Planeetat, joissa ei ole levytektoniikkaa, eivät todennäköisesti ole asuttavia. Mutta tällä hetkellä emme ole koskaan nähneet eksoplaneetan pintaa määrittääksemme, onko levytektoniikka aktiivista. Tiedemiehet yhdistävät todennäköiset pintarakenteet muista todisteista. Onko olemassa tapaa määrittää, mitkä eksoplaneetat voivat olla munankuoria, ja poistaa ne mahdollisesti asumiskelpoisiksi?
Äskettäin julkaistun artikkelin kirjoittajat sanovat, että on.
Tähtitieteellinen yhteisö ei ole vielä päättänyt yhtä menetelmää eksoplaneettojen luokittelussa. NASA haluaa ryhmitellä ne neljään luokkaan: kaasujättiläiset, supermaapallot, neptuniset ja maanpäälliset. Mutta se on vasta alkua. Unified Astronomy Thesaurus käyttää 15 erilaista eksoplaneettojen luokitusta. Tieteellisessä kirjallisuudessa käytetään myös muita termejä.
Eksoplaneettojen luokittelujen määrä voi olla niin rakeinen kuin haluaisimme. Loppujen lopuksi jokainen on erilainen. Olemme alkuvaiheessa ymmärtämässä eksoplaneettatyyppien vaihtelua, ja lopulta syntyy kattava luokitusjärjestelmä.
Yksi eksoplaneettatyyppi, jota ei usein mainita, on munankuoriplaneetta. Ne ovat kiinnittäneet tutkijoiden huomion, koska niissä on ohuita, hauraita kuoria, ei vuoria eikä levytektoniikkaa.
Munankuoriplaneetat ovat harvinaisia, sikäli kuin tähtitieteilijät tietävät. Vain muutama on tunnistettu, mutta valintaharha saattaa vaikuttaa asiaan. Uuden lehden mukaan ' Planeetta- ja tähtiparametrien vaikutukset hauraan litosfäärin paksuuteen ”, kolme on löydetty eksoplaneettatutkimuksissa. Pääkirjoittaja on Paul Byrne, maan ja planeetan tieteiden apulaisprofessori Trinity Collegesta, Dublinista. Artikkeli on julkaistu Journal of Geophysical Research: Planets -lehdessä.
Eksoplaneetat ovat mielenkiintoisia sinänsä, mutta paljon sekä tutkijoiden että yleisön kiinnostusta herättää asuttavuus. Haluamme tietää, onko olemassa planeettoja, jotka voivat tukea elämää. Ja vaikka yksi lähestymistapa on etsiä nimenomaan planeettoja, jotka voisivat olla asumiskelpoisia, toinen lähestymistapa on luopua planeetoista, joilla tietääksemme ei yksinkertaisesti ole mahdollisuutta tukea elämää.
'Ymmärtäminen, onko sinulla mahdollisuus levytektoniikan käyttöön, on todella tärkeä asia tietää maailmasta...'
Paul Byrne, maa- ja planeettatieteiden apulaisprofessori, Trinity College, Dublin.
On vahvaa näyttöä siitä, että levytektoniikka on välttämätön vaatimus asumiselle. Ja koska osa eksoplaneettojen metsästäjien keskittymistä on Maan kaltaisten maailmojen löytäminen, levytektoniikka on avainasemassa. Ilman levytektoniikkaa emme olisi täällä.
'Ymmärtäminen, onko sinulla levytektoniikan mahdollisuus, on todella tärkeä asia tietää maailmasta, koska levytektoniikka saattaa olla tarpeen, jotta suuri kiviplaneetta olisi asuttava', sanoi johtava kirjoittaja Byrne. 'Se on siksi erityisen tärkeää, kun puhumme Maan kaltaisten maailmojen etsimisestä muiden tähtien ympäriltä ja kun luonnehdimme planeettojen asuttavuutta yleisesti.'
Levytektoniikka tapahtuu, kun planeetan litosfääri hajoaa paloiksi, jotka kelluvat ympäriinsä vaipan päällä. Levytektoniikka voi auttaa säätelemään planeetan lämpötilaa kierrättämällä kuoren vaippaan pitkien geologisten aikajaksojen aikana. Se säätelee ilmakehää ja auttaa poistamaan hiiltä välttäen karkaavaa kasvihuoneilmiötä, joka voi tehdä pinnan asumiskelvottomaksi. Termi 'asuttava vyöhyke', joka kuvaa tähtiä ympäröivää aluetta, jossa planeetalla voi olla nestemäistä vettä, lasketaan yleensä aktiivisen levytektoniikan mukaan.
