Élet nyomai egy bekebelezett bolygón? – Lemeztektonika a Földön kívül – Fröhlich Viktória
Korábbi cikkünkben fehér törpecsillagok körül széteső bolygók tulajdonságairól értekeztünk. Említést tettünk arról is, hogy egy fehér törpe légköri összetételének vizsgálatával megállapítható, hogy a széteső bolygó felszínén végbe mentek-e valaha lemeztektonikai folyamatok. Jelen írásban ez utóbbi témakört fogjuk kicsit mélyebbre hatóan körüljárni.
Jura és munkatársai 2014-ben két szennyezett légkörű fehér törpe légköri összetételét vizsgálták meg. Mindezt abban a merész reményben, hogy kimutassák, az e két csillag által bekebelezett bolygókon lemeztektonikai folyamatok játszódtak le egykor.
A lemeztektonika árulkodó jelei
A Naprendszer kőzetfelszínű égitestjei közül egyedül a Földről tudott, hogy rajta lemeztektonikai folyamatok játszódnak le. A Föld kérge körülbelül egy tucatnyi darabra oszlik – ezeket hívjuk lemezeknek -, amik az alattuk elterülő, folyékony magmából álló asztenoszférán úsznak. Mivel az egész bolygót beborítják, ezek a lemezek összeérnek. Találkozásuk helyén az egyik lemez a másik alá süllyed, kőzetei pedig felolvadnak az alant elterülő magmában. Ezt a folyamatot nevezzük szubdukciónak (avagy alábukásnak, lásd az 1. ábrát).
A szubdukció hatását a felszínen is megérezzük földrengések, hegységképződés és vulkanizmus formájában. Ráadásul a lemeztektonikai folyamatok hatással vannak a földi légkör összetételére is (pl. vulkánkitöréskor szén-dioxid és kén-dioxid szabadul fel, amelyek a bolygó klímájának, hőmérsékletének befolyásolásában is szerepet játszanak). Egyáltalán nem tűnik véletlennek, hogy az ismert egyetlen élettel teli bolygó az egyetlen olyan égitest is, ahol tudott a lemeztektonika jelenléte.
A kőzetbolygók belső szerkezete általában három részre osztható. A bolygó közepén helyezkedik el a vasban gazdag mag. Ezt egy szilikátokból felépülő köpeny és egy aránylag vékony, szilárd kéreg veszi körül. A kéregben a leggyakoribb elemek az oxigén, a szilícium, a kalcium és az alumínium. A fenti állítások több naprendszerbeli kőzetbolygó, valamint a Hold és a Vesta kisbolygó esetében is igaznak bizonyulnak.
A Földön a kéreg két típusát különböztetjük meg: az óceáni, illetve a kontinentális kérget. Előbbi döntően bazaltos összetételű, míg utóbbi az óceáni kéreg szubdukciója és részleges olvadása során keletkezik. A kontinentális kéregben a kalciumhoz képest 10-100-szor több stronciumot és báriumot találunk. Ezt a drámaian magas arányt egyetlen más ismert folyamat sem képes előállítani. Ennek megfelelően a kirívóan magas stroncium-kalcium és bárium-kalcium arány a lemeztektonikai folyamatok egyértelműen árulkodó jele. Mivel a kontinentális kéreg sűrűsége kisebb, mint az óceáni kéregé, a fenti a bizonyítékok a legfelső kéregrétegekben mutathatók ki a legegyszerűbben.
Lemeztektonika jelei széteső bolygók maradványaiban
Ahogy előző cikkünkben részletesen tárgyaltuk, előfordulhat, hogy egy bolygó stabil pályán túléli csillagának fehér törpévé válását. Ezek a bolygók aztán olyan közel kerülhetnek a a fehér törpéhez, hogy annak árapály-ereje darabokra szaggatja őket. Az így keletkező törmelék pedig a csillag felszínére hull. Megjegyzendő továbbá, hogy a fehér törpékben az anyag tömeg szerint csoportosul, és felszínén csak a legkönnyebb elemek (azaz a hidrogén és a hélium) figyelhetők meg normál esetben. Minden más, nehezebb elem – a csillagászati értelemben vett fémek – hamar, akár néhány nap leforgása alatt a csillag mélyébe süllyed. Vagyis, ha egy fehér törpe spektrumában nehezebb elemeket figyelünk meg, a bolygó szétesése a közelmúltban kellett, hogy történjen, vagy most is zajlik.
Képzeljük el a következőt: kiszemelt fehér törpecsillagunk körül egy lemeztektonikával rendelkező bolygó kering. Ez a bolygó aztán túl közel kerül a csillaghoz, így apró darabjaira esik szét. Vagy egy hatalmas aszteroida csapódik a bolygóba, és a becsapódás a kéreg egy jelentős részét leválasztja. Ha a kéregmaradványok bármely esetet követően a csillag felszínére kerülnek, spektrumában rendkívül magas stroncium-kalcium és bárium-kalcium arányokat figyelhetünk meg.
A 2. ábra Jura és munkatársainak mérési eredményét mutatja a GD 362 és PG 1225-079 szennyezett légkörű fehér törpék esetében. A csillagok spektrumát (azaz a felvett adatokat) fekete vonallal ábrázolták. A piros vonal egy modellezett csillagspektrumot mutat. Ebben a modellben a szerzők a bárium gyakoriságára egy felső határt adtak, így voltak képesek az adatokra legjobban illeszkedő modellt megtalálni. Ez azt jelenti, hogy bár a csillagok körül szétesett objektumok határozottan kőzetbolygók voltak (és nem pl. gázóriások), lemeztektonika nem ment végbe a felszínükön.
Mit hozhat a jövő?
A jó hír az, hogy a jelenlegi technológiánkkal képesek vagyunk a kontinentális kéreg, és így az egykori lemeztektonika jeleinek kimutatására. Az, hogy ebben a két esetben ezt nem sikerült megtenni, inkább annak a számlájára írható, hogy egy lemeztektonikával rendelkező bolygó szétesése és fehér törpe általi bekebelezése kozmikus skálán ritka eseménynek számít (a mai napig körülbelül 50 szennyezett légkörű fehér törpéről van csak tudomásunk).
Az elmúlt kb. tíz évben született néhány olyan cikk, amely a fehér törpék által felfalt bolygók összetételét sikeresen megállapította. Ugyan a Jura és munkatársai által tárgyalt két csillaghoz hasonlóan ezek sem nem szolgáltattak közvetlen bizonyítékot a lemeztektonika létezésére Naprendszeren kívüli bolygókon, a további célpontok felmérése továbbra is érdemesnek tűnik. A kutatások folytatása azért is fontos, mert a lemeztektonika kimutatása jelentős lépés lehet a Földön kívüli élet megtalálása szempontjából.
Forrás: Astrobites
Jelen írás nem születhetett volna meg Regály Zsolt kitartó témavezetői munkája és mérhetetlen odaadása, valamint a Konkoly Csillagászati Intézet demonstrátori programjának és a Kulturális és Innovációs Minisztérium ÚNKP-23-2 kódszámú Új Nemzeti Kiválóság Programjának a Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Alapból finanszírozott szakmai támogatása nélkül.
