bélyegkép|A Kepler-452b (művészi elképzelés) és a Föld összehasonlítása
A csillag- és bolygókutatásban a Föld-szerű (vagy földi és tellúr) égitest vagy (ha bolygóról vagy exobolygóról van szó) kőzetbolygó olyan objektum, amely szilárd felszínnel rendelkezik, saját gravitációja által megközelítőleg gömb alakúvá formálódik és alapvetően kőzetből áll, gyakran fémes maggal. Ezek az égitestek a bolygók osztályozásánál az egyik fő csoportot alkotják. Ide tartozik a Naprendszer négy belső bolygója: a Merkúr, a Vénusz, a Föld és a Mars, valamint számos felfedezett exobolygó is ebbe a kategóriába sorolható. Az utóbbi évtizedekben az exobolygók kutatása jelentősen kibővítette a kőzetbolygók ismert típusainak számát, és feltárta, hogy a Föld-szerű bolygók gyakoriak lehetnek a Tejútrendszerben. Egyes kutatások szerint akár minden második naphoz hasonló csillag körül lehet kőzetbolygó a lakhatósági zónában, bár ezek pontos eloszlása és jellemzői még további vizsgálat tárgyát képezik. A modern műszerek, például a Kepler-űrtávcső öröksége vagy a James Webb-űrteleszkóp, lehetővé teszik olyan Föld-méretű vagy annál nagyobb exobolygók detektálását, amelyeknél a légkör és felszín összetétele is vizsgálhatóvá válik.
Egyes esetekben a „földszerű” megnevezésnél más, szigorúbb értelmezést alkalmaznak. Lehetséges további kritérium a víz jelenléte, a jelentős, esetleg életre is alkalmas légkör, valamint a megfelelő hőmérsékleti viszonyok, amelyek lehetővé tehetik a folyékony víz fennmaradását a felszínen. A kutatók különbséget tesznek a pusztán kőzetbolygó szerkezetű égitestek és a valóban élhető körülményeket kínáló Föld-analógok között. Jelenleg a Földhöz leginkább hasonlító ismert exobolygók között tartják számon például a Kepler-452b-t, a TRAPPIST-1 rendszer több bolygóját, illetve a Proxima Centauri b-t, azonban ezek esetében az élet feltételeinek megléte továbbra is bizonytalan és további megfigyeléseket igényel.
A földszerű kőzetbolygók vizsgálata azért fontos a csillagászatban, mert ezek azok az égitestek, ahol az ismert életformák számára kedvező feltételek kialakulására a legnagyobb esély mutatkozik. Az elméleti modellek és a bolygófejlődési kutatások szerint a kőzetbolygók kialakulása a csillagok keletkezését követően viszonylag gyorsan megindulhat, és a galaxisokban gyakoriak lehetnek. Az ilyen égitestek kutatása nélkülözhetetlen az élet lehetséges elterjedtségének és a bolygórendszerek változatosságának megértéséhez.
Leírása bélyegkép|Egy feltételezett, lakható, vastag légkörrel rendelkező szuperföld illusztrációja
A Föld-szerű égitestek teljesen vagy majdnem teljesen nem gáznemű összetevőkből állnak, és általában réteges, héjszerkezetűek. Belső szerkezetükben központi helyet foglal el egy vasban gazdag mag, amelyet egy vastag, szilikátos köpeny vesz körül, a felszínt pedig egy vékony, szilikátokból és oxidokból álló kéreg borít. A kéreg olyan elemekben is gazdagodhat, amelyek a köpeny kőzetébe nehezen épülnek be, így azok idővel a felszín közelébe vándorolnak vagy geokémiai folyamatok révén koncentrálódnak (például kálium, ritkaföldfémek, urán). A legtöbb kőzetbolygón a kéreg felett különböző összetételű légkör található, amely jelentős szerepet játszik az égitest felszíni viszonyaiban és éghajlatában. A Földön a hidroszféra (óceánok, tavak, folyók) a kéreg és a légkör között helyezkedik el, jelentős hatást gyakorolva a bolygó klímájára és életlehetőségeire. A földszerű égitestek osztályozásánál korábban fontos szempont volt, hogy az átmérőjük és tömegük hasonló legyen a Földhöz, illetve az átlagos sűrűségük általában 3.9 és 5.5 g/cm³ között mozogjon. Napjainkban a fő kritérium, hogy az égitest szilárd anyagú, nem gázhalmazállapotú, és saját gravitációja közel gömb alakúvá formálja. Ez lehetővé teszi, hogy az égitest differenciált szerkezetű legyen, azaz kialakulhasson benne mag, köpeny és kéreg.
