|
Когда во Вселенной появились первые экзоконтиненты
|
|
|
|
На Земле континенты, вероятно, необходимы для поддержания жизни. Континенты «плавают» поверх вязкой мантии Земли, а тепло, исходящее от ядра планеты, не дает мантии затвердеть и зафиксировать континенты на месте. Ядро горячее из-за присутствия радиоактивных элементов, образовавшихся в результате столкновений нейтронных звезд. Должно быть возможно вычислить, когда во Вселенной образовались первые континенты. Вот что сделал один исследователь. Джейн Гривз — профессор астрономии Школы физики и астрономии Кардиффского университета в Уэльсе. Ее работа сосредоточена на формировании планет и их обитаемости. Ее новое исследование опубликовано в журнале Research Notes AAS. Его название представляет собой простой вопрос: «Когда возникли первые экзоконтиненты?» Работа Гривза направлена на то, чтобы сделать поиск обитаемых миров более эффективным. Если континенты и тектоника плит, обеспечивающая их существование, имеют решающее значение для жизни, то сужение вероятного местоположения скалистых планет может сделать поиск обитаемых миров более эффективным.
|
|
|
|
Прежде всего, почему важны континенты и тектоника плит? Тектоника плит может быть не совсем необходима для жизни. Но они играют важную роль, снижая температуру Земли. Они позволяют теплу выходить из ядра, а слишком большое количество тепла в ядре будет подавлять защитную магнитосферу Земли. Они также помогают удерживать Землю в так называемой зоне Златовласки. Однако некоторые исследования показывают, что тектоника плит не была очень активной миллиарды лет назад, когда впервые появилась жизнь. Таким образом, они, возможно, не нужны для возникновения жизни, но для того, чтобы жизнь сохранялась и развивалась в более сложные существа, такие как люди, они, вероятно, необходимы. Так что поиски жизни и обитаемых планет следует смещать в сторону скалистых планет с тектоникой плит. Что мы действительно хотим найти, так это планеты с континентами. Планеты с континентами могут поддерживать больше биомассы в течение более длительных периодов времени, чем планеты без континентов, а тектоника плит создает континенты.
|
|
|
Ривз нашел способ проследить, на каких планетах могут быть континенты, проследив, какие планеты могут иметь тектонику плит. Во многом это связано с нагревом. Если ядро каменистой планеты производит достаточно тепла, то, вероятно, существует активная тектоника плит, и мы знаем, почему ядро Земли производит тепло. Ядро содержит радиоактивные изотопы уран-238, торий-232 и калий-40. В геологических временных масштабах эти элементы распадаются на другие элементы и выделяют тепло. Эти элементы не появляются случайно. Они образуются в нейтронных звездах и при взрывах сверхновых. Во всем этом огромное количество деталей, и одно исследование не может собрать все это в единое целое. Работа Гривза представляет собой более широкую попытку понять это. «Здесь я представляю метод исследования гипотетических планет земного типа со звездами, чье фотосферное изобилие позволяет сделать некоторые выводы о планетарном радиогенном нагреве», — пишет она.
|
|
|
|
В этом играет роль связь между звездами и образующимися вокруг них планетами. Планеты формируются из солнечной туманности — того же материала, из которого формируются звезды. Так обилие различных химических элементов в звезде отражается на планетах, образующихся вокруг них. Гривз взял данные предыдущих исследований о звездном содержании различных элементов, а затем объединил их с возрастом звезд Гайи. Для точности она изучила две отдельные популяции звезд: звезды тонкого диска и звезды толстого диска. Звезды тонкого диска обычно моложе и имеют более высокую металличность, тогда как звезды толстого диска старше и бедны металлами. Ее результаты показывают, что внешний вид континентов на Земле представляет собой медианное значение. Тектоника земных плит началась около 3 миллиардов лет назад, или около 9,5 миллиардов лет с момента возникновения Вселенной. В выборке Гривза первые континенты появились на 2 миллиарда лет раньше Земли на звездах тонкого диска. Звезды толстого диска в ее работе породили каменистые планеты с континентами, которые появились еще раньше: примерно на 4–5 миллиардов лет раньше Земли.
|
|
|
|
Она также обнаружила, что на большинстве планет континенты будут формироваться медленнее, чем на Земле. Планетам необходимо необходимое количество тепла для формирования континентов, а слишком много тепла вредно. Гривз также обнаружил корреляцию между континентами и соотношением Fe/H в звездах. «Существует общая тенденция в отношении содержания звездного железа: раньше появляются континенты с более низким [Fe/H]», — пишет она. Гривз пишет, что звезды с более низкой металличностью, чем у нашего Солнца, могут быть хорошим местом для поиска обитаемых экзопланет с континентами. «Системы с подсолнечной металличностью кажутся особенно интересными», — пишет она. В ее выборке все эти планеты сформировали континенты быстрее, чем Земля, поэтому там более вероятна развитая жизнь. Возможно, даже более продвинутые, чем мы. Звезды толстого диска также интригуют, поскольку они явно быстро создали континенты. «Пример систем с толстым диском особенно далеко впереди и заслуживает дальнейшего изучения», — пишет она, добавляя, что из всех известных нам звезд, у которых есть экзопланеты, только 7% являются звездами с толстым диском.
|
|
|
|
До запуска будущей обсерватории обитаемых миров осталось несколько лет, и у научного сообщества есть время разобраться в критериях ее поиска и определить, какие цели являются лучшими. «Обсерватория обитаемых миров имеет только 46 звезд FGK в своем целевом списке высшего уровня», — пишет она. Но 15 из них есть в ее результатах. Если ее работа верна, «…только в этом образце могут быть две системы с более развитыми биосферами, чем здесь, на Земле». Гривз заключает, что перспективы поиска обитаемых планет с долгоживущими континентами хорошие. «Перспектива поиска скалистых экзопланет с континентами кажется очень многообещающей, учитывая, что близлежащие звезды, подобные Солнцу, уже породили несколько кандидатов-хозяев», — пишет она. Следующим шагом будет исследование звездного содержания изотопов тория и калия, которые вызывают радиогенное нагревание. Это «…может помочь обнаружить больше старых систем, в которых жизнь на суше могла предшествовать жизни на Земле». Некоторые элементы геофизически критически важны, особенно радиогенные, выделяющие тепло, такие как U, Th и K.
|
|
|
|
Когда вы добавляете Fe, эта группа элементов имеет решающее значение для размера ядра планеты, гравитации и ее внутренней температуры. Внутренняя температура планеты имеет решающее значение не только потому, что она управляет поддерживающей жизнь магнитосферой, но и потому, что она помогает создать условия для тектоники плит и континентов. Предыдущие исследования показывают более высокую вероятность появления планет земного типа с континентами в более ранней галактической истории и их сокращение по мере развития галактики. Но нам еще предстоит многое узнать об экзопланетах, обитаемости, радиогенном нагреве, континентах, тектонике плит и сотне других вещей. Мы не можем точно сказать, где мы найдем жизнь и в какой геофизической среде. Все, что мы можем сделать, это обратить внимание на Землю, продолжать строить более мощные телескопы и набраться терпения.
|
|
|
|
Источник
|
