ta ilustracja pokazuje NASA sonda Cassini latających przez pióropusze na Enceladus w październiku 2015. Kredyt: NASA / JPL-Caltech
kilka lat temu, planetolog Lynnae Quick zaczął zastanawiać się, czy któreś z ponad 4000 znanych egzoplanet lub Planet poza naszym Układem Słonecznym może przypominać niektóre z wodnistych księżyców wokół Jowisza i Saturna., Chociaż niektóre z tych księżyców nie mają atmosfery i są pokryte lodem, nadal są jednymi z głównych celów w poszukiwaniach życia poza Ziemią przez NASA. Księżyc Saturna Enceladus i księżyc Jowisza Europa, które naukowcy klasyfikują jako „światy oceaniczne”, są dobrymi przykładami.
„pióropusze wody wybuchają z Europy i Enceladusa, więc możemy powiedzieć, że te ciała mają podziemne oceany pod skorupami lodowymi i mają energię, która napędza pióropusze, które są dwoma wymaganiami dla życia, jakie znamy”, mówi Quick, planetarny Naukowiec NASA, który specjalizuje się w wulkanizmie i światach oceanicznych., „Jeśli więc myślimy o tych miejscach jako potencjalnie nadających się do zamieszkania, być może większe ich wersje w innych układach planetarnych też nadają się do zamieszkania.”
Quick, z centrum lotów kosmicznych NASA w Greenbelt w stanie Maryland, postanowił zbadać, czy — hipotetycznie — istnieją planety podobne do Europy i Enceladusa w galaktyce Drogi Mlecznej. I czy oni też mogą być wystarczająco aktywni geologicznie, aby strzelać piórami przez ich powierzchnie, które pewnego dnia mogą zostać wykryte przez teleskopy.,
dzięki matematycznej analizie kilkudziesięciu egzoplanet, w tym planet w pobliskim układzie TRAPPIST-1, Quick i jej koledzy dowiedzieli się czegoś znaczącego: ponad jedna czwarta egzoplanet, które badali, mogła być światami oceanicznymi, z których większość prawdopodobnie kryje oceany pod warstwami lodu powierzchniowego, podobnie jak Europa i Enceladus. Ponadto wiele z tych planet może uwalniać więcej energii niż Europa i Enceladus.,
Wenus mogła mieć kiedyś ciekłą wodę oceany i aktywne wulkany, otoczenie, które jest gościnne dla życia. Ale z czasem planeta stała się tak gorąca, że oceany zagotowały się. Stopniowo gazy wulkaniczne tworzyły na Wenus super gęstą atmosferę z chmurami kwasu siarkowego., Kredyt: Michael Lentz& Mike Mirandi/NASA Goddard Space Flight Center
naukowcy mogą pewnego dnia być w stanie przetestować przewidywania Quicka przez pomiar ciepła emitowanego z egzoplanety lub przez wykrywanie wulkanicznych lub kriowulkanicznych (ciecz lub opary zamiast stopionej skały) erupcji w długościach fal światła emitowanego przez cząsteczki w atmosferze planety. Na razie naukowcy nie widzą wielu planet pozasłonecznych w żadnym szczególe. Niestety, są zbyt daleko i zbyt zagłuszeni przez światło ich gwiazd., Ale biorąc pod uwagę tylko dostępne informacje-rozmiary egzoplanet, masy i odległości od ich gwiazd-naukowcy tacy jak Quick i jej koledzy mogą wykorzystać modele matematyczne i nasze zrozumienie układu słonecznego, aby spróbować wyobrazić sobie warunki, które mogą kształtować egzoplanety w żywe światy lub nie.,
podczas gdy założenia, które wchodzą w te modele matematyczne, są wykształconymi domysłami, mogą pomóc naukowcom zawęzić listę obiecujących egzoplanet do poszukiwania warunków sprzyjających życiu, tak aby nadchodzący Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba lub inne misje kosmiczne NASA mogły być kontynuowane.
