Mennyire szuperek a szuperföldek?

A szuperföldeken, azaz a Földnél nem sokkal nagyobb bolygókon már elképzelhető az élet jelenléte. A szuperföldekből egyre többet fedeznek fel, legutóbb a lakható zónában is találtak ilyen bolygót. Mennyiben hasonlíthatnak a rajtuk uralkodó körülmények a földi viszonyokhoz?

A Földünkhöz hasonló összetételű, de valamivel nagyobb tömegű exobolygókat (azaz Naprendszeren kívüli bolygókat) szuperföldeknek nevezték el a csillagászok. Maximálisan 10 földtömegű planétákat sorolnak ebbe a kategóriába.

Milyen egy szuperföld belseje?

A szuperföldek belső szerkezete a jelenlegi modellek alapján többféle lehet. Az egyik lehetőség a Földéhez hasonló szerkezet, ebben az esetben a szuperföld anyagát is sok vas és különféle kőzetek alkotják. Vagyis olyan, mint a mi bolygónk, csak felnagyított változatban. Sokkal furcsábbak lehetnek az óceánbolygók, amelyeknek kifejezetten magas a víztartalmuk. Megfelelő viszonyok esetén folyékony víz boríthatja őket, azonban elképzelhető, hogy az egész vízburok fagyott állapotban van.

Az is előfordulhat, hogy vízjég teszi ki az égitest tömegének jelentős részét. Ezek kis sűrűségű, részben jég vagy folyadék anyagú bolygók lehetnek – talán az Uránuszra és a Neptunuszra emlékeztetnek. Ugyanakkor az is elképzelhető, hogy igen magas a hidrogén és a hélium aránya az ilyen égitestekben, és korábban sokkal nagyobb tömegről fogytak le mai állapotukra.

Eltérő összetételű bolygók modellezett mérete 1 (fent) és 5 (lent) földtömegű égitestek esetén

A jelenlegi mérések segítségével nehéz eldönteni, hogy egy-egy szuperföldnek milyen lehet az összetétele és a belső szerkezete. További fontos kérdés, hogy működik-e rajta lemeztektonika, amely fontos tényező a globális anyagkörforgás és az élet kialakulása szempontjából.

Egyes számítások szerint egy szuperföld bőséges belső hőtartalékai hatékonyabban tartják fent a vulkánkitöréseket és a kőzetlemezek mozgását. A nehezebb égitest anyaga a modellszámítások szerint a nyomás növekedésével egyre könnyebben deformálódik, ami segíti a köpenyt alkotó anyag áramlását – és végül gyorsítja a lemeztektonika anyagkörforgását. Minél nehezebb a bolygó, annál vékonyabb rajta a kőzetburok, és annál nagyobb a köpenyben fellépő horizontális felszültségek nagysága, amelyek gyűrik, mozgatják a lemezeket. Ám ezzel ellentétes modell is létezik: eszerint az erős gravitáció révén a kőzetburok keményebb lesz, mint a Föld esetében. Ez pedig megakadályozhatja a lemeztektonikai folyamatokat.

A GJ 1214b jelű szuperföldről készült animáció

Gőzlégkörű és megsült bolygók

Az óceánbolygók légköre forró vízgőzzel lehet teli. Ez erős üvegházhatással tovább melegítheti a felszínt – azonban ennél egzotikusabb lehetőségek is előfordulnak. A csillagukhoz közeli és ezért nagyon forró felszínű szuperföldek légköre sok olyan anyagot is tartalmaz gáz állapotban, amelyek a Földön csak szilárdak. A hőmérséklet emelkedésével párhuzamosan a kőzetekből is “párolog” ki oxigén, emellett a nátrium, továbbá a szilícium-dioxid, esetleg a magnézium és a vas is megjelenik mint légköri gáz. Az ilyen exobolygók légköre 1000 Celsius-foknál melegebb lehet, és benne fémes gázok kavarognak, amelyek a hűvösebb helyeken fémbevonat formájában kicsapódnak. (Eszerint extrém forró légkörű exobolygók atmoszférájában is található oxigén, de annak forrása nem élettevékenység, hanem a kőzetekből szabadul fel.)

