يقع في قلب مركز ناسا لمحاكاة المناخ (NCCS) - جزء من مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا - وهو اكتشف الحاسوب العملاق ، مجموعة مكونة من 129000 نواة من المعالجات المستندة إلى Linux. هذا الكمبيوتر العملاق ، القادر على إجراء 6.8 بيتافلوبس (6.8 تريليون) عملية في الثانية ، مكلف بتشغيل نماذج مناخية متطورة للتنبؤ بما سيبدو عليه مناخ الأرض في المستقبل.
ومع ذلك ، بدأت NCCS أيضًا في تكريس بعض قوة الحوسبة الفائقة لـ Discover للتنبؤ بالظروف التي قد تكون على أي من أكثر من 4000 كوكب تم اكتشافها خارج نظامنا الشمسي. لم تظهر هذه المحاكاة ذلك فقط يمكن أن تكون العديد من هذه الكواكب صالحة للسكن ، فهي دليل إضافي على أن مفاهيمنا عن 'القابلية للسكن' يمكن أن تستخدم إعادة التفكير.
على الرغم من العدد الهائل لاكتشافات الكواكب الخارجية التي حدثت في العقد الماضي أو نحو ذلك ، لا يزال العلماء مجبرين على الاعتماد على نماذج مناخية لتحديد أي منها يمكن أن يكون 'صالحًا للسكن'. في الوقت الحاضر ، يعد استكشاف هذه الكواكب عبر المركبات الفضائية غير عملي تمامًا بسبب المسافات الهائلة التي ينطوي عليها الأمر.
مجموعة الحوسبة الفائقة 'Discover' في مركز محاكاة المناخ التابع لناسا. الائتمان: NASA / GSFC / NSCC
كما تناولنا في مقال سابق ، سيستغرق الأمر تقريبًا 19000 و 81000 سنة للوصول إلى أقرب نظام نجمي (Alpha Centauri) باستخدام التكنولوجيا الحالية. بالإضافة إلى ذلك ، فإن المراقبة المباشرة للكواكب الخارجية ممكنة فقط في حالات نادرة باستخدام تلسكوبات اليوم ، والتي تتضمن عادةً كواكب ضخمة تدور حول نجومها على مسافة كبيرة. تميل هذه الكواكب إلى أن تكون عمالقة غازية وبالتالي فهي ليست مرشحة للحياة.
على أي حال ، وجد علماء الفلك أن جميع الكواكب التي تمت ملاحظتها خارج نظامنا الشمسي هي انتقائية في طبيعتها. بالنسبة للجزء الأكبر ، فإن 4108 كوكب خارجي التي تم تأكيدها حتى الآن كانت إما عمالقة غاز شبيهة بنبتون (1375) ، أو عمالقة غاز شبيهة بالمشتري (1293) ، أو أرض فائقة (1273). 161 فقط من الكواكب الخارجية كانت أرضية (المعروفة أيضًا باسم صخرية أو 'شبيهة بالأرض') في الطبيعة ، وكلها موجودة حول النجوم من النوع M (القزم الأحمر).
كما إليسا كوينتانا - عالم الفيزياء الفلكية جودارد التابع لناسا الذي قاد الفريق المسؤول عن اكتشاف Kepler-186f عام 2014 ، وهو أول كوكب بحجم الأرض في منطقة صالحة للسكن (HZ) - أوضح:
'لفترة طويلة ، كان العلماء يركزون حقًا على إيجاد أنظمة شبيهة بالشمس والأرض. هذا كل ما نعرفه. لكننا اكتشفنا أن هناك هذا التنوع المجنون في الكواكب. وجدنا كواكب صغيرة مثل القمر. وجدنا كواكب عملاقة. ووجدنا البعض يدور حول نجوم صغيرة ونجوم عملاقة ونجوم متعددة. '
رسم توضيحي لـ Kepler-186f ، وهو كوكب خارج المجموعة الشمسية تم اكتشافه مؤخرًا ، ومن المحتمل أن يكون شبيهًا بالأرض ويمكن أن يستضيف الحياة. حقوق الصورة: NASA Ames / SETI Institute / JPL-Caltech / T. بايل
كان اكتشاف الكواكب الأرضية التي تدور داخل المنطقة هرتز للأقزام الحمراء مصدر إثارة كبيرة في البداية. هذه النجوم ليست فقط هي الأكثر شيوعًا في كوننا - تمثل 85٪ من النجوم في مجرة درب التبانة وحدها - ولكن تم العثور على العديد منها في مدار حول النجوم القريبة من النظام الشمسي.
يتضمن هذا الكواكب الثلاثة التي تدور داخل منطقة هرتز ترابيست -1 (39.46 سنة ضوئية) و التالي ب ، أقرب كوكب خارجي إلى الأرض (يبعد 4.24 سنة ضوئية). لسوء الحظ ، تم إجراء العديد من الدراسات في السنوات الأخيرة التي أشارت إلى أن هذه الكواكب ستواجه صعوبة في الحفاظ على جو قابل للحياة بمرور الوقت.
