Muodostumisen varhaisessa vaiheessa olevilla järjestelmillä on eniten vaikutuksia johtuen siitä, että alkioiden joukossa on valtava määrä alkioita epävakaalla kiertoradalla. Pystymmekö pohtimaan näitä prosesseja ja paljastamaan Maan menneisyyden?
Maapallon muodostumisen viimeisissä vaiheissa nuori planeettaalkio kaatuu muihin protoplaneetoihin aiheuttaen niiden pinnat ja vaipat sulaa intensiivisesti. Yksi tällainen törmäys tulevan maan ja siihen iskeneen Theian välillä loi Maa-Kuu-järjestelmän ja johti magma-valtameren syntyyn: sulan silikaattien ja haihtuvien seosten seokseen, joka ulottuu vaipan läpi. Magman valtameret asettavat vaiheen varhaiselle pinnalle ja ilmakehälle, jolla elämän olosuhteet lopulta kehittyivät.
Vastasyntyneen maan ja Theian (Marsin kokoinen esine) törmäys, joka aiheutti Kuun muodostumisen.
Valitettavasti geofysiikkojen, mutta kaiken kaikkiaan onneksi koko elämän ajaksi, useita miljardia vuotta kestävä maapallon tektoniikka on tuhonnut magman valtameren selkeät merkit, joten tutkijat tuskin ymmärtävät kuinka tästä kuumasta ja sulasta maailmasta tuli asuttava planeetta. Uskotaan kuitenkin, että kallioisten planeettojen muodostumisen yleiset periaatteet ovat samanlaisia muiden tähtijärjestelmien kanssa, ja siksi, voimakkaimmat iskut eivät ole harvinaisia planeetoilla, jotka muodostuvat tällä hetkellä nuorten tähtien kiertoradalla.
Tämä tekee mahdolliseksi kaappaa jälkikuvauksen jättiläismäisistä vaikutuksista eksoplanetaarisissa järjestelmissä. Sulan protoplaneetan suora havaitseminen on avain planeetan evoluution alkuvaiheisiin.
Sulan maailmojen metsästys
Nuoret protoplaneetit ovat erittäin kuumia ja kirkkaita, koska niiden pintalämpötila voi nousta 3000 ° C: seen. Voidaan siis ajatella, että niitä on helppo havaita yötaivaalla, mutta valitettavasti tämä ei ole täysin totta. Itse asiassa kun sulan vaippa jähmettyy, liuenneet haihtuvat aineet, kuten vesi ja hiilidioksidi, vapautuvat vähitellen ilmakehään. Jos tähtiä ei ole voimakkaita tähtituuleja tai korkeaa ultraviolettisäteilytasoa, planeetan ilmapiiri paksunee, mikä peittää pinnan. Näin toimiessaan se toimii kuin viltti, pidentäen magman valtameren jäähdytysaikaa.
Mainosvideo:
Taiteellinen esitys eksoplaneetasta, joka on peitetty magman valtamerellä.
Vaikka magman valtamerten olemassaoloa on ehdotettu planeettojen muodostumisen teoreettisilla malleilla, kehon globaalia sulamista protoplaneettojen välisten törmäysten seurauksena ei ole vielä havaittu. Koska tällaisten vaikutusten määrän odotetaan vähenevän asteittain ajan myötä, nuorilla planeettajärjestelmillä on parhaat mahdollisuudet havaita tällaisia esineitä.
Näiden sulatettujen kappaleiden on kuitenkin oltava näkyvissä näiden kahden edellytyksen täyttyessä. Ensinnäkin, älä ole liian lähellä heidän tähttään, muuten kaukoputki ei pysty erottamaan sulaa protoplaneettaa sen kirkkaasta isännästä. Toiseksi riittävä määrä magman valtamerestä tulevaa säteilyä on läpäistävä ilmakehään.
Lähetetyn säteilyn suhteen sulat protoplaneetit ovat houkutteleva kohde suoralle kuvantamiselle, koska ne ovat paljon kirkkaampia kuin vanhemmat planeetat, kuten Maa. Joten jos haluamme koskaan alkaa kerätä välittömiä valokuvia maan kaltaisista ekstrasolaarisista planeetoista, sulatut protoplaneetit ovat hyvä paikka aloittaa!
