Zemlja, naš dom, ima željeznu jezgru okruženu plaštem od silikatnog kamenja, dok se na površini nalaze oceani. Ovaj model bio je temelj istraživanja planeta izvan našeg Sunčevog sustava—tzv. egzoplaneta—sve do danas.
“Tek nedavno smo počeli shvaćati da su planeti daleko složeniji nego što smo to ranije mislili,” kaže Caroline Dorn, profesorica za egzoplanete na ETH Zurichu.
Većina egzoplaneta koje danas poznajemo smještena je blizu svojih matičnih zvijezda. To znači da su uglavnom vrlo vrući, s oceanima rastaljene magme koji se još nisu ohladili dovoljno da formiraju čvrsti silikatni plašt, poput onoga na Zemlji. Voda se iznimno dobro otapa u ovim magmatskim oceanima, za razliku od ugljičnog dioksida, koji brzo izlazi u atmosferu. Željezna jezgra smještena je ispod rastaljenog silikatnog plašta, a ključna nepoznanica je kako se voda raspoređuje između silikata i željeza.
Voda i željezo u magmatskoj juhi
Caroline Dorn, u suradnji s kolegama s Princetona, Haiyangom Luom i Jie Dengom, Caroline Dorn provela je detaljno istraživanje koristeći modele temeljene na zakonima fizike. Njihovi rezultati, objavljeni u prestižnom časopisu Nature Astronomy, donose novo razumijevanje o strukturi egzoplaneta.
“Razvoj željezne jezgre traje dugo. U početku je velik dio željeza u obliku kapljica u vrućoj magmatskoj juhi,” objašnjava Dorn. Voda koja se nalazi u ovoj ‘juhi’ veže se za željezne kapljice i s njima tone prema jezgri. “Željezne kapljice ponašaju se poput lifta, spuštajući vodu prema dolje,” dodaje ona.
Ovakvo ponašanje željeza i vode bilo je poznato pri umjerenim tlakovima poput onih na Zemlji, ali nije bilo jasno što se događa u većim planetima s puno većim unutarnjim tlakovima.
“Jedan od ključnih rezultata našeg istraživanja pokazuje da, što je planet veći i masivniji, to se više vode gravitira prema željezu i postaje integrirano u jezgru. Pod izuzetno visokim tlakom unutar jezgre, voda više ne postoji kao H2O, već se razdvaja na vodik i kisik,” pojašnjava Dorn.
Skriveni oceani unutar Zemlje
Istraživanje Dorn i njezinih kolega bilo je potaknuto otkrićima o Zemljinoj unutrašnjosti, koja su pokazala da oceani na površini čine samo mali dio ukupne količine vode na našem planetu. Više od 80 Zemljinih oceana moglo bi biti skriveno unutar njezine unutrašnjosti. Simulacije su pokazale kako se voda ponaša u uvjetima kakvi su vladali u ranoj fazi Zemljinog razvoja. Ovi rezultati podržani su eksperimentima i seizmološkim mjerenjima.
Nova otkrića o raspodjeli vode na planetima mogu značajno promijeniti način na koji interpretiramo astronomske podatke. Astronomi koriste teleskope na Zemlji i u svemiru kako bi pod određenim uvjetima izmjerili masu i veličinu egzoplaneta. Na temelju tih podataka izrađuju se dijagrami masa i polumjera, koji omogućuju zaključke o sastavu planeta. Ako se pritom zanemari topljivost i raspodjela vode, volumen vode na planetima mogao bi biti značajno podcijenjen, čak do deset puta.
“Planeti su vjerojatno mnogo bogatiji vodom nego što smo to dosad pretpostavljali,” ističe Dorn.
Ključna uloga vode u razvoju planeta
Razumijevanje raspodjele vode ključno je za shvaćanje kako planeti nastaju i razvijaju se. Voda koja potone u jezgru ostaje trajno zarobljena, dok voda koja ostane u magmatskom plaštu može ispariti i tijekom vremena dospjeti na površinu.
“Ako pronađemo vodu u atmosferi planeta, to sugerira da je značajno više vode skriveno u njegovoj unutrašnjosti,” kaže Dorn.
Svemirski teleskop James Webb, koji već dvije godine šalje podatke sa svemira na Zemlju, pokušava identificirati molekule u atmosferama egzoplaneta. “Sastav gornje atmosfere egzoplaneta jedini je dio koji možemo izravno izmjeriti,” pojašnjava Dorn. “Naš cilj je povezati podatke iz atmosfere s unutarnjim slojevima planeta.”
Novi podaci o egzoplanetu TOI-270d posebno su zanimljivi, jer su prikupljeni dokazi o interakciji između magmatskog oceana unutar planeta i njegove atmosfere. Dorn je sudjelovala u istraživanju TOI-270d, a njezin popis ciljeva za daljnje istraživanje uključuje i planet K2-18b, koji je dospio na naslovnice zbog mogućnosti postojanja života.
Voda i mogućnost života na super-Zemljama
Voda je neophodna za razvoj života, i dugo se spekuliralo o mogućnosti nastanjivosti super-Zemalja bogatih vodom, planeta čija je masa višestruko veća od Zemljine i koji su prekriveni dubokim globalnim oceanima. Prijašnji proračuni sugerirali su da previše vode može biti nepovoljno za život jer bi sloj leda pod visokim tlakom mogao spriječiti izmjenu vitalnih tvari između oceana i plašta planeta.
Međutim, novo istraživanje donosi drugačije zaključke: Planeti s dubokim slojevima vode rijetka su pojava. Većina vode na super-Zemljama nije na površini, kao što se dosad pretpostavljalo, već je zarobljena unutar jezgre. To znači da čak i planeti s relativno visokim sadržajem vode mogu imati uvjete slične Zemljinim, pogodne za razvoj života. Dorn i njezini suradnici zaključuju da njihova istraživanja otvaraju novu perspektivu u potrazi za vodom bogatim svjetovima koji bi mogli podržavati život.
Pozdrav svima! Hvala što čitate Kozmos.hr! Ja sam Ivan i dugi niz godina pišem o svermiu, astronomiji, znanosti, povijesti i arheologiji, a imao sam priliku sudjelovati i u dokumentarcima Science Discovery-ja te History Channel-a.
