Co dělá Zemi více obyvatelnou oproti jiným planetám?

Proč je naše Země tak výjimečná? Proč je pro planety důležité magnetické pole? A jakto, že si ho Země udržela po dobu několika miliard let až do teď? A proč ho Mars ztratil? Obzvlášť v době, kdy se velká část astronomické obce "honí" za objevy nových obyvatelných světů jsou tyto otázky velmi důležité. Čím je tedy Země odlišná od ostatních planet, že zrovna zde vznikl život? 

Vznik planet

Všechny planety Sluneční soustavy vznikly s největší pravděpodobností procesem tzv. „konkurenčního kanibalismu“ z disku materiálu kolem rodící se hvězdy. Jedná se o tzv. akreci, tedy vznik z prachových částic obíhajících centrální protohvězdu. Tyto malé kousky prachu se srazí s dalšími a začnou tvořit shluky o průměru až 200 metrů. Čím jsou tělesa větší, tím roste jejich schopnost konzumovat vše kolem nich. Tím se urychluje jejich růst, až vytvoří větší tělesa o velikosti kolem 10 km. Tato tělesa nazýváme planetesimály. Ty se pak zvětšují v průměru o několik centimetrů ročně po dobu několika miliónů let až do velikosti planet, jak je známe nyní.

Je třeba však zmínit odlišný vývoj vnitřních (terestrických) a vnějších (plynných) planet. Plynní obři vznikli za tzv. sněžnou čárou, kde již byla hmota natolik chladná, že i těkavé látky mohly zůstat v pevném stavu. Jádra budoucích plynných obrů tedy byla vytvořena z ledových materiálů, kterých bylo mnohem větší množství než kovů a křemičitanů vytvářejících terestrické planety, takže mohla dosáhnout hmotnosti, která jim umožňovala zachytit z okolí vodík a helium, nejlehčí a současně i nejběžnější prvky.

Avšak takové obří plynné planety nejsou vhodné místo pro život. Naproti tomu objekt, který je příliš malý a má příliš nízkou hmotnost (jako např. Měsíc či Merkur) nebude mít dostatečnou gravitaci na udržení atmosféry. Naopak hmotnější planeta může atmosféru získat a hlavně si ji udržet. Tato atmosféra bude přímo ovlivňovat také klima planety. Velká planeta s hmotnou atmosférou bude mít pravděpodobně silnější skleníkový efekt. Taková planeta bude pravděpodobně obyvatelná ve vzdálenostech, které by vedly u menších planet k zamrznutí.

Atmosféra však není jedinou důležitou podmínkou pro život, důležité je např. také umístění planety v tzv. „obyvatelné zóně“ kolem mateřské hvězdy, přítomnost vody či dostatek kovů na planetě.

Důležitost magnetické pole

Zejména ve svém „mládí“ jsou hvězdy velmi násilnými „rodiči“. Vyvrhují materiál do prostoru a neustále bombardují své planety radiací. Na jednu stranu je to samozřejmě dobře, bez energie od Slunce by na Zemi nebylo světlo, tudíž ani život. Na druhé straně je to i prokletí – vítr, který přiletí od hvězdy, by mohl odtrhnout atmosféru planety.

Naštěstí pro nás je Země chráněna před nejhoršími rozmary slunečního větru svým silným magnetickým polem. Pokud tedy sluneční vítr udeří na magnetické pole Země, je vychýlen kolem ní a samotná Země je uchráněna. Částice jsou díky magnetickým štítům urychleny k zemským pólům a vznikají tak polární záře. Pouze ty nejsilnější bouře mohou na Zemi způsobit potíže, např. výpadky elektrické nebo komunikační sítě.

Ale co by bylo v případě, kdyby Země neměla žádné magnetické pole? Situace by byla vážná. Náš nejbližší planetární soused, Mars, právě takové silné magnetické pole postrádá. Podle výzkumů Mars magnetické pole v raném věku Sluneční soustavy měl a to dokonce silné. Vysvětlení toho, proč magnetické pole prakticky ztratil je více, ale žádné není potvrzeno. Ztrátou silného magnetického pole však Mars prakticky ztratil i svou kdysi hustou atmosféru.

