Sustavi u ranoj fazi formiranja doživljavaju najveći broj utjecaja zbog prisutnosti ogromnog broja zametaka u nestabilnim orbitama. Hoćemo li moći razmotriti te procese i otkriti prošlost Zemlje?
U posljednjim fazama formiranja planeta mladi planetarni embriji upadaju u druge protoplanete, što uzrokuje intenzivno topljenje njihovih površina i plašta. Jedan takav sudar buduće Zemlje i Theije koji ga je pogodio stvorio je sustav Zemlja-Mjesec i doveo do nastanka magm oceana: mješavine rastopljenih silikata i hlapljivih sastojaka koji se proteže kroz plašt. Okeani magme postavili su pozornicu za ranu površinu i atmosferu u kojima su se vremenski uvjeti razvijali.
Sudar novorođenčeta Zemlja i Theia (objekt veličine Marsa), što je uzrokovalo stvaranje Mjeseca.
Na žalost geofizičara, ali na sreću za život općenito, nekoliko milijardi godina tektonike ploča na Zemlji uništili su različite znakove oceana magme, pa tako znanstvenici jedva razumiju kako je ovaj vrući i rastopljeni svijet postao useljiv planet. Međutim, vjeruje se da su opća načela formiranja stjenovitih planeta slična u sustavima drugih zvijezda, pa, prema tome, najjači utjecaji nisu rijetki na planete koji se trenutno formiraju u orbiti mladih zvijezda.
To omogućuje snimanje snimka poslije sjaja iz divovskih utjecaja u egzoplanetarnim sustavima. Izravno otkrivanje rastopljenog protoplaneta bit će ključ za rane faze planetarne evolucije.
Lov na rastopljene svjetove
Mladi protoplaneti su vrlo vrući i svijetli, jer njihova površinska temperatura može doseći 3000 ° C. Stoga bi se moglo pomisliti da ih je lako uočiti na noćnom nebu, ali nažalost to nije sasvim istina. U stvari, kako se rastopljeni plašt učvršćuje, otopljeni hlapljivi sastojci poput vode i ugljičnog dioksida postupno se oslobađaju u atmosferu. U nedostatku jakih zvjezdanih vjetrova ili visokih razina ultraljubičastoga zračenja neke zvijezde, atmosfera planeta će se zgušnjavati i tako zatamniti površinu. Pri tome će se ponašati poput pokrivača, produžujući razdoblje hlađenja magmskog oceana.
Promotivni video:
Umjetnički prikaz egzoplaneta prekrivenog u oceanima magme.
Iako je postojanje magmatskih oceana sugerirano teorijskim modelima planetarne formacije, još uvijek nije uočeno globalno topljenje tijela kao posljedica sudara protoplaneta. Budući da se očekuje da će se broj takvih utjecaja postupno smanjivati, mladi planetarni sustavi pružaju najbolje šanse za otkrivanje takvih objekata.
Međutim, da bi bile vidljive, ta rastaljena tijela moraju zadovoljiti dva uvjeta. Prvo, ne budite preblizu njihovoj zvijezdi, jer u suprotnom teleskop neće moći razdvojiti rastopljeni protoplanet od njegovog svijetlog domaćina. Drugo, dovoljna količina zračenja iz magma oceana mora prodrijeti u atmosferu.
Što se tiče emitirane radijacije, rastopljeni protoplaneti su atraktivna meta za izravno snimanje jer su mnogo svjetlije od starijih planeta poput Zemlje. Dakle, ako ikad želimo početi sakupljati neposredne fotografije ekstrasolarnih planeta poput Zemlje, tada su rastopljeni protoplaneti dobro mjesto za početak!
Koje su šanse za otkrivanje naknadnog sjaja?
Nažalost, i kod najnaprednijih alata za obradu slika izravno otkrivanje rastopljenih planeta ostaje izvan dosega. Međutim, 2020. će se vidjeti doba kolosalnih zemaljskih teleskopa: ESO-ov ekstremno veliki teleskop (ELT) u Čileu, divovski magelanski teleskop (GMT) u Čileu i tridesetmetarnji teleskop (TMT) na Havajima. Pored novih zemaljskih opservatorija, buduće svemirske misije razmatraju se za izravno snimanje stjenovitih planeta u obitavajućim zonama zvijezda sunčanih zvijezda, posebno interferometra LIFE (Veliki interferometar za egzoplanet), koji obećava neviđenu točnost u karakterizaciji ekstrasolarnih planeta.
Umjetnički prikaz ESO-ovog izuzetno velikog teleskopa.
Vjerojatnost ugledavanja rastopljenog planeta ovisi o dva glavna faktora: kumulativnom broju džinovskih udara koji su doživjeli predmeti u planetarnom sustavu i vremenskom intervalu tijekom kojeg rastaljeno tijelo ostaje dovoljno vruće da ga se može otkriti.
Da biste odredili vjerojatnost promatranja rastopljenih protoplaneta, prvo morate utvrditi vjerojatnost divovskih utjecaja simuliranjem planetarne formacije. Računalne simulacije prate evoluciju orbite i rast planetarnih embrija dok se oni spajaju u pune planete tijekom sudara.