Történelmileg a belső Naprendszer négy bolygóját – a Merkúr, a Vénusz, a Föld és a Mars – sorolták a „kőzetbolygók” közé, de a planetológia fejlődésével további szilárd, differenciált égitesteket is gyakran vizsgálnak ebben a kontextusban. Ilyenek például a Plútó, a Föld Holdja, a Jupiter Io és Europa holdjai, valamint a nagyobb jeges holdak, mint a Ganymedes, a Kallisztó, a Titán és a Triton. Ezeknél a jeges holdaknál a vasmag hiányozhat, vagy kisebb lehet, illetve a szilikátköpeny helyét gyakran jégköpeny veszi át, de szerkezetük és geológiai fejlődésük tanulmányozása hasonlóságokat mutathat a klasszikus kőzetbolygókéval. Az aszteroidaöv nagyobb, differenciált égitestjei, például a Ceres törpebolygó és a Vesta, szintén ebbe a szélesebb kategóriába sorolhatók, mert saját gravitációjuk révén közel gömb alakúvá formálódtak és belső szerkezetük elkülönült rétegekre utal.
Az exobolygók esetében a Föld-szerűség megállapítása továbbra is jelentős kihívást jelent, mivel a jelenleg elérhető mérési módszerek pontossága és az adatok értelmezése korlátozott. Az új generációs űrtávcsövek és spektroszkópiai technikák fejlődésével azonban egyre részletesebb adatokat lehet szerezni a távoli kőzetbolygók tömegéről, sugaráról, sűrűségéről, légköréről és egyéb jellemzőiről, ami lehetővé teszi majd a Föld-szerűség pontosabb meghatározását a jövőben.
Föld-típusú bolygók a naprendszerben bélyegkép|A négy Föld-típusú bolygó méretarányosan képe (Merkúr, Vénusz, Föld, Mars)
A Föld-típusú bolygók megnevezéssel a Naprendszer négy szilárd felszínű bolygótestét foglaljuk egy csoportba: a Merkúrt, a Vénuszt, a Földet és a Marsot. Ezek a bolygók a Naprendszer belső régiójában helyezkednek el, és mindegyikük elsősorban kőzetekből és fémekből épül fel, viszonylag vékony légkörrel rendelkeznek (vagy, mint a Merkúr, szinte teljesen hiányzik a légkörük).
Ezek az égitestek számos közös tulajdonsággal rendelkeznek, amelyek megkülönböztetik őket a gázóriásoktól és a törpebolygóktól:
Általában nincsenek gyűrűik, és holdjaik száma is jóval kisebb, mint az óriásbolygóknak (a Földnek egy, a Marsnak kettő, a Merkúrnak és a Vénusznak egy sincs). Méretük és tömegük közepesnek számít a Naprendszerben: nagyobbak, mint a legtöbb törpebolygó, de lényegesen kisebbek és könnyebbek, mint a gázóriások. Felszínük szilárd, amelyet kráterek, hegyek, völgyek, vulkánok és egyéb geológiai képződmények tagolnak, és a felszíni aktivitás mértéke bolygónként eltérő. Mindegyiküknek differenciált belső szerkezete van: központi fémes mag, szilikátos köpeny és szilárd kéreg. Átlagos sűrűségük 3,9 és 5,5 g/cm³ között mozog. A felszínükön mért hőmérséklet, a légkör összetétele, valamint a felszíni viszonyok jelentős eltéréseket mutatnak, de mindannyian kőzetbolygók, amelyek vizsgálata kulcsfontosságú a bolygófejlődés és az élet lehetőségeinek megértésében.
Példák a naprendszeren kívül
Kepler-186f bélyegkép|A BD +14 4559 b exobolygó látképe a kőzetholdjáról nézve (művészi elképzelés)
A Kepler-186f egy M színképosztályba tartozó vörös törpe körül kering, körülbelül 580 fényév távolságban, a Hattyú csillagképben. Ez volt az első olyan Földhöz hasonló méretű exobolygó, amelyet egy másik csillag lakhatósági zónájában fedeztek fel. A Kepler-186f sugara nagyjából 1,1-szerese a Földének, tömege bizonytalanabb, de valószínűleg szintén valamivel nagyobb, ezért nagy valószínűséggel kőzetbolygó. A bolygó mintegy 64,6 millió kilométerre (kb. 0,43 CSE) kering központi csillagától, és egy teljes keringéshez 130 földi napra van szüksége. Bár a Kepler-186f közelebb van csillagához, mint a Föld a Naphoz, a vörös törpe kisebb fényessége miatt a bolygó kevesebb energiát kap (a földinek kb. 32%-át), így valószínűleg a lakható zóna külső, hűvösebb peremén helyezkedik el. Felszíni körülményeiről, légköréről vagy esetleges vízkészletéről egyelőre nincsenek közvetlen megfigyelési adatok, de a mérések alapján a Kepler-186f fontos példája a Földhöz hasonló méretű, potenciálisan lakható bolygók kutatásának a galaxisban.
