Terwijl de wetenschappelijke gemeenschap op zoek is naar werelden rond nabije sterren die mogelijk leven zouden kunnen herbergen, suggereert nieuw onderzoek onder leiding van het Southwest Research Institute dat jongere rotsachtige exoplaneten meer kans hebben om gematigde, aardachtige klimaten te ondersteunen.
In het verleden hebben wetenschappers zich gericht op planeten die zich in de bewoonbare zone van een ster bevinden, waar het niet te warm of te koud is voor vloeibaar oppervlaktewater. Maar zelfs binnen deze zogenaamde “Goldilocks-zone” kunnen planeten nog steeds klimaten ontwikkelen die onherbergzaam zijn voor leven. Het in stand houden van gematigde klimaten vereist ook dat een planeet voldoende warmte heeft om een koolstofcyclus op planetaire schaal aan te drijven. Een belangrijke bron van deze energie is het verval van de radioactieve isotopen van uranium, thorium en kalium. Deze kritieke warmtebron kan de mantelconvectie van een rotsachtige exoplaneet aandrijven, een langzame kruipende beweging van het gebied tussen de kern van een planeet en de korst die uiteindelijk aan het oppervlak smelt. Vulkanische ontgassing aan het oppervlak is een primaire bron van CO2 voor de atmosfeer, wat helpt om een planeet warm te houden. Zonder ontgassing van de mantel is het onwaarschijnlijk dat planeten gematigde, bewoonbare klimaten zoals die van de aarde ondersteunen.
“We weten dat deze radioactieve elementen nodig zijn om het klimaat te reguleren, maar we weten niet hoe lang deze elementen dit kunnen doen, omdat ze na verloop van tijd vervallen”, zegt Dr. Cayman Unterborn, hoofdauteur van een artikel in Astrophysical Journal Letters over het onderzoek. . “Bovendien zijn radioactieve elementen niet gelijkmatig over de Melkweg verdeeld, en naarmate planeten ouder worden, kunnen ze zonder warmte komen te zitten en zal de ontgassing stoppen. Omdat planeten meer of minder van deze elementen kunnen hebben dan de aarde, wilden we begrijpen hoe dit variatie kan van invloed zijn op hoe lang rotsachtige exoplaneten gematigde, aardachtige klimaten kunnen ondersteunen.”
Het bestuderen van exoplaneten is een uitdaging. De huidige technologie kan de samenstelling van het oppervlak van een exoplaneet niet meten, laat staan die van het interieur. Wetenschappers kunnen echter de overvloed aan elementen in een ster spectroscopisch meten door te bestuderen hoe licht interageert met de elementen in de bovenste lagen van een ster. Met behulp van deze gegevens kunnen wetenschappers afleiden waaruit de planeten van een ster zijn gemaakt, waarbij ze de stellaire samenstelling gebruiken als een ruwe proxy voor zijn planeten.
“Door gastheersterren te gebruiken om de hoeveelheid van deze elementen te schatten die in de loop van de geschiedenis van de Melkweg naar planeten zouden gaan, hebben we berekend hoe lang we kunnen verwachten dat planeten voldoende vulkanisme hebben om een gematigd klimaat te ondersteunen voordat ze zonder stroom komen te zitten,” zei Unterborn . “Onder de meest pessimistische omstandigheden schatten we dat deze kritieke leeftijd slechts ongeveer 2 miljard jaar oud is voor een planeet met een massa van de aarde en 5-6 miljard jaar bereikt voor planeten met een hogere massa onder meer optimistische omstandigheden. Voor de weinige planeten die we hebben, hebben we leeftijden want we ontdekten dat er maar een paar jong genoeg waren om met vertrouwen te kunnen zeggen dat ze tegenwoordig koolstof aan het oppervlak kunnen ontgassen, als we het zouden observeren met bijvoorbeeld de James Webb Space Telescope.”
Dit onderzoek combineerde directe en indirecte waarnemingsgegevens met dynamische modellen om te begrijpen welke parameters de meeste invloed hebben op het vermogen van een exoplaneet om een gematigd klimaat te ondersteunen. Meer laboratoriumexperimenten en computationele modellering zullen het redelijke bereik van deze parameters kwantificeren, vooral in het tijdperk van de James Webb Space Telescope, die een meer diepgaande karakterisering van individuele doelen zal bieden. Met de Webb-telescoop zal het mogelijk zijn om de driedimensionale variatie van exoplaneetatmosferen te meten. Deze metingen zullen de kennis van atmosferische processen en hun interacties met het oppervlak en het interieur van de planeet verdiepen, waardoor wetenschappers beter kunnen inschatten of een rotsachtige exoplaneet in bewoonbare zones te oud is om op de aarde te lijken.
“Exoplaneten zonder actieve ontgassing zijn eerder koude, sneeuwbalplaneten,” zei Unterborn. “Hoewel we niet kunnen zeggen dat de andere planeten vandaag niet ontgassen, kunnen we wel zeggen dat ze speciale omstandigheden nodig hebben om dit te doen, zoals getijdenverwarming of plaattektoniek ondergaan. Dit omvat de opvallende rotsachtige exoplaneten die zijn ontdekt in de TRAPPIST-1-sterrenstelsel. Hoe dan ook, jongere planeten met een gematigd klimaat zijn misschien wel de eenvoudigste plaatsen om naar andere aardes te zoeken.”
Verhaalbron:
Materialen geleverd door Southwest Research Institute. Opmerking: inhoud kan worden bewerkt voor stijl en lengte.
lees het gehele artikel bij de bron
Samenvatting: Terwijl de wetenschappelijke gemeenschap zoekt naar werelden rond nabije sterren die mogelijk leven kunnen herbergen, suggereert nieuw onderzoek dat jongere rotsachtige exoplaneten eerder gematigde, aardachtige klimaten ondersteunen.
Datum van publicatie: 4 mei 2022
Bron: Technologie | Top technologienieuws — ScienceDaily