Πλανήτες χωρίς τεκτονικές πλάκες είναι απίθανο να είναι κατοικήσιμοι. Αλλά επί του παρόντος, δεν έχουμε δει ποτέ την επιφάνεια ενός εξωπλανήτη για να προσδιορίσουμε εάν οι τεκτονικές πλακών είναι ενεργές. Οι επιστήμονες συνδυάζουν τις πιθανές επιφανειακές δομές τους από άλλα στοιχεία. Υπάρχει τρόπος να προσδιοριστεί ποιοι εξωπλανήτες μπορεί να είναι κελύφη αυγών και να εξαλειφθούν ως δυνητικά κατοικήσιμοι;
Οι συγγραφείς μιας πρόσφατα δημοσιευμένης εργασίας λένε ότι υπάρχει.
Η κοινότητα της αστρονομίας δεν έχει καταλήξει ακόμη σε μια μέθοδο ταξινόμησης εξωπλανητών. Στη NASA αρέσει να τους ομαδοποιεί σε τέσσερις ταξινομήσεις: γίγαντες αερίων, υπερ-Γαίες, Ποσειδώνιοι και επίγειους. Αλλά αυτό είναι μόνο μια αρχή. Ο θησαυρός της Ενοποιημένης Αστρονομίας χρησιμοποιεί 15 διαφορετικές ταξινομήσεις εξωπλανητών. Άλλοι όροι χρησιμοποιούνται και στην επιστημονική βιβλιογραφία.
Ο αριθμός των ταξινομήσεων για εξωπλανήτες μπορεί να είναι όσο κοκκώδης θα θέλαμε. Τελικά, το καθένα είναι διαφορετικό. Είμαστε στα πρώτα στάδια της κατανόησης της ποικιλίας των τύπων εξωπλανητών και τελικά, θα προκύψει ένα ολοκληρωμένο σχέδιο ταξινόμησης.
Ένας τύπος εξωπλανήτη που δεν αναφέρεται συχνά είναι ο πλανήτης του κελύφους των αυγών. Έχουν τραβήξει την προσοχή των ερευνητών επειδή έχουν λεπτές, εύθραυστες κρούστες, χωρίς βουνά και τεκτονικές πλάκες.
Οι πλανήτες με κέλυφος αυγών είναι σπάνιοι, από όσο γνωρίζουν οι αστρονόμοι. Μόνο μερικά έχουν εντοπιστεί, αλλά η μεροληψία επιλογής μπορεί να παίξει ρόλο εκεί. Σύμφωνα με μια νέα εφημερίδα με τίτλο « Οι επιδράσεις των πλανητικών και αστρικών παραμέτρων στο εύθραυστο λιθοσφαιρικό πάχος », τρεις έχουν βρεθεί σε έρευνες για εξωπλανήτες. Ο κύριος συγγραφέας είναι ο Paul Byrne, Αναπληρωτής Καθηγητής Γης και Πλανητών Επιστημών, στο Trinity College του Δουβλίνου. Η εργασία δημοσιεύεται στο Journal of Geophysical Research: Planets.
Οι εξωπλανήτες είναι ενδιαφέροντες από μόνοι τους, αλλά πολλά από αυτά που προσελκύουν το ενδιαφέρον τόσο των επιστημόνων όσο και του κοινού είναι η κατοικησιμότητα. Θέλουμε να μάθουμε αν υπάρχουν πλανήτες εκεί έξω που μπορούν να υποστηρίξουν ζωή. Και ενώ η αναζήτηση ειδικά για πλανήτες που θα μπορούσαν να είναι κατοικήσιμοι είναι μια προσέγγιση, μια άλλη είναι η έκπτωση σε πλανήτες που, από όσο γνωρίζουμε, απλώς δεν έχουν καμία πιθανότητα να υποστηρίξουν ζωή.