„przyszłe misje mające na celu poszukiwanie oznak życia poza Układem Słonecznym skupiają się na planetach takich jak nasza, które mają globalną biosferę tak bogatą, że zmienia się Chemia całej atmosfery”, mówi Aki Roberge, astrofizyk z NASA Goddard, który współpracował z Quick przy tej analizie., „Ale w Układzie Słonecznym lodowe księżyce z oceanami, które są daleko od ciepła słońca, nadal wykazały, że mają cechy, które uważamy za niezbędne do życia.”
Ten animowany wykres pokazuje poziomy przewidywanej aktywności geologicznej wśród planet pozasłonecznych, z oceanami i bez nich, w porównaniu do znanej aktywności geologicznej wśród ciał Układu Słonecznego, z oceanami i bez nich., Źródło: Lynnae Quick & James Tralie/Goddard Space Flight Center NASA
aby znaleźć możliwe światy oceaniczne, zespół Quicka wybrał 53 egzoplanety o rozmiarach najbardziej zbliżonych do ziemi, choć mogły mieć do ośmiu razy większą masę. Naukowcy zakładają, że planety tej wielkości są bardziej stałe niż gazowe, a tym samym bardziej prawdopodobne, że będą wspierać ciekłą wodę na lub pod ich powierzchnią., Co najmniej 30 kolejnych planet pasujących do tych parametrów zostało odkrytych od czasu, gdy Quick i jej koledzy rozpoczęli badania w 2017 roku, ale nie zostały one uwzględnione w analizie, która została opublikowana 18 czerwca 2020 roku w czasopiśmie Publications of the Astronomical Society of the Pacific.
dzięki zidentyfikowanym planetom wielkości Ziemi, Quick i jej zespół starali się ustalić, ile energii każda z nich może wytwarzać i uwalniać w postaci ciepła. Zespół rozważał dwa podstawowe źródła ciepła., Pierwsze, ciepło radiogeniczne, jest generowane przez miliardy lat przez powolny rozpad materiałów radioaktywnych w płaszczu i skorupie planety. Tempo rozpadu zależy od wieku planety i masy jej płaszcza. Inni naukowcy ustalili już te związki dla planet wielkości Ziemi. Więc, Quick i jej zespół zastosowali szybkość rozpadu do listy 53 Planet, zakładając, że każda z nich jest w tym samym wieku co jej gwiazda i że jej płaszcz zajmuje taką samą część objętości planety, jak płaszcz Ziemi.,
następnie naukowcy obliczyli ciepło wytwarzane przez coś innego: siłę pływową, która jest energią generowaną przez szarpanie grawitacyjne, gdy jeden obiekt okrąża inny. Planety na rozciągniętych lub eliptycznych orbitach zmieniają odległość między sobą a swoimi gwiazdami, gdy okrążają je. Prowadzi to do zmian siły grawitacyjnej między dwoma obiektami i powoduje rozciąganie się planety, wytwarzając w ten sposób ciepło. Ostatecznie ciepło jest tracone w przestrzeni przez powierzchnię.
jedna droga wylotowa dla ciepła przebiega przez wulkany lub kriowulkany., Inną drogą jest tektonika, która jest procesem geologicznym odpowiedzialnym za ruch najbardziej oddalonej skalistej lub lodowej warstwy planety lub księżyca. Niezależnie od tego, w jaki sposób ciepło jest odprowadzane, wiedząc, ile z niego wypycha planeta, jest ważne, ponieważ może to spowodować lub przerwać przyzwyczajenie.
„Forecasting Rates of Volcanic Activity on Terrestrial Exoplanets and Implications for Cryovolcanic Activity on Extrasolar Ocean Worlds „Lynnae C. Quick, Aki Roberge, Amy Barr Mlinar and Matthew M. Hedman, 18 June 2020, Publications of the Astronomical Society of the Pacific.
DOI: 10.,1088/1538-3873/ab9504
„a radiogenic heating evolution model for cosmochemically Earth-like exoplanets” by Elizabeth A. Frank, Bradley S. Meyer and Stephen J. Mojzsis, Icarus.
DOI: 10.1016 / j. Ikar.2014.08.031