Laavaplaneetidel võib taevast sadada sulametalli – nagu tuleviku Maalgi

Tartu observatooriumi vanemteadur Mihkel Pajusalu leidis kolleegidega Massachusettsi Tehnoloogiainstituudist, et laavaplaneetide pilved on tõenäoliselt metallist ja vee või lume asemel võib neist sadada sulametalli. Uuring aitab mõista nii Maa teket kui ka tulevikku, kus meiegi planeeti katavad tõenäoliselt laavaookeanid.

Praeguseks on leitud üle 4000 eksoplaneedi, millest osa on laavaplaneedid – kiviplaneedid, mis tiirlevad nii lähedal ematähe ümber, et nende pinnatemperatuur võib kasvada tuhandete kraadideni. See omakorda tähendab, et nende pinnal olevad kivimid peavad olema sulanud olekus.

Laavaplaneetideks kutsutakse neid seetõttu, et nende pind on tõenäoliselt suuresti kaetud laavaookeanidega. Näited sellistest planeetidest on näiteks 55 Cancri e, Kepler-10 b ja Kepler 78 b. Sarnaseid planeete leidub ka ulmefilmides, näiteks on selline „Tähesõdade“ universumi planeet Mustafar (põhiliselt tuntud II ja III osast). Kinohitis alahinnati aga märkimisväärselt planeedi pinnatemperatuuri: päriselus ei jääks inimene sellisel planeedil ellu.

Taevast sajab metallivihma

Praegu tuvastatakse selliseid planeete üsnagi kaudsete meetoditega, mistõttu on nende pinnal toimuvast raske täpset ülevaadet saada. Põhiliselt on kasutusel varjutusmeetod, mis põhineb tähe nähtava heleduse muutumisel. Heledus muutub siis, kui planeet satub tähe ja vaatleja vahele või valgus ei jõua tähe taha sattunud planeedilt Maani.

On tuvastatud, et laavaplaneedid peegeldavad tagasi väga palju ematähe valgust (albeedo on üle 40%), kuid selle põhjus pole teada. Seni on üks hüpotees olnud, et heledus tuleb kas laava või selle pinna jahtumisel tekkinud klaaside läikimisest. Vastust küsimusele, miks laavaplaneedid nii palju valgust peegeldavad, asus otsima töörühm, kuhu kuulus ka Tartu Ülikooli Tartu observatooriumi vanemteadur ja kosmosetehnoloogia osakonna juhataja Mihkel Pajusalu. Ta töötas koos Massachusettsi Tehnoloogiainstituudi (MIT) professori Sara Seageri ja doktorandi Zahra Essackiga.

Uurimistöö käigus sulatati erinevaid kivimeid, et hinnata laava optilist käitumist, ja uuriti laava tahkumisel tekkiva klaasi peegeldusomadusi. Pärast seda, kui oldi peegeldustegureid eri nurkade all mõõdetud, rakendati saadud andmeid, et arvutada välja kindla materjaliga kaetud planeedi peegeldustegur.

Uurimuse tulemusena leiti, et laavaplaneetide pind ei saa ise piisavalt peegelduv olla (albeedo alla 10%), mis tähendab, et kõrge peegeldustegur peab tulema pilvedest. Pilved võivad aga selliste temperatuuride juures koosneda isegi metalliaurust või -tilkadest, sest kõnealuste planeetide temperatuuri juures (2000–3000 K ehk umbes 1700–2700 °C) hakkavad metallid juba keema. See omakorda tähendab, et sellistel planeetidel peab olema kõrge keemispunktiga ainetest atmosfäär ning tõenäoliselt sajab seal sulametalli piltlikult ka vihma või isegi lumena.

Ka Maast võib saada laavaplaneet

Planeedi pind võib olla laavaga kaetud ka siis, kui see ei tiirle ematähele ülilähedal. Näiteks pidi ka Maa kohe pärast tekkimist olema hoopis sulanud kujul, kuna koostisosade kokkupõrkel vabanes väga palju soojust. Samuti viitab kõige levinum Kuu tekke teooria suurele kokkupõrkele, mis oleks jätnud suure osa Maa pinnast sulanud olekusse. Seega võimaldab praeguste laavaplaneetide uurimine mõista nii planeetide teket üldiselt kui ka Maa teket ja tulevikku – teadaoleva põhjal peaks Päike miljardite aastate pärast muutuma punaseks hiiuks, mis sulataks Maa pinna tagasi laavaookeanideks.

Eesti osaleb Tartu Ülikooli Tartu observatooriumi kaudu ka kosmosemissioonis ARIEL, mille käigus loodava kosmoseteleskoobiga tahetakse vaadelda just ematähele lähedal asuvaid planeete. Nende hulgas peaks olema ka laavaplaneete.

Vaata lisaks

• Pajusalu ja tema kolleegide artikkel „Low-albedo Surfaces of Lava Worlds“ („Laavaplaneetide madala albeedoga pinnad“), mis ilmus äsja ajakirjas The Astrophysical Journal
• MIT samateemaline uudisartikkel
• taskuhäälingusaade, kus Mihkel Pajusalu külas käis, ja selle põhjal tehtud lugu