«Το να καταλάβετε εάν έχετε τη δυνατότητα των τεκτονικών πλακών είναι πολύ σημαντικό να γνωρίζετε για έναν κόσμο…»
Paul Byrne, Αναπληρωτής Καθηγητής Γης και Πλανητών Επιστημών, Trinity College, Δουβλίνο.
Υπάρχουν ισχυρές ενδείξεις ότι η τεκτονική πλακών είναι απαραίτητη προϋπόθεση για κατοικησιμότητα. Και δεδομένου ότι μέρος της εστίασης των κυνηγών εξωπλανητών είναι να βρουν κόσμους που μοιάζουν με τη Γη, η τεκτονική πλακών είναι το κλειδί. Χωρίς τεκτονικές πλακών, δεν θα ήμασταν εδώ.
«Το να καταλάβετε εάν έχετε τη δυνατότητα τεκτονικών πλακών είναι ένα πραγματικά σημαντικό πράγμα που πρέπει να γνωρίζετε για έναν κόσμο, επειδή μπορεί να απαιτούνται τεκτονικές πλακών για να είναι κατοικήσιμος ένας μεγάλος βραχώδης πλανήτης», δήλωσε ο επικεφαλής συγγραφέας Byrne. «Είναι επομένως ιδιαίτερα σημαντικό όταν μιλάμε για την αναζήτηση κόσμων σαν τη Γη γύρω από άλλα αστέρια και όταν χαρακτηρίζουμε την κατοικησιμότητα των πλανητών γενικά».
Η τεκτονική πλακών εμφανίζεται όταν η λιθόσφαιρα ενός πλανήτη σπάει σε κομμάτια που επιπλέουν γύρω από τον μανδύα. Η τεκτονική των πλακών μπορεί να βοηθήσει στη ρύθμιση της θερμοκρασίας ενός πλανήτη ανακυκλώνοντας τον φλοιό στον μανδύα για μεγάλα γεωλογικά χρονικά πλαίσια. Ρυθμίζει την ατμόσφαιρα και βοηθά στην απομάκρυνση του άνθρακα, αποφεύγοντας το φαινόμενο του θερμοκηπίου που θα μπορούσε να καταστήσει την επιφάνεια ακατοίκητη. Ο όρος «κατοικήσιμη ζώνη», ο οποίος περιγράφει την περιοχή γύρω από ένα αστέρι όπου ένας πλανήτης μπορεί να έχει υγρό νερό, υπολογίζεται συνήθως συμπεριλαμβανομένης της ενεργού τεκτονικής πλακών.
Οι τεκτονικές πλάκες της Γης χαρτογραφήθηκαν στο δεύτερο μισό του 20ου αιώνα. Πίστωση εικόνας: Με χάρτη: USGSDΠεριγραφή: Scott Nash – Αυτό το αρχείο προέρχεται από: Tectonic plates.png, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=535201
Ένας πλανήτης χωρίς τεκτονικές πλάκες ονομάζεται μερικές φορές «πλανήτης στάσιμος καπακιού». Εμφανίζονται όταν ο μανδύας δεν είναι αρκετά ενεργητικός για να σπάσει το φλοιό σε κομμάτια. Αντίθετα, ο φλοιός είναι ένα μόνο εύθραυστο κομμάτι που καλύπτει ολόκληρη την επιφάνεια του πλανήτη. Στο δικό μας ηλιακό σύστημα, ο Ερμής είναι ένας στάσιμος πλανήτης για δισεκατομμύρια χρόνια. Μερικοί πλανήτες μπορεί να παρουσιάσουν επεισοδιακή τεκτονική δραστηριότητα, όπου ο φλοιός είναι ακίνητος για γεωλογικές χρονικές περιόδους.
Δεδομένου ότι δεν έχουμε τρόπο να παρατηρήσουμε τις επιφάνειες των εξωπλανητών, οι αστρονόμοι θέλουν να βρουν έναν τρόπο να τις ανιχνεύσουν με άλλα στοιχεία. Όπως καθιστά σαφές ο τίτλος της νέας εργασίας, οι παράμετροι ενός πλανήτη και του αστεριού του μπορούν να αποδείξουν ότι ένας πλανήτης είναι πλανήτης με κέλυφος αυγού.
