Cele mai comune planete din galaxia noastră ar putea fi mult mai bogate în apă decât am crezut până acum. Experimente recente arată că tinerele lumi stâncoase, învăluite în atmosfere dense de hidrogen, pot produce cantități mari de apă atunci când suprafețele lor topite reacționează cu gazul, conform earth.com.
Cercetarea, condusă de Francesca Miozzi și Anat Shahar de la Carnegie Science, oferă o posibilă explicație pentru una dintre cele mai vechi enigme ale științei planetare: de unde provine toată apa de pe planetele stâncoase.
Testarea ipotezei 'fabricării' apei
Așa-numitele „sub-Neptunuri” — planete mai mici decât Neptun, dar mai mari decât Pământul — domină catalogul de exoplanete cunoscute. Se crede că acestea au un interior stâncos acoperit de atmosfere dense, bogate în hidrogen.
Această combinație le face ideale pentru a testa o teorie care a existat de ani de zile, dar nu fusese verificată experimental: oceanele de magmă și atmosferele de hidrogen ar putea colabora pentru a produce apă direct pe planetă, fără a fi nevoie de comete sau asteroizi plini de gheață.
„Cunoașterea noastră tot mai mare despre diversitatea exoplanetelor ne-a permis să înțelegem mai bine etapele timpurii ale formării și evoluției planetelor stâncoase”, a explicat Miozzi. „Aceasta a deschis calea către o nouă sursă potențială a apei planetare, o problemă dezbătută intens între cercetătorii Pământului și ai planetelor — însă până acum lipseau experimentele concepute în acest scop.”
O problemă veche a formării planetelor
Povestea apei de pe Pământ nu a fost niciodată simplă. O parte ar fi putut veni de pe corpuri înghețate, iar o alta ar fi fost prinsă în manta încă de la început.
Totuși, modelele din ultimul deceniu indică o a treia posibilitate: o planetă tânără, cu un ocean de magmă și o atmosferă groasă de hidrogen, ar putea produce apă atunci când gazul reacționează cu fierul din topitură. Până acum, această idee exista doar sub formă de calcule teoretice.
Miozzi și Shahar au decis să verifice dacă natura funcționează așa cum indicau ecuațiile. Studiul a fost realizat în cadrul proiectului AEThER (Atmospheric Empirical, Theoretical, and Experimental Research), fondat de Shahar, care își propune să lege procesele observate în atmosferele exoplanetelor de cele din interiorul lor.
AEThER reunește astronomi, cosmochimiști, petrologi, fizicieni ai mineralelor și dinamici planetari, încercând să răspundă la o întrebare aparent simplă: ce tipuri de planete au cele mai mari șanse să producă și să păstreze apă lichidă?
Cum au recreat o 'planetă-bebeluș'
Împreună cu colegi de la Institut de Physique du Globe de Paris și UCLA, echipa a construit o versiune miniaturală a unei planete stâncoase tinere.
Cercetătorii au început cu o topitură de silicați bogată în fier, echivalentul unui ocean de magmă planetar, și au expus-o la hidrogen molecular, imitând atmosfera timpurie densă care se formează într-un disc protoplanetar. Apoi au crescut presiunea și temperatura.
Mostrele au fost comprimate până la aproape 60 de gigapascali — de aproximativ 600.000 de ori presiunea de la suprafața Pământului — și încălzite peste 4.000°C. Aceste condiții sunt similare cu cele din interiorul planetelor tinere topite și pot persista milioane sau chiar miliarde de ani dacă atmosfera de hidrogen acționează ca o pătură termică.
„Munca noastră oferă primele dovezi experimentale pentru două procese esențiale din evoluția timpurie a planetelor”, a spus Miozzi. „Am arătat că o cantitate considerabilă de hidrogen se dizolvă în topitură și că se formează apă prin reducerea oxizilor de fier de către hidrogenul molecular.”
De ce contează pentru locuibilitate
Aceste două rezultate sunt esențiale: mai întâi, magma absoarbe o mare cantitate de hidrogen; apoi, hidrogenul reacționează cu oxizii de fier din topitură și generează apă.
Dacă acest proces are loc la scară planetară, planeta dispune de o sursă internă de apă chiar în zona în care se formează crusta și atmosfera. Această apă poate ulterior să se ridice la suprafață, să fie prinsă în minerale sau eliberată prin gazeificare pe măsură ce planeta se răcește. Esențial este că apa se formează natural în timpul procesului de formare a planetei, fără a depinde de surse externe rare.
Cărămizile locuibilității
Rezultatele arată că oceanele de magmă pot stoca cantități mari de hidrogen în timp ce formează apă, ceea ce are efecte importante asupra densității, vitezei de răcire și separării nucleului de manta, influențând și atmosfera ulterioară.
O planetă cu această chimie ar putea forma oceane la suprafață mult mai ușor decât o lume aridă, fără aer. „Prezența apei lichide este esențială pentru locuibilitatea planetară”, a concluzionat Shahar. „Această cercetare demonstrează că mari cantități de apă pot fi create ca o consecință naturală a formării planetelor — un pas important în înțelegerea lumilor îndepărtate care ar putea găzdui viață.”
O nouă perspectivă asupra sub-Neptunurilor — și a Pământului
Implicațiile sunt semnificative. Sub-Neptunurile, cele mai frecvente planete din Calea Lactee, au de obicei un interior stâncos și o atmosferă bogată în hidrogen în fazele lor timpurii.
Dacă reacțiile dintre magmă și atmosferă funcționează la fel de eficient cum arată experimentele, nenumărate lumi din galaxie ar fi putut începe cu mai multă apă decât am crezut. Unele dintre ele ar fi putut pierde ulterior atmosfera de hidrogen, rămânând planete mai mici, dar bogate în apă — așa-numitele „super-Pământuri”.
Această perspectivă schimbă modul în care interpretăm observațiile atmosferelor exoplanetelor: ceea ce vedem astăzi ar putea fi capitolul final al unei povești care a început într-un ocean de magmă.
Conectând observațiile atmosferice cu procesele din interiorul planetelor, echipa AEThER le oferă astronomilor o nouă modalitate de a citi această poveste invers — de la gaze și reacții chimice până la apariția oceanelor.
Cu alte cuvinte: dacă unei planete tinere îi oferi o suprafață topită și o învelești în hidrogen, s-ar putea ca ea însăși să-și creeze propriile mări.
Comentează