Sustavi u ranoj fazi formiranja doživljavaju najveći broj utjecaja zbog prisutnosti ogromnog broja zametaka u nestabilnim orbitama. Kako se navodi, oni orbiti crvenih patuljaka, najobičnijih zvijezda na Mliječnom putu, bit će pogođeni gotovo dvostruko više puta od onih oko naših kolega Sunca. To je vrlo obećavajuće s obzirom na vjerojatnost pojave magmskih okeana, ali postoji upozorenje: protoplaneti u takvim sustavima bit će smješteni u bliskoj orbiti i stoga se ne mogu odvojiti od zračenja zvijezde. Osim toga, sudari će biti manje energični i stoga će tijela biti prigušena. Tako potencijalna promatranje postaje funkcija zvijezde starosti, broja udara i energije sudara.
S obzirom na učestalost pojavljivanja magmatskog oceana, znanstvenici su izračunali evoluciju i razdoblje postojanja magmskih oceana kako bi odredili promjene temperature površine ovisno o veličini planeta i debljini njegove atmosfere, što se izražava u takozvanoj emisivnosti: što je niža, to je atmosfera izoliranija.
Umjetnički prikaz mladog egzoplaneta koji embrioni stalno bombardiraju u nestabilnoj orbiti.
Veliki protoplaneti s gustom atmosferom duže će podržavati oceane magme, ali također će pokazati niže zračenje i vjerojatnije je da će biti ispod razine osjetljivosti teleskopa. Važno je napomenuti da se vjerojatni sastav egzoprotoplaneta može značajno razlikovati od ranih planeta Sunčevog sustava. Dakle, emisivnost ovisi o dodatnom parametru: raznim sastavima i masi egzoplanetarnih atmosfera.
Naravno, najbolje mjesto za početak traženja rastopljenih planeta s ELT-om ili ŽIVOTOM određuje se zbog blizine Sunčevog sustava. Najperspektivnije mete su mlade, u blizini i masivne zvjezdane skupine. Zamislite da znanstvenici već imaju "prikladan" teleskop i moraju pregledavati sve pojedine zvijezde u udruzi. Hoće li se naći rastaljeni protoplanet? Ni da ni ne. Odgovor je statistička vjerojatnost, ovisno o brojnim fizičkim parametrima.
Panoramski snimak udruge Carina OB1, koji sadrži nekoliko skupina mladih zvijezda, poput klastera Trumpler 14, u kojem živi oko 2.000 zvijezda. Sustavi koji su nam najbliži, poput ovog, glavna su meta za otkrivanje sudara protoplaneta.
Na primjer, udruga β Pictoris (Beta Pictoris), koja se nalazi na 63 svjetlosne godine od Sunca, uključuje 31 zvijezdu s prosječnom starošću od 23 milijuna godina. Vjerojatnost otkrivanja barem jednog planeta s oceanom magme među njihovim planetarnim sustavima bit će zanemariva s neosjetljivim filtrom, ali može doseći 80% za promatranja s LIFE na 5,6 mikrometara ili s ELT na 2,2 mikrometara.
Što ti brojevi znače i što dalje?
Ostaje niz pitanja. Na primjer, još uvijek nije jasno da li se planeti rađaju oko svih zvijezda i koje vrste planeta treba očekivati, ovisno o klasi zvijezde.
Ranije studije, koje su raspravljale o potencijalnoj promatranju rastopljenih planeta, pitale su se može li se naknadni sjaj divovskog udara, sličan onome koji je stvorio Mjesec, zabilježiti u proto-zemaljskim uvjetima. Unatoč tome, istraživanje egzoplaneta posljednjih desetljeća pokazalo je da se mnoge njihove karakteristike (sastav, masa, radijus, orbita i druge) divno razlikuju od svega što je pretpostavljeno kao rezultat proučavanja Sunčevog sustava. Stoga znanstvenici očekuju ogromne razlike između sastavnih svojstava mladih protoplaneta i njihove atmosfere, to jest, pitanje potencijalne promatranja proto-Zemlje koja se formira je zanimljivo, ali nije važno zbog beznačajne vjerojatnosti prisutnosti takvih protoplaneta u predvidivoj blizini Sunca.
Tisuće zvjezdanih sustava koji žive na Mliječnom putu.
Da biste se približili otkrivanju rastopljenog protoplaneta u sljedećih nekoliko godina, potrebno je riješiti nekoliko ključnih pitanja: koje su tipične varijacije u atmosferi kamenitih planeta, kako su hlapljivi sastojci raspoređeni između plašta i atmosfere?
Promatračke kampanje omogućit će znanstvenicima da poboljšaju svoje razumijevanje atmosferskih svojstava i sastava kompozicija. Pored toga, bit će potrebno bolje ograničiti karakteristike pojedinih zvijezda članica najperspektivnijih asocijacija: β Pictoris, Columba, TW Hydrae i Tucana-Horologium. To zahtijeva zajedničke napore teoretičara i promatrača, astronoma, geofizičara i geokemičara.
Na kraju ćemo možda negdje u ne tako dalekoj budućnosti vidjeti pogled užarenog mladog svijeta koji možda nije nimalo drugačiji od vlastitog doma u svemiru.
Arina Vasilieva
