Når vi leter etter potensielt beboelige ekstrasolplaneter, er forskere noe begrenset av det faktum at vi bare kjenner til en planet der livet eksisterer (dvs. Jorden). Av denne grunn ser forskere etter planeter som er landlige (dvs. steinete), som går i bane rundt stjernenes beboelige soner, og viser tegn til biosignaturer som atmosfærisk karbondioksid - noe som er viktig for livet slik vi kjenner det.
Denne gassen, som i stor grad er et resultat av vulkansk aktivitet her på jorden, øker overflatevarmen gjennom drivhuseffekten og går rundt undergrunnen og atmosfæren gjennom naturlige prosesser. Av denne grunn har forskere lenge trodd at platetektonikk er avgjørende for brukbarheten. I følge en ny studie fra et team fra Pennsylvania State University kan det imidlertid ikke være tilfelle.
Studien, med tittelen “Carbon Cycling and Habitability of Earth-Sized Stagnant Lid Planets”, ble nylig publisert i det vitenskapelige tidsskriftet astrobiologi. Studien ble utført av Bradford J. Foley og Andrew J. Smye, to assistentprofessorer fra instituttet for geovitenskap ved Pennsylvania State University.
På jorden er vulkanisme et resultat av platetektonikk og oppstår der to plater kolliderer. Dette forårsaker subduksjon, der den ene platen skyves under den andre og dypere ned i undergrunnen. Denne subduksjonen forandrer den tette mantelen til en flytende magma, som stiger gjennom jordskorpen til jordoverflaten og skaper vulkaner. Denne prosessen kan også hjelpe i karbonsykling ved å skyve karbon inn i mantelen.
Det er antatt at platetektonikk og vulkanisme har vært sentral i fremveksten av liv her på jorden, da det sikret at planeten vår hadde tilstrekkelig varme til å holde flytende vann på overflaten. For å teste denne teorien opprettet professorer Foley og Smye modeller for å bestemme hvor beboelig en jordlignende planet ville være uten tilstedeværelse av platetektonikk.
Disse modellene tok hensyn til den termiske utviklingen, jordskorpeproduksjonen og CO2 sykling for å begrense muligheten for steinete, jordstore stillestående lokkplaneter. Dette er planeter der jordskorpen består av en enkelt, gigantisk sfærisk plate som flyter på mantel, i stedet for i separate biter. Slike planeter antas å være langt vanligere enn planeter som opplever platetektonikk, ettersom ingen planeter utenfor Jorden er bekreftet å ha tektoniske plater ennå. Som prof. Foley forklarte i en pressemelding fra Penn State News:
“Vulkanisme frigjør gasser i atmosfæren, og deretter gjennom forvitring trekkes karbondioksid ut fra atmosfæren og bindes opp i overflatefjell og sediment. Ved å balansere de to prosessene holder karbondioksid på et visst nivå i atmosfæren, noe som virkelig er viktig for om klimaet holder seg temperert og egner seg for livet. ”
I hovedsak tok modellene deres hensyn til hvor mye varme et stillestående lokk planetens klima kunne beholde basert på mengden varme og varmeproduserende elementer som var til stede da planeten dannet (også dets opprinnelige varmebudsjett). På jorden inkluderer disse elementene uran som produserer thorium og varme når det råtner, som deretter råtner for å produsere kalium og varme.
Etter å ha kjørt hundrevis av simuleringer, som varierte planetens størrelse og kjemiske sammensetning, fant de ut at stillestående lokkeplaneter ville kunne opprettholde varme nok temperaturer til at flytende vann kunne eksistere på overflatene i milliarder av år. I ekstreme tilfeller kan de opprettholde livsoppmuntrende temperaturer i opptil 4 milliarder år, noe som nesten er jordens alder.
Som Smye antydet, skyldes dette delvis det faktum at platetektonikk ikke alltid er nødvendig for vulkansk aktivitet:
"Du har fremdeles vulkanisme på stillestående lokkeplanter, men den er mye kortere levet enn på planeter med platetektonikk fordi det ikke er like mye sykling. Vulkaner resulterer i en rekke lavastrømmer, som over tid blir begravet som lag av en kake. Bergarter og sediment blir mer varme jo dypere de blir begravet. ”
Forskerne fant også at uten platetektonikk kan stillestående lokkeplaneter fortsatt ha nok varme og trykk til å oppleve avgassing, hvor karbondioksidgass kan rømme fra bergarter og komme seg til overflaten. På jorden, sa Smye, forekommer den samme prosessen med vann i undervisningsfeilsoner. Denne prosessen øker basert på mengden varmeproduserende elementer som finnes i planeten. Som Foley forklarte:
"Det er et søtt flekkområde der en planet frigjør nok karbondioksid til å forhindre at planeten fryser over, men ikke så mye at forvitringen ikke kan trekke karbondioksid ut av atmosfæren og holde klimaet temperert."
I følge forskernes modell var tilstedeværelsen og mengden av varmeproduserende elementer langt bedre indikatorer for en klodens potensiale for å opprettholde liv. Basert på simuleringene deres fant de ut at den opprinnelige sammensetningen eller størrelsen på en planet er veldig viktig for å avgjøre om den vil bli beboelig eller ikke. Eller som de uttrykker det, en potensiell levedyktighet til en planet bestemmes ved fødselen.
Ved å demonstrere at stillestående lokkeplaneter fremdeles kan støtte liv, har denne studien potensialet til å utvide rekkevidden til det forskere anser som potensielt beboelig. Når James Webb-romteleskopet (JWST) er utplassert i 2021, skal vi undersøke atmosfærene til stillestående lokkplaneter for å bestemme tilstedeværelsen av biosignaturer (som CO2) vil være et viktig vitenskapelig mål.
Å vite at flere av disse verdenene kan opprettholde livet, er absolutt gode nyheter for de som håper at vi finner bevis på utenomjordisk liv i vår levetid.