Maan tektoniset levyt kartoitettiin 1900-luvun jälkipuoliskolla. Kuvan luotto: Kartan mukaan: USGSKuvaus: Scott Nash – Tämä tiedosto on johdettu tiedostosta: Tectonic plates.png, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=535201
Planeettaa ilman levytektoniikkaa kutsutaan joskus 'pysähdykseksi kansiplaneetaksi'. Niitä esiintyy, kun vaippa ei ole tarpeeksi energinen murtamaan kuoren paloiksi. Sen sijaan kuori on yksi hauras pala, joka peittää planeetan koko pinnan. Omassa aurinkokunnassamme Merkurius on ollut pysähtynyt kansiplaneetta miljardeja vuosia. Joillakin planeetoilla voi esiintyä episodista tektonista aktiivisuutta, jolloin kuori on liikkumaton geologisia ajanjaksoja.
Koska meillä ei ole tapaa tarkkailla eksoplaneettojen pintoja, tähtitieteilijät haluavat löytää tavan havaita ne muilla todisteilla. Kuten uuden paperin otsikko osoittaa, planeetan ja sen tähden parametrit voivat osoittaa, että planeetta on munankuoriplaneetta.
'Se, mitä olemme tässä esittäneet, on pohjimmiltaan opas tai kätevä käsikirja', johtava kirjoittaja Byrne sanoi. 'Jos sinulla on tietyn kokoinen planeetta, joka on tietyllä etäisyydellä sen tähdestä ja jolla on määrätty massa, tulostemme avulla voit tehdä arvioita monista muista ominaisuuksista - mukaan lukien siitä, voiko sillä olla levytektoniikkaa.'
Paperissa kuvataan, kuinka planeetan koosta, iästä ja etäisyydestä sen tähdestä saatujen tietojen avulla voidaan tunnistaa munankuoriplaneettojen lisäksi myös muita eksoplaneettatyyppejä. Koska tähtitieteilijät eivät näe eksoplaneettojen pintoja ja ovat vasta nyt alkaneet tutkia niiden ilmakehää, planeetan muut parametrit ovat erityisen tärkeitä.
'Olemme kuvanneet muutamia eksoplaneettoja, mutta ne ovat valopilkkuja, jotka kiertävät tähteä. Meillä ei ole vielä teknistä kykyä nähdä eksoplaneettojen pintaa, Byrne sanoi. 'Tämä paperi on yksi pienistä, mutta kasvavasta määrästä tutkimuksia, joissa geologisesta tai geofysikaalisesta näkökulmasta yritetään ymmärtää maailmoja, joita emme voi mitata suoraan tällä hetkellä.'
Kukaan ei ole koskaan nähnyt eksoplaneetan pintaa. Meillä on vain tieteellisten kuvittajien työ mielikuvituksemme sytyttämiseksi. Tämä on taiteilijan näkemys punaisen kääpiötähden TRAPPIST-1:n ympäriltä löydetystä kaukaisimmasta eksoplaneettasta. Luotto: ESO/M. Kornmesser.
Byrnen ja hänen kollegoidensa mukaan planeetan hauraan litosfäärin paksuus on avain sen ymmärtämiseen, onko sillä levytektoniikkaa. Ja litosfäärin paksuus ei määräydy pelkästään planeetan, vaan myös sen isäntätähden ominaisuuksien mukaan. 'Planeetalle ominaiset tekijät, kuten koko, sisälämpötila, koostumus ja jopa ilmasto, vaikuttavat tämän ulkokerroksen paksuuteen, mutta niin vaikuttavat myös isäntätähdelle ominaiset tekijät, mukaan lukien kuinka valoisa ja kaukana se on', he kirjoittavat. heidän paperissaan.
Jotta planeetalla olisi aktiivinen tektoniikka, useiden tekijöiden välillä on oltava tasapaino. Esimerkiksi, jos kuori on liian paksu, vaipan energia ei ehkä riitä laukaisemaan tektonia.
Ryhmä kääntyi tietokonemallien puoleen ymmärtääkseen paremmin, mitkä tekijät johtavat paksumpaan eksoplaneetan kuoreen.
