Hvad gør en planet beboelig?

Størrelsen på en planet er afgørende, når det gælder om at finde liv på andre planeter i universet.

Alle planeter skabes i en fladtrykt skive af støv og gas omkring en spirende stjerne. Det foregår ved en slags kannibalisme. Små partikler af støv støder sammen, vokser og opsluger deres naboer. Efterhånden som de bliver større, vokser deres evne til at fortære alt omkring dem, og deres vækst fremskyndes.

Når en planet er svulmet til en størrelse, som er cirka ti gange Jordens masse, er den i stand til at producere enorme mængder af gasarter. Den kan vokse sig så stor, at den ender som en kæmpe gasplanet som Jupiter og Saturn. Sådan en planet er i hvert fald ikke et godt sted at lede efter liv.

I den anden ende af skalaen vil et objekt, som er for lille og ikke har massefylde nok, ikke have tyngdekraft nok til at holde på en atmosfære (som for eksempel Merkur eller Jordens måne).

Afstanden fra værtsstjernen har betydning for planeten

Jo mere massiv en planet er, desto større en atmosfære kan den skaffe sig og opretholde.

Det har stor betydning, da planetens massefylde har en direkte indvirkning på dens klima. Beliggenheden af den ‘beboelige zone’ rundt om en stjerne vil derfor afhænge af planetens masse.

En større planet med en tættere atmosfære vil også have en stærkere drivhus effekt. Sådan en planet vil sansynligvis være beboelig i afstande, hvor mindre planter ville fryse til.

På samme måde vil en mindre planet med en tyndere atmosfære være beboelig i afstande hvor oceanerne på en større planet ville begynde at koge.

Magnetfeltet er afgørende for atmosfæren

En planet skal være tilpas massiv for at erhverve sig og opretholde en atmosfære, der er tæt nok til at understøtte liv, men det er ikke det hele.

Særligt i deres ungdom er stjerner voldsomme værter. De slynger materiale ud i rummet, og bombarderer ustandseligt deres planeter med kosmisk stråling.

Det er til en vis grad nødvendigt for at der kan være liv. Uden den energi, som Jorden modtager fra solen, ville vores planet være en frossen iskugle.

Men lyset er både en velsignelse og en forbandelse. Vinden, der blæser fra en stjerne, kan rive atmosfæren fra en planet, og skrælle den fuldstændigt.

Jorden er beskyttet af magnetfeltet

Heldigvis for alt liv på Jorden er vores planet beskyttet for de værste solarvinde af Jordens stærke magnetfelt.

Solarvinden afledes, når den rammer Jordens magnetfelt, som beskytter planeten indeni. Kun den allerstærkeste solarstorm, og de mest energiske partikler, kan trænge igennem denne afskærmende beskyttelse.

Det er kaskader af elektrisk ladede partikler, der gennemtrænger Jordens magnetfelt og fosser ud over polerne, som skaber det storslåede polarlys, Aurora Boraelis og Australis.

Men hvad hvis Jorden ikke havde et magnetfelt? Det ville være en alvorlig situation.

Unge stjerner er voldsomme

Vores nærmeste nabo, Mars, har ikke et stærkt magnetfelt, og har højst sandsynligt ikke været afskærmet siden solsystemets tidligste år. Planeten har betalt dyrt for denne mangel på afskærmning.

Mars’ atmosfære, der engang var tæt, er gradvist fuldstændigt forsvundet. Det er særligt vigtigt, at en planet har et stærkt magnetfelt i dens ungdom, mens værtsstjernen stadig er ung og pirrelig, og smider materiale ud i rummet.

Når stjerner modnes, bliver de som regel roligere, men forbliver i stand til at afskrælle planeternes gasholdige værn.

En planet skal have et stærkt magnestisk værn for at beskytte dens atmosfære. Men hvordan opretholder en planet som Jorden et magnetfelt længe nok, og som er stærkt nok til at tilbyde den slags beskyttelse?

