24 oktober 2021

Super-Aardes mogelijk ongeschikt voor buitenaards leven

Artistieke weergave van een super-aarde

Planetenjagers schatten dat de Melkweg bevolkt wordt door miljarden super-aardes: planeten met een massa tot tien keer die van de aarde. Maar verdienen super-aardes hun naam wel? Zijn ze werkelijk in staat om leven te ondersteunen? Volgens een nieuwe studie naar de thermische evolutie van super-aardes, kennen dit soort werelden weinig overeenkomsten met onze thuisplaneet. Als dat inderdaad zo is, dan is dat slecht nieuws voor het bestaan van buitenaards leven op super-aardes.

Er worden steeds meer planeten bij verre sterren ontdekt die qua samenstelling op de Aarde lijken, maar een veel grotere massa hebben. De belangrijke vraag is nu: zijn dit werkelijk opgeschaalde versies van de Aarde, of zijn ze fundamenteel verschillend? Het is vooral belangrijk om te weten of superaardes dikke atmosferen hebben, of vulkanisme, magnetisme en plaattektoniek. Dit soort zaken kunnen cruciaal zijn voor het onderhouden van buitenaards leven.

Op aarde zorgen vulkanisme en plaattektoniek voor het reguleren van het klimaat. Daarnaast leveren ze (en recyclen ze) voedingsstoffen die onder andere gebruikt worden door micro-organismen die de basis vormen van ecosystemen. Dankzij onze gesmolten kern kent de aarde een magnetisch veld die het leven beschermd tegen kosmische straling.

Nu heeft een onderzoeksteam van het Massachussetts Institute of Technology ontdekt dat het smeltpunt van mantelgesteentes sterk afhankelijk is van de druk. Bij massieve super-aardes is de inwendige druk namelijk tientallen keren hoger dan in de aarde, hetgeen leidt tot een hogere viscositeit en een hoger smeltpunt – beide hebben een negatieve invloed op de leefbaarheid van een planeet. Sterker nog: berekeningen laten zien dat rotsachtige super-aardes zelfs niet gedifferentieerd zijn, oftewel niet verdeeld zijn in een metalen kern en een rotsachtige mantel, zoals bij de aarde het geval is.

Bij differentiatie zakken de zware elementen richting de kern, terwijl de lichte elementen naar boven “drijven”. Credit: Carleton.

Volgens de huidige theorie zijn de rotsplaneten in het zonnestelsel snel gevormd: binnen ongeveer 50 miljoen jaar. De tijdspanne waarop vervolgens een kern gevormd wordt, is sterk afhankelijk van de viscositeit (stroperigheid) van het vloeibaar gesteente. Het hoge smeltpunt en de hoge viscositeit die berekent zijn voor super-aardes, zorgen voor een langzame kernvorming, of zelfs helemaal geen kernvorming. Dat zou betekenen dat super-aardes ook geen magnetisch veld zouden hebben. Zelfs als super-aardes wel gedifferentieerd zijn, zou convectie (warmtetransport) traag zijn en kunnen leiden tot stagnante lagen in de mantel, waardoor de hitte van de kern niet naar boven gebracht kan worden. Het gevolg is dat elektromagnetische dynamo-effecten niet efficiënt kunnen plaatsvinden.Het team heeft ook ontdekt dat de kans op plaattektoniek afneemt naarmate de massa van de planeet toeneemt. Toch is er op dit gebied nog hoop: de aanwezigheid van water in de lithosfeer (de korst plus het bovenste deel van de mantel) kan dit effect gemakkelijk mitigeren. Plaattektoniek is dus mogelijk op super-aardes, maar het bestaan ervan hangt af van verschillende planetaire eigenschappen die met de huidige stand der techniek niet achterhaald kunnen worden.

De inwendige structuur van de aarde. Het onderzoek laat zien dat super-aardes wel eens een heel andere structuur kunnen hebben. Credit: Wikimedia Commons

De atmosfeer van de vroege aarde wordt geacht het gevolg te zijn van de differentiatie van de planeet en het “uitgassen” dat hier het gevolg van is. Het team heeft ontdekt da de duur van het vulkanische uitgassen korter wordt naarmate een planeet massiever is, als gevolg van de hogere viscositeit van het magma. Dat betekent dat super-aardes minder vulkanisme hebben, hetgeen negatief is voor het stabiliseren van de atmosfeer o.a. bij ijstijden.Het onderzoek laat zien dat het begrijpen van de thermische evolutie van planeten van groot belang kan zijn. Daarnaast blijkt dat super-aardes een hogere diversiteit kennen dan gedacht. Toch kunnen de vragen niet volledig beantwoord worden: hiervoor zijn meer hogedruk-experimenten nodig, evenals meer spectroscopische waarnemingen van de atmosferen van super-aardes. De theorie laat vele mogelijkheden zien waarop super-aardes kunnen “werken”, maar de onzekerheden zijn groot. Bron: Phys.org.

Speak Your Mind

*

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.