Kada traže potencijalno useljive ekstra-solarne planete, znanstvenici su pomalo ograničeni činjenicom da znamo samo za jedan planet na kojem postoji život (tj. Zemlju). Iz tog razloga, znanstvenici traže planete koji su zemaljski (tj. Stjenoviti), orbitiraju unutar naseljenih zona svoje zvijezde, i pokazuju znakove biosignata kao što je atmosferski ugljični dioksid - što je bitno za život kakav ga poznajemo.
Taj plin, koji je velikim dijelom rezultat vulkanske aktivnosti ovdje na Zemlji, povećava površinsku toplinu kroz efekt staklene bašte i ciklusom između podzemlja i atmosfere kroz prirodne procese. Zbog toga su znanstvenici dugo vjerovali da je tektonika ploča od ključne važnosti za stanovanje. Međutim, prema novoj studiji tima sa Sveučilišta Pennsylvania State, to možda nije slučaj.
Studija pod nazivom "Biciklizam ugljika i životna svojstva stajaćih pokrovnih planeta u Zemlji" nedavno je objavljena u znanstvenom časopisu astrobiologija, Studiju su proveli Bradford J. Foley i Andrew J. Smye, dva docenta s katedre za geoznanosti na Državnom sveučilištu Pennsylvania.
Na Zemlji je vulkanizam rezultat tektonike ploča i javlja se tamo gdje se dvije ploče sudaraju. To uzrokuje subdukciju, gdje se jedna ploča gura ispod druge i dublje u podzemlje. Ovo subdukciju mijenja gusti plašt u plutajuću magmu koja se kroz koru uzdiže do Zemljine površine i stvara vulkane. Ovaj proces može također pomoći u vožnji ugljikom guranjem ugljika u plašt.
Smatra se da su tektonika ploča i vulkanizam bili središnji za nastanak života ovdje na Zemlji, jer je osiguralo da naš planet ima dovoljno topline za održavanje tekuće vode na svojoj površini. Da bi testirali ovu teoriju, profesori Foley i Smye stvorili su modele kako bi utvrdili koliko bi bilo pogodno planetu poput Zemlje bez prisustva tektonike ploča.
Ovi su modeli uzeli u obzir toplinsku evoluciju, proizvodnju kruta i CO2 vozeći bicikl kako bi ograničio životnu sposobnost stjenovitih planeta s poklopcem veličine Zemlje. To su planeti na kojima se kora sastoji od jedne, ogromne sferne ploče koja pluta na plaštu, a ne u zasebnim komadima. Smatra se da su takvi planeti mnogo češći od planeta koji imaju tektoniku ploča, jer još nije potvrđeno da planete izvan Zemlje imaju tektonske ploče. Kao što je prof. Foley objasnio u priopćenju za novine Penn State News:
„Vulkanizam ispušta plinove u atmosferu, a zatim se kroz vremenske uvjete vadi ugljični dioksid iz atmosfere i odvaja u površinske stijene i sedimente. Uravnoteženje tih dvaju procesa održava ugljični dioksid na određenoj razini u atmosferi, što je zaista važno za to da li klima ostaje umjerena i pogodna za život. "
U osnovi su njihovi modeli uzeli u obzir koliko topline može zadržati klima stacioniranog poklopca na temelju količine topline i elemenata koji stvaraju toplinu prisutnih kada se planet formirao (aka. Njegov početni toplinski proračun). Na Zemlji, ti elementi uključuju uranij koji stvara torijum i toplinu kada propada, koji zatim propada kako bi proizveo kalij i toplinu.
Nakon što su izveli stotine simulacija, koje su varirale u veličini i kemijskom sastavu planeta, otkrile su da će stajaći planeti poklopca moći održavati dovoljno tople temperature da bi tekuća voda mogla postojati na njihovim površinama milijarde godina. U ekstremnim slučajevima, oni bi mogli podnijeti životnu temperaturu do 4 milijarde godina, što je gotovo starost Zemlje.
Kao što je Smye naznačio, to je dijelom i zbog činjenice da tektonika ploča nije uvijek potrebna za vulkansku aktivnost:
"I dalje imate vulkanizam na stajaćim planetima s poklopcima, ali mnogo je kraće živjeti nego na planetima s tektonskom pločom, jer nema toliko biciklizma. Vulkani rezultiraju nizom tokova lave, koji se vremenom ukopavaju poput slojeva torte. Stijene i sedimenti zagrijavaju se dublje kako su pokopani. "
Istraživači su također otkrili da bez tektonike ploča, stajaće planete poklopca i dalje mogu imati dovoljno topline i pritiska da dožive ispadanje plinova, pri čemu plin ugljičnog dioksida može pobjeći iz stijena i probiti se na površinu. Na Zemlji, rekao je Smye, isti se proces događa s vodom u zonama raskida subdukcije. Taj se proces povećava na temelju količine elemenata za proizvodnju topline koji su prisutni na planeti. Kao što je objasnio Foley:
"Postoji sladak domet gdje planeta oslobađa dovoljno ugljičnog dioksida da se planet ne bi smrzavao, ali ne toliko da vrijeme ne bi moglo izvući ugljični dioksid iz atmosfere i održati klimu umjerenom."
Prema modelu istraživača, prisutnost i količina elemenata za proizvodnju topline bili su daleko bolji pokazatelji za potencijal planeta da održi život. Na temelju njihovih simulacija otkrili su da je početni sastav ili veličina planeta vrlo važna za utvrđivanje hoće li ili ne postati prihvatljiv. Ili kako su naveli, potencijalno stanište planeta određuje se pri rođenju.
Pokazujući da bi stajači planeti na pokrovima još uvijek mogli podržavati život, ovo istraživanje ima potencijal za uvelike proširenje raspona onoga što znanstvenici smatraju potencijalno useljivim. Kada se 2021. godine primijeni svemirski teleskop James Webb (JWST), ispituje atmosferu stajaćih planeta poklopca kako bi utvrdio prisutnost biosignatura (poput CO2) bit će glavni znanstveni cilj.
Znanje da bi više ovakvih svjetova moglo održati život svakako je dobra vijest za one koji se nadaju da ćemo u životu naći dokaze o izvanzemaljskom životu.
