Земните континенти вероятно са необходими за поддържането на живота. Континентите "плават" върху вискозната земна мантия, а топлината от ядрото на планетата не позволява на мантията да се втвърди и да затвори континентите на място.

Ядрото е горещо поради наличието на радиоактивни елементи, получени при сблъсъците с неутронни звезди. Би трябвало да е възможно да се изчисли кога са се образували първите континенти във Вселената.

Именно това е направил един изследовател.

Джейн Грийвс (Jane Greaves) е професор по астрономия във Факултета по физика и астрономия в Университета в Кардиф, Уелс. Работата ѝ е насочена към формирането на планети и обитаемостта им.

Новото ѝ изследване е публикувано в Research Notes of the American Astronomical Society със заглавието: "Кога са се появили първите екзоконтиненти?"

Работата на Грийвс има за цел да направи търсенето на обитаеми светове по-ефективно. Ако континентите и тектониката на плочите, която ги позволява, са от решаващо значение за живота, то стесняването на вероятните местоположения на скалисти планети може да направи търсенето на обитаеми светове по-ефективно.

Преди всичко, защо континентите и тектониката на плочите са важни?

Възможно е тектониката на плочите да не е напълно необходима за живота. Но те играят важна роля, като умерено регулират температурата на Земята. Те позволяват на топлината да се изхвърля от ядрото, а твърде много топлина в ядрото би подтиснала защитната магнитосфера на Земята. Те също така помагат за поддържането на Земята в така наречената "Зона на Златокоска" - подобно на кашата от приказката, тя не трябва да е нито прекалено гореща, нито прекалено студена.

Някои изследвания обаче показват, че тектониката на плочите не е била много активна преди милиарди години, когато се е появил животът. Така че те може и да не са били необходими за зараждането на живота, но за да се запази той и да еволюира в по-сложни същества като хората, вероятно са необходими.

Така че търсенето на живот и обитаеми планети трябва да бъде насочено към скалисти планети с тектоника на плочите. Това, което наистина искаме да открием, са планети с континенти. Планетите с континенти могат да поддържат повече биомаса за по-дълъг период от време, отколкото планетите без континенти, а тектониката на плочите създава континентите.

Възможно е тектониката на плочите да не е необходима, за да започне животът на дадена планета. Но тектониката и континентите са вероятни, за да може животът да се запази и да се усложни. Кредит на изображението: University of Rochester illustration / Michael Osadciw

Рийвс открива начин да проследи на кои планети може да има континенти, проследявайки на кои планети може да има тектоника на плочите. Голяма част от тях се свеждат до топлината. Ако ядрото на скалиста планета произвежда достатъчно топлина, тогава вероятно има активна тектоника на плочите, а ние знаем защо земното ядро произвежда топлина.

Ядрото съдържа радиоактивните изотопи ²³⁸Уран, ²³²Торий и ⁴⁰Калий. В геоложки мащаб тези елементи се разпадат в други елементи и произвеждат топлина. Тези елементи не се появяват случайно. Те се образуват в неутронните звезди и при експлозиите на свръхнови.

Във всичко това има огромно количество подробности и едно изследване не може да ги обобщи. Работата на Грийвс е опит за по-широко осмисляне на въпроса.

"Тук представям изследователски метод, за хипотетични планети, подобни на Земята, на звезди, чиито фотосферни изобилия позволяват да се направи известен извод за радиогенното нагряване на планетата", пише Грийвс.

Връзката между звездите и планетите, които се формират около тях, играе важна роля в това отношение. Планетите се формират от слънчевата мъглявина - същия материал, от който се формира звездата. Така че изобилието на различни химични елементи в една звезда се отразява в планетите, които се формират около нея.

Грийвс използва данни от предишни изследвания за съдържанието на различни елементи в звездите и след това ги комбинира с възрастта на звездите от спътника Gaia. За по-голяма точност Грийвс разглежда две отделни популации звезди: звезди с тънък протопланетарен диск и звезди с дебел диск. Звездите с тънък диск обикновено са по-млади и имат по-висока металичност, докато звездите с дебел диск са по-стари и бедни на метали.

Нейните резултати показват, че появата на континентите на Земята отразява някаква средна стойност.

Концепция на художник на Млечния път показва звезди с дебел и тънък протопланетарен диск. Звездите с тънък диск са по-млади и с по-висока металичност от по-старите и бедни на метал звезди в дебелия диск. Кредит: NASA/JPL Caltech/R.Hurt/SSC

Тектониката на земните плочи е започнала преди около 3 милиарда години, или около 9,5 милиарда години от началото на Вселената. В извадката на Грийвс първите континенти са се появили 2 млрд. години преди Земята върху звезди с тънък протопланетарен диск. При звездите с дебел диск в нейната работа са се появили скалисти планети с континенти, които са се появили още по-рано: около 4 до 5 милиарда години преди Земята.

