עד כה, אסטרונומים אישרו את קיומו של 4,301 כוכבי לכת חוץ-שמשיים ב-3,192 מערכות כוכבים, כאשר עוד 5,650 מועמדים ממתינים לאישור. בשנים הקרובות, טלסקופים מהדור הבא יאפשרו לאסטרונומים לצפות ישירות ברבים מכוכבי הלכת הללו ולהציב אילוצים הדוקים יותר על יכולת המגורים הפוטנציאלית שלהם. עם הזמן, זה יכול להוביל לגילוי חיים מעבר למערכת השמש שלנו!
הבעיה היחידה היא שמציאת עדויות לחיים דורשת שנדע מה לחפש. לפי א מחקר חדש על ידי צוות בינתחומי של מדענים מאוניברסיטת קליפורניה סנטה קרוז (UCSC), אלמנטים רדיואקטיביים עשויים למלא תפקיד ביכולת המגורים הפלנטרית. מחקרים עתידיים של כוכבי לכת סלעיים, הם טוענים, צריכים אפוא לחפש איזוטופים ספציפיים המצביעים על נוכחותם של יסודות ארוכים כמו תוריום ואורניום.
על פני כדור הארץ, החימום הפנימי הנגרם כתוצאה מהדעיכה האיטית של התוריום והאורניום הרדיואקטיביים הכבדים מניע את טקטוני הלוחות, שעשוי להיות הכרחי לשמירה על השדה המגנטי של כדור הארץ. השדה הזה הוא מה שמגן על כדור הארץ מפני קרינה, קרניים קוסמיות, ומונע את הפשטת האטמוספירה שלנו. זו הסיבה שציידי כוכבי לכת ואסטרוביולוגים מאמינים ששדות מגנטיים יכולים להיות קריטיים למגורים.
השדה המגנטי והזרמים החשמליים בכדור הארץ ובסביבתו מייצרים כוחות מורכבים בעלי השפעה בלתי ניתנת למדידה על חיי היומיום. קרדיט: ESA/ATG medialab
למעשה, זו הייתה עבודתה של פרופסור לאסטרונומיה ואסטרופיזיקה נטלי בטלה עם ה יוזמת אסטרוביולוגיה ב-UCSC שעורר את שיתוף הפעולה הבינתחומי שהוביל למחקר זה. כפי שהיא הסבירה בא שחרור מרכז החדשות של UCSC , דינמו פלנטרי נקשר למגורים בכמה דרכים:
'יש כבר זמן רב השערות שחימום פנימי מניע את טקטוניקת הלוחות, מה שיוצר מחזור פחמן ופעילות גיאולוגית כמו געשיות, המייצרת אטמוספירה. והיכולת לשמור על אטמוספירה קשורה לשדה המגנטי, שגם הוא מונע על ידי חימום פנימי'.
מחזור פחמן מתייחס לתהליך שבו פחמן דו חמצני (CO2) מתווסף לאטמוספירה באמצעות פעילות וולקנית ונקבע על ידי אינטראקציה עם מינרלים שונים (מה שמוביל לקרבונטים). תהליך זה חיוני לשמירה על טמפרטורות יציבות לאורך זמן, מה שמבטיח שתהליכים אבולוציוניים מורכבים וארוכי טווח יכולים להתרחש.
בנוסף, חלקיקים טעונים הנעים במהירות (המכונה רוח שמש) יכולים לשחוק בהתמדה את האטמוספירה של כוכב לכת אם אין שדה מגנטי. זה מה שקרה במאדים, שם היעלמות השדה המגנטי שלו (לפני כ-4.2 מיליארד שנים) גרמה לאיבוד של הרבה מהאטמוספירה ומהמים העיליים לחלל - מה שהוביל לכך שהוא הפך לסביבה הקרה, המיובשת והמוקרנת שיש בה. היום.
איור המציג שלוש גרסאות של כוכב לכת סלעי עם כמויות שונות של חימום פנימי מאלמנטים רדיואקטיביים. קרדיט: מליסה וייס/UCSC
בכדור הארץ, השדה המגנטי הוא תוצאה של הסעה בליבה החיצונית הנוזלית שלו, היוצרת אפקט דינמו כשהוא מסתובב בכיוון ההפוך לכדור הארץ. על ידי מתן חימום פנימי באמצעות ריקבון איטי, היסודות הרדיואקטיביים של כדור הארץ חיוניים לשמירה על השפעה זו. כפי שהסביר פרנסיס נימו, פרופסור למדעי כדור הארץ וכוכבי הלכת ב-UCSC והמחבר הראשון של המחקר, ב שחרור מרכז החדשות של UCSC :
'מה שהבנו היה שכוכבי לכת שונים צוברים כמויות שונות של היסודות הרדיואקטיביים האלה שבסופו של דבר מניעים את הפעילות הגיאולוגית ואת השדה המגנטי. אז לקחנו דגם של כדור הארץ וחייגנו את כמות ייצור החום הרדיוגני הפנימי למעלה ולמטה כדי לראות מה קורה.'
