Sistem pada peringkat awal pembentukan mengalami kesan paling besar kerana adanya sejumlah besar embrio di orbit yang tidak stabil. Adakah kita dapat mempertimbangkan proses-proses ini dan mengungkapkan masa lalu Bumi?
Pada peringkat akhir pembentukan planet, embrio planet muda menabrak protoplanet lain, menyebabkan permukaan dan mantel mereka mencair secara intensif. Pertembungan antara Bumi dan Theia di masa depan yang melandanya menciptakan sistem Bumi-Bulan dan membawa kepada kemunculan lautan magma: campuran silikat cair dan volatil yang meluas ke seluruh lapisan. Lautan magma menetapkan panggung untuk permukaan dan suasana awal di mana keadaan kehidupan akhirnya berkembang.
Perlanggaran Bumi dan Theia yang baru lahir (objek berukuran Mars), yang menyebabkan terbentuknya Bulan.
Malangnya bagi ahli geofizik, tetapi untungnya kehidupan secara umum, beberapa bilion tahun tektonik plat di Bumi telah memusnahkan tanda-tanda jelas lautan magma, dan oleh itu para saintis hampir tidak memahami bagaimana dunia yang panas dan cair ini berubah menjadi planet yang dapat dihuni. Walau bagaimanapun, dipercayai bahawa prinsip umum pembentukan planet berbatu serupa pada sistem bintang lain, dan oleh itu, kesan yang paling kuat tidak jarang berlaku pada planet-planet yang kini terbentuk di orbit bintang muda.
Ini memungkinkan untuk merakam gambaran sekejap dari kesan gergasi dalam sistem eksoplanet. Pengesanan langsung protoplanet cair akan menjadi kunci kepada peringkat awal evolusi planet.
Perburuan dunia cair
Protoplanet muda sangat panas dan terang, kerana suhu permukaannya boleh mencapai 3000 ° C. Oleh itu, seseorang mungkin berfikir bahawa mereka mudah dilihat di langit malam, tetapi sayangnya ini tidak sepenuhnya benar. Sebenarnya, ketika mantel lebur menguat, bahan pelarut terlarut seperti air dan karbon dioksida secara beransur-ansur dilepaskan ke atmosfera. Sekiranya tidak ada angin bintang yang kuat atau tahap sinaran ultraviolet yang tinggi dari bintang, atmosfer planet akan menebal, sehingga mengaburkan permukaannya. Dengan berbuat demikian, ia akan bertindak seperti selimut, memanjangkan tempoh penyejukan lautan magma.
Video promosi:
Perwakilan artistik eksoplanet yang diliputi di lautan magma.
Walaupun keberadaan lautan magma telah disarankan oleh model teori pembentukan planet, pencairan global akibat pelanggaran antara protoplanet belum diperhatikan. Oleh kerana jumlah kesan seperti itu diharapkan akan menurun secara beransur-ansur dari masa ke masa, sistem planet muda menawarkan peluang terbaik untuk mengesan objek tersebut.
Namun, untuk dilihat, badan cair ini mesti memenuhi dua syarat. Pertama, jangan terlalu dekat dengan bintang mereka, jika tidak teleskop tidak dapat memisahkan protoplanet cair dari tuan rumahnya yang terang. Kedua, jumlah radiasi yang cukup dari lautan magma mesti menembusi atmosfera.
Dari segi radiasi yang dipancarkan, protoplanet cair adalah sasaran yang menarik untuk pencitraan langsung kerana ia jauh lebih terang daripada planet yang lebih tua seperti Bumi. Oleh itu, jika kita ingin mula mengumpulkan gambar segera planet luar bumi seperti Bumi, maka protoplanet cair adalah tempat yang baik untuk memulakan!
Apakah peluang untuk mengesan kilau?
Malangnya, walaupun dengan alat pencitraan yang paling maju, pengesanan langsung planet cair tetap tidak dapat dijangkau. Walau bagaimanapun, pada tahun 2020-an akan menyaksikan era teleskop dasar tanah: Teleskop Sangat Besar ESO (ELT) di Chile, Teleskop Magellan Giant (GMT) di Chile, dan Teleskop Tiga Puluh Meter (TMT) di Hawaii. Sebagai tambahan kepada pemerhatian berasaskan darat yang baru, misi ruang angkasa masa depan sedang dipertimbangkan untuk pengimejan langsung planet berbatu di zon yang dapat dihuni bintang seperti matahari, khususnya interferometer LIFE (Large Interferometer for Exoplanet), yang menjanjikan ketepatan yang belum pernah terjadi sebelumnya dalam mencirikan planet luar.
Perwakilan artistik Teleskop ESO yang Sangat Besar.
Kemungkinan melihat planet cair bergantung pada dua faktor utama: jumlah terkumpul hentaman raksasa yang dialami oleh objek dalam sistem planet dan selang masa di mana badan lebur tetap cukup panas untuk dikesan.
Untuk menentukan kemungkinan memerhatikan protoplanet cair, pertama-tama anda perlu menentukan kemungkinan kesan gergasi dengan mensimulasikan pembentukan planet. Simulasi komputer mengesan evolusi orbit dan pertumbuhan embrio planet ketika mereka bergabung menjadi planet penuh semasa perlanggaran.
