Геологи и астрономы из Университета штата Огайо (США) во главе с Кайманом Унтерборном (Cayman Unterborn) обнаружили, что большинство солнцеподобных звезд содержат больше тория, чем наше светило, и это означает, что сильные магнитные поля и тектонические движения плит у их планет могут быть более распространенным явлением, чем считалось ранее. Работа ученых принята к публикации в
, а с ее
можно познакомиться в архиве Корнельского унверситета.
С помощью находящихся в публичном доступе данных спектрографа HARPS телескопа Ла Сийя исследователи проанализировали наличие тория в составе 14 звезд того же спектрального класса, что и Солнце. Из них у семи светил уже обнаружены планеты, в то время как для других семи они пока не открыты. И у тех, и других сигнал тория в спектре превышает те значения, что мы наблюдаем для Солнца. Только у одного светила из 14 тория оказалось меньше (59 процентов от солнечного уровня), в то время как остальные 13 показали повышенное содержание элемента, в отдельных случаях - до 2,5 раз. Хотя концентрация тория в силикатной мантии планеты может быть на 10-20 процентов выше, чем в веществе родительской звезды такой планеты, даже с учетом этой вариабельности содержание тория в мантиях экзопланет у аналогов Солнца должно существенно превышать земное.
Ученые специально исключили из рассмотрения планеты вокруг красных карликов, аргументируя это тем, что в подобных звездных системах условия конденсации тория в планетном веществе могут существенно отличаться от ситуации в системах у солнцеподобных звезд. Причем пока неизвестным нам образом. По мнению группы Унтерборна, тот факт, что большинство исследованных солнцеподобных звезд показывают более высокое содержание тория, существенно повышает шансы на обитаемость их планет.
От 30 до 50 процентов всего внутреннего тепла, выделяемого поверхностью нашей планеты, являются результатом распада ядер тория и урана, что делает их важными компонентами теплового баланса планеты. В соответствии с современными геологическими представлениям, этот подогрев от распада тория жизненно важен для сохранения современного облика Земли.
Во-первых, именно разница температур внутренних и внешних слоев мантии приводит к появлению магнитного поля, защищающего нашу планету от космического излучения и потери воды. Во-вторых, без внутреннего ториевого подогрева конвекция мантии ослабнет настолько, что остановится движение литосферных плит (тектоника плит). Тогда подпитка океана веществами коры и мантии за счет растворения водой донных пород будет близка к нулю, а значит фосфора, необходимого для жизни земного типа, на поверхности будет очень мало.
Одной из важнейших функций тектоники плит является поддержание углеродного цикла, стабилизирующего климат планеты. При потеплении рост температуры на поверхности вызывает усиление процессов выветривания, и увеличение количества углекислоты, растворенной в океанской воде. В итоге связывание углекислого газа в карбонаты усиливается, то есть концентрация основного парникового газа в атмосфере падает, снижая глобальную температуру. Наоборот, длительное оледенение, при котором Земля покрывается льдом, резко ослабляет выветривание силикатов, что снижает связывание атмосферного углекислого газа морской водой. В итоге углекислота, поднимаемая в атмосферу вулканической деятельностью, обусловленной тектоникой плит, может только накапливаться, и никуда не уходит, что, как считается, и привело к размораживанию Земли после ее полного оледенения 650 млн лет назад («Земля-снежок»). На планете без тектоники плит и углеродного цикла такое оледенение предположительно устойчиво, и без дополнительных факторов может существовать неограниченно долго.
На основании всего этого предполагается, что экзопланеты земных размеров без магнитного поля и тектоники плит должны быть необитаемы, как Венера или Марс, лишенные и того и другого. В особенности это относится к суперземлям, чья масса, гравитация и вязкость мантии существенно больше земной, из-за чего энергетические требования, необходимые для запуска геодинамо (появления магнитного поля) и тектоники плит для них значительно серьезнее.
Если радиоактивных элементов в составе ядра и мантии экзопланет существенно больше, чем на Земле – а именно к таким выводам пришла группа Унтерборна – конвекция магмы там может быть значительно сильнее. А значит, количество планет, потенциально пригодных для возникновения сложных форм жизни, может быть больше, чем до сих пор предполагали астрофизики.