Pladetektonik er afgørende for planeternes fremtid

Jordens magnetfelt er drevet af en kollosal dynamo dybt inde i Jordens ydre kerne. Det formodes, at dynamoen er drevet af konvektionsstrømme i denne region af vores planets indre. Men spørgsmålet er, hvordan man opretholder konvektion inde i en planet gennem milliarder af år.

Varmen i Jordens indre produceres formentlig ved radioaktivt henfald fanget i kernen. Vores planet skiller sig langsomt af med varmen gennem jordskorpen og ud i rummet, og det resulterer i, at Jordens overfladiske lag er køligere end lagene nærmere kernen.

For at starte og opretholde konvektionen er det nødvendigt med en stor temperaturforskel mellem to områder. Konvektionsstrømmene i Jordens kappe er resultatet af, at en del af kappen er køligere end det næste lag tættere på kernen.

Men her det mærkværdige. Uden Jordens pladetektonik ville kappens øvre lag ikke være i stand til at køle nær så effektivt. Hvis den øvre kappe var varmere, ville temperaturforskellen, mellem den region og Jordens indre, være mindre, og konvektionen ville til sidst stoppe.

Og uden konvektionen ville Jordens dynamo dø, og dens magnetfelt ville blive svagere og svagere, for til sidst at forsvinde.

Mars’ atmosfære forsvandt uden konvektionen

Man mener, at det er nøjagtigt det, der skete med Mars. I starten kunne den røde planet godt have været varm nok indeni til, at en vis grad af tektonik kunne finde sted. Mars’ kappe har spor efter et forhistorisk magnetfelt, der er nedfrosset i klippestenene.

Men da Mars er mindre end Jorden, mistede planeten sin varme til rummet meget hurtigere. Til sidst blev den så afkølet, at den ikke kunne opretholde konvektionen længere, og dens magnetfelt døde hen.

Så begyndte solarvinden at skrælle atmosfæren væk, og på samme tid trak kemiske procesforløb atmosfæren ned i klippegrunden. Uden tektonik som kan genbruge klippestykkerne og drive magnetfeltet, blev Mars langsomt til den planet, vi ser i dag.

Pladetektonik er vigtig for mange andre ting end til at opretholde vores planets magnetfelt, særligt når det kommer til skabelsen af den atmosfære vi indånder i dag.

Intet vand - intet liv

Tektonisk aktivitet er meget vigtig for livet på Jorden, og er helt sikkert et kriterie for søgningen efter liv andetsteds. Men nogle forskere mener, at det hele er mere kompliceret, end vi først troede.

I løbet af årene har mange undersøgelser haft en teori om, at der ikke ville være pladetektonik uden vand - en teori som stadig er meget omdiskuteret.

Man mener, at vand fungerer som smørelse, enten mellem plader der støder sammen (og hjælper med at nedsætte gnidningsmodstanden), eller inde i Jordens kappe (ved at forøge dens fluiditet, hjælpe den bevæge sig og lette konvektionsstrømmene).

Uden vand ville en planet være nødt til, at være mere massiv end Jorden for at kunne bære pladetektonikken. Hvis Jorden var blevet dannet med mindre vand, ville bevægelserne af dens plader forlængst være ophørt, hvilket ville have forårsaget ophøret af konvektionen i kappen, og vores atmosfære ville være blevet slettet ligesom Mars’.

Så med denne teori er vi nået hele vejen rundt:

• Intet liv uden vand,
• og hvis en planet skal opretholde sin atmosfære, har den brug for et magnetfelt.
• Intet magnetfelt uden en dynamo.
• Ingen dynamo uden pladetektonik.
• Og ingen pladetektonik uden vand.

Jonti Horner, Belinda Nicholson og Brad Carter hverken arbejder for, rådfører sig med, ejer aktier i eller modtager fondsmidler fra nogen virksomheder, der vil kunne drage nytte af denne artikel, og har ingen relevante tilknytninger. Denne artikel er oprindeligt publiceret i The Conversation