Uolinės planetos: ar jos tikrai tokios panašios į Žemę? Ką apie jas žinome? Kuo skiriasi nuo dujų milžinių? (Video)

• Mūsų saulės sistemoje yra keturios uolinės planetos, o dar milijardai jų yra už mūsų saulės sistemos ribų.
• Uolinės planetos turi panašią struktūrą: metalinį, daugiausia iš geležies, branduolį ir silikatinę mantiją.
• Žemė yra didžiausia uolinė planeta mūsų saulės sistemoje.

Uolinė planeta yra planeta, kuri daugiausia sudaryta iš uolienų ir metalų. Todėl tokia planeta turi kietą ir tvirtą planetos paviršių, kaip ir Žemė.

Štai kodėl sakoma, kad uolinės planetos yra panašios į Žemę. Bet kiek tai tiesa? Ir svarbiausia, ar kitose uolinėse planetose, išskyrus Žemę, galėtų irgi egzistuoti gyvybė?

Kas yra uolinės planetos?

Saulės sistemoje tokios planetos yra Merkurijus, Venera, Žemė, Marsas ir nykštukinė planeta Cerera. Jos vadinamos Žemės grupe. 

Tuo Saulės sistemoje esančių uolinių planetų sąrašas ir baigiasi, tačiau yra daug uolinių planetų ir už jos ribų. NASA apskaičiavo, kad tik Paukščių Take gali būti daugiau nei 10 milijardų uolinių planetų.

Tačiau vien todėl, kad planeta yra klasifikuojama kaip uolinė, dar nereiškia, kad ji būtinai yra tinkama gyventi. 

Pavyzdžiui, Saulės sistemoje Merkurijus ir Venera yra per karšti, kad gyvybė klestėtų, o Marse greičiausiai per šalta. Be to, Merkurijus ir Marsas neturi tokios apsauginės kaip Žemės atmosferos, o Venera – itin tankią ir toksišką.

Už Saulės sistemos ribų Kepler-10b buvo pirmoji patvirtinta uolinė planeta, kurią atrado Keplerio kosminis teleskopas. Tačiau, kiek žinome, ji yra per arti į Saulę panašios žvaigždės Keplerio 10 ir per karšta, kad joje galėtų egzistuoti gyvybė. Bent jau remiantis dabartinėmis mokslo žiniomis.

2017 m. NASA atrado septynias uolines planetas, skriejančias aplink TRAPPIST-1 –raudonąją nykštukinę žvaigždę Vandenio žvaigždyne, maždaug 40 šviesmečių atstumu nuo Žemės. Šiuose akmenuotuose Žemės dydžio pasauliuose paviršinis vanduo gali būti skirtingos fizinės būsenos, priklausomai nuo atstumo nuo TRAPPIST-1.

Tačiau tik trys iš šių pasaulių yra vadinamojo gyvenamojoje zonoje, kur greičiausiai yra skysto vandens. Manoma, kad arčiausiai žvaigždės esančiose planetose yra vandens garų, o toliausiai esančios planetos greičiausiai yra ledinės. Ši egzoplanetų sistema pavadinta centrinės žvaigždės, TRAPPIST-1, vardu.

Iš ko sudarytos uolinės planetos?

Tokios planetos sudarytos iš uolienų, silikatų, metalų, vandens ir anglies. Visos mūsų Saulės sistemos uolinės planetos iš tikrųjų turi metalinę šerdį, daugiausia pagamintą iš geležies, ir silikatinį apvalkalą su mantija ir pluta.

Žemė, Marsas ir Merkurijus taip pat turi vandens. Tikėtina, kad Marso poliariniuose regionuose yra vandens ledo pavidalu, o Merkurijuje gali būti vandens ledo kraterių, esančių jo šiauriniame ašigalyje, apačioje. Priešingai, planetos, kurių ledinis paviršius iš lakiųjų medžiagų, tokių kaip vanduo, amoniakas ir metanas, priskiriamos ledo planetoms arba ledinėms planetoms.

Ledinės planetos daugiausia sudarytos iš lakiųjų medžiagų, tokių kaip (užšalęs) vanduo, amoniakas, azotas, anglies dioksidas ir metanas.

Plutonas buvo vienintelė ledinė planeta mūsų Saulės sistemoje, kol Tarptautinė astronomų sąjunga 2006 m. ją perklasifikavo į nykštukinę planetą. 