Mitkä ovat mahdollisuudet havaita jälkihehku?
Valitettavasti jopa edistyneimmillä kuvankäsittelytyökaluilla sulan planeettojen suora havaitseminen on poissa käytöstä. 2020-luvulla kuitenkin esiintyy kolossaalisten maapallon kaukoputkien aikakausi: ESO: n erittäin suuri teleskooppi (ELT) Chilessä, jättiläinen magelaaninen teleskooppi (GMT) Chilessä ja kolmenkymmenen metrin kaukoputki (TMT) Havaijilla. Uusien maapallolla sijaitsevien observatorioiden lisäksi harkitaan tulevien avaruustehtävien suorittamista kalliopohjaisten planeettojen kuvaamiseksi auringonmuotoisten tähtiä asuttavilla alueilla, erityisesti LIFE (Exoplanetin suuri interferometri) -interferometri, joka lupaa ennennäkemättömän tarkkuuden ekstrasolaaristen planeettojen karakterisoinnissa.
ESOn erittäin suuren teleskoopin taiteellinen esitys.
Sulaisen planeetan näkemisen todennäköisyys riippuu kahdesta päätekijästä: planeettajärjestelmässä olevien esineiden koettujen jättiläisvaikutusten kumulatiivinen lukumäärä ja aikaväli, jonka kuluessa sula ruumiin pysyy tarpeeksi kuumana havaitsemista varten.
Sulattujen protoplaneettojen havaitsemisen todennäköisyyden määrittämiseksi sinun on ensin selvitettävä jättiläismäisten todennäköisyydet simuloimalla planeettojen muodostumista. Tietokonesimulaatiot seuraavat kiertoradan kehitystä ja planeettaalkioiden kasvua, kun ne sulautuvat täysipainoisiksi planeetoiksi törmäysten aikana.
Muodostumisen varhaisessa vaiheessa olevilla järjestelmillä on eniten vaikutuksia johtuen siitä, että alkioiden joukossa on valtava määrä alkioita epävakaalla kiertoradalla. Punaiset kääpiöt, jotka kiertävät Linnunradan yleisimpiä tähtiä, kiertävät kuitenkin noin kaksi kertaa niin monta kertaa kuin Auringon kollegoidemme ympärillä olevat. Tämä on erittäin lupaava Magma-valtamerten esiintymisen todennäköisyyden suhteen, mutta siinä on varoitus: tällaisten järjestelmien protoplaneetit sijaitsevat läheisillä kiertoradalla, joten niitä ei voida erottaa tähden säteilystä. Lisäksi törmäykset ovat vähemmän energisiä ja siksi rungot ovat tylsät. Siten potentiaalisesta havainnoitavuudesta tulee tähtien ikä, iskujen lukumäärä ja törmäysenergia.
Magma-valtameren esiintymistiheyden perusteella tutkijat laskivat magma-valtamerten evoluution ja olemassaoloajan määrittääkseen pinnan lämpötilan muutokset planeetan koosta ja ilmakehän paksuudesta riippuen, mikä ilmaistaan ns. Emissiivisyydessä: mitä alhaisempi se on, sitä eristävämpi ilmapiiri on.
Taiteellinen esitys nuoresta eksoplaneetasta, jota pommitetaan jatkuvasti alkioiden epävakaalla kiertoradalla.
Suuret protoplaneetit, joissa on paksu ilmapiiri, tukevat magman valtameriä pidempään, mutta niiden säteily on myös alhaisempaa ja ovat todennäköisemmin teleskooppien herkkyystason alapuolella. On tärkeää huomata, että eksoprotoplaneettojen todennäköinen koostumus voi poiketa merkittävästi aurinkokunnan varhaisista planeetoista. Täten emissiivisyys riippuu lisäparametrista: monista koostumuksista ja eksoplanetaarisen ilmakehän massoista.