«Αυτό που παρουσιάσαμε εδώ είναι ουσιαστικά ένας οδηγός ή εύχρηστο εγχειρίδιο», είπε ο επικεφαλής συγγραφέας Byrne. «Αν έχετε έναν πλανήτη δεδομένου μεγέθους, σε μια δεδομένη απόσταση από το άστρο του και με δεδομένη μάζα, τότε με τα αποτελέσματά μας μπορείτε να κάνετε κάποιες εκτιμήσεις για μια ποικιλία άλλων χαρακτηριστικών — συμπεριλαμβανομένου του αν μπορεί να έχει τεκτονικές πλακών».
Το έγγραφο περιγράφει πώς η γνώση του μεγέθους, της ηλικίας και της απόστασης ενός πλανήτη από το άστρο του θα μπορούσε όχι μόνο να αναγνωρίσει πλανήτες με κέλυφος αυγών, αλλά και άλλους τύπους εξωπλανητών. Δεδομένου ότι οι αστρονόμοι δεν μπορούν να δουν τις επιφάνειες των εξωπλανητών και μόλις τώρα αρχίζουν να μελετούν την ατμόσφαιρά τους, οι άλλες παράμετροι ενός πλανήτη έχουν ιδιαίτερη σημασία.
«Έχουμε απεικονίσει μερικούς εξωπλανήτες, αλλά είναι κηλίδες φωτός που περιφέρονται γύρω από ένα αστέρι. Δεν έχουμε ακόμη καμία τεχνική ικανότητα να δούμε πραγματικά την επιφάνεια των εξωπλανητών», είπε ο Byrne. 'Αυτή η εργασία είναι μία από έναν μικρό αλλά αυξανόμενο αριθμό μελετών που λαμβάνουν μια γεωλογική ή γεωφυσική προοπτική για να προσπαθήσουν να κατανοήσουν τους κόσμους που δεν μπορούμε να μετρήσουμε άμεσα αυτήν τη στιγμή.'
Κανείς δεν έχει δει ποτέ την επιφάνεια ενός εξωπλανήτη. Το μόνο που έχουμε είναι δουλειά επιστημονικών εικονογράφων για να πυροδοτήσουν τη φαντασία μας. Αυτή είναι η εντύπωση ενός καλλιτέχνη από τη θέα από τον πιο μακρινό εξωπλανήτη που ανακαλύφθηκε γύρω από τον κόκκινο νάνο αστέρι TRAPPIST-1. Πίστωση: ESO/M. Kornmesser.
Σύμφωνα με τον Byrne και τους συναδέλφους του, το πάχος της εύθραυστης λιθόσφαιρας ενός πλανήτη είναι το κλειδί για να καταλάβουμε αν έχει τεκτονικές πλάκες. Και το πάχος της λιθόσφαιρας υπαγορεύεται όχι μόνο από τα χαρακτηριστικά του πλανήτη αλλά και από το άστρο υποδοχής του. «Παράγοντες που είναι εγγενείς στον πλανήτη, όπως το μέγεθος, η εσωτερική θερμοκρασία, η σύνθεση, ακόμη και το κλίμα επηρεάζουν το πάχος αυτού του εξωτερικού στρώματος, αλλά το ίδιο επηρεάζουν και παράγοντες που είναι συγκεκριμένοι για το άστρο ξενιστή, συμπεριλαμβανομένου του πόσο φωτεινό και μακριά είναι», γράφουν. στο χαρτί τους.
Προκειμένου ένας πλανήτης να έχει ενεργή τεκτονική, πρέπει να υπάρχει μια ισορροπία μεταξύ πολλών παραγόντων. Για παράδειγμα, εάν ο φλοιός είναι πολύ παχύς, η ενέργεια στον μανδύα μπορεί να μην είναι αρκετή για να πυροδοτήσει τεκτονικές.