Trappist-1 rendszer A mindössze 40 fényév távolságra található TRAPPIST-1 csillagrendszer az egyik legjelentősebb célpontja a földszerű exobolygók kutatásának. A rendszer központi csillaga egy ultra-hűvös vörös törpe, amely körül összesen hét ismert, Föld-méretű bolygó kering. Ezek közül legalább három – a Trappist-1 e, f és g – a lakhatósági zónában található, ahol elvileg folyékony víz is jelen lehet a felszínen, megfelelő légköri viszonyok esetén. A Trappist-1 rendszer bolygói tömegükben és átmérőjükben is nagyon hasonlóak a Földhöz, és egyes modellek szerint rendelkezhetnek légkörrel, illetve akár felszíni vagy felszín alatti óceánokkal is. A rendszer mérete sokkal kisebb, mint a Naprendszeré, a bolygók egymáshoz rendkívül közel helyezkednek el, keringési idejük csupán néhány naptól néhány hétig terjed. A vörös törpék, mint a Trappist-1, hosszú élettartamuk miatt stabil környezetet biztosíthatnak, így a körülöttük keringő bolygókon akár hosszabb időn át is fennmaradhatnának az élethez szükséges feltételek, bár a csillag erős flercsillag-aktivitása kihívást jelenthet. Michaël Gillon csillagász, a rendszer egyik felfedezője szerint a Trappist-1-hez hasonló rendszerek a legígéretesebb célpontok a földön kívüli élet keresésében. Az elmúlt években a Trappist-1 bolygóit számos műszerrel, köztük a James Webb-űrteleszkóppal is vizsgálták, de eddig még nem sikerült egyértelműen kimutatni légkörük vagy felszíni víz jelenlétét. A rendszer továbbra is kiemelt figyelmet élvez a kutatók körében, mivel a lakható zónában lévő bolygók száma és hasonlóságuk a Földhöz kivételes lehetőséget nyújt a potenciálisan lakható exobolygók tanulmányozására.
A kőzetbolygók típusai Szilikátbolygók bélyegkép|A Mars, az egyik szilikátbolygó a Naprendszerünkben
A szilikátbolygók, mint a Vénusz, a Föld és a Mars, a Naprendszerben ismert kőzetbolygók típusát képviselik. Ezek a bolygók főként szilikátokból, azaz szilícium- és oxigénvegyületekből épülnek fel, amelyek a kéreg és a köpeny fő alkotóelemei. Belső szerkezetük differenciált: központi fémes (főleg vas-nikkel) mag, szilikátos köpeny és szilárd kéreg található bennük. A vastag szilikátköpeny szerepe kulcsfontosságú a bolygó geológiai aktivitásában, például a vulkanizmusban, a lemeztektonikában (a Föld esetében) és a mágneses mező generálásában (ha a mag olvadt és a forgás megfelelő). A szilikátbolygók felszínét gyakran kráterek, hegységek, völgyek, lávafolyások és más geológiai formációk tagolják. Ezeken a bolygókon a légkör összetétele és sűrűsége eltérő lehet: a Földnél főként nitrogén és oxigén, a Vénusznál sűrű szén-dioxid, míg a Marson rendkívül ritka, főleg szén-dioxidból álló légkör található. A szilikátbolygók vizsgálata fontos szerepet játszik a bolygófejlődés, az életfeltételek és a lakhatósági zóna meghatározásában, mivel ezek képesek lehetnek támogatni a földi típusú élet kialakulását. A Föld, mint referencia-bolygó, lehetőséget ad a geológiai, klimatológiai és biológiai folyamatok összehasonlítására más szilikátbolygókkal, beleértve a felfedezett exobolygókat is, amelyek közül egyre többről derül ki, hogy méretük és sűrűségük alapján hasonlíthatnak a Naprendszer szilikátbolygóihoz.
Szénbolygók bélyegkép|A Ceres, a kisbolygóöv egyetlen törpebolygója