Sistemi v zgodnjih fazah tvorbe doživijo največ udarcev zaradi prisotnosti ogromnega števila zarodkov v nestabilnih orbitah. Ali bomo lahko upoštevali te procese in razkrili preteklost Zemlje?
V zadnjih fazah nastajanja planetov mladi planetarni zarodki se zrušijo na druge protoplanete, zaradi česar se njihove površine in plasti intenzivno topijo. Eno takšno trčenje med bodočo Zemljo in Theio, ki ga je prizadelo, je ustvarilo sistem Zemlja-Luna in privedlo do nastanka magmanskega oceana: mešanice staljenih silikatov in hlapnih snovi, ki se razprostira skozi celo plašč. Oceani magme so postavili temelj za zgodnjo površino in atmosfero, na kateri so se sčasoma razvile življenjske razmere.
Trčenje novorojenčka Zemlje in Theia (predmet velikosti Marsa), kar je povzročilo nastanek Lune.
Na žalost geofizikov, vendar na srečo za življenje na splošno, je več milijard let tektonike plošč na Zemlji uničilo različne znake oceanskega magma in tako znanstveniki komaj razumejo, kako je ta vroči in staljeni svet postal življenjski prostor. Vendar velja, da so splošna načela tvorbe skalnih planetov podobna v sistemih drugih zvezd, zato najmočnejši vplivi niso redki na planetih, ki se trenutno tvorijo v orbiti mladih zvezd.
Tako je mogoče posneti posnetek posnetka zaradi velikanskih udarcev v eksoplanetarnih sistemih. Neposredno odkrivanje staljenega protoplaneta bo ključno za zgodnje faze planetarne evolucije.
Lov na staljene svetove
Mladi protoplaneti so zelo vroči in svetli, saj lahko njihova površinska temperatura doseže 3000 ° C. Tako bi si lahko kdo mislil, da jih je enostavno opaziti na nočnem nebu, a žal to ni povsem res. Ko se staljeni plašč strdi, se raztopljene hlapne snovi, kot sta voda in ogljikov dioksid, postopoma sprostijo v ozračje. Če ne bo močnih zvezdnih vetrov ali visokih ravni ultravijoličnega sevanja zvezde, se bo atmosfera planeta zgostila in s tem zasenčila površino. Pri tem bo delovala kot odeja, ki bo podaljšala obdobje hlajenja magmanskega oceana.
Promocijski video:
Umetniški prikaz eksoplaneta, prekritega v ocemi magme.
Medtem ko so obstoj magmskih oceanov predlagali teoretični modeli planetarne tvorbe, globalnega taljenja teles zaradi trkov med protoplaneti še ni bilo. Ker se pričakuje, da se bo število takšnih vplivov sčasoma postopoma zmanjševalo, mladi planetarni sistemi ponujajo najboljše možnosti za odkrivanje takšnih predmetov.
Da pa so vidna, morajo ta staljena telesa izpolnjevati dva pogoja. Najprej ne bodite preblizu njihove zvezde, sicer teleskop ne bo mogel ločiti staljenega protoplaneta od njegovega svetlega gostitelja. Drugič, zadostna količina sevanja iz magmatskega oceana mora prodreti v ozračje.
Kar zadeva izpuščeno sevanje, so staljeni protoplaneti privlačna tarča neposrednega slikanja, saj so veliko svetlejši od starejših planetov, kot je Zemlja. Torej, če želimo kdaj začeti zbirati takojšnje fotografije zemeljskih ekstrasolarnih planetov, potem je staljeni protoplanet dobro mesto za začetek!
Kakšne so možnosti za odkrivanje sledove?
Na žalost, tudi z najnaprednejšimi orodji za slikanje, neposredno zaznavanje staljenih planetov ostaja zunaj dosega. Vendar bodo leta 2020 začeli obdobje kolosalnih zemeljskih teleskopov: ESO-jev ekstremno velik teleskop (ELT) v Čilu, velikanski magelanski teleskop (GMT) v Čilu in tridesetmetrski teleskop (TMT) na Havajih. Poleg novih kopenskih opazovalnic se razmišljajo o konceptih za prihodnje vesoljske misije za neposredno slikanje skalnih planetov v bivalnih območjih zvezd, podobnih soncu, zlasti interferometer LIFE (Large Interferometer for Exoplanet), ki obljublja nesluteno natančnost pri karakterizaciji ekstrasolarnih planetov.
Umetniška predstavitev izjemno velikega teleskopa ESO.
Verjetnost videnja staljenega planeta je odvisna od dveh glavnih dejavnikov: kumulativnega števila velikanskih udarcev, ki jih doživljajo predmeti v planetarnem sistemu, in časovnega intervala, v katerem staljeno telo ostane dovolj vroče, da ga je mogoče zaznati.
Če želite določiti verjetnost opazovanja staljenih protoplanetov, morate najprej ugotoviti verjetnost velikanskih udarcev s simuliranjem planetarne tvorbe. Računalniške simulacije spremljajo razvoj orbite in rast planetarnih zarodkov, ko se med trčenjem združijo v polne planete.
