Skrajny chłód i żar. Czy na Kua'kua może rozwinąć się życie?

Jeśli popatrzymy uważnie na Księżyc w różnych okresach - to stwierdzimy, iż stale widzimy tylko jedną jego stronę. Jest to skutek oddziaływań grawitacyjnych Ziemi, które spowolniły obrót Księżyca i jest on obecnie synchroniczny z obiegiem Księżyca wokół Ziemi. Podobna sytuacje występuje w przypadku niektórych planet pozasłonecznych, są one stale zwrócone jedną stroną do swojej gwiazdy.

Przykładem takiego globu jest egzoplaneta LHS 3844 b. Obiekt ten ma całkiem zbliżoną masę do Ziemi (1,3 razy większą). Odkryto go w ramach amerykańskiego projektu obserwacyjnego TESS w 2018 roku. Znajduje się 49 lat świetlnych od nas, czyli całkiem blisko, jak na odległości wśród gwiazd.

Planeta LHS 3844 b dokonuje jednego obiegu wokół swojej gwiazdy w ciągu 11 godzin. Na tak ciasnej orbicie prawie na pewno ma obrót synchroniczny i stale patrzy jedną stroną na swoją gwiazdę.

Po jej dziennej stronie panują temperatury od 1000 do 2000 kelwinów, a ponieważ nie ma atmosfery, to stronie nocnej spadają prawie do zera bezwzględnego. Może się to wydawać zbyt ekstremalne dla wykształcenia i przetrwania życia na takim obiekcie. Ale czy na pewno?

Aby to ocenić, naukowcy z Uniwersytetu Pensylwanii w Filadelfii, Japońskiej Agencji ds. Nauki i Technologii o Ziemi i Morzu oraz Uniwersytetu Hokkaido postanowili sprawdzić, co może dziać się pod powierzchnią przy takich wielkich różnicach temperatur, w jaki sposób ta nierównowaga cieplna wpływa na płaszcz, czyli rozległą warstwę skalistą znajdującą się pomiędzy skorupą planety, a jej jądrem.

W laboratorium użyto prostokątnego zbiornika o wielkości blatu od stołu. Wypełniono go lepką cieczą (gliceryną) oraz ciekłymi kryształami o własnościach termochromatycznych, czyli takich, które zmieniają odcień pod wpływem temperatury.

Konwekcja w płaszczu planety takiej, jak LHS 3844 b, napędzana jest głównie przez różnice temperatur i gęstości. Aby sprawdzić to w swoim modelu, zespół umieścił cztery termostaty kontrolujące ogrzewanie i chłodzenie na krawędziach zbiornika. W ten sposób można było zasymulować obszary po dziennej i nocnej stronie planety, a także na powierzchni i głęboko pod nią.

Okazało się, że przepływ w płaszczu dąży do spójnej pętli. Gorący materiał unosi się po stronie dziennej, przemieszcza się na górę, ochładza i opada z powrotem po stronie nocnej, zanim powróci wzdłuż dołu. To prosta, stała cyrkulacja, a nie chaos, jaki panuje w płaszczu Ziemi – wskazują badacze.

Czasami rytm był zaburzany przez wypiętrzające się pióropusze, przypominające kształtem grzyby. Wznosiły się one z rozgrzanego dna zbiornika. Pozostawały jednak zakotwiczone (zawsze formowały się w tym samym miejscu), w przeciwieństwie do ich odpowiedników na Ziemi, dryfujących po płytach tektonicznych.

Transport ciepła można opisać tzw. liczbami Nusselta. Służą one do porównania warunków w ośrodku płynnym. Okazało się, że mają one wartości podobne do ziemskich. Badacze uważają, iż sugeruje to, że niektóre egzoplanety tego typu mogą posiadać lokalne warunki geotermalne sprzyjające powstawaniu składników niezbędnych do życia, szczególnie w bardziej umiarkowanych szerokościach „geograficznych”.

Wyniki badań przedstawiono w artykule, który ukazał się w „Nature Communications”. Badaniami kierował Daisuke Noto z Uniwersytetu Pensylwanii w Filadelfii. W 2023 roku Międzynarodowa Unia Astronomiczna (IAU) nadała planecie LHS 3844 b nazwę Kua’kua, a gwieździe nazwę Batsu.