Luonnollisesti paras paikka aloittaa sulan planeettojen etsiminen ELT: llä tai LIFE: llä määritetään lähellä aurinkojärjestelmää. Lupaavimmat kohteet ovat nuoret, lähellä olevat ja massiiviset tähtiryhmät. Kuvittele, että tutkijoilla on jo "sopiva" kaukoputki ja heidän on tarkasteltava kaikkia yksittäisiä tähtiä yhdistyksessä. Löydätkö sulan protoplaneetan? Ei kyllä tai ei. Vastaus on tilastollinen todennäköisyys, joka riippuu useista fysikaalisista parametreista.
Panoraamakuva Carina OB1 -yhdistyksestä, joka sisältää useita nuorten tähtiryhmiä, kuten Trumpler 14-klusteri, jossa asuu noin 2000 tähteä. Meille lähinnä olevat järjestelmät, kuten tämä, ovat pääkohteita protoplaneettojen törmäysten havaitsemiseksi.
Esimerkiksi yhdistys β Pictoris (Beta Pictoris), joka sijaitsee 63 valovuoden päässä auringosta, sisältää 31 tähteä, joiden keski-ikä on 23 miljoonaa vuotta. Todennäköisyys havaita ainakin yksi planeetta, jolla on magman valtameri heidän planeettajärjestelmiensä keskuudessa, on merkityksetön herkän suodattimen kanssa, mutta se voi nousta 80%: n havaintoihin LIFE: llä 5,6 mikrometrillä tai ELT: llä 2,2 mikrometrillä.
Mitä nämä numerot tarkoittavat ja mitä tehdä seuraavaksi?
Useita kysymyksiä on jäljellä. Esimerkiksi, on edelleen epäselvää, syntyykö planeettoja kaikkien tähtien ympärillä ja minkä tyyppisiä planeettoja tulisi odottaa tähtiluokasta riippuen.
Aikaisemmat tutkimukset, joissa keskusteltiin sulan planeettojen mahdollisesta havaittavuudesta, ihmettelivät, voitaisiinko Kuu-luonteen kaltaisen jättiläismäisen iskun jälkivalo kirjata maapallon luontoolosuhteissa. Siitä huolimatta viime vuosikymmenien tutkimus eksoplaneetoista on osoittanut, että monet niiden ominaisuuksista (koostumus, massa, säde, kiertorata ja muut) eroavat villisti kaikesta, mikä oletettiin johtuvan aurinkokunnan tutkimisesta. Siksi tutkijat odottavat valtavia eroja nuorten protoplaneettojen ja niiden ilmakehän koostumusominaisuuksissa, toisin sanoen, kysymys muodostuvan proto-Maan mahdollisesta havaittavuudesta on mielenkiintoinen, mutta ei ole tärkeä, koska tällaisten protoplaneettojen läsnäolo on merkityksettömän todennäköistä auringon ennakoitavissa läheisyydessä.
Tuhannet Linnunrajalla elävät tähtijärjestelmät.
Jotta päästäisiin lähemmäksi sulan protoplaneetan havaitsemista seuraavien vuosien aikana, on käsiteltävä useita avainkysymyksiä: mitkä ovat tyypilliset variaatiot kivisten planeettojen ilmakehässä, miten haihtuvat aineet jakautuvat vaipan ja ilmakehän välillä?
Tarkkailukampanjat antavat tutkijoille paremman käsityksen ilmakehän ominaisuuksista ja koostumuksen jakautumisesta. Lisäksi on tarpeen rajoittaa paremmin lupaavimpien yhdistysten: β Pictoris, Columba, TW Hydrae ja Tucana-Horologium yksittäisten jäsentähteiden ominaisuuksia. Tämä vaatii teoreetikkojen ja tarkkailijoiden, tähtitieteilijöiden, geofysiikan ja geokemian yhteisiä ponnisteluja.
Loppujen lopuksi joskus aivan liian kaukana tulevaisuudessa voimme nähdä välähdyksen hehkuvaan nuoreen maailmaan, joka ei välttämättä ole kaikkea muuta kuin oma kotimme kotona universumissa.
Arina Vasilieva