Почему астрономы ищут планеты с активной тектоникой плит?

Почему астрономы ищут планеты с активной тектоникой плит?

За последние несколько десятилетий астрономы обнаружили тысячи экзопланет, и это количество продолжает неуклонно расти.

Это значит, что пришло время разобраться, какие из них с большей долей вероятности способны поддерживать известную нам биологическую жизнь. Одним из важнейших признаков, очевидно, является наличие на поверхности жидкой воды, и подавляющее большинство исследователей пытаются найти именно её. Не так давно, однако, выяснилось, что не стоит обделять вниманием и активную тектонику плит. Искать её на далеких космических объектах невероятно сложно, но наука постепенно учится делать это.

Первое, что приходит на ум при упоминании данного феномена, это медленный, но неумолимый дрейф земных континентов. Однако тектоника плит отвечает также за «переработку» различных пород и химических соединений в пространстве между корой и мантией. Считается, что на Земле это сначала привело к насыщению атмосферы кислородом, а затем позволило в течение миллиардов лет поддерживать стабильный климат. Так, например, углекислый газ, выбрасывающийся вулканами, согревает планету, но если на ней становится непомерно жарко, химические реакции, проходящие между поверхностью Земли и атмосферой, снова надежно запирают СО2. Не будь этих стабилизирующих циклов, климат мог стать слишком горячим или холодным для жизни.
В общем и целом, тектоника плит действительно кажется сегодня одним из важнейших факторов долгосрочного существования биологической жизни. В Солнечной системе некие признаки наличия этого геологического феномена просматриваются сразу на нескольких «скалистых» объектах – в виде разломов, землетрясений или даже вулканов. Однако, насколько известно, кора на этих небесных телах давно остыла, превратившись в подобие твердой единообразной скорлупы. Сегодня поиск тектоники плит осуществляется учеными почти исключительно за пределами нашего уголка космоса – на экзопланетах, вращающихся вокруг других звезд.
Огромное расстояние, отделяющее нас от этих объектов, сильно осложняет задачу, поэтому астрономам приходится проявлять недюжинную изобретательность. Выводы делаются на основании ограниченных данных, и относятся они преимущественно к физическим характеристикам экзопланеты. В частности, её химический состав можно весьма корректно определить по содержанию тех или иных элементов в звезде, вокруг которой она вращается, так как два этих объекта с огромной долей вероятности формировались из одного и того же материала.
Для образования плит, которые смогут погружаться в мантию, подпирая другие такие же участки коры, требуется определенная плотность горных пород. В свою очередь, это предполагает наличие на планете нужной пропорции химических элементов. Взяв за основу этот постулат, группа исследователей в 2017 году изучила состав некоторых звезд, сделав в конечном итоге вывод, что приблизительно у трети из них могут иметься планеты с активной тектоникой. Для поддержания движения плит не помешала бы и вода, которой приписывается способность уменьшать трение между мантией и корой. Впрочем, её наличие и без того считается одним из основных условий жизнепригодности небесного тела.

Поверхность формирующихся планет земного типа, которые также иногда называются скалистыми, покрыта магмой. Она со временем охлаждается, образуя довольно прочную кору. Для запуска тектоники требуется воздействие, способное расколоть эту оболочку на части и заставить получившиеся в результате плиты двигаться. То есть чем большему стрессу подвергается планета, тем больше вероятность этого эпохального события. На Земле основной силой подобного типа является конвекция внутри мантии – неспешное перемещение огромной массы раскаленного вещества, доставляющее тепло из глубины на поверхность.
Однако это не единственное, что может провоцировать тектонику. Планеты, расположенные близко к звездам, подвергаются мощному приливному воздействию этих массивных объектов, и компьютерные симуляции показывают, что интересующий нас феномен должен встречаться на них с гораздо большей долей вероятности. Также немаловажным фактором является размер планеты. Чем она больше, тем мощнее конвекционные потоки внутри мантии. Кроме того, относительная толщина коры у крупных небесных тел этого типа меньше, в результате чего оболочка легче разрушается. Это значит, что идеальными претендентами на обладание тектоникой плит являются так называемые «суперземли» — скалистые планеты массой до десяти раз больше чем у колыбели человечества.

Первая экзопланета, у которой активная тектоника плит практически не вызывает сомнений, была описана в начале 2021 года в журнале «Astrophysical Journal Letters». Она называется LHS 3844 b и находится в 49 световых годах от Земли. Однако её гипотетические тектонические плиты и континенты вряд ли будут похожи на наши. По той простой причине, что она постоянно обращена к своей звезде лишь одной стороной. LHS 3844 b вращается в непосредственной близости от красного карлика, из-за чего разница температур между полушариями составляет более 1000 градусов по Цельсию. Посредством компьютерной симуляции процессов, происходящих на этом космическом объекте, исследователи выяснили, что тепловой перепад приводит в движение кору. Этот очень похоже на перемещение потоков в мантии Земли, за тем исключением, что здесь они перетекают из одного полушария в другое!
Естественно, условия на LHS 3844 b настолько суровы, что всерьез надеяться на существование здесь жизни было бы слишком наивно. На планете, вдобавок ко всем описанным «неприятностям», нет даже подобия атмосферы. Однако её обнаружение – это всего лишь начало долгого пути. Астрономы не собираются отказываться от изучения экзопланет, и со временем объем знаний о них будет только увеличиваться. Готовятся к вводу в строй новые телескопы, в том числе космического базирования. Один из них, названный в честь Джеймса Уэбба, вроде бы будет способен заглядывать в атмосферу недалеких экзопланет, что даст возможность засечь вулканическую деятельность. Это, конечно, не гарантия наличия тектоники плит, но вполне убедительное свидетельство таковой.