experimentální věda

Foto: Ilustrační/Terranaut/Pixabay

Aby planety mohly být obyvatelné, musí mít vodu. Je to klíčový prvek. Vědci se proto pustili do experimentálních pokusů, které dokazují, že voda vzniká jako „přirozený“ důsledek při formování planet.

Překvapením je, že nejhojnější typ planety, který by mohl být bohatý na kapalnou vodu, se nachází přímo v naši galaxii. Z více než 6 000 známých exoplanet, které se nacházejí v Mléčné dráze, jsou nejběžnější tzv. subneptuny. Jsou menší než Neptun, ale hmotnější než Země. A právě u těchto planet se předpokládá, že mají skalnaté nitro s hustou atmosférou ve které převažuje vodík. Podle vědců jde o důsledek formativních interakcí mezi magmatickými oceány a primitivními atmosférami během jejích raných let.

Díky tomu jsou vhodnými kandidáty pro testování. Pokud by tomu tak skutečně bylo, pak by to vysvětlovalo, jak skalnaté planety, jako je ta naše, získaly hojnost vody, která byla klíčová pro vznik života na Zemi.

Rychle rostoucí znalosti o obrovské rozmanitosti exoplanet vědcům umožnily představit si nové detaily o nejranějších fázích formování a vývoje kamenných planet. Otevřelo to dveře k úvahám o novém zdroji planetární vody. Mohlo by to objasnit dlouho diskutovanou záhadu, která rezonuje mezi vědci už po celá staletí. Dosud ale chyběly experimenty, které by to dokazovaly.

Experiment kombinuje odborné znalosti napříč různými oblastmi včetně astronomie, kosmochemie, planetární dynamiky, petrologie, minerální fyziky a dalších. Cílem bylo odpovědět na základní otázky týkající se vlastností, které umožňují skalnatým planetám vyvinout příznivé podmínky pro vznik života. Práce se zaměřuje zejména na pokusy propojit pozorování planetárních atmosfér s vývojem a dynamikou jejich skalních těles. Tato práce je součástí interdisciplinárního, multiinstitucionálního projektu AEThER (Atmospheric Empirical, Theoretical, and Experimental Research)

Foto: Obrázek s laskavým svolením Navida Marviho/Carnegie Science/Tiskový zdroj EurekAlert

Předchozí výzkum matematického modelování ukázal, že interakce mezi atmosférickým vodíkem a magmatickými oceány obsahujícími železo během formování planet může produkovat značné množství vody. Komplexní experimentální testy tohoto navrhovaného zdroje planetární vody však dosud nebyly provedeny.

Aby vědci vytvořili podmínky, za kterých by k takovým interakcím mezi vodíkem, který představuje ranou planetární atmosféru a taveninou oxidu křemičitého bohatou na železo, představující formativní magmatický oceán, mohlo docházet na mladé planetě. Dosáhli toho stlačením vzorků na téměř 600 000násobek atmosférického tlaku (60 gigapascalů) a jejich zahřátím na více než 4 000 stupňů Celsia (7 200 stupňů Fahrenheita).

Jejich experimentální prostředí napodobilo kritickou fázi evolučního procesu skalních planet. Taková tělesa se tvoří z disku prachu a plynu, který obklopuje mladou hvězdu v období po jejím zrodu. Tento materiál se hromadí do těles, která do sebe narážejí, zvětšují se a zahřívají. Až se nakonec roztaví do obrovského magmatického oceánu. Tyto mladé planety jsou často obklopené silnou vrstvou molekulárního vodíku H2, který může fungovat jako „tepelná deka“ a než se ochladí, udržuje magmatický oceán po miliardy let.

Vědci tak ukázali, že se v tavenině rozpouští velké množství vodíku a redukcí oxidu železa molekulárním vodíkem vzniká velké množství vody.

Tato zjištění ukazují, že v magmatickém oceánu může být během tvorby vody uloženo velké množství vodíku. To má zásadní důsledky pro fyzikální a chemické vlastnosti nitra planety a potenciálně to může mít vliv i na vývoj jádra a složení atmosféry. Experiment ukazuje, že velké množství vody vzniká jako přirozený důsledek formování planet. Představuje to významný krok ku předu pro hledání vzdálených světů schopných hostit život.

Autoři studie: Francescy Miozzi a Anat Shahar z Carnegieho univerzity

Zdroje: https://www.eurekalert.org/news-releases/1103660, Nature – https://www.nature.com/articles/s41586-025-09816-z