Tiimi aloitti mallinsa yleisellä kivimaailmalla ja lähti sieltä. 'Se oli tavallaan Maan kokoinen - vaikka harkitsimme myös kokoa siellä', Byrne sanoi. 'Ja sitten käänsimme kellottimet', hän lisäsi. 'Meillä oli kirjaimellisesti tuhansia malleja.'
Paperissa on näkyvästi esillä BDT-hauras-muovautuva siirtymä. BDT on vyöhyke litosfäärissä, jossa vallitsevasti hauras käyttäytyminen muuttuu dominoivasti sitkeäksi muodonmuutokseksi. Tässä termissä sitkeä tarkoittaa periaatteessa taipuisaa. Planeetan litosfäärin vahvuus riippuu suuresti sen paksuudesta, joten mitä syvempi BDT, sitä vahvempi kuori.
Useat tekijät vaikuttavat planeetan litosfäärin paksuuden määräämiseen. Etäisyys tähdestä, ikä ja planeetan massa vaikuttavat kaikki siihen. Mutta ryhmä havaitsi, että pintalämpötilalla oli suurempi rooli. 'Mallemme ennustavat, että maailmoissa, jotka ovat pieniä, vanhoja tai kaukana tähdestä, on todennäköisesti paksuja, jäykkiä kerroksia, mutta joissain olosuhteissa planeetoilla voi olla vain muutaman kilometrin paksuinen ulompi hauras kerros.' Juuri näitä planeettoja ryhmä kutsuu munankuoriplaneetoiksi, ja ne saattavat muistuttaa Venuksen alamaista.
Tämä väärä värikuva alangoista Venuksen pinnalla näyttää hienoja, kevyitä viivoja, jotka ovat luonteeltaan todennäköisesti tektonisia. Tummemmat alueet ovat tasaisia vulkaanisia tasankoja. Kuva on NASAn Magellan-operaation tutkatiedoista tehty mosaiikki. Kuvan alueen halkaisija on noin 1 400 km (870 mailia). Kuvan luotto: NASA.
Venuksen alamaat ovat laajoja laavatasankoja. Ja ne ovat myös suurelta osin litteitä, ja niissä on vain ryppyisiä harjanteita. Byrnen mukaan litosfääri näillä alueilla on ohut planeetan erittäin korkeiden pintalämpötilojen vuoksi.
Tämä tutkimuksen luku osoittaa BDT-syvyyden ja pintalämpötilan välisen suhteen. Jokainen piste on yksi simulaatiotulos. (g/ms2 on pinnan gravitaatiokiihtyvyyden mitta.)Kuvan luotto: Byrne et al 2021.
Mitä tulee eksoplaneettoihin, valtamedia ilmoittaa mielellään kahden luokan planeettojen löytämisestä. Maan kaltaiset planeetat ovat aina peitossa, ja niin ovat myös erittäin omituiset planeetat, kuten se, joka saattaa olla sataa sulaa rautaa .
Mutta se on vain eräänlaista kirsikkapoiminta. Laajemmassa tieteellisessä kuvassa on välttämätöntä kasvattaa yleistä ymmärrystämme eksoplaneetoista. Sinne tämä tutkimus sopii tekijöiden mukaan.
'Yleinen tavoitteemme on enemmän kuin vain eksoplaneettojen oikkujen ymmärtäminen', Byrne sanoi. ”Viime kädessä haluamme auttaa tunnistamaan kiinteistöjä, jotka tekevät maailmasta asumiskelpoisen. Eikä vain tilapäisesti, vaan asumiskelpoinen pitkäksi aikaa, koska uskomme, että elämä tarvitsee hetken päästäkseen vauhtiin ja muuttuakseen kestäväksi.'
Onko asumiskelpoisuutta ylläpitävien planeettojen määrä pieni? Todennäköisesti. Ja yksi asuttavuutta ylläpitävistä tekijöistä on pitkäaikainen levytektoniikka. Ilman sitä elämästä ei todennäköisesti tule monimutkaista.
Tämä tutkimuksen kuva näyttää BDT:n syvyyden ja levyn iän tai planeetan iän, ja pinnan lämpötila on näppäilty alareunassa. Levyn ikää käytetään lämmönvirtauksen sijaisarvona. Jokainen piste on yksi simulaatiotulos. Kuvan luotto: Byrne et al 2021.
