Szuperföldek és holdjaik nyomában

A Naprendszeren kívüli planéták, az exobolygók és kísérőik megismerése a Föld és a földi élet fejlődését befolyásoló tényezők megértésénben is segít. Új megfigyelések és modellszámítások alapján a bolygórendszerekben ritkák lehetnek a Holdhoz hasonló kísérők, az ún. szuperföldek pedig az élet szempontjából kedvező tulajdonságokat mutathatnak.

A Földre és több elgondolás szerint rajta az élet fejlődésére is összetett hatással bír nagy tömegű Holdunk. Ezek közül az egyik legfontosabb, hogy a Hold stabilizálja a Föld forgástengelyének térbeli helyzetét, és ezzel az éghajlatot is kiegyenlítettebbé teszi. A másik fontos hatás az árapály, amely az élővilágnak a szárazföldre lépését gyorsíthatta meg mintegy 400 millió éve. Emellett a Hold jelentősen lecsökkentette bolygónk tengelyforgási idejét, egyes feltételezések alapján pedig a globális lemeztektonika fenntartásában is közreműködhet.

A mai legelfogadottabb elmélet szerint a Hold egy kozmikus ütközés eredményeként jött létre. Közel 30-50 millió évvel a Nap összeállása után bolygónk egy kb. Mars méretű objektummal találkozott. A kirepült törmelék egy része Föld körüli pályán maradt, ebből állt össze a Hold. Mivel ez véletlen esemény volt, továbbá a többi Föld-típusú bolygónak sincs nagy holdja a Naprendszerben, elképzelhető, hogy a kőzetbolygók körül ritkák az ekkora kísérők.

A hasonló kataklizmák gyakoriságának becslésével Nadya Gorlova (University of Florida) és kollégái próbálkoztak. A Spitzer-űteleszkóp segítségével közel 400 olyan fiatal csillagot vizsgáltak, amelyek annyira idősek lehetnek, mint amilyen a Nap és a körülötte keringő planéták voltak a Holdat létrehozó ősi ütközés idején.

Megbecsülték, hogy egy ilyen kategóriájú ütközéssel mennyi por keletkezik. Két nagy tömegű bolygó ütközésekor sok anyag robban ki az űrbe, és ennek mennyisége az összetalálkozó égitestek tömege alapján közelíthető. Emellett az is megbecsülhető, hogy az ilyen por nagyjából mennyi ideig marad megfigyelhető nagy távolságból. A szemcséket a már kialakult égitestek idővel felsöprik, illetve az intenzív csillagszél "elfújja" - ezért kozmikus időskálán mérve csak rövid időn keresztül azonosítható.

A becslések alapján a vizsgált csillagok - pontosabban a körülöttük formálódó bolygórendszerek - közel 5-10%-ánál kellene szokatlanul sok port találni. Ehhez képest mindössze egyetlen rendszerben akadtak nagy mennyiségű poranyagra. Eszerint viszonylag ritkák lehetnek az ilyen ütöközések, és ennek folyományaként az olyan égitest-párok is, mint a Föld-Hold rendszer.

Szuperföldek: egy lehetséges új exobolygótípus

A Föld-típusú bolygók és az esetleg ott kialakult élet jellemzőire az adott planéta mérete és tömege is hatással lehet. Ilyen szempontból érdekesek az ún. szuperföldek, amelyek egy új, gyengén definiált kategóriát alkotnak az exobolygók között. Általában azokat a Naprendszeren kívüli planétákat sorolják ide, amelyek tömege 2 és 10 földtömeg közötti, és feltehetőleg a hagyományos értelemben vett kőzetekből állnak. (Nem minden szuperföldnek tekintett planétáról tudjuk pontosan, hogy egy "túlhízott" kőzetbolygó-e, avagy inkább egy "sovány" óriásbolygó - utóbbit elsősorban folyékony halmazállapotú anyagok és gázok alkotják, és nincs hagyományos értelemben vett szilárd felszíne.) A szuperföldekkel kapcsolatos egyik nagy kérdés, hogy milyen lehetőséget biztosíthatnak a földihez hasonló élet számára.

Az egyik szuperföld-jelölt: a Gliese 581c összehasonlítása bolygónkkal (NASA)

A modellek alapján a szuperföldek belső hője legalább 30-40%-kal hosszabb időn
keresztül teszi aktívvá felszínüket, mint az a Föld esetében várható. Egy szuperföld tovább újítja meg vulkánkitöréseivel légköri szén-dioxid-készletét, újabb és újabb gázmennyiséget pumpálva az atmoszférába. Ez a gáz nemcsak üvegházhatásával melegíti a felszínt, de a növények fotoszintéziséhez is szükséges - de emellett vannak kedvezőtlen tulajdonásgai is.

Ugyanakkor a nagy bolygótömeg csökkenti a gáz- és a vízveszteséget a világűr felé - az így megtartott felszíni óceánokban pedig kiválhat a légköri szén-dioxidnak egy része. A gáz utánpótlása segíthet elkerülni, hogy olyan ritka és gyenge üvegházhatást produkáló légkör keletkezzen, mint amilyen a Marsot övezi. Ugyanakkor a felszíni vízben kiváló szén-dioxid annak az esélyét is csökkenti, hogy a Vénuszhoz hasonlóan "elszabaduljon" az üvegházhatás. A fenti elméleti fejtegetések alapján a bolygótömeg összetett módon befolyásolhatja a légkör jellemzőit - igaz ennek az esetleges életre kifejtett hatása még messze nem ismert.

Lemeztektonika a szuperföldeken

A modellek alapján egy kb. 10 földtömegű, a miénkhez hasonló összetételű bolygó a Földéhez hasonló belső szerkezettel bír. Egy szuperföld belsejében azonban az anyag intenzívebb konvekciós áramlást mutat, mint ma a Földön - ennek megfelelően aktívabb lemeztektonika lehet rajta. A számítások rámutattak, hogy bolygónk közel van ahhoz a határhoz, ahol a lemeztektonika még éppen képes tartósan működni. A Mars már alatta lehet ennek az értéknek, ezért nem mozognak ma kőzetlemezek rajta.

Jelenlegi ismereteink alapján a lemeztektonika segíti a különböző kémiai elemek körforgását, és áttételesen kedvez az élővilág változatosságának növekedésében. Ilyen szempontból egy szuperföld jó adottságokat mutat. Mindent összevetve egy nagyobb Föld-típusú bolygó tovább képes bizonyos viszonyokat a felszínén fenntartani, és kevésbé érzékeny a csillagáról érkező sugárzásra, mint egy kisebb tömegű planéta.

Az egyes bolygók lakhatóságát azonban számos ma még ismeretlen tényező befolyásolhatja, a cikkben vázolt összefüggések talán csak a jéghegy csúcsát képezik.