Planeti sadrže više vode nego što se ranije mislilo
Studija istraživača Švicarskog federalnog instituta za tehnologiju (ETH Zürich) upravo je objavljena u časopisu Nature Astronomy
Većina vode na planetima općenito nije na površini, već je skrivena duboko u unutrašnjosti. To pokazuju izračuni modela istraživača Švicarskog federalnog instituta za tehnologiju (ETH Zürich), što utječe na potencijalnu nastanjivost dalekih svjetova.
Poznato je da Zemlja ima željeznu jezgru okruženu plaštem od silikatnih stijena i vode (oceana) na svojoj površini. Znanost je do danas koristila ovaj jednostavan model planeta za istraživanje egzoplaneta – planeta koji kruže oko druge zvijezde izvan našeg Sunčevog sustava.
„Tek smo posljednjih godina počeli shvaćati da su planeti složeniji nego što smo mislili“, kaže prof. dr. Caroline Dorn sa Švicarskog federalnog instituta za tehnologiju (ETH Zürich).
Većina danas poznatih egzoplaneta nalazi se blizu svoje zvijezde. To znači da se prvenstveno sastoje od vrućih svjetova oceana rastaljene magme koji se još nisu ohladili da bi formirali čvrsti plašt od silikatnih stijena poput Zemlje. Voda se vrlo dobro otapa u ovim oceanima magme – za razliku, primjerice, od ugljikovog dioksida, koji se brzo oslobađa i podiže u atmosferu. Željezna jezgra nalazi se ispod rastaljenog plašta silikatnih stijena, a kako se voda raspoređuje između silikata i željeza upravo je bilo pitanje kojim se bavila Caroline Dorn u suradnji s Haiyangom Luoom i Jie Dengom sa Sveučilišta Princeton uz pomoć izračuna modela temeljenih na osnovnim zakonima fizike. Rezultate svog istraživanja predstavili su 20. kolovoza u časopisu Nature Astronomy.
„Željezna jezgra treba vremena da se razvije. Velik udio željeza inicijalno se nalazi u magmi u obliku kapljica s kojima se spaja sakupljena voda i s njima tone do jezgre“, kaže Dorn.
Oceani na površini Zemlje sadrže samo mali dio ukupne vode na našem planetu
Do sada se znalo da je takvo ponašanje samo slučaj kod umjerenih pritisaka koji također prevladavaju na Zemlji. Međutim, nije bilo poznato što se događa u slučaju većih planeta s višim unutarnjim tlakom.
„Ovo je jedan od ključnih rezultata naše studije. Što je planet veći i što mu je veća masa, to je voda sklonija otići s kapljicama željeza i integrirati se u jezgru. Pod određenim okolnostima željezo može apsorbirati do 70 puta više vode nego silikati. Međutim, zbog ogromnog pritiska u jezgri, voda više nije u obliku molekula H2O, već je prisutna u vodiku i kisiku.” – objašnjaca Caroline Dorn.
Ovo istraživanje potaknuto je istraživanjem sadržaja vode na Zemlji, koje je prije četiri godine otkrilo da oceani na površini Zemlje sadrže samo mali dio ukupne vode na našem planetu. Sadržaj više od 80 Zemljinih oceana mogao bi biti skriven u njezinoj unutrašnjosti. To pokazuju simulacije koje izračunavaju kako se voda ponaša u uvjetima kakvi su prevladavali kad je Zemlja bila još mlada. Pokusi i seizmološka mjerenja su sukladno tome kompatibilni.
Nova otkrića o raspodjeli vode na planetima imaju dramatične posljedice za tumačenje podataka astronomskih promatranja.
Koristeći svoje teleskope u svemiru i na Zemlji, astronomi mogu pod određenim uvjetima izmjeriti težinu i veličinu egzoplaneta te donose zaključake o sastavu planeta. Ako se pritom, kao što je do sada bio slučaj, zanemari raspodjela vode, njezina količina može biti dramatično podcijenjena i to do deset puta.
„Planeti sadrže puno više vode nego što se ranije pretpostavljalo”, kaže Dorn.
- Gliese 1214 b je egzoplanet koji kruži oko ultralakog crvenog patuljka Gliesea 1214 na udaljenosti od 47 svjetlosnih godina te je prvi i jedini otkriven planet u njegovom sustavu. Riječ je o super-Zemlji, ali samo po veličini. Planet je dosad najbolji kandidat za oceanski planet, tj. planet koji se sastoji od jezgre i masivnog oceana, uz planet Kepler-22b. Otkriven je 2009. godine. © NASA/JPL-Caltech/R. Hurt
Kako se planeti formiraju i razvijaju
Distribucija vode također je važna ako želimo razumjeti kako se planeti formiraju i razvijaju. Voda koja je potonula do jezgre tamo ostaje zauvijek zarobljena. Međutim, voda otopljena u oceanu magme plašta može se otpliniti i podići na površinu tijekom hlađenja plašta. „Dakle, ako pronađemo vodu u atmosferi planeta, vjerojatno je ima mnogo više u njegovoj unutrašnjosti“, zaključuje Dorn.
Upravo to je ono što svemirski teleskop James Webb (JWST) nastoji pronaći. Razvila ga je NASA u suradnji s Europskom svemirskom agencijom i Kanadskom svemirskom agencijom, a već dvije godine šalje podatke iz svemira na Zemlju te može pratiti molekule u atmosferi egzoplaneta.
„Izravno se može mjeriti samo sastav gornje atmosfere egzoplaneta, a naš istraživački tim želi uspostaviti vezu od atmosfere do unutarnjih dubina nebeskih tijela“, objašnjava Caroline Dorn.
„Posebno su zanimljivi novi podaci egzoplaneta nazvanog TOI-270d. Tamo su prikupljeni dokazi o stvarnom postojanju takvih interakcija između oceana magme u njegovoj unutrašnjosti i atmosfere“, kaže Dorn. Na njezinom popisu zanimljivih nebeskih tijela koje želi pobliže proučiti je i planet K2-18b, koji je dospio na naslovnice zbog vjerojatnosti da na njemu ima života.
Voda je jedan od preduvjeta za razvoj života
Dugo se spekuliralo o potencijalnoj nastanjivosti super-Zemlja koje obiluju vodom, odnosno planeta s masom višestruko većom od Zemlje i s površinom prekrivenom dubokim, globalnim oceanom. Tada su proračuni pokazali da prevelika količina vode ne bi bila pogodna za razvoj života. Argument je bio da bi u tim vodenim svjetovima sloj leda pod visokim pritiskom spriječio razmjenu vitalnih tvari na granici između oceana i plašta planeta.
Nova studija sada dolazi do drugačijeg zaključka: planeti s dubokim vodenim slojevima vjerojatno su rijetka pojava jer se većina vode na super-Zemljama ne nalazi na površini, kao što se do sada pretpostavljalo, već je zarobljena unutar jezgre. To znanstvenike navodi na pretpostavku da bi čak i planeti s relativno visokim sadržajem vode mogli imati potencijal za razvoj uvjeta za život poput Zemljinih.
Istraživanje ovog tima znanstvenika, kao dijela Nacionalnog centra za kompetenciju u istraživanju planeta (National Centre of Competence in Research PlanetS - NCCR) i Centra za porijeklo i rasprostranjenost života (Centre for Origin and Prevalence of Life - COPL) pri ETH-u, baca novo svjetlo na potencijalno postojanje svjetova s izobiljem vode koji bi mogli podržati život.
Stjepan Felber | Ekovjesnik