Přítomnost magnetického pole je důležitá zejména v „mládí“ planety – když je její hvězda také ještě mladá a vznětlivá, tedy když energicky „odhazuje“ svůj materiál do vesmíru.

Je proto jasné, že planeta, u které bude hledán život, by měla mít silné magnetické pole, aby tak ochránila svou atmosféru. Ale jak si planeta podobná Zemi udrží dostatečně dlouho silné magnetické pole, aby mohla nabídnout tuto ochranu?

Magnetické pole Země vzniklo díky procesům v planetárním jádře. Díky teplotnímu rozdílu mezi jádrem a pláštěm dochází totiž k termální konvekci v kapalném jádře planety, materiál je silně vodivý a vytváří tzv. termální dynamo. Toto termální dynamo je zřejmě činné jen v nejranějších obdobích planety. Naše planeta pak teplo pomalu „vypouští“ do vesmíru prostřednictvím své kůry. S vyrovnáváním teplot v plášti a jádře přestává být termální dynamo funkční a magnetické pole mizí.

Jak je tedy možné, že si Země udrží toto proudění a tedy i magnetické pole po dobu miliardy let?

Jak jsme si říkali, pro udržení konvekce je potřeba velký teplotní rozdíl mezi dvěma místy. U Země je velmi důležitý dynamický povrch, tedy pohyb litosférických desek. Pokud by Země neměla tektonické desky, které se pohybují, nedocházelo by k tak efektivnímu ochlazování zemského pláště. Rozdíl mezi jádrem a svrchním pláštěm by byl menší, až by nakonec došlo k vyrovnání teplot a konvekce by ustala. Bez tohoto proudění by zmizelo termální dynamo a magnetické pole by se oslabilo, až by nakonec zmizelo.

To se pravděpodobně stalo i na Marsu. Jistě, zpočátku mohla být rudá planeta dostatečně horká pro určitý stupeň tektonické aktivity. Důkazy o přítomnosti dřívějšího silného magnetického pole podávají horniny na Marsu. Mars je však mnohem menší než Země, a tak ztratil své vnitřní teplo mnohem rychleji. Nakonec se ochladil natolik, že jeho magnetické pole pomalu sláblo. Z Marsu se pomalu stával svět, jak ho známe nyní.

Kromě toho, že slouží k udržení magnetického pole, je desková tektonika důležitá pro život na Zemi i z mnoha jiných důvodů. Zejména pokud jde o vytvoření atmosféry, kterou dnes dýcháme. Díky pohybu litosférických desek a tedy i posunu kontinentálních desek dochází k vyrovnávání teploty, jedná se vlastně o termostat pro celou planetu. Díky pohybu se také dostávají na povrch kovové prvky a přítomnost těchto prvků na planetě je také jednou z podmínek při hledání života.

Tektonická činnost je tudíž velmi důležitá pro život na Zemi a je jedním z klíčových kritérií při hledání života na jiných planetách. Někteří vědci naznačují, že tento proces může být ještě složitější, než jsme si kdy dříve mysleli.

Bez vody by to nešlo

V průběhu let řada studií ukázala, že bez přítomnosti vody by na Zemi tektonická činnost nepřetrvala až do dnešních dnů. O této teorii byla vedena v odborných kruzích rozsáhlá diskuze. Hlavní myšlenkou je, že voda působí jako „lubrikant“ - buď mezi deskami (pomáhá překonat tření mezi nimi) nebo v rámci zemského pláště (zvýšení tekutosti, pomoc při pohybu a zmírnění konvekčních proudů v něm).

Planeta větší než Země by si mohla tektonickou činnost pravděpodobně udržet i bez přítomnosti vody. Kdyby tedy Země byla formována sušším pohybem desek, bez pomoci vody, pohyb litosférických desek by postupem času ustal a způsobil tak zastavení tepelné konvekce. Naše atmosféra by se tak stala řidší, stejně jako je tomu na Marsu.

Touto teorií se tedy kruh uzavírá. Život sám potřebuje vodu, ale pro planetu je především důležité magnetické pole.

Zdroj:http://http://phys.org

autor: Sylvie Gorková