Η ομάδα στράφηκε σε μοντέλα υπολογιστών για να κατανοήσει καλύτερα ποιοι παράγοντες οδηγούν σε παχύτερο φλοιό εξωπλανητών.
Η ομάδα ξεκίνησε τα μοντέλα της με έναν γενικό βραχώδη κόσμο και πήγε από εκεί. «Ήταν κάπως στο μέγεθος της Γης – αν και λάβαμε υπόψη το μέγεθος και εκεί», είπε ο Byrne. «Και μετά γυρίσαμε τα καντράν», πρόσθεσε. «Τρέξαμε κυριολεκτικά χιλιάδες μοντέλα».
Εξέχουσα θέση στην εργασία είναι η έννοια της BDT-εύθραυστη-όλκιμη μετάβαση. Το BDT είναι η ζώνη στη λιθόσφαιρα όπου η κυρίαρχα εύθραυστη συμπεριφορά αλλάζει σε κυρίαρχα όλκιμη παραμόρφωση. Σε αυτόν τον όρο όλκιμο σημαίνει βασικά εύκαμπτο. Η ισχύς της λιθόσφαιρας ενός πλανήτη εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από το πάχος του, επομένως όσο πιο βαθιά είναι το BDT, τόσο ισχυρότερος είναι ο φλοιός.
Πολλοί παράγοντες επηρεάζουν τον προσδιορισμό του πάχους της λιθόσφαιρας ενός πλανήτη. Η απόσταση από το αστέρι, η ηλικία και η πλανητική μάζα επηρεάζουν όλα αυτά. Αλλά η ομάδα διαπίστωσε ότι η θερμοκρασία της επιφάνειας έπαιξε μεγαλύτερο ρόλο. «Τα μοντέλα μας προβλέπουν ότι οι κόσμοι που είναι μικροί, παλιοί ή μακριά από το άστρο τους πιθανότατα έχουν παχιά, άκαμπτα στρώματα, αλλά, σε ορισμένες περιπτώσεις, οι πλανήτες μπορεί να έχουν ένα εξωτερικό εύθραυστο στρώμα πάχους μόνο μερικών χιλιομέτρων». Είναι αυτοί οι πλανήτες που η ομάδα αποκαλεί πλανήτες με κέλυφος αυγών και μπορεί να μοιάζουν με τις πεδιάδες της Αφροδίτης.
Αυτή η εσφαλμένη έγχρωμη εικόνα πεδινών στην επιφάνεια της Αφροδίτης δείχνει λεπτές, ελαφριές γραμμές που είναι πιθανόν τεκτονικής φύσης. Οι πιο σκοτεινές περιοχές είναι λείες ηφαιστειακές πεδιάδες. Η εικόνα είναι ένα μωσαϊκό από δεδομένα ραντάρ από την αποστολή Magellan της NASA. Η περιοχή στην εικόνα είναι περίπου 1.400 km (870 μίλια) πλάτος. Πίστωση εικόνας: NASA.
Τα πεδινά της Αφροδίτης είναι απέραντες πεδιάδες από λάβα. Και είναι σε μεγάλο βαθμό επίπεδα, επίσης, με μόνο τσαλακωμένες κορυφογραμμές. Σύμφωνα με τον Byrne, η λιθόσφαιρα σε αυτές τις περιοχές είναι λεπτή λόγω των εξαιρετικά υψηλών επιφανειακών θερμοκρασιών του πλανήτη.
Αυτό το σχήμα από τη μελέτη δείχνει τη σχέση μεταξύ του βάθους BDT και της θερμοκρασίας επιφάνειας. Κάθε μια από τις τελείες είναι ένα αποτέλεσμα προσομοίωσης. (g/ms2 είναι ένα μέτρο της επιφανειακής βαρυτικής επιτάχυνσης.)Πίστωση εικόνας: Byrne et al 2021.