ببساطة ، حقيقة أنها أصغر حجماً وأكثر برودة تعني أن الأقزام الحمراء لديها HZs أقرب بكثير إلى أسطحها. هذا يعني أن أي كوكب يدور حول قزم أحمر من المرجح أن يكون مقفلًا تدريجيًا معها ، مما يعني أن جانبًا واحدًا يواجه باستمرار نحو النجم وفي الطرف المستقبل لكل حرارة النجم ، والإشعاع ، والرياح الشمسية.
تعتمد إمكانية أن تكون هذه الكواكب صالحة للسكن أم لا على العديد من العوامل ، مثل وجود الغلاف الجوي الكثيف والغلاف المغناطيسي والوفرة الكيميائية المناسبة. بدلاً من رؤية الكواكب مباشرةً والتأكد من وجود هذه المكونات للحياة (ويعرف أيضًا باسم البصمات الحيوية) ، يعتمد العلماء على نماذج المناخ للمساعدة في البحث عن الكواكب الخارجية 'التي يحتمل أن تكون صالحة للسكن'.
انطباع الفنان عن DG CVn ، وهو ثنائي قريب يتكون من نجمين قزم أحمر. ائتمانات: NASA / GSFC
وفق كارل ستابلفيلدت ، كبير علماء الكواكب الخارجية في وكالة ناسا ومقره في مختبر الدفع النفاث ، فإن القدرة على نمذجة المناخات على الكواكب الأخرى ضرورية للغاية لمستقبل استكشاف الفضاء. قال: 'النماذج تقدم تنبؤات محددة وقابلة للاختبار لما يجب أن نراه'. 'هذه مهمة جدًا لتصميم تلسكوباتنا المستقبلية واستراتيجيات المراقبة.'
ببساطة ، تتضمن نمذجة المناخ إنشاء محاكاة لما سيكون عليه مناخ الأرض (أو كوكب آخر) بناءً على ظروف محددة و / أو تغير بيئي. لسنوات ، كان يؤدي هذا العمل أنتوني ديل جينيو ، عالم مناخ الكواكب المتقاعد حديثًا في معهد جودارد لدراسات الفضاء التابع لناسا. خلال حياته المهنية ، أجرى Del Genio عمليات محاكاة مناخية تشمل الأرض والكواكب الأخرى (بما في ذلك Proxima b).
للتلخيص ، فإن Proxima b هو نفس حجم الأرض تقريبًا و 1.3 مرة على الأقل من الكتلة. يدور حول نجمه (Proxima Centauri) مرة كل 11.2 يومًا من أيام الأرض وعلى مسافة 0.05 AU (5٪ المسافة بين الأرض والشمس). على هذه المسافة ، من المحتمل أن يكون الكوكب مغلقًا جاذبيًا مع نجمه ، مع تعرض أحد جوانبه باستمرار لإشعاع النجم الشديد. في الوقت نفسه ، يتعرض الآخر لظلام دائم ودرجات حرارة متجمدة.
ومع ذلك ، قام فريق Del Genio مؤخرًا بمحاكاة المناخات المحتملة على Proxima b مرة أخرى لمعرفة كم سينتج عنه بيئة دافئة ورطبة قادرة على دعم الحياة. ومن المثير للاهتمام ، هذه المحاكاة أظهر أن كواكب مثل Proxima b يمكن أن تكون صالحة للسكن على الرغم من كونها مغلقة تدريجيًا مع تعرض أحد جوانبها لكميات كبيرة من الإشعاع.
انطباع الفنان عن كوكب Proxima b الذي يدور حول النجم القزم الأحمر Proxima Centauri ، أقرب نجم إلى المجموعة الشمسية. الائتمان: ESO / M. كورنميسر
لإجراء هذه المحاكاة ، استخدم فريق Del Genio الكمبيوتر الفائق Discover لتشغيل محاكي كوكبي طوروه بأنفسهم - أطلق عليه ROCKE-3D . تعتمد هذه المحاكاة على نسخة من نموذج مناخ الأرض الذي تم تطويره لأول مرة في السبعينيات من القرن الماضي والذي قاموا بترقيته لمحاكاة المناخات على الكواكب الأخرى ، استنادًا جزئيًا إلى أنواع المدارات التي قد تكون لديهم وتكوين الغلاف الجوي الخاص بهم.
لكل محاكاة ، قام فريق Del Genio بتغيير الظروف على Proxima b لمعرفة كيف ستؤثر على مناخها. وشمل ذلك تعديل أنواع وكميات الغازات الدفيئة في الغلاف الجوي ، وعمق المحيطات وحجمها وملوحتها ، ونسبة اليابسة إلى الماء. من هذا المنطلق ، كانوا قادرين على رؤية كيفية دوران الغيوم والمحيطات وكيف سيتفاعل