Sistem pada peringkat awal pembentukan mengalami kesan paling besar kerana kehadiran sejumlah besar embrio di orbit yang tidak stabil. Yang dikatakan, mereka yang mengorbit kerdil merah, bintang yang paling biasa di Bima Sakti, akan dipukul hampir dua kali lebih banyak daripada bintang di sekitar rakan-rakan Matahari kita. Ini sangat menjanjikan mengenai kemungkinan lautan magma terjadi, tetapi ada peringatan: protoplanet dalam sistem sedemikian akan berada di orbit dekat dan oleh itu tidak dapat dipisahkan dari radiasi bintang. Selain itu, perlanggaran akan kurang bertenaga dan oleh itu badannya akan kusam. Oleh itu, daya pengamatan yang berpotensi menjadi fungsi dari usia bintang, jumlah hentaman, dan tenaga perlanggaran.
Memandangkan kekerapan berlakunya lautan magma, para saintis mengira evolusi dan tempoh keberadaan lautan magma untuk menentukan perubahan suhu permukaan bergantung pada ukuran planet dan ketebalan atmosfernya, yang dinyatakan dalam apa yang disebut emisiviti: semakin rendah, semakin penebat atmosfera.
Perwakilan artistik eksoplanet muda yang selalu dihujani oleh embrio di orbit yang tidak stabil.
Protoplanet besar dengan atmosfer yang tebal akan menyokong lautan magma lebih lama, tetapi mereka juga akan menunjukkan sinaran yang lebih rendah dan cenderung berada di bawah tahap kepekaan teleskop. Penting untuk diperhatikan bahawa kemungkinan komposisi exoprotoplanet mungkin berbeza dengan ketara dari planet awal sistem suria. Oleh itu, emisiviti bergantung pada parameter tambahan: pelbagai komposisi dan jisim atmosfera eksoplanet.
Secara semula jadi, tempat terbaik untuk mula mencari planet cair dengan ELT atau LIFE ditentukan oleh jaraknya dengan sistem suria. Sasaran yang paling menjanjikan adalah kumpulan bintang muda, berdekatan dan besar. Bayangkan bahawa saintis sudah mempunyai teleskop "sesuai" dan mesti melihat semua bintang individu dalam satu persatuan. Adakah protoplanet cair dijumpai? Tidak ya atau tidak. Jawapannya adalah kebarangkalian statistik, bergantung pada sebilangan parameter fizikal.
Gambar panorama persatuan Carina OB1, yang mengandungi beberapa kumpulan bintang muda, seperti kelompok Trumpler 14, yang menempatkan sekitar 2.000 bintang. Sistem yang paling dekat dengan kita, seperti ini, adalah sasaran utama untuk mengesan perlanggaran protoplanet.
Sebagai contoh, persatuan β Pictoris (Beta Pictoris), yang terletak 63 tahun cahaya dari Matahari, merangkumi 31 bintang dengan usia rata-rata 23 juta tahun. Kebarangkalian mengesan sekurang-kurangnya satu planet dengan lautan magma di antara sistem planet mereka akan diabaikan dengan penapis yang tidak sensitif, tetapi dapat mencapai 80% untuk pemerhatian dengan LIFE pada 5.6 mikrometer atau dengan ELT pada 2.2 mikrometer.
Apa maksud nombor ini dan apa yang perlu dilakukan seterusnya?
Sejumlah soalan masih ada. Sebagai contoh, masih belum jelas sama ada planet dilahirkan di sekitar semua bintang dan jenis planet apa yang diharapkan bergantung pada kelas bintang.
Kajian terdahulu, yang membincangkan kemungkinan pengamatan planet cair, tertanya-tanya apakah kesan buruk dari gergasi, serupa dengan yang menciptakan Bulan, dapat direkam dalam keadaan proto-Bumi. Walaupun begitu, tinjauan terhadap eksoplanet dalam beberapa dekad terakhir telah menunjukkan bahawa banyak ciri mereka (komposisi, jisim, jejari, orbit, dan lain-lain) sangat berbeza dari semua yang dianggap sebagai hasil kajian sistem suria. Oleh itu, saintis menjangkakan perbezaan besar antara sifat komposisi protoplanet muda dan atmosfernya, iaitu, persoalan kemungkinan pemerhatian pembentukan proto-Bumi adalah menarik, tetapi tidak penting kerana kebarangkalian kehadiran protoplanet seperti itu di kawasan Matahari yang dapat diramalkan.
Ribuan sistem bintang hidup di Bima Sakti.
Untuk lebih dekat dalam mengesan protoplanet cair dalam beberapa tahun ke depan, beberapa persoalan penting perlu ditangani: apakah variasi khas di atmosfer planet berbatu, bagaimana volatil diedarkan antara mantel dan atmosfer?
Kempen pemerhatian akan membolehkan para saintis meningkatkan pemahaman mereka mengenai sifat atmosfera dan taburan komposisi. Di samping itu, perlu menghadkan ciri-ciri bintang anggota persatuan yang paling menjanjikan: β Pictoris, Columba, TW Hydrae, dan Tucana-Horologium dengan lebih baik. Ini memerlukan usaha bersama ahli teori dan pemerhati, ahli astronomi, ahli geofizik dan ahli geokimia.
Akhirnya, pada waktu yang tidak terlalu jauh, kita mungkin dapat melihat sekilas dunia muda yang bercahaya yang mungkin tidak jauh berbeza dari rumah kita sendiri di alam semesta.
Arina Vasilieva