Uranas ir Neptūnas yra priskiriami ledo planetoms, tačiau jie taip pat priskiriami planetoms milžinėms (Jupiterio grupė) arba dujų milžinėms.

Kas yra planetos milžinės?

Tai išorinės Saulės sistemos planetos: Jupiteris, Saturnas, Uranas ir Neptūnas. Jos daugiausia sudarytos iš vandenilio ir helio, su nedideliu kiekiu metano, amoniako ir vandens.

Kartais yra vartojamas terminas dujų milžinės. Tačiau šis 1952 m. amerikiečių fantasto Džeimso Blišo pavartotas ir dalinai prigijęs terminas yra kiek klaidinantis, nes einant link centro dujos virsta skysčiu, o po to pereina ir į kietą būseną.

Planetų milžinių grupė skiriasi nuo kitos, Žemės grupės planetų, kurios turi kietą paviršių ir yra sudarytos daugiausiai iš silikatinių uolienų.

Nors nėra vieningos nuomonės, kaip susidarė planetos milžinės, tačiau jų formavimosi teorijoje svarbų vaidmenį vaidina taip vadinamoji šerkšno riba arba sniego riba. Tai yra riba, už kurios gali kondensuotis ledas (tiek vandens, tiek amoniako ir metano).

Taip, pavyzdžiui, daugelis uolienų ir metalų gali kondensuotis temperatūrose apie 1300 K. Anglies ir ledo kondensacija galima apie 300–100 K temperatūrose. Sniego ribos padėtis priklauso nuo centrinės žvaigždės šviesio. Mūsų – Saulės atveju ta riba yra tarp Marso ir Jupiterio.

Taigi, arčiau šios ribos formuosis uoliniai planetoidai (planetesimalės), o iš jų Žemės grupės planetos. Už tos ribos palankesnės sąlygos formuotis lediniams planetoidams, prie kurių paviršių gana efektyviai gali prilipti (prišalti) vandenilis.

Iš tų planetoidų (o galbūt ir iš disko medžiagos sutankėjimų) atsirado proplanetos – planetų užuomazgos, į kurias vyko medžiagos iš disko akrecija. Žinoma, nemažą vaidmenį čia vaidino žvaigždinis (šiuo atveju Saulės) vėjas, išpūtęs dalį aplinkžvaigždinės medžiagos iš disko vidinės dalies.

Kuo skiriasi uolinės planetos nuo planetų milžinių?

• planetos milžinės daugiausia sudarytos iš vandenilio, helio, metano ir kitų dujų, įskaitant kai kurias skystas. Pavyzdžiui, Jupiteris greičiausiai iš dalies sudarytas iš skysto metalinio vandenilio, kuris sukuria didžiulį magnetinį lauką. Tai reiškia, kad šios planetos neturi kietų, uolėtų paviršių. Viskas, kas nukristų ant šių planetų, skęstų dujose, kol būtų sutraiškyti atmosferos slėgio.
• tuo tarpu uolinės planetos turi metalines šerdis, daugiausia apsuptas silikato ir uolienų, todėl turime ant ko pastatyti kojas.
• planetos milžinės yra labai masyvios. NASA teigimu, Jupiteris yra maždaug 11 kartų didesnis už Žemę, Saturnas yra maždaug 9 kartus didesnis už Žemę, o Uranas ir Neptūnas yra maždaug 4 kartus didesni už Žemę (matuojant skersmenį). Štai kodėl jie taip pat vadinami „dujų milžinais“.
• planetos milžinės aplink savo ašį sukasi greičiau nei uolinės planetos. Viena iš labiausiai priimtų ir tą paaiškinančių hipotezių yra ta, kad susiformavusios šios planetos didžiąją savo masės dalį sukaupė iš dujų aplinkiniame Saulės ūke. Tos dujos, krisdamos ant planetų šerdies, nešė didelį kampinį impulsą, todėl tai ir privertė planetas milžines suktis vis greičiau. Palyginimui: Žemė ir Marsas aplink savo ašį visiškai apsisuka per maždaug 24 valandas, o Jupiteris ir Saturnas apsisuka maždaug per 10 valandų.
• didesnę masę turintys objektai turi didesnę gravitaciją. Todėl planetos milžinės pritraukia daugiau objektų, kurie aplink jas skrieja kaip mėnuliai. Jupiteris po šių metų atradimo jau turi 92, Saturnas – 82, Uranas – 27, o Neptūnas – 14. Žemėje yra tik vienas Mėnulis, Marse yra du (Deimos ir Fobos), o Merkurijus ir Venera neturi nė vieno.
• teoriškai milžinių gravitacinės jėgos taip pat gali paskatinti jas sunaikinti savo mėnulius, taip pat pro šalį skriejančias kometas ir asteroidus. Tikriausiai tai ir yra priežastis, kodėl Jupiteris ir Saturnas turi tuos dulkių ir kosminių šiukšlių žiedus. Uolinės planetos žiedų neturi.

