
Težki elementi, kot sta torij in uran, nastanejo iz združitve nevtronskih zvezd, kar je izjemno redek dogodek. Razpoložljivost teh elementov v cirkumsončnem disku, iz katerega nastanejo sistemi planetov, bi bila torej odvisna od bližine teh redkih dogodkov. To bi povzročilo precejšnjo stopnjo variabilnosti med planetarnimi sistemi.
Da bi določili razpon variabilnosti, so se Nimmo in sodelavci posvetovali z meritvami europija bližnjih zvezd, ki so jih izvedli astronomi. Europij se zlahka zazna v zvezdnih spektrih in nastane z istimi procesi, ki ustvarjajo torij in uran. Z europijem je torej mogoče ugotoviti, kako pogosta sta ta dva druga elementa v bližnjih zvezdah in planetih.
Z vnosom teh meritev v svoje modele radiogenega segrevanja sta Nimmo in raziskovalna skupina lahko vzpostavila vrsto ocen za radioaktivne elemente v bližnjih zvezdnih sistemih. Medtem ko sta Zemlja in Osončje v središču tega območja, so imele številne zvezde, ki so bile raziskane, polovico manj evropija kot Sonce, druge pa do dvakrat več.
Nasin teleskop James Webb, prikazan v konceptu tega umetnika, bo zagotovil več informacij o predhodno odkritih eksoplanetih. Po letu 2020 se pričakuje, da bo veliko več vesoljskih teleskopov naslednje generacije temeljilo na tem, kar odkrije. Zasluge: NASA
bitke pojasnil , je to lahko še ena pomembna omejitev za ugotavljanje, ali je planet 'potencialno bival:
»To je zapletena zgodba, saj imata obe skrajnosti posledice za bivanje. Potrebujete dovolj radiogenega ogrevanja, da vzdržujete tektoniko plošč, vendar ne toliko, da bi ugasnili magnetni dinamo. Navsezadnje iščemo najverjetnejša bivališča življenja. Zdi se, da sta številčnost urana in torija ključna dejavnika, morda celo druga dimenzija za opredelitev planeta Zlatolaska.
Pomen in variabilnost radiogenega segrevanja odpirata številne nove poti za študije eksoplanetov in astrobiologijo. Za začetek lahko astronomi uporabijo spektroskopijo za merjenje številčnosti evropija v zvezdah in sklepajo o ravni radiogenih elementov na vseh planetih, ki krožijo okoli njih. Instrumenti naslednje generacije, kot je Vesoljski teleskop James Webb (JWST), ki naj bi se začeli naslednje leto, so zelo primerni za to nalogo.
Študija z naslovom ' Radiogeno ogrevanje in njegov vpliv na dinamo in bivalnost Rocky Planet ,« se je pojavila v številki 10. novembra Astrophysical Journal Letters .
Nadaljnje branje: UCSC , The Astrophysical Journal Letters