Όταν πρόκειται για εξωπλανήτες, τα κυρίαρχα μέσα ενημέρωσης αρέσκονται να ανακοινώνουν την ανακάλυψη δύο κατηγοριών πλανητών. Πλανήτες που μοιάζουν με τη Γη καλύπτονται πάντα, και το ίδιο και οι εξαιρετικά περίεργοι πλανήτες, όπως αυτός που θα μπορούσε βροχή λιωμένο σίδερο .
Αλλά αυτό είναι απλώς ένα είδος συλλογής κερασιού. Στην ευρύτερη επιστημονική εικόνα, είναι επιτακτική ανάγκη να αναπτύξουμε τη συνολική κατανόησή μας για τους εξωπλανήτες. Εκεί εντάσσεται αυτή η μελέτη, σύμφωνα με τους συγγραφείς.
«Ο γενικός μας στόχος είναι κάτι περισσότερο από την απλή κατανόηση των ιδιοτροπιών των εξωπλανητών», είπε ο Byrne. «Τελικά θέλουμε να συμβάλουμε στον εντοπισμό των ιδιοτήτων που κάνουν έναν κόσμο κατοικήσιμο. Και όχι μόνο προσωρινά, αλλά κατοικήσιμη για μεγάλο χρονικό διάστημα, γιατί πιστεύουμε ότι η ζωή χρειάζεται μάλλον λίγο χρόνο για να ξεκινήσει και να γίνει βιώσιμη».
Είναι μικρός ο αριθμός των πλανητών που διατηρούν την κατοικησιμότητα; Πολύ πιθανό. Και ένας από τους παράγοντες που συντηρούν την κατοικησιμότητα είναι η μακροπρόθεσμη τεκτονική πλακών. Χωρίς αυτό, η ζωή μπορεί να είναι απίθανο να αναπτύξει πολυπλοκότητα.
Αυτό το σχήμα από τη μελέτη δείχνει το βάθος BDT και την ηλικία της πλάκας, ή την ηλικία του πλανήτη, με τη θερμοκρασία της επιφάνειας να είναι κλειδωμένη στο κάτω μέρος. Η ηλικία πλάκας χρησιμοποιείται ως υποκατάστατο για τη ροή θερμότητας. Κάθε μια από τις τελείες είναι ένα αποτέλεσμα προσομοίωσης. Πίστωση εικόνας: Byrne et al 2021.
Η εύρεση ζωής κάπου αλλού είναι μια πρωταρχική, κινητήρια δύναμη στην επιστήμη. Και για αυτούς τους ερευνητές, αυτό επικεντρώνεται γύρω από τον πλανήτη Γη και πόσο μοναδικός μπορεί να αποδειχθεί.
«Αυτή είναι η μεγάλη εμβέλεια», είπε ο Μπερν. «Τελικά το μεγαλύτερο μέρος αυτής της δουλειάς συνδέεται με αυτόν τον τελικό προορισμό, ο οποίος είναι «πόσο μοναδική ή όχι, είναι η Γη;» Ένα από τα πολλά πράγματα που θα πρέπει να μάθουμε είναι ποια είδη ιδιοτήτων επηρεάζουν έναν κόσμο όπως η Γη. Και αυτή η μελέτη βοηθά στην αντιμετώπιση ορισμένων από αυτό το ερώτημα, δείχνοντας τα είδη των τρόπων αλληλεπίδρασης αυτών των παραμέτρων, ποια άλλα αποτελέσματα μπορεί να είναι δυνατά και ποιους κόσμους πρέπει να δώσουμε προτεραιότητα για μελέτη με τηλεσκόπια νέας γενιάς.»