מה שהם מצאו זה שיש איזון קריטי בכל הנוגע ליסודות רדיואקטיביים וחימום רדיוגני. ליותר מדי, יותר ממה שכדור הארץ חווה, יהיו מספר השפעות שליליות על יכולת המגורים הפוטנציאלית. ראשית, מכיוון שתוריום ואורניום על פני כדור הארץ נמצאים בעיקר במעטפת, עודף של אלה יגרום למעטפת לפעול כמבודד.
זה ימנע מהליבה החיצונית המותכת לשפוך מספיק חום כדי לשמור על תנועות הסעה. תוצאה נוספת היא שיותר מדי חימום רדיוגני יביא להרבה יותר פעילות וולקנית, שעלולה לעורר אירועי הכחדה. מצד שני, מעט מדי חום רדיואקטיבי לא יביא לחוסר געשיות, מה שיוביל לכוכב לכת 'מת' גיאולוגית (המכונה מכסה עומד).
תרשים של כמה כוכבים קרובים ידועים. ההערכה היא שכ-14,600 כוכבים נמצאים בטווח של 100 שנות אור מהשמש. קרדיט: אנדרו ז' קולווין/ויקיפדיה
כמו פרנסיס נימו, פרופסור למדעי כדור הארץ וכוכבי הלכת ב-UCSC והמחבר הראשון של המחקר, הסביר :
'רק על ידי שינוי המשתנה האחד הזה, אתה מטאטא את התרחישים השונים האלה, מתים גיאולוגיים לדמוי כדור הארץ ועד לוולקני קיצוני ללא דינמו. כעת, כאשר אנו רואים את ההשלכות החשובות של שינוי כמות החימום הרדיוגני, יש לבדוק את המודל הפשוט שהשתמשנו בו על ידי חישובים מפורטים יותר'.
יסודות כבדים כמו תוריום ואורניום נוצרים ממיזוג של כוכבי נויטרונים, שהם אירועים נדירים ביותר. הזמינות של יסודות אלה בדיסק עגול-שמש, שממנו נוצרות מערכות של כוכבי לכת, תהיה תלויה אפוא בקרבת האירועים הנדירים הללו. זה יוביל לרמה ניכרת של שונות בין מערכות פלנטריות.
כדי לקבוע את טווח השונות, נימו ועמיתיו התייעצו עם מדידות אירופיום של כוכבים סמוכים שנערכו על ידי אסטרונומים. אירופיום מזוהה בקלות בספקטרום של כוכבים ונוצר על ידי אותם תהליכים היוצרים תוריום ואורניום. לכן ניתן להשתמש בארופיום כדי לקבוע עד כמה שני היסודות האחרים הללו נפוצים בכוכבים וכוכבי לכת סמוכים.
על ידי הזנת מדידות אלה למודלים שלו של חימום רדיוגני, נימו וצוות המחקר הצליחו לקבוע מגוון הערכות עבור יסודות רדיואקטיביים במערכות כוכבים סמוכות. בעוד שכדור הארץ ומערכת השמש נמצאים במרכז הטווח הזה, ברבים מהכוכבים שנסקרו היה מחצית מכמות האירופיום מהשמש, בעוד שבאחרים היה עד פי שניים.
טלסקופ ג'יימס ווב של נאס'א, המוצג בתפיסה של אמן זה, יספק מידע נוסף על כוכבי לכת חיצוניים שזוהו בעבר. מעבר לשנת 2020, טלסקופי חלל רבים נוספים מהדור הבא צפויים להתבסס על מה שהוא מגלה. קרדיט: נאס'א
את הקרבות הסביר , זה יכול להיות עוד אילוץ חשוב לקביעה אם כוכב לכת הוא 'אפשרי למגורים:
'זה סיפור מורכב, כי לשני הקצוות יש השלכות על יכולת המגורים. אתה צריך מספיק חימום רדיוגני כדי לשמור על טקטוניקת הלוחות אבל לא עד כדי כך שאתה מכבה את הדינמו המגנטי. בסופו של דבר, אנחנו מחפשים את משכני החיים הסבירים ביותר. נראה ששפע האורניום והתוריום הם גורמי מפתח, אולי אפילו מימד נוסף להגדרת כוכב לכת זהבה'.
החשיבות והשונות של חימום רדיוגני פותחות אפיקים חדשים רבים למחקרי כוכבי לכת ואסטרוביולוגיה. בתור התחלה, אסטרונומים יכולים להשתמש בספקטרוסקופיה כדי למדוד את השפע של אירופיום בכוכבים ולהסיק מסקנות לגבי רמת היסודות הרדיוגניים בכל כוכב לכת המקיף אותם. מכשירים מהדור הבא כמו טלסקופ החלל ג'יימס ווב (JWST), המתוכנן להשיק בשנה הבאה, מתאימים היטב למשימה זו.
המחקר, שכותרתו ' חימום רדיוגני והשפעתו על דינמות כוכב הרוקי ויכולת המגורים ', הופיע בגיליון ה-10 בנובמבר של ה- מכתבי יומן אסטרופיזיים .
לקריאה נוספת: UCSC , מכתבי ה-astrophysical Journal