Sciencemag.cz
Doporučujeme
Země má železné jádro obklopené pláštěm z křemičitanů a oceány na svém povrchu. Tento jednoduchý model planety se dodnes používá i pro zkoumání exoplanet. Teprve v posledních letech jsme si začali uvědomovat, že planety jsou složitější.
Většina dnes známých exoplanet se nachází v blízkosti své hvězdy. To znamená, že jde především horké světy s oceány roztaveného magmatu, které ještě nevychladly a nevytvořily pevný plášť z křemičitanů jako Země. Voda se v těchto magmatických oceánech velmi dobře rozpouští – na rozdíl například od oxidu uhličitého, který rychle vyprchává a stoupá do atmosféry.
Pod roztaveným pláštěm z křemičitanů se nachází železné jádro. Jak je tedy voda rozdělena mezi křemičitany a železo? Právě to zkoumala Caroline Dorn z ETH v Curychu ve spolupráci s Haiyang Luo a Jie Dengem z Princetonské univerzity pomocí modelových výpočtů.
Vývoj železného jádra trvá dlouho. Velká část železa je zpočátku obsažena v horké magmatické polévce ve formě kapiček. Voda zachycená v této polévce se spojuje s kapičkami železa a klesá s nimi do jádra.
Až dosud bylo toto chování známo pouze v případě relativně mírných tlaků, jaké panují na Zemi. Nevědělo se, jak to bude fungovat v případě větších planet s vyššími tlaky v nitru. A výsledek nové studie? Čím větší je planeta a čím větší je její hmotnost, tím více má voda tendenci pohybovat se spolu s kapičkami železa a integrovat se do jádra. Za určitých okolností může železo absorbovat až 70krát více vody než křemičitany. Kvůli obrovskému tlaku v jádře však zde voda již nemá podobu molekul H2O, ale je přítomna ve formě vodíku a kyslíku. (Poznámka PH: to je mi trochu divné, protože molekula vody by měla menší objem než molekuly prvků? Takže rovnováha chemické reakce vzhledem k tlaku…?)
Podnětem k nové studii bylo zkoumání obsahu vody v Zemi, které před čtyřmi lety přineslo překvapivý výsledek: Oceány na povrchu Země obsahují pouze malou část celkového množství vody na naší planetě. Obsah více než 80 oceánů Země by se mohl skrývat v jejím nitru. Ukázaly to simulace, které modelovaly, jak se voda chová v podmínkách, kdy byla Země mladá. Experimenty a seismologická měření mají být s těmito závěry kompatibilní.
Nová zjištění týkající se rozložení vody na planetách mají dramatické důsledky pro interpretaci dat z astronomických pozorování. Astronomové mohou pomocí svých dalekohledů za určitých podmínek změřit hmotnost a velikost exoplanety. Na základě těchto výpočtů sestavují diagramy hmotnosti a poloměru, které umožňují vyvodit závěry i o složení planety. Pokud se při tom – jako tomu bylo doposud – zanedbá rozpustnost a rozložení vody, může být její objem vody podstatně podhodnocen, a to až desetkrát. „Exoplanety jsou mnohem bohatší na vodu, než se dosud předpokládalo,“ říká C. Dorn. „Pokud tedy najdeme vodu v atmosféře planety, je jí pravděpodobně mnohem více v jejím nitru.“
Rozložení vody je také důležité, pokud chceme pochopit, jak se planety formují a vyvíjejí. Voda, která klesla do jádra, tam zůstává uvězněna navždy. Voda rozpuštěná v magmatickém oceánu pláště však může během ochlazování pláště stoupat na povrch.
Dále: Již dlouho se spekuluje o možné obyvatelnosti superzemí s velkým množstvím vody – tedy planet s hmotností několikanásobně převyšující hmotnost Země a s povrchem pokrytým hlubokým globálním oceánem. Dodus se soudilo, že příliš mnoho vody by životu paradoxně spíše bránilo. Argumentovalo se, že na těchto vodních světech by vrstva exotického vysokotlakého ledu bránila výměně pro život důležitých látek na rozhraní mezi oceánem a pláštěm planety. Nová studie nyní dochází k jinému závěru: Většina vody na super-Zemích se totiž nenachází na povrchu, jak se dosud předpokládalo, ale je uvězněna v jádře. To pak vede vědce k domněnce, že i planety s relativně vysokým obsahem vody by mohly být obyvatelné.
The interior as the dominant water reservoir in super-Earths and sub-Neptunes, Nature Astronomy (2024). DOI: 10.1038/s41550-024-02347-z. www.nature.com/articles/s41550-024-02347-z
Zdroj: ETH Zurich / Phys.org, přeloženo/zkráceno
Viz také: Vodu v hlubinách Marsu nepřeceňovat
