כאשר אנו מחפשים אחר כוכבי לכת חוץ-סולאריים שניתן להתיישב בהם, מדענים מוגבלים במידה מסוימת מהעובדה שאנו מכירים רק כוכב לכת אחד בו חיים קיימים (כלומר כדור הארץ). מסיבה זו, מדענים מחפשים כוכבי לכת שהם יבשתיים (כלומר סלעיים), מסלול בתוך אזורי המגורים הכוכבים שלהם, ומראים סימנים של חתימות ביולוגיות כמו דו תחמוצת הפחמן האטמוספרי - וזה חיוני לחיים כפי שאנו מכירים אותו.
הגז הזה, שהוא התוצאה ברובה של פעילות וולקנית כאן בכדור הארץ, מגביר את חום השטח דרך אפקט החממה ומחזור בין תת הקרקע לאטמוספרה באמצעות תהליכים טבעיים. מסיבה זו, מדענים האמינו זה מכבר שטקטוניקת צלחות חיונית למגורים. עם זאת, על פי מחקר חדש שנערך על ידי צוות מאוניברסיטת פנסילבניה, זה לא יכול להיות המקרה.
המחקר, שכותרתו "רכיבה על אופניים ופחמן של כוכבי לכת עומדים בגודל אדמה", פורסם לאחרונה בכתב העת המדעי אסטרוביולוגיה. המחקר נערך על ידי ברדפורד ג'יי פולי ואנדרו ג'יי סמיי, שני פרופסורים מהמחלקה למדעי הגיאוגרפיה באוניברסיטת פנסילבניה.
על כדור הארץ, וולקנות היא תוצאה של טקטוניקת צלחות ומתרחשת במקום בו שתי צלחות מתנגשות. זה גורם להכנעה, כאשר לוחית אחת נדחפת מתחת לשניה ועמוקה יותר מתחת לפני השטח. תת-כניסה זו משנה את המעטפת הצפופה למגמה מציפה, העולה דרך הקרום אל פני כדור הארץ ויוצרת הרי געש. תהליך זה יכול לסייע גם במחזור פחמן על ידי דחיפת פחמן למעטפת.
מאמינים כי טקטוניקת הצלחת והגעש היו מרכזיים בהופעת החיים כאן על כדור הארץ, משום שהבטיח כי לכוכב הלכת שלנו היה מספיק חום בכדי לשמור על מים נוזליים על פני השטח שלו. כדי לבחון תיאוריה זו, פרופסורים פולי וסמיי יצרו מודלים כדי לקבוע עד כמה כוכב לכת דמוי כדור הארץ יהיה ללא נוכחות של טקטוניקת צלחות.
מודלים אלה לקחו בחשבון את ההתפתחות התרמית, ייצור הקרום ו- CO2 רוכבים על אופניים כדי להגביל את יכולת הכושר של כוכבי לכת עומדים בגודל אדמה סלעי. מדובר בכוכבי לכת בהם הקרום מורכב מפלטה כדורי ענקית אחת הצפה על מעטפת ולא מחתיכות נפרדות. כוכבי לכת כאלה נחשבים לנפוצים בהרבה מכוכבי לכת שחווים טקטוניקה של צלחות, מכיוון שאף כוכבי לכת שמעבר לכדור הארץ לא אושרו כי היו עדיין טקטונים. כפי שהסביר פרופ 'פולי בהודעה לעיתונות של פן סטייט:
"הגעש משחרר גזים באטמוספירה, ואז באמצעות בליה, נשאב פחמן דו חמצני מהאטמוספרה ומעבד בסלעי שטח ומשקעים. האיזון בין שני התהליכים שומר על פחמן דו חמצני ברמה מסוימת באטמוספרה, וזה באמת חשוב אם האקלים יישאר ממוזג ומתאים לכל החיים. "
בעיקרו של דבר, הדגמים שלהם לקחו בחשבון כמה חום יכול האקלים של כוכב הלכת העומד לשמור על סמך כמות החום ואלמנטים המייצרים חום שנמצאים כאשר נוצר כוכב הלכת (כלומר תקציב החום הראשוני שלו). על פני כדור הארץ, אלמנטים אלה כוללים אורניום המייצר תוריום וחום כאשר הוא מתפורר, ואז מתפרק לייצור אשלגן וחום.
לאחר הפעלת מאות הדמיות, שגוונו את גודל כוכב הלכת וההרכב הכימי שלו, הם גילו שכוכבי לכת מכסה עומדים יוכלו לשמור על טמפרטורות חמות מספיק שמים נוזלים יוכלו להתקיים על משטחיםיהם במשך מיליארדי שנים. במקרים קיצוניים, הם עלולים לשמור על טמפרטורות תומכות חיים עד 4 מיליארד שנים, שזה כמעט גיל כדור הארץ.
כפי שציין סמי, הדבר נובע בין היתר מהעובדה שטקטוניקת צלחות אינה תמיד נחוצה לפעילות וולקנית:
"עדיין יש לך געשית בכוכבי לכת מכובדים עומדים, אבל זה הרבה יותר זמן לחיות מאשר בכוכבי לכת עם טקטוניקת צלחות מכיוון שאין אופניים רבים כל כך. הרי הגעש גורמים לרצף של זרימת לבה, הקבורים כשכבות עוגה לאורך זמן. סלעים ומשקעים מתחממים יותר ככל שהם קבורים. "
החוקרים גם גילו כי ללא טקטוניקה של צלחות, כוכבי לכת על כיסויים עומדים עשויים להימשך מספיק לחץ ולחץ כדי לחוות גזים, בהם גז פחמן דו חמצני יכול להימלט מסלעים ולפלס את דרכו אל פני השטח. בכדור הארץ, אמר סמייה, אותו תהליך מתרחש עם מים באזורי תקלות של כניסה. תהליך זה גדל בהתבסס על כמות האלמנטים המייצרים חום שנמצאים בכוכב הלכת. כפי שפולי הסביר:
"יש טווח של נקודה מתוקה שבה כוכב לכת משחרר מספיק פחמן דו חמצני בכדי למנוע מכדור הארץ לקפוא, אבל לא כל כך שהבליה לא יכולה לשלוף את הפחמן הדו חמצני מהאטמוספרה ולשמור על האקלים ממוזג."
על פי מודל החוקרים, נוכחות וכמות האלמנטים המייצרים חום היו אינדיקטורים טובים בהרבה לפוטנציאל של כדור הארץ לקיים חיים. בהתבסס על ההדמיות שלהם, הם מצאו כי ההרכב או הגודל הראשוני של כוכב לכת חשובים מאוד לקביעת האם הוא יהפוך למגורים או לא. או כהגדרתם, יכולת ההרגשה של כוכב לכת נקבעת בלידתו.
על ידי הדגמה שכוכבי לכת מכובדים עומדים עדיין יכולים לתמוך בחיים, למחקר זה יש פוטנציאל להרחיב מאוד את הטווח של מה שמדענים רואים ככאלה שיש לבחירתם. כאשר פורס טלסקופ החלל ג'יימס ווב (JWST) בשנת 2021, בוחן את אטמוספרות כוכבי הלכת העומדים על המכסה כדי לקבוע נוכחות של חתימות ביולוגיות (כמו CO2) תהיה יעד מדעי מרכזי.
הידיעה שיותר מעולמות אלה עשויים לקיים חיים הן בהחלט חדשות טובות עבור אלה המקווים שנמצא עדויות לחיים חוץ-ארציים בתקופת חיינו.