Грийвс също така установява, че на повечето планети континентите се образуват по-бавно, отколкото на Земята. Планетите се нуждаят от точното количество топлина, за да се образуват континенти, а твърде многото топлина е неблагоприятна.

Тази фигура от проучването представя някои от резултатите на Грийвс. Сивите точки представят звезди от типове F, G и K. Нашето Слънце е звезда от тип G, а звездите от типове F и K са достатъчно сходни, за да бъдат групирани заедно в тази работа. Розовите точки представят двете звезди с дебел диск в изследването, а оранжевата точка е нашето Слънце, за справка. Жълтата прекъсната линия разделя планетите, на които континентите се образуват или по-бавно, или по-бързо, отколкото на Земята. Осите се пресичат на 12,5 милиарда години - сегашната възраст на Вселената. Кредит на изображението: Jane S. Greaves 2023 Res. Notes AAS 7 195

Грийвс открива и връзка между континентите и съотношението Fe/H в звездите. "Съществува обща тенденция спрямо съдържанието на желязо в звездите, като континентите се появяват по-рано при по-ниско [Fe/H]", пише тя.

На тази фигура от изследването е показана възрастта на Вселената по оста x и коефициентът Fe/H - общ показател за металичността на звездите - по оста y. Сивите точки са звездите от тип F, G и K, а розовите точки са звездите с дебел диск, които са явни отклонения от останалите. Кредит на изображението: Jane S. Greaves 2023 Res. Notes AAS 7 195

Грийвс пише, че звездите с по-ниска металичност от нашето Слънце може да са добро място за търсене на обитаеми екзопланети с континенти. "Системите с подсоларна металичност изглеждат особено интересни", пише тя. В нейната извадка всички тези планети са образували континенти по-бързо от Земята, така че там е по-вероятно да има развит живот. Може би дори по-напреднал от нас.

Звездите с дебел диск също са интригуващи, тъй като при тях континентите явно са се развили бързо. "Примерните системи с дебел диск са особено напред, заслужавайки повече изследвания", пише тя и добавя, че от всички известни ни звезди, които имат екзопланети, само 7% са звезди с дебел диск.

До старта на предстоящата мисия "обсерватория за търсене на обитаеми екзопланети" HabEx (Habitable Exoplanet Observatory) остават години и научната общност има време да подреди критериите за търсене и да определи кои са най-добрите цели.

"HabEx има само 46 звезди от FGK в списъка си с цели от най-високо ниво", пише тя. Но 15 от тях са в нейните резултати. Ако работата ѝ е вярна, "...само в тази извадка може да има две системи с биосфери, по-развити от тези тук, на Земята".

Грийвс заключава, че перспективите за откриване на обитаеми планети с дълготрайни континенти са добри.

"Перспективите изглеждат много обещаващи за намиране на скалисти екзопланети с континенти, като се има предвид, че близките звезди, подобни на Слънцето, вече са създали няколко кандидат-носители", пише тя.

Следващата стъпка е да се изследва съдържанието в звездите на изотопите на тория и калия, които предизвикват радиогенно нагряване. Това "...би могло да помогне за откриването на още стари системи, в които животът на сушата може да предшества този на Земята".

Някои елементи са изключително важни от геофизична гледна точка, особено тези, които предизвикват радиогенно нагряване, като U, Th и K. Като се добави и Fe, тази група елементи е от решаващо значение за размера на ядрото на планетата, нейната гравитация и вътрешна температура. Вътрешната температура на планетата е от решаващо значение не само защото управлява поддържащата живота магнитосфера, но и защото спомага за създаването на условия за тектоника на плочите и континентите.

Предишни изследвания показват, че вероятността за поява на планети, подобни на Земята, с континенти е по-голяма в началото на галактическата история и намалява с развитието на галактиката. Но все още имаме много да учим за екзопланетите, обитаемостта, радиогенното нагряване, континентите и тектониката на плочите и още стотици други неща.

Не можем да кажем със сигурност къде ще открием живот или в какви геофизични среди. Всичко, което можем да направим, е да обърнем внимание на Земята, да продължим да изграждаме по-мощни телескопи и да бъдем търпеливи.

Още по темата

24/01/2022

Земята

Привличането на Слънцето и Луната задвижва тектонските плочи на „небалансираната“ Земя

09/02/2021

Земята

Вижте милиард години разместване на тектонски плочи за 40 хипнотични секунди

23/04/2020

Земята

Тектонските плочи може би са започнали да се местят много по-рано отколкото се е предполагало

01/08/2018

Животът

Наличието на радиоактивни елементи, а не тектонски плочи, е задължително за появата на живот