Kuri uolinė planeta yra didžiausia?

Žemė yra didžiausia uolinė planeta Saulės sistemoje. Už Saulės sistemos ribų didžiausia iki šiol atrasta uolinė planeta vadinama TOI-849b, kurią 2020 m. atrado NASA kosminis teleskopas TESS.

TOI-849b yra nutolęs 730 šviesmečių ir 40 kartų masyvesnis už Žemę – beveik toks pat kaip Neptūnas, tačiau jis nėra ledinis. Jis iš tikrųjų yra pragariško karščio – vidutinė temperatūra yra 1500 ºC, o tai nutiko todėl, kad jis yra labai arti savo žvaigždės – taip arti, kad planetai reikia maždaug 18 valandų, kol ji visiškai apsisuka aplink savo žvaigždę. Palyginimui, Žemei aplink Saulę apsisukti prireikia 365 dienų.

Įprastai manoma, kad tokio dydžio planetos bus sukaupusios daug dujų. Vadinasi, TOI-849b turėtų būti dujų milžinas. Bet taip nėra. Tiesą sakant, jis neturi atmosferos arba turi labai ploną atmosferą, todėl šis atvejis yra gana unikalus. TOI-849b taip pat labai tankus.

Kodėl taip yra? Viena hipotezė yra ta, kad TOI-849b iš tikrųjų yra belikusi dujų milžinės šerdis ir jame nėra dujinės atmosferos, nes žvaigždės spinduliuotė ją tiesiog nušlavė.

Dar keli svarbūs uolinių planetų faktai ir charakteristikos

• Mokslininkai mano, kad uolinių egzoplanetų yra daug, tačiau dujų milžines lengviau aptikti dėl jų dydžio.
• Kadangi uolinėse planetose gali būti tektoninis aktyvumas arba vykti eroziniai procesai, jos turi topologinių savybių, tokių kaip slėniai, ugnikalniai, kanjonai, kalnai ir krateriai.
• Kai kurių asteroidų ir mėnulių struktūra panaši į uolinių planetų, tokių kaip uolinis asteroidas Vesta (vienas didžiausių *asteroidų žiede).

*Asteroidų žiedas (Asteroidų juosta) – platus tūkstančių asteroidų regionas ties pagrindine Saulės sistemos plokštuma tarp Marso ir planetos milžinės Jupiterio orbitų, kurioje skrieja dauguma (~95 %) asteroidų.

Visi asteroidai skrieja ta pačia kryptimi kaip ir Saulės sistemos planetos.

Pro teleskopą asteroidai atrodo kaip žvaigždės. Vienintelė galimybė juos atpažinti, tai kiekvieną naktį stebėti jų judėjimą dangaus fono atžvilgiu. Dabar asteroidų ieškoma fotografiniu būdu. Eksponuojant tam tikrą laiką, nuotraukose žvaigždės išlieka taškeliais, o asteroidas šiek tiek pajuda, palikdamas tam tikrą pėdsaką.

Už asteroidų žiedo yra keletas asteroidų pulkelių, nepriklausančių asteroidų žiedui. Tai Hildas – Hildos grupės asteroidai, Trojans – trojėnai, Greeks – graikų asteroidai.

Asteroidų kilmė nėra visiškai aiški. Gyvuoja net hipotezė, kad jie yra planetos, kažkada skriejusios aplink Saulę anapus Marso orbitos ir suirusios per kažkokią katastrofą, skeveldros.

Labiau tikėtina, kad asteroidai niekada nesudarė vieno didelio kūno; tam trukdė galinga Jupiterio trauka.