Når man ser efter potentielt beboelige ekstra-solplaneter, er forskere noget begrænset af det faktum, at vi kun kender til én planet, hvor der findes liv (dvs. Jorden). Af denne grund ser forskere efter planeter, der er landlige (dvs. klippefyldte), kredsløb inden for deres stjernes beboelige zoner, og viser tegn på biosignaturer såsom atmosfærisk kuldioxid - hvilket er vigtigt for livet, som vi kender det.
Denne gas, som i vid udstrækning er resultatet af vulkansk aktivitet her på Jorden, øger overfladevarmen gennem drivhuseffekten og cykler mellem undergrunden og atmosfæren gennem naturlige processer. Af denne grund har videnskabsmænd længe troet, at pladetektonik er essentiel for beboelsesområdet. Ifølge en ny undersøgelse fra et team fra Pennsylvania State University er det muligvis ikke tilfældet.
Undersøgelsen med titlen "Carbon Cycling and Habitability of Earth-Sized Stagnant Cover Planets" blev for nylig offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Astrobiology. Undersøgelsen blev udført af Bradford J. Foley og Andrew J. Smye, to lektorer fra instituttet for geovidenskab ved Pennsylvania State University.
På Jorden er vulkanisme resultatet af pladetektonik og forekommer, hvor to plader kolliderer. Dette medfører subduktion, hvor den ene plade skubbes under den anden og dybere ned i undergrunden. Denne subduktion ændrer den tætte mantel til en livlig magma, der stiger gennem skorpen til jordoverfladen og skaber vulkaner. Denne proces kan også hjælpe med kulstofcykling ved at skubbe kulstof ind i mantlen.
Pladetektonik og vulkanisme antages at have været centralt for fremkomsten af liv her på Jorden, da det sikrede, at vores planet havde tilstrækkelig varme til at opretholde flydende vand på dens overflade. For at teste denne teori skabte professorer Foley og Smye modeller til at bestemme, hvor beboelig en jordlignende planet ville være uden tilstedeværelsen af pladetektonik.
Disse modeller tog højde for den termiske udvikling, skorpeproduktion og CO2 cykling for at begrænse beboelsesområdet for stenede, jordstørrede, stillestående lågplaneter. Dette er planeter, hvor skorpen består af en enkelt, kæmpe sfærisk plade, der flyder på kappe, snarere end i separate stykker. Sådanne planeter menes at være langt mere almindelige end planeter, der oplever pladetektonik, da der endnu ikke er bekræftet, at planeter over Jorden har tektoniske plader. Som prof. Foley forklarede i en pressemeddelelse fra Penn State News:
”Vulkanisme frigiver gasser i atmosfæren, og derefter gennem forvitring trækkes kuldioxid ud fra atmosfæren og sekvestreres i overflader klipper og sediment. Ved at afbalancere disse to processer holder kuldioxid på et bestemt niveau i atmosfæren, hvilket virkelig er vigtigt for, hvorvidt klimaet forbliver tempereret og egnet til liv. ”
I det væsentlige tog deres modeller højde for, hvor meget varme en stillestående låg planetens klima kunne bevare baseret på mængden af varme og varmeproducerende elementer, der var til stede, da planeten dannede (også dets oprindelige varmebudget). På Jorden inkluderer disse elementer uran, der producerer thorium og varme, når det nedbrydes, som derefter nedbrydes for at producere kalium og varme.
Efter at have kørt hundredvis af simuleringer, der varierede klodens størrelse og kemiske sammensætning, fandt de, at stillestående lågplaneter ville være i stand til at opretholde varme nok temperaturer til, at flydende vand kunne eksistere på deres overflader i milliarder af år. I ekstreme tilfælde kunne de opretholde livsbærende temperaturer i op til 4 milliarder år, hvilket er næsten jordens alder.
Som Smye antydede skyldes dette delvis det faktum, at pladetektonik ikke altid er nødvendig for vulkansk aktivitet:
”Du har stadig vulkanisme på stillestående lågplaneter, men det er meget kortere end på planeter med pladetektonik, fordi der ikke er så meget cykling. Vulkaner resulterer i en række lavastrømme, som over tid er begravet som lag af en kage. Klipper og sediment opvarmes mere, jo dybere de er begravet. ”
Forskerne fandt også, at uden pladetektonik, kan stillestående lågplaneter stadig have tilstrækkelig varme og tryk til at opleve afgassing, hvor kuldioxidgas kan undslippe fra klipper og komme vej til overfladen. På Jorden, sagde Smye, forekommer den samme proces med vand i undladningsfejlzoner. Denne proces øges baseret på mængden af varmeproducerende elementer, der findes i planeten. Som Foley forklarede:
"Der er et sød pletområde, hvor en planet frigiver nok kuldioxid til at forhindre, at planeten fryser over, men ikke så meget, at forvitringen ikke kan trække kuldioxid ud af atmosfæren og holde klimaet tempereret."
I henhold til forskernes model var tilstedeværelsen og mængden af varmeproducerende elementer langt bedre indikatorer for en planets potentiale for at opretholde liv. Baseret på deres simuleringer fandt de, at den oprindelige sammensætning eller størrelse af en planet er meget vigtig for at bestemme, om den vil blive beboelig eller ej. Eller som de udtrykker det, bestemmes en planets potentielle levedygtighed ved fødslen.
Ved at demonstrere, at stillestående lågplaneter stadig kunne understøtte livet, har denne undersøgelse potentialet til i vid udstrækning at udvide rækkevidden af, hvad forskere betragter som potentielt beboelig. Når James Webb-rumteleskopet (JWST) udsættes i 2021, undersøges atmosfærerne i stillestående lågplaneter for at bestemme tilstedeværelsen af biosignaturer (som CO2) vil være et vigtigt videnskabeligt mål.
At vide, at flere af disse verdener kan opretholde livet, er bestemt gode nyheder for dem, der håber, at vi finder bevis på udenjordisk liv i vores levetid.