Εικονογράφηση καλλιτέχνη του εξωπλανήτη TOI 1235 b, ενός ύποπτου πλανήτη με κέλυφος αυγού. Πίστωση εικόνας: NASA
Οι συγγραφείς αναγνωρίζουν την απλότητα του μοντέλου τους. Χωρίς λεπτομερείς παρατηρήσεις των χαρακτηριστικών της επιφάνειας των εξωπλανητών, αυτή η εργασία είναι αναγκαστικά ένα σημείο εκκίνησης. «Φυσικά, η μελέτη μας είναι αναγκαστικά απλοϊκή, αφού ουσιαστικά δεν έχουμε γεωλογικές παρατηρήσεις εξωπλανητών με τις οποίες να περιορίσουμε τον παραμετρικό μας χώρο», γράφουν.
Αλλά εξακολουθεί να εξυπηρετεί έναν πολύτιμο σκοπό. Είναι ένα είδος πλαισίου για την κατανόηση στόχων για περαιτέρω παρατήρηση. «Μια βασική πρόβλεψη που κάνουμε εδώ είναι ότι οι λεγόμενοι πλανήτες με κέλυφος αυγών θα έχουν ελάχιστη ανυψωμένη τοπογραφία. Αυτή η πρόβλεψη μπορεί να δοκιμαστεί με μελλοντικές γενιές τηλεσκοπίων ικανών να αναζητήσουν δομική ή ορογενετική τοπογραφία σε εξωπλανήτες», διευκρινίζουν.
Καθώς πιο ισχυρά τηλεσκόπια έρχονται στο διαδίκτυο, οι αστρονόμοι θα μπορούν τελικά να παρατηρούν εξωπλανήτες πολύ πιο προσεκτικά. Αλλά γνωρίζουμε χιλιάδες εξωπλανήτες, με περισσότερους να ανακαλύπτονται συνεχώς. Η παρατήρηση του χρόνου στα πιο ισχυρά παρατηρητήρια του κόσμου είναι πάντα μεγάλη ζήτηση. Οι μελέτες μοντελοποίησης όπως αυτή είναι ένας τρόπος προδιαλογής πιθανών στόχων παρατήρησης.
Οι συγγραφείς λένε ότι γνωρίζουμε ήδη τρεις από αυτούς τους πλανήτες με κέλυφος αυγών: TOI-1235 β , HD 136352 β , και Λ 168-9 β . Είναι όλα πολύ κοντά στα αστέρια τους και είναι πιθανότατα πολύ ζεστά για να είναι κατοικήσιμα ανεξάρτητα από το αν έχουν τεκτονικές πλάκες ή όχι, αλλά αποτελούν καλές περιπτώσεις δοκιμής για τη συνολική μέθοδο ανίχνευσης πλανητών από κέλυφος αυγών.
Αυτό το σχήμα από τη μελέτη δείχνει τους τρεις ύποπτους πλανήτες με κέλυφος αυγών καθώς και τον Ερμή, την Αφροδίτη, τη Γη και τον Άρη. Όλα εμφανίζονται σε σχέση με την ηλικία τους, την επιφανειακή βαρυτική επιτάχυνση και τη θερμοκρασία της επιφάνειας. Το LHS 1140 b εμφανίζεται επίσης επειδή είναι διαθέσιμες εκτιμήσεις για την επιφανειακή βαρύτητα και τη θερμοκρασία της επιφάνειας, όπως και για τους άλλους εξωπλανήτες. Και οι τέσσερις εξωπλανήτες είναι υπερ-Γαίες. Πίστωση εικόνας: Byrne et al 2021.
Θα πρέπει αυτά τα τρία να είναι το επίκεντρο της παρατήρησης στο μέλλον; «Προτείνουμε να εξεταστούν αυτοί οι πλανήτες με προγραμματισμένα και μελλοντικά διαστημικά τηλεσκόπια για να ελεγχθεί εάν τα μοντέλα μας είναι σωστά», γράφουν οι συγγραφείς.
Και αν τα μοντέλα είναι σωστά, η αναζήτηση για κατοικήσιμους πλανήτες θα κάνει ένα ακόμη βήμα μπροστά.