Elämän löytäminen muualta on tieteen ensisijainen liikkeellepaneva voima. Ja näille tutkijoille se keskittyy maapallon ympärille ja kuinka ainutlaatuiseksi se voi osoittautua.
'Se on suuri ulottuvuus', Byrne sanoi. 'Lopulta suurin osa tästä työstä on sidottu tähän lopulliseen määränpäähän, joka on 'kuinka ainutlaatuinen tai ei, maa on?' Yksi monista asioista, jotka meidän tulee tietää, on se, millaiset ominaisuudet vaikuttavat Maan kaltaiseen maailmaan. Ja tämä tutkimus auttaa käsittelemään osaa tästä kysymyksestä osoittamalla, millaisia tapoja nämä parametrit ovat vuorovaikutuksessa, mitkä muut tulokset voivat olla mahdollisia ja mitkä maailmat meidän pitäisi priorisoida uuden sukupolven kaukoputkella tehtävässä tutkimuksessa.
Taiteilijan kuva eksoplaneetta TOI 1235 b, epäilty munankuoriplaneetta. Kuvan luotto: NASA
Kirjoittajat tunnustavat mallinsa yksinkertaisuuden. Ilman yksityiskohtaisia havaintoja eksoplaneetan pinnan ominaisuuksista tämä työ on välttämättä lähtökohta. 'Tietenkin tutkimuksemme on väistämättä yksinkertaista, koska meillä ei ole käytännössä mitään geologisia havaintoja eksoplaneetoista, joilla voisimme rajoittaa parametritilaamme', he kirjoittavat.
Mutta se palvelee silti arvokasta tarkoitusta. Se on eräänlainen viitekehys tavoitteiden ymmärtämiselle lisähavainnointia varten. 'Tässä tekemämme keskeinen ennuste on, että niin kutsutuilla munankuoriplaneetoilla on vähän koholla oleva topografia. Tätä ennustetta voidaan testata tulevien sukupolvien kaukoputkilla, jotka pystyvät etsimään rakenteellista tai orogeenista topografiaa eksoplaneetoilta', he selventävät.
Kun tehokkaammat teleskoopit tulevat verkkoon, tähtitieteilijät voivat lopulta tarkkailla eksoplaneettoja paljon tarkemmin. Tiedämme kuitenkin tuhansia eksoplaneettoja, joita löydetään jatkuvasti lisää. Havainnointiajan maailman tehokkaimmissa observatorioissa on aina suuri kysyntä. Tämän kaltaiset mallinnustutkimukset ovat tapa esilajitella mahdollisia havaintokohteita.
Kirjoittajat sanovat, että tiedämme jo kolme näistä munankuoriplaneetoista: TOI-1235 b , HD 136352 b , ja L 168-9 b . Ne ovat kaikki hyvin lähellä tähtiään ja ovat todennäköisesti aivan liian kuumia asuakseen riippumatta siitä, onko niillä levytektoniikkaa vai ei, mutta ne ovat hyviä testitapauksia munankuoriplaneettojen yleiselle havaitsemismenetelmälle.
Tämä tutkimuksen luku näyttää kolme epäiltyä munankuoriplaneettaa sekä Merkurius, Venus, Maa ja Mars. Ne kaikki esitetään suhteessa ikään, pinnan painovoimakiihtyvyyteen ja pintalämpötilaan. LHS 1140 b on myös esitetty, koska niille on saatavilla pinnan painovoima- ja pintalämpötilaarvioita, kuten myös muille eksoplaneetoille. Kaikki neljä eksoplaneettaa ovat supermaita. Kuvan luotto: Byrne et al 2021.
Pitäisikö näiden kolmen olla havainnoinnin painopiste tulevaisuudessa? 'Ehdotamme, että näitä planeettoja tutkitaan suunnitelluilla ja tulevilla avaruusteleskoopeilla sen testaamiseksi, ovatko mallimme oikeita', kirjoittajat kirjoittavat.
Ja jos mallit ovat oikein, asumiskelpoisten planeettojen etsintä ottaa toisen askeleen eteenpäin.
Lisää:
- Lehdistötiedote: Kulje kevyesti: 'Munankuoriplaneetat' mahdollisia muiden tähtien ympärillä
- Tutkimus paperi: Planeetta- ja tähtiparametrien vaikutukset hauraan litosfäärin paksuuteen
- Universumi tänään: Mikä mursi Maan ulkokuoren ja aloitti sen levytektoniikan?