Niedawno odkryte planety „skorupkowe” mają ultra-cienką, kruchą skorupę. Nie ma na nich gór i nie występuje tektonika płyt. Mało prawdopodobne jest, aby mogły nadawać się do zamieszkania. Skąd to wiemy, skoro nigdy nie widzieliśmy powierzchni tych ciał?
Egzoplanety są interesujące same w sobie, jednak to, co wzbudza największe zainteresowanie zarówno wśród naukowców, jak i całego społeczeństwa, to możliwość istnienia na nich życia. Mamy mocne dowody na to, że niezbędnym wymogiem dla możliwości powstania i dalszego istnienia życia na innych planetach jest tektonika płyt.
Tektonika płyt występuje, gdy litosfera planety jest rozbita na kawałki, które unoszą się na płaszczu. Może ona pomóc w regulacji temperatury planety poprzez umożliwienie obiegu materii ze skorupy do płaszcza w długich geologicznych skalach czasowych. Tektonika również reguluje atmosferę i pomaga usunąć węgiel, nie dopuszczając do powstania niekontrolowanego efektu cieplarnianego, który mógłby sprawić, że powierzchnia nie nadawałaby się do zamieszkania. Granice ekosfery, która definiuje obszar wokół gwiazdy, w którym na planecie może występować woda w stanie ciekłym, często są obliczane z uwzględnieniem aktywnej tektoniki płyt.
Nikt nigdy nie widział powierzchni egzoplanety. Możemy je sobie tylko wyobrażać. Na powyższej ilustracji znajduje się wizja artystyczna widoku roztaczającego się z jednej z egzoplanet przy czerwonym karle TRAPPIST-1. Źródło: ESO/M. Kornmesser
Planeta może zastygnąć w litą bryłę, gdy jej płaszcz nie jest wystarczająco energetyczny, aby rozbić skorupę na kawałki. Taka skorupa jest kruchą strukturą, która pokrywa całą powierzchnię planety. W Układzie Słonecznym przykładem takiej litej planety, która nie zmieniła swojej formy od miliardów lat, jest Merkury. Niektóre planety mogą wykazywać epizodyczną aktywność tektoniczną, po ustaniu której skorupa zastyga na bardzo długi czas.
Nie mamy możliwości obserwacji powierzchni egzoplanet, jednak parametry planety i jej gwiazdy mogą dostarczyć dowodów na to, że planeta jest planetą skorupkową (ang. eggshell). Mając planetę o danej masie i promieniu, znajdującą się w określonej odległości od swojej gwiazdy, mona dokonać oszacowania wielu innych jej cech – w tym tego, czy planeta może mieć tektonikę płyt.
Kluczem do zrozumienia, czy planeta ma tektonikę płyt, jest grubość jej litosfery. Czynniki nieodłącznie związane z planetą, takie jak jej rozmiar, temperatura wnętrza, skład, a nawet klimat, wpływają na grubość tej zewnętrznej warstwy. Swój wpływ mają także czynniki specyficzne dla gwiazdy macierzystej, w tym to, jak bardzo jest ona jasna i odległa. Aby planeta miała aktywną tektonikę, musi istnieć równowaga między wieloma czynnikami. Na przykład, jeśli skorupa jest zbyt gruba, energia w płaszczu może nie wystarczyć do wywołania tektoniki.
Do badania tych zjawisk doskonale nadają się symulacja komputerowe, które uwzględniają wiele czynników, jakie wpływają na określenie grubości litosfery. Okazuje się, że bardzo duże znaczenie ma temperatura powierzchni planety. Modele przewidują, że światy, które są małe, stare lub daleko od swojej gwiazdy, prawdopodobnie mają grube i sztywne litosfery.
Powyższy obraz w sztucznych kolorach ukazuje niziny na powierzchni Wenus. Cienkie, jasne linie prawdopodobnie mają charakter tektoniczny. Ciemniejsze obszary to gładkie równiny wulkaniczne. Obraz jest mozaiką wykonaną z danych radarowych z misji Magellan NASA. Obszar na zdjęciu ma około 1400 km (870 mil) średnicy. Źródło: NASA
Istnieją jednak okoliczności, w których planety mogą posiadać litosfery o grubości zaledwie kilku kilometrów. Takie planety nazywamy skorupkowymi. Ich powierzchnie mogą przypominać niziny na Wenus. Wenusjańskie niziny to rozległe równiny lawy. Są też w dużej mierze płaskie, z tylko pomarszczonymi grzbietami. Według aktualnych modeli, litosfera na tych obszarach jest cienka ze względu na ekstremalnie wysokie temperatury powierzchni planety.
Jeśli chodzi o egzoplanety, media zwykle koncentrują się na dwóch rodzajach: planetach podobnych do Ziemi i różnych niezwykłych planetach, takich jak np. WASP-67b, na których może padać stopione żelazo. To jednak tylko wybieranie najciekawszych przypadków. W całościowym obrazie naukowym konieczne jest poszerzenie naszego ogólnego zrozumienia egzoplanet, w tym egzoplanet skorupkowych. Ostatecznie przecież chcemy uściślić cechy, które sprawiają, że dany świat może być zamieszkały i o nie tylko tymczasowo, ale że nadaje się do zamieszkania przez długi czas.
Znamy już tysiące egzoplanet, a cały czas odkrywane są nowe. W miarę jak powstają coraz potężniejsze teleskopy, możemy obserwować egzoplanety coraz dokładniej. Badania teoretyczne i konstruowanie modeli planet z użyciem symulacji komputerowych, są sposobem wstępnego sortowania potencjalnych celów obserwacyjnych dla obecnych i przyszłych instrumentów badawczych.
Planet, które mogą być typu skorupek, mamy jak dotąd trzy. Są to TOI-1235 b, HD 136352 b i L 168-9 b. Wszystkie są bardzo blisko swoich gwiazd i prawdopodobnie są zbyt gorące, aby mogły nadawać się do zamieszkania, bez względu na to, czy mają tektonikę płyt, czy nie. Są one jednak dobrymi przypadkami testowymi dla ogólnej metody wykrywania tego rodzaju egzoplanet.
Na powyższym rysunku umieszczone są trzy egzoplanety podejrzane o bycie planetami-skorupkami: TOI-1235 b, HD 136352 b i L 168-9 b. Wraz z nimi na wykresie znajdują się Merkury, Wenus, Ziemia i Mars. Z wykresu można odczytać temperaturę powierzchni planet i przyspieszenie grawitacyjne na ich powierzchni. Szerokie pasy, na których nałożone są TOI-1235 b, HD 136352 b i L 168-9 b pozwalają określić ich wiek (zobacz skala pod rysunkiem). Pokazano również LHS 1140 b, kolejną egzoplanetę, która może być planetą-skorupką. Wszystkie te cztery egzoplanety to superziemie. Źródło: Byrne i in. 2021.
Planet, które mogą być skorupkami, mamy jak dotąd trzy. Są to TOI-1235 b, HD 136352 b i L 168-9 b. Wszystkie znajdują się bardzo blisko swoich gwiazd i prawdopodobnie są zbyt gorące, aby mogły nadawać się do zamieszkania, bez względu na to, czy mają tektonikę płyt, czy nie. Są jednak dobrymi przypadkami testowymi dla ogólnej metody wykrywania tego rodzaju egzoplanet.
Czy ostatecznie liczba planet, na których może istnieć życie ostatecznie okaże się niewielka? To całkiem prawdopodobne.
Więcej informacji:
- Publikacja „The Effects of Planetary and Stellar Parameters on Brittle Lithospheric Thickness” Paul K. Byrne i in., Journal of Geophysical Research: Planets (2021) DOI: 10.1029/2021JE006952
Opracowanie: Joanna Molenda-Żakowicz
Na ilustracji: Wizja artystyczna egzoplanety skorupkowej TOI 1235 b. Źródło: NASA
