Skip to main content

AB Initio Simulations for Super-Earths

Article Category

Article available in the folowing languages:

Czy na planetach poza Układem Słonecznym może istnieć życie? Dowiemy się dzięki modelom numerycznym

Do tej pory poza naszym Układem Słonecznym udało nam się znaleźć przeszło 4 000 egzoplanet, spośród których większość charakteryzuje się wielkością dwukrotnie lub trzykrotnie większą od zamieszkanej przez nas planety. W ramach pewnej unijnej inicjatywy naukowcy podjęli działania mające na celu ustalenie, czy na tak zwanych superziemiach może istnieć życie.

Badania podstawowe
Przemysł kosmiczny

„Zdecydowanie podejrzewamy, że superziemie są głównie kamienistymi planetami, zbudowanymi przede wszystkim z tlenu, krzemu, magnezu, żelaza i niklu”, twierdzi François Soubiran, stypendysta działania „Maria Skłodowska-Curie”, który podjął badania naukowe pod nadzorem Razvana Caracasa w École Normale Supérieure w Lyonie (Francja) w ramach finansowanego przez Unię Europejską projektu ABISSE. „Statystycznie niemal każda gwiazda ma swoją superziemię, co oznacza, że ich występowanie jest typowym zjawiskiem i być może będziemy w stanie znaleźć życie na jednej lub kilku spośród nich”.‚ Jednak nasza wiedza na temat tych gigantycznych wersji Ziemi jest ograniczona.

Czy superziemie mogą wytwarzać chroniące życie pola magnetyczne?

W ramach projektu ABISSE naukowcy wykorzystują zaawansowane symulacje numeryczne w celu charakteryzacji właściwości materiałów znajdujących się wewnątrz superziemi, aby ustalić, czy mogą one umożliwić wytwarzanie pól magnetycznych. „Aby planeta mogła wytwarzać pole magnetyczne, w jej wnętrzu musi występować przewodzący energię elektryczną płyn, który pozostaje w ruchu konwekcyjnym. Konwekcja jest zjawiskiem, które można zaobserwować na przykład podgrzewając wodę w garnku”, wyjaśnia Soubiran. Pole magnetyczne wewnątrz naszej Ziemi jest wytwarzane przez część żelaznego jądra, które pozostaje w stanie ciekłym. „Żelazne jądra superziemi mogły ulec pełnej krystalizacji, co oznacza, że proces wytwarzania pola magnetycznego byłby w ich przypadku niemożliwy”. Celem projektu ABISSE jest ustalenie, czy tego typu proces może mieć miejsce. Partnerzy skupieni wokół projektu poczynili znaczne postępy w zakresie dwóch kwestii. Pierwsza z nich jest związana z płaszczem – w przypadku Ziemi jest to obszar jej wnętrza znajdujący się pomiędzy skorupą i jądrem planety. Naukowcy zasugerowali, że stopione krzemiany mogą przewodzić prąd elektryczny, a ich wzbogacenie w żelazo może znacząco zwiększyć ich przewodność. Badacze nawiązali współpracę z dwoma zespołami doświadczalnymi, które zapewniły im wsparcie obliczeniowe w zakresie analizy zgromadzonych danych. W ramach doświadczeń naukowcy badali właściwości krzemianów bez zawartości żelaza oraz z zawartością żelaza w warunkach bardzo wysokiego ciśnienia. „Wstępne wyniki pozwalają nam stwierdzić, że oceany magmy występujące pod powierzchnią superziemi mają wystarczającą przewodność, aby mogło dojść do procesu powstawania pola magnetycznego”, mówi Soubiran.

Badanie tajemnic superziemi

Drugie z kluczowych odkryć rodzi szereg pytań. Zespół skupiony wokół projektu ABISSE odkrył bowiem, że nikiel oraz żelazo nie mieszają się ze sobą zbyt dobrze w warunkach wysokiego ciśnienia. Wykonane przez naukowców obliczenia wskazują także, że oba metale mają tendencję do rozdzielania się w niskich temperaturach, głównie ze względu na efekty magnetyczne. Zespół nie ustalił jeszcze w jaki sposób temperatura wpłynie na zachowanie obu metali. Według jednej z zaproponowanych hipotez jądra superziemi mogą być podzielone na obszary bogate w żelazo i te bogate w nikiel. „To zupełnie nowa koncepcja, która musi zostać dogłębnie przeanalizowana”, dodaje Soubiran. Naukowcy współpracują obecnie z ekspertami zajmującymi się modelowaniem w celu wprowadzenia wyników wykonanych obliczeń do istniejących modeli. Dzięki temu będą w stanie określić kluczowe parametry charakteryzujące badane egzoplanety, co pomoże w ustaleniu, na których z nich mogą panować warunki odpowiednie do powstania życia. „Superziemie będą stanowić duży odsetek egzoplanet, które zostaną odkryte w przyszłości. Nasze dążenie do znalezienia życia we Wszechświecie sprawia, że chcemy scharakteryzować je tak dokładnie, jak to tylko możliwe”, podsumowuje Soubiran. „Symulacje numeryczne są doskonałym narzędziem pozwalającym nam na lepsze poznanie planet, których jeszcze nie jesteśmy w stanie zbadać bezpośrednio”. Badania w ramach projektu przeprowadzono dzięki wsparciu działania „Maria Skłodowska-Curie”.

Słowa kluczowe

ABISSE, superziemia, planeta, pole magnetyczne, układ słoneczny, egzoplaneta, proces wytwarzania pola magnetycznego

Znajdź inne artykuły w tej samej dziedzinie zastosowania