Duboko ispod površine udaljenih egzoplaneta koje astronomi svrstavaju u skupinu super-Zemalja možda se skrivaju golemi slojevi rastaljene stijene s važnom ulogom: mogu pogoniti magnetska polja dovoljno snažna da štite cijeli planet od kozmičkog zračenja i drugih visokoenergijskih čestica. Na Zemlji magnetsko polje nastaje gibanjima u tekućoj željeznoj vanjskoj jezgri, u procesu koji se naziva dinamo. No kod većih stjenovitih svjetova jezgra može biti čvrsta ili potpuno tekuća, pa magnetsko polje možda ne nastaje na isti način.
U radu objavljenom u časopisu Nature Astronomy istraživači sa Sveučilišta u Rochesteru, među njima i Miki Nakajima, izvanredna profesorica na Odjelu za znanosti o Zemlji i okolišu, predlažu drukčije objašnjenje: magnetsko polje mogao bi stvarati duboki sloj rastaljene stijene pri dnu plašta, takozvani ocean magme pri dnu plašta. Takav mehanizam mogao bi promijeniti način na koji se tumači unutarnja građa planeta i otvoriti nova pitanja o nastanjivosti svjetova izvan Sunčeva sustava. “Snažno magnetsko polje vrlo je važno za život na planetu”, kaže Nakajima, “ali većina stjenovitih planeta u Sunčevu sustavu, poput Venere i Marsa, nema ga jer njihove jezgre nemaju odgovarajuće fizikalne uvjete za stvaranje magnetskog polja. Međutim, super-Zemlje mogu stvarati dinamo u jezgri i/ili u magmi, što može povećati njihovu nastanjivost.”
Što su super-Zemlje i zašto su važne
Super-Zemlje su veće od Zemlje, ali manje od ledenih divova poput Neptuna. Znanstvenici smatraju da su pretežno stjenovite poput Zemlje, s čvrstom površinom, a ne s debelim plinovitim omotačem kakav imaju Jupiter ili Saturn. To je najčešća klasa egzoplaneta otkrivenih u našoj galaksiji, ali u Sunčevu sustavu znakovito izostaje. Naziv “super-Zemlja” pritom govori samo o veličini i masi, ne i o tome nalikuje li planet Zemlji po drugim svojstvima.
Upravo zato što su česte, super-Zemlje su važan prozor u procese nastanka i razvoja planeta. Mnoge kruže unutar nastanjivih zona svojih zvijezda, gdje bi tekuća voda mogla opstati na površini. Proučavanjem njihova sastava, atmosfera i magnetskih polja znanstvenici traže tragove o tome kako nastaju planetarni sustavi i pod kojim se uvjetima negdje drugdje može razvijati život.
Kako su simulirali uvjete u dubini super-Zemalja
Prema današnjim procjenama, ubrzo nakon nastanka Zemlje vjerojatno je postojao ocean magme pri dnu plašta. Riječ je o sloju djelomično ili potpuno rastaljene stijene na granici plašta i jezgre, koji može utjecati na magnetsko polje planeta, prijenos topline i kemijsku evoluciju. Budući da su super-Zemlje veće od Zemlje i izložene znatno višim unutarnjim tlakovima, vjerojatnije je da takvi slojevi kod njih traju dulje. To ih čini važnim čimbenikom u razumijevanju unutrašnje građe, magnetskih polja i nastanjivosti super-Zemalja.
Kako bi oponašali ekstremne tlakove koji se očekuju u unutrašnjosti super-Zemalja, Nakajima i suradnici proveli su pokuse laserskih udarnih valova u Laboratoriju za lasersku energetiku Sveučilišta u Rochesteru. Rezultate su zatim povezali s kvantnomehaničkim simulacijama i modelima evolucije planeta. U središtu istraživanja bila je rastaljena stijena u uvjetima kakvi bi vladali u oceanu magme pri dnu plašta.
Istraživači su utvrdili da pod takvim tlakovima rastaljena stijena duboko u plaštu postaje električki vodljiva, dovoljno da može održavati snažno magnetsko polje tijekom milijardi godina. To upućuje na mogućnost da na super-Zemljama koje su više od tri do šest puta veće od Zemlje dinamo u oceanu magme pri dnu plašta, potaknut gibanjem rastaljene stijene, može stvarati magnetska polja snažnija i dugotrajnija od onih koja nastaju u Zemljinoj jezgri. Time bi se, barem u dijelu tih svjetova, mogli stvarati uvjeti povoljniji za nastanjivost širom galaksije. “Ovaj je rad bio uzbudljiv i zahtjevan, s obzirom na to da je moja pozadina prvenstveno računalna i da mi je ovo bio prvi eksperimentalni rad”, kaže Nakajima. “Vrlo sam zahvalna na podršci suradnika iz različitih istraživačkih područja kako bismo proveli ovaj interdisciplinarni rad. Ne mogu dočekati buduća opažanja magnetskih polja egzoplaneta kako bismo testirali našu hipotezu.”
Ako se hipoteza potvrdi, magnetska zaštita super-Zemalja ne bi morala ovisiti samo o ponašanju metalne jezgre, nego i o električnoj vodljivosti i dinamici rastaljene stijene pri dnu plašta. Time bi magnetsko polje, uz atmosferu i položaj u nastanjivoj zoni, postalo još izravniji kriterij u procjeni gdje u galaksiji mogu postojati stabilniji uvjeti za tekuću vodu i dugotrajniju zaštitu površine od visokoenergijskog zračenja
Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.