Akadnak olyan, a Földhöz hasonló tömegű bolygók is, amelyek saját csillaguk forrósága miatt fogytak le jelenlegi méretükre. Ilyen például a Kepler űrtávcső megfigyelései alapján a KIC 05807616 jelű csillag körül azonosított két apró exobolygó. A KOI 55.01 és KOI 55.02 jelzéssel ellátott égitestek nagyon közel keringenek csillagukhoz, mindössze 5,76 és 8,23 óra alatt járják körül. Csillaguk körül a Föld átlagos naptávolságánál is közelebb mozognak (csillagtávolságuk 0,0060 és 0,0076-szorosa a Föld átlagos naptávolságának).

A két bolygó mérete 87, illetve 76%-a a Földének. Jelenlegi méretükre és tömegükre a csillag vörös órás fázisakor fellépő “fogyókúra” fogyasztotta le őket. A központi égitest korábban egy G típusú óriáscsillag volt, de napjainkra már kisebb objektummá zsugorodott. A két exobolygó a csillag felfúvódott fázisában annak kiterjedt légkörében keringett, miközben főleg illékony gázokat és esetleg vizet veszített. Így alakult ki mai állapotuk, amely feltehetőleg kellemetlen körülményeket biztosít az élet számára.

Van-e folyékony víz?

A jelenleg ismert szuperföldek néhány paramétere a mellékelt táblázatban olvasható. A felsorolt adatok közül a keringési idő a legpontosabb, míg a a hőmérséklet a legbizonytalanabb. A hőmérséklet és a légnyomás egyaránt kritikus tényező a felszíni víz előfordulása szempontjából. Ha túl ritka a légkör, és kicsi a felszíni légnyomás, akkor a forráspont nagyon alacsony lesz, ezért a jég megolvadása után nem sokkal már fel is forr a víz (hasonló a helyzet a Marson, ahol 0 Celsius-fokon olvad a jég és +4 Celsius-fokon már forr a víz.)

Néhány érdekes, Földünknél nem sokkal nagyobb exobolygó adatai

A következő lépés: exoföldek felfedezése

A szuperföldeknél is érdekesebb exobolygók a Földhöz méretben és tömegben már valóban hasonló égitestek. Az első ilyen planéták felfedezését 2011. december 20-án jelentette be a NASA: két olyan bolygót (Kepler-20e és f) fedeztek fel, amely már valóban Föld méretű. Ezek a bolygók azonban túl közel keringenek csillagukhoz, így az élet gyakorlatilag kizárható rajtuk.

A következő nagy lépés Föld tömegű égitestek felfedezése lesz a lakhatósági zónában, vagyis olyan csillagtávolságban, ahol már megfelelő a hőmérséklet, és folyékony lehet a víz. Ilyenek felfedezése rövidesen várható a Kepler űrtávcsőtől. Közel kétévnyi adatsor szükséges ugyanis egy távoli Föld létezésének biztos megállapításához, és a Keplert 2009-ben bocsátották fel. (Ha például a Földet kellene kimutatni néhány száz fényév távolságból, akkor ez legalább két Nap körüli keringés, azaz két év során begyűjtött adatok elemzésével sikerülhetne.)

Ezeken az exoföldeken lehetne aztán megvizsgálni, hogy kimutatható-e rajtuk az élet környezetátalakító hatása. A legfontosabb cél légkörük jellemzőinek megállapítása és az évszakos változások kimutatása lesz. Részletes mérésekkel elvileg a kontinensek és óceánok aránya, a felhőborítottság mértéke is megállapítható. Számos más folyamat is követhető lesz majd ezeken az égitesteken, beleértve a téli jég- és hótakaró kiterjedését, vagy akár a legnagyobb vulkánkitörések hatását. Kiderülhet, hogy geológiailag mennyire aktív egy adott égitest – az erős aktivitás ugyanis kedvezőbb az életnek, mint a változatlan környezet. Mindezek megfigyelése már új űrtávcsövek feladata lesz, és az adatokból mozaikszerűen áll össze majd a kép arról, hol lehet a Földéhez hasonló élet.

Mindehhez becslések szerint még 20-30 év szükséges, de a Földön kívüli intelligenciák utáni kutatás (SETI) keretében addig is kiemelten lehet majd “hallgatózni” e bolygók irányában.

Megjelent a januári Galaktika magazin! Keresd a szerkesztőségben, vagy a DVD-s verziót az újságárusoknál!

origo.hu/tudomány