Sistemi v zgodnjih fazah tvorbe doživijo največ udarcev zaradi prisotnosti ogromnega števila zarodkov v nestabilnih orbitah. Če rečem, bodo tisti orbiti rdečih palčkov, najpogostejših zvezd na Mlečni poti, udarili skoraj dvakrat tolikokrat kot tisti okoli naših sončnih kolegov. Glede na verjetnost nastanka magmatskih oceanov je to zelo obetavno, vendar obstaja še nekaj opozorila: protoplaneti v takšnih sistemih bodo nameščeni v tesni orbiti in jih zato ni mogoče ločiti od sevanja zvezde. Poleg tega bodo trki manj energični in zato bodo telesa dolgočasna. Tako lahko potencialno opazovanje postane odvisno od starosti zvezde, števila udarcev in energije trka.
Glede na pogostost pojavljanja magmanskega oceana so znanstveniki izračunali evolucijo in obdobje obstoja magmskih oceanov, da so določili spremembe površinske temperature glede na velikost planeta in debelino njegove atmosfere, kar se izraža v tako imenovani emisivnosti: kolikor nižja je, bolj je izolirana atmosfera.
Umetniški prikaz mladega eksoplaneta, ki ga zarodki nenehno bombardirajo v nestabilni orbiti.
Veliki protoplaneti z gosto atmosfero bodo podpirali oceane magme dlje, vendar bodo tudi manjše sevanje in je verjetno, da bodo pod nivojem občutljivosti teleskopov. Pomembno je opozoriti, da se verjetno sestava eksoprotoplanetov lahko bistveno razlikuje od zgodnjih planetov osončja. Tako je emisivnost odvisna od dodatnega parametra: različnih sestavkov in mase eksoplanetarnih atmosfer.
Seveda je najboljši kraj za začetek iskanja staljenih planetov z ELT ali ŽIVLJENJE določena z bližino sončnega sistema. Najbolj obetavne tarče so mlade, bližnje in množične zvezdne skupine. Predstavljajte si, da znanstveniki že imajo "primeren" teleskop in si morajo v posameznem združenju ogledati vse posamezne zvezde. Se bo našel staljeni protoplanet? Niti da, niti ne. Odgovor je statistična verjetnost, odvisno od številnih fizičnih parametrov.
Panoramski posnetek združenja Carina OB1, ki vsebuje več skupin mladih zvezd, na primer grozd Trumpler 14, v katerem živi približno 2000 zvezd. Sistemi, ki so nam najbližji, kot je ta, so glavne tarče za zaznavanje trkov protoplanetov.
Na primer, združenje β Pictoris (Beta Pictoris), ki se nahaja 63 svetlobnih let od Sonca, vključuje 31 zvezdic s povprečno starostjo 23 milijonov let. Verjetnost zaznavanja vsaj enega planeta z oceanom magme med njihovimi planetarnimi sistemi bo z neobčutljivim filtrom zanemarljiva, vendar lahko doseže 80% za opažanja z LIFE na 5,6 mikrometra ali z ELT na 2,2 mikrometru.
Kaj pomenijo te številke in kaj naprej?
Številna vprašanja ostajajo. Na primer še vedno ni jasno, ali se planeti rodijo okoli vseh zvezd in kakšne vrste planetov je treba pričakovati, odvisno od razreda zvezde.
Zgodnje študije, ki so razpravljale o morebitni opaznosti staljenih planetov, so se spraševale, ali je mogoče zaledje velikanskega udarca, podobnega tistemu, ki je ustvaril Luno, zabeležiti pod proto-zemeljskimi pogoji. Kljub temu je raziskovanje eksoplanetov v zadnjih desetletjih pokazalo, da se številne njihove značilnosti (sestava, masa, polmer, orbita in druge) divje razlikujejo od vsega, kar je bilo domnevno zaradi preučevanja osončja. Zato znanstveniki pričakujejo velike razlike med sestavenimi lastnostmi mladih protoplanetov in njihovo atmosfero, torej je vprašanje morebitne opazljivosti nastajajoče proto-Zemlje zanimivo, ni pa pomembno zaradi nepomembne verjetnosti prisotnosti takšnih protoplanetov v predvidljivi bližini Sonca.
Na tisoče zvezdnih sistemov živi na Mlečni poti.
Da bi se v naslednjih nekaj letih odkrili staljeni protoplanet, je treba obravnavati več ključnih vprašanj: kakšne so značilne razlike v atmosferi skalnih planetov, kako se hlapne snovi porazdelijo med plašč in atmosfero?
Opazovalne kampanje bodo znanstvenikom omogočile boljše razumevanje atmosferskih lastnosti in razporeditve sestave. Poleg tega bo treba bolje omejiti značilnosti posameznih zvezd članic najbolj perspektivnih zvez: β Pictoris, Columba, TW Hydrae in Tucana-Horologium. Za to so potrebna skupna prizadevanja teoretikov in opazovalcev, astronomov, geofizikov in geokemikov.
Sčasoma bomo morda kdaj v ne tako oddaljeni prihodnosti videli pogled na žareči mladi svet, ki morda ni vse tako drugačen od našega lastnega doma v vesolju.
Arina Vasilijeva