Когато търсят потенциално обитаеми извън слънчеви планети, учените са малко ограничени от факта, че знаем само за една планета, където съществува живот (т.е. Земята). Поради тази причина учените търсят планети, които са земни (т.е. скалисти), орбитират в обитаемите зони на звездата си и показват признаци на биосигнати като атмосферен въглероден двуокис - което е от съществено значение за живота, какъвто го познаваме.
Този газ, който до голяма степен е резултат от вулканичната активност тук на Земята, увеличава повърхностната топлина чрез парниковия ефект и цикли между подземната и атмосферата чрез естествени процеси. Поради тази причина учените отдавна вярват, че тектониката на плочите е от съществено значение за обитаемостта. Според ново проучване на екип от Пенсилвания държавен университет обаче това може да не е така.
Изследването, озаглавено „Въглероден колоездене и обитаемост на застояли планети планети“, беше публикувано наскоро в научното списание Астробиология, Изследването е проведено от Брадфорд Дж. Фоли и Андрю Дж. Смие, двама асистенти от катедрата по геология в Държавния университет в Пенсилвания.
На Земята вулканизмът е резултат от тектоника на плочите и възниква там, където две плочи се сблъскват. Това причинява понижаване, при което една плоча се изтласква под другата и по-дълбоко в подземната повърхност. Тази субдукция променя плътната мантия в плаваща магма, която се издига през кората до земната повърхност и създава вулкани. Този процес може също да помогне при въглеродния цикъл чрез изтласкване на въглерод в мантията.
Смята се, че тектониката на плочите и вулканизмът са били централни за възникването на живота тук на Земята, тъй като е гарантирало, че нашата планета е имала достатъчно топлина, за да поддържа течна вода на повърхността си. За да тестват тази теория, професори Фоли и Сми създадоха модели, за да определят колко обитаема би била планета, подобна на Земята, без присъствието на тектоника на плочите.
Тези модели взеха предвид топлинната еволюция, производството на кора и CO2 колоездене, за да ограничи обитаемостта на скалисти, застояли планети с капак планети. Това са планети, където кората се състои от единична, гигантска сферична плоча, плаваща върху мантия, а не от отделни парчета. Смята се, че такива планети са много по-често срещани от планетите, които изпитват тектоника на плочите, тъй като досега няма потвърдени планети отвъд Земята, които да имат тектонски плочи. Както проф. Фоли обясни в прессъобщение на Penn State News:
„Вулканизмът отделя газове в атмосферата и след това чрез атмосферни влияния въглеродният диоксид се извлича от атмосферата и се отделя в повърхностните скали и утайката. Балансирането на тези два процеса поддържа въглеродния диоксид на определено ниво в атмосферата, което е наистина важно дали климатът остава умерен и подходящ за живот. "
По същество техните модели взеха предвид колко топлина може да задържи застоялият климат на планетата на базата на количеството топлина и топлинно произвеждащи елементи, присъстващи при формирането на планетата (т.е. Първоначалният й топлинен бюджет). На Земята тези елементи включват уран, който произвежда торий и топлина, когато се разлага, който след това се разпада, за да произвежда калий и топлина.
След като извършиха стотици симулации, които варираха размера и химическия състав на планетата, те установиха, че застоялите планети с капак ще могат да поддържат достатъчно топли температури, че течната вода да съществува на повърхностите им в продължение на милиарди години. В екстремни случаи те биха могли да поддържат поддържащи живота температури до 4 милиарда години, което е почти възрастта на Земята.
Както посочи Сми, това се дължи отчасти на факта, че тектониката на плочите не винаги е необходима за вулканична активност:
„Все още имате вулканизъм на застояли планети с капаци, но той е много по-кратък, отколкото на планетите с тектоника на плочите, защото няма толкова много колоездене. Вулканите водят до поредица от потоци лава, които във времето се погребват като слоеве от торта. Скалите и утайките се нагряват повече, колкото по-дълбоко са погребани. "
Изследователите също откриха, че без тектоника на плочите, застоялите планети с капак все още могат да имат достатъчно топлина и налягане, за да изпитат дегазация, при което въглеродният диоксид може да избяга от скали и да проправи път към повърхността. На Земята, каза Сми, същият процес се случва и с водата в зони на разрушаване на субдукция. Този процес се увеличава въз основа на количеството топлинно произвеждащи елементи, присъстващи на планетата. Както обясни Фоли:
„Има сладък обхват, където една планета отделя достатъчно въглероден диоксид, за да не замръзне планетата, но не толкова, че атмосферните влияния не могат да извадят въглеродния двуокис от атмосферата и да поддържат климата умерен.“
Според модела на изследователите, наличието и количеството на топлинните елементи са далеч по-добри показатели за потенциала на планетата да поддържа живот. Въз основа на техните симулации те откриха, че първоначалният състав или размер на планетата е много важен за определяне дали тя ще стане обитаема или не. Или както го казват, потенциалното обитаване на планетата се определя при раждането.
Доказвайки, че застоялите планети с капаци все още могат да поддържат живота, това проучване има потенциал за значително разширяване на обхвата на онова, което учените смятат за потенциално обитаемо. Когато през 2021 г. се използва космическият телескоп на Джеймс Уеб (JWST), изследва атмосферата на застояли планети с капак, за да определи наличието на биосигнатури (като CO2) ще бъде основна научна цел.
Знанието, че повече от тези светове биха могли да поддържат живота, със сигурност е добра новина за онези, които се надяват, че ще намерим доказателства за извънземен живот през живота си.
