Viimastel aastakümnetel on meie päikesesüsteemist kaugemal avastatud planeetide arv kasvanud tuhandeteni. Hetkel, 4389 eksoplaneeti on kinnitatud 3260 süsteemis, veel 5941 kandidaati ootab kinnitust. Tänu arvukatele järelvaatlustele ja uuringutele on teadlased palju õppinud meie universumis eksisteerivate planeetide tüüpide, planeetide moodustumise ja arenemise kohta.
Peamine kaalutlus selle kõige juures on see, kuidas planeedid muutuvad (ja jäävad) aja jooksul elamiskõlbulikuks. Üldiselt on astrobioloogid lähtunud eeldusest, et elamiskõlblikkus taandub sellele, kus planeet tiirleb süsteemis – oma ematähe piires. elamiskõlblik tsoon (HZ). Kuid, uus uurimus Rice'i ülikooli meeskond näitab, et planeedi moodustumine vastavas tähesüsteemis võib olla sama oluline.
Uuring, mis avaldati hiljuti aastal Loodusgeoteadus ,juhtis Rice'i magistrant Damanveer Grewal , kellega liitusid mitmed kolleegid Rice'i ülikooli maa-, keskkonna- ja planeediteaduste osakonnast (sealhulgas Rajdeep Dasgupta , Maurice Ewing, Rice'i maasüsteemide teaduse professor). Üheskoos vaatasid nad kuldse tähtede tsoonist kaugemale, et kaaluda, kuidas planeedi moodustumisega seotud tegurid lõpuks elamiskõlblikkust mõjutavad.
Rice'i ülikooli teadlaste uuring näitab, et planeedi moodustumine tähesüsteemis mängib selle elamiskõlblikkuses olulist rolli. Autor: Rice University / Amrita P. Vyas
Põhimõtteliselt viitab tähe HZ (ehk Kuldvillaku tsoon) piirkonnale, kus tiirleval planeedil on tingimused piisavalt soojad, et säilitada selle pinnal vedelat vett ja rikkalikku atmosfääri, mis on elu peamised koostisosad. Kuid pärast planeetide moodustumisel osalevate elementide arvessevõtmist jõudsid Grewal ja tema kolleegid järeldusele, et lenduvate elementide hulk, mida planeet moodustumise ajal kinni püüab ja säilitab, määrab ka selle, kas see muutub elamiskõlblikuks.
Selle keskmes on aeg, mis kulub materjali kogunemiseks päikesekettalt protoplaneediks, ja aeg, mis kulub protoplaneedil, et eristuda oma erinevateks kihtideks (metalliline südamik, silikaatvahevöö ja -koor ning atmosfääri ümbris). Nende kahe protsessi tasakaal on kriitiline, et määrata kindlaks, millised lenduvad elemendid kivine planeet säilitab, eriti lämmastik, süsinik ja vesi, mis põhjustavad elu.
Kasutades Dasgupta Rice'is asuvat kõrgsurvelaborit, kasutas uurimisrühm lenduvate ainete proksina lämmastikku ja simuleeris protoplaneetide diferentseerumist. Nad leidsid, et selle protsessi käigus kaob suurem osa protoplaneedi lämmastikust vahevööst ja pääseb atmosfääri. Sealt kaob lämmastik kosmosesse, kuna protoplaneet kas jahtub või põrkub oma järgmise kasvuetapi käigus kokku teiste taevaobjektidega.
Kui aga metalliline südamik säilitab piisavalt lämmastikku, võib see siiski olla piisavalt märkimisväärne, et aja jooksul aitab see hiljem moodustada 'Maalaadse' atmosfääri (kus see mängib olulist rolli puhvergaasina). Selle põhjal suutsid teadlased modelleerida termodünaamikat ja seda, kuidas see mõjutab lämmastiku jaotumist protoplaneedi atmosfääri, sulanud ränidioksiidi kihtide ja südamiku vahel.
Kunstniku mulje eri tüüpi tähtede elamiskõlblikest tsoonidest. Autorid: NASA/Kepleri missioon/Dana Berry
Nagu Grewal Rice'i ülikoolis selgitas pressiteade :
'Me simuleerisime kõrge rõhu ja temperatuuri tingimusi, allutades lämmastikku sisaldavate metallide ja silikaatpulbrite segule atmosfäärirõhust peaaegu 30 000 korda kõrgemale ja kuumutades neid sulamistemperatuurist kõrgemale. Taastatud proovide silikaatklaasidesse manustatud väikesed metallist plekid olid protoplanetaarsete tuumade ja vahevöö vastavad analoogid.
'Saime aru, et lämmastiku fraktsioneerimine kõigi nende reservuaaride vahel on keha suuruse suhtes väga tundlik. Seda ideed kasutades saaksime arvutada, kuidas lämmastik oleks aja jooksul eraldunud protoplanetaarsete kehade erinevate reservuaaride vahel, et lõpuks ehitada elamiskõlblik planeet nagu Maa.
Loomulikult mõjutab see uurimus meie arusaama sellest, kuidas Maa tekkis üle 4,5 miljardi aasta tagasi. Nende tulemustest ilmneb, et protoplanetaarse ketta materjal kogunes kiiresti, moodustades Kuu või Marsi suuruse planeedi embrüo, enne kui see lõpetas diferentseerumisprotsessi ja omandas oma praeguse metallilise südamiku, silikaatkatte/kooriku ja gaasilise ümbrise paigutuse.
Päikesesüsteemi kui terviku puhul tekkisid nende hinnangul planeetide embrüod 1–2 miljoni aasta jooksul pärast Päikest ja ülejäänud udumaterjalist tekkis seda ümbritsev ketas – palju varem, kui seni arvati. Kui diferentseerumiskiirus oleks kiirem kui nende embrüote juurdekasvu kiirus, poleks ükski kivine planeet kogunud piisavalt lenduvaid aineid ja Maa poleks loonud eluks vajalikke tingimusi.
Kunstniku kontseptsioon proto-Maa ja Theia kokkupõrkest, mis arvatavasti juhtus 4,5 miljardit aastat tagasi. Krediit: NASA
Lisaks sellele, et Dasgupta on Rice'i maasüsteemide teaduse professor, on ta ka uurimistöö peauurija. CLEVER Planeedid . See koostööprojekt (rahastab NASA) on pühendatud sellele, et uurida, kuidas eluks olulised elemendid võisid kogu kosmose kivistel planeetidel kokku tulla. Nagu ta kokku võetud :
'Meie arvutused näitavad, et Maa-suuruse planeedi moodustamine planeetide embrüote kaudu, mis kasvasid enne metalli-silikaadi diferentseerumist väga kiiresti, loob ainulaadse tee Maa lämmastikueelarve rahuldamiseks. See töö näitab, et lämmastiku afiinsus südamikku moodustava metallilise vedeliku suhtes on palju suurem, kui seni arvati.
See viimane uurimus põhineb Grewali ja Dagusta (ja kolleegide) varasematel leidudel, näiteks 2019. aastal läbi viidud uuringul, mis näitas, kui suur osa Maa lenduvast sisust võib olla tingitud mõju, mis põhjustas Kuu . Sellele järgnes 2021. aastal avaldatud uurimus, mis viitas sellele, et Maa sai rohkem lämmastikku kohalikest allikatest Päikesesüsteemis kui kunagi arvati.
'Näitasime, et nii Päikesesüsteemi sise- kui ka välispiirkondades kasvavad protoplaneedid kogusid lämmastikku ja Maa hankis oma lämmastiku mõlemast piirkonnast pärit protoplaneete kogudes,' ütles Grewal selle uuringu kohta, mis ilmus 21. jaanuaril.St, 2021, väljaanne Looduse astronoomia . 'Siiski polnud teada, kuidas Maa lämmastikueelarve määrati.'
Need leiud võivad avaldada märkimisväärset mõju tulevastele uuringutele selle kohta, kuidas planeedisüsteemid moodustuvad, arenevad ja lõpuks arendavad elu toetamise võimet. Järgmistel aastatel võivad Päikesesüsteemi vanimaid objekte (Maa-lähedane, Peavöö ja Trooja/Kreeka asteroidid) uurivad robotmissioonid anda täiendava ülevaate selle varasest ajaloost – ajast, mil istutati eluandvate elementide seemned. Maal ja teistel planeetidel.
Lisalugemist: Rice'i ülikool , Loodus
