Wyobraźmy sobie masywną skalistą planetę, rozświetlone przez błyszczący nieboskłon, na powierzchni której zamiast mórz i lądów znajduje się wzburzony ocean magmy. W Układzie Słonecznym nie ma takiej planety, ale i tak możemy być pewni, że w żaden sposób nie przypominałaby ona żadnego znanego nam świata.
Do chwili obecnej prawie 50% wszystkich odkrytych dotychczas egzoplanet skalistych jest w stanie utrzymać magmę na swojej powierzchni. Najczęściej jest to skutek tego, że planety te znajdują się ekstremalnie blisko swoich gwiazd macierzystych, które okrążają w czasie krótszym niż 10 dni. Problem w tym, że w takiej odległości od gwiazdy planeta jest bombardowana intensywnym promieniowaniem, przez co temperatury na powierzchni osiągają ekstremalne wartości, czyniąc ją niemal całkowicie nieprzyjaznymi dla życia, jakie znamy dzisiaj.
Teraz w nowym artykule badawczym naukowcy wykazali, że te rozległe, stopione oceany magmy mają duży wpływ na obserwowane właściwości gorących skalistych planet typu superziemia, takie jak ich rozmiar i ewolucja.
Wyniki badań opublikowane niedawno w periodyku naukowym The Astrophysical Journal wskazują, że ze względu na niezwykle ściśliwy charakter lawy oceany magmy mogą powodować, że planety bogate w lawę a pozbawione atmosfery będą nieco gęstsze niż planety skaliste o podobnej wielkości, a także wpływają na strukturę ich płaszcza, grubej wewnętrznej warstwy otaczającej jądro planety.
Mimo to, ponieważ obiekty te są niedostatecznie zbadane, scharakteryzowanie fundamentalnych procesów zachodzących na planetach lawowych może być trudnym zadaniem, powiedział Kiersten Boley, główny autor badania i absolwent astronomii na Ohio State University.
„Światy lawy to bardzo dziwne i bardzo interesujące obiekty, a ze względu na sposób, w jaki wykrywamy egzoplanety, mamy tendencję do ich odnajdywania” – powiedział Boley, którego badania koncentrują się na zrozumieniu, jakie podstawowe składniki sprawiają, że egzoplanety są wyjątkowe.
Jednym z najbardziej znanych z tych tajemniczych płonących światów jest 55 Cancri e, egzoplaneta oddalona o około 41 lat świetlnych, którą naukowcy opisują jako siedlisko zarówno błyszczącego nieba, jak i wzburzonych mórz lawy.
Chociaż w naszym Układzie Słonecznym znajdują się obiekty, takie jak księżyc Jowisza Io, które są niezwykle aktywne wulkanicznie, w naszym fragmencie kosmosu nie ma prawdziwych planet lawowych, które naukowcy mogliby zbadać. Jednak badanie, w jaki sposób skład oceanów magmy przyczynia się do ewolucji innych planet, na przykład jak długo pozostają one w stanie stopionym i z jakich powodów ostatecznie ochładzają się, może dostarczyć wskazówek na temat ognistej historii Ziemi, powiedział Boley.
„Kiedy powstają planety, zwłaszcza skaliste planety ziemskie, w miarę ochładzania przechodzą one przez fazę oceanu magmy” – powiedział Boley. „Więc światy lawy mogą dać nam pewien wgląd w to, co mogło się wydarzyć w ewolucji niemal każdej planety typu ziemskiego”.
Wykorzystując oprogramowanie do modelowania wnętrz egzoplanet Exoplex i dane zebrane z poprzednich badań do skonstruowania modułu zawierającego informacje o kilku typach składu magmy, badacze przeprowadzili symulację kilku scenariuszy ewolucyjnych planety podobnej do Ziemi, której temperatury powierzchni wahają się od 1400 do 2100 stopni Celsjusza.
Na podstawie stworzonych przez siebie modeli zespół był w stanie stwierdzić, że płaszcze planet z oceanem magmy mogą przybierać jedną z trzech form: pierwszą, w której cały płaszcz jest całkowicie stopiony, drugą, w której ocean magmowy leży na powierzchni, oraz trzeci model przypominający kanapkę, który składa się z oceanu magmy na powierzchni, warstwy litej skały w środku i kolejnej warstwy stopionej magmy, która leży najbliżej jądra planety.
Wyniki sugerują, że druga i trzecia forma są nieco częstsze niż planety całkowicie stopione. W zależności od składu oceanów magmy, niektóre egzoplanety pozbawione atmosfery lepiej niż inne wychwytują pierwiastki lotne – takie jak tlen i węgiel, niezbędne do powstania wczesnych atmosfer.
W badaniu zauważono, że planeta klasy pokryta oceanem magmy, która jest 4 razy masywniejsza od Ziemi, może uwięzić ponad 130 razy większą masę wody, niż obecnie znajduje się w oceanach Ziemi i około 1000 razy większą ilość węgla niż obecnie mamy w skorupie Ziemi.
Planetom lawowym jeszcze daleko do tego, aby nadawały się do zamieszkania i życia, ale ważne jest, aby zrozumieć procesy, które pomagają tym światom się tam dostać. Niemniej jednak badanie to jasno pokazuje, że pomiar ich gęstości nie jest najlepszym sposobem scharakteryzowania tych światów w porównaniu z egzoplanetami stałymi, ponieważ ocean magmy ani nie zwiększa, ani nie zmniejsza znacząco gęstości planet, powiedział Boley.
Zamiast tego ich badania pokazują, że naukowcy powinni skupić się na innych ziemskich parametrach, takich jak wahania grawitacji powierzchniowej planety, aby przetestować swoje teorie na temat działania światów pokrytych lawą, zwłaszcza jeśli przyszli badacze planują wykorzystać swoje dane do analizowania planet w dużych przeglądach nieba.
Źródło: 1