На Землі континенти, ймовірно, необхідні для підтримки життя. Континенти «плавають» поверх в’язкої мантії Землі, а тепло від ядра планети не дає мантії затвердіти та зафіксувати континенти на місці. Ядро гаряче через присутність радіоактивних елементів, які виникли в результаті зіткнень нейтронних зірок. Має бути можливість розрахувати, коли у Всесвіті утворилися перші континенти.
Ось що зробив один дослідник.
Джейн Грівз — професор астрономії Школи фізики та астрономії Кардіффського університету в Уельсі. Її робота зосереджена на формуванні планети та її населеності. Її нове дослідження опубліковано в Research Notes of the American Astronomical Society. Його назва — просте запитання: «Коли були перші екзоконтиненти?»
Робота Грівза спрямована на те, щоб зробити пошук придатних для життя світів ефективнішим. Якщо континенти та тектоніка плит, які їх створюють, мають вирішальне значення для життя, то звуження ймовірних місць розташування кам’янистих планет може зробити пошук придатних для життя світів ефективнішим.
Перш за все, чому важливі континенти та тектоніка плит?
Тектоніка плит може бути не зовсім необхідною для життя. Але вони відіграють важливу роль, зменшуючи температуру Землі. Вони дозволяють теплу виходити з ядра, і занадто багато тепла в ядрі пригнічує захисну магнітосферу Землі.
Вони також допомагають утримувати Землю в так званій Зоні Золотовласки. Однак деякі дослідження показують, що тектоніка плит не була дуже активною мільярди років тому, коли вперше з’явилося життя. Отже, вони можуть бути необхідними для того, щоб зародилося життя, але для того, щоб життя збереглося й розвинулося в більш складні істоти, такі як люди, вони, швидше за все, необхідні.
Отже, пошуки життя та населених планет мають бути спрямовані на кам’янисті планети з тектонікою плит. Що ми дійсно хочемо знайти, так це планети з континентами . Планети з континентами можуть підтримувати більше біомаси протягом більш тривалого періоду часу, ніж планети без них, а тектоніка плит створює континенти.
Рівз знайшов спосіб простежити, які планети можуть мати континенти, простеживши, які планети можуть мати тектоніку плит. Багато чого зводиться до тепла. Якщо ядро кам’янистої планети виробляє достатньо тепла, то, ймовірно, існує активна тектоніка плит, і ми знаємо, чому ядро Землі виробляє тепло.
Активна зона містить радіоактивні ізотопи 238 урану, 232 торію та 40 калію. Протягом геологічного періоду часу ці елементи розпадаються на інші елементи та виділяють тепло. Ці елементи не з’являються випадково. Вони утворюються в нейтронних зірках і під час вибухів наднових. У всьому цьому є величезна кількість деталей, і одне дослідження не може все це зібрати. Робота Грівза є спробою ширшого погляду на це розуміння.
«Тут я представляю дослідницький метод для гіпотетичних схожих на Землю планет зірок, чия фотосферна кількість дозволяє зробити висновок про радіогенне нагрівання планети», — пише вона.
У цьому відіграє певну роль зв’язок між зірками та планетами, які утворюються навколо них. Планети утворюються з сонячної туманності, того самого матеріалу, з якого утворюються зірки. Отже, велика кількість різних хімічних елементів у зірці відображається на планетах, які утворюються навколо них.
Грівз взяв дані з попередніх досліджень про зіркову кількість різних елементів, а потім поєднав їх із віком зірок із Геї . Для точності вона розглядала дві окремі групи зірок: зірки з тонким диском і зірки з товстим диском. Зірки з тонким диском, як правило, молодші та мають вищу металічність, тоді як зірки з товстим диском старіші та бідні металами.
Її результати показують, що поява континентів на Землі представляє середнє значення.
Тектоніка земних плит почалася приблизно 3 мільярди років тому, або приблизно 9,5 мільярдів років від початку Всесвіту. У дослідженні Грівза перші континенти з’явилися на тонких дискових зірках за 2 мільярди років до Землі. Товсті дискові зірки в її роботі породили скелясті планети з континентами, які з’явилися ще раніше: приблизно за 4-5 мільярдів років до Землі.
Вона також виявила, що на більшості планет континенти формуватимуться повільніше, ніж на Землі. Планетам потрібна необхідна кількість тепла, щоб утворити континенти, а надлишок тепла є шкідливим. Грівз також виявив кореляцію між континентами та співвідношенням Fe/H у зірках.
«Існує загальна тенденція до вмісту заліза в зірках, коли континенти з’являються раніше з нижчими [Fe/H]», — пише вона.
Грівз пише, що зірки з нижчою металічністю, ніж наше Сонце, можуть бути хорошим місцем для пошуку придатних для життя екзопланет з континентами.
«Системи з підсонячною металічністю здаються особливо цікавими», — пише вона.
У її зразку всі ці планети сформували континенти швидше, ніж Земля, тому там більш імовірне розвинене життя. Можливо, навіть більш просунутий за нас. Зірки з товстим диском також інтригують, оскільки вони явно швидко розвивали континенти.
«Приклади систем товстих дисків особливо далеко вперед, заслуговують додаткового дослідження», — пише вона, додаючи, що з усіх зірок, про які ми знаємо, що мають екзопланети, лише 7 відсотків є зірками товстого диска.
До запуску майбутньої обсерваторії «Населені світи» залишилися роки, і наукове співтовариство має час розібратися з критеріями пошуку та визначити, що є найкращими цілями.
«Обсерваторія «Habitable Worlds» має лише 46 зірок FGK у своєму цільовому списку найвищого рівня», — пише вона. Але в її результатах їх 15. Якщо її робота правильна, «…у цьому зразку можуть бути дві системи, біосфери яких розвиненіші, ніж тут на Землі».
Ґрівз робить висновок, що перспективи пошуку придатних для життя планет з довгоживучими континентами хороші.
«Перспектива здається дуже багатообіцяючою для пошуку скелястих екзопланет з континентами, враховуючи, що сусідні зірки, схожі на Сонце, вже дали кілька кандидатів-господарів», — пише вона.
Наступним кроком є дослідження вмісту в зірках ізотопів торію та калію, які викликають радіогенне нагрівання. Це «…може допомогти виявити більше старих систем, де життя на суші могло виникнути раніше, ніж на Землі».
Деякі елементи мають геофізичне важливе значення, особливо ті, що виробляють радіогенне тепло, як-от U, Th і K. Якщо додати Fe, ця група елементів має вирішальне значення для розміру ядра планети, сили тяжіння та внутрішньої температури. Внутрішня температура планети має вирішальне значення не тільки тому, що вона керує життєво необхідною магнітосферою, але й тому, що вона допомагає створити умови для тектоніки плит і континентів.
Попередні дослідження показують більш високу ймовірність появи планет, схожих на Землю, з континентами на ранніх стадіях галактичної історії та спаду в міру еволюції галактики. Але нам ще потрібно багато чого дізнатися про екзопланети, придатність для життя, радіогенне нагрівання, континенти та тектоніку плит, а також сотні інших речей.
Ми не можемо точно сказати, де ми знайдемо життя чи в яких геофізичних середовищах. Усе, що ми можемо зробити, це взяти до уваги Землю, продовжувати будувати потужніші телескопи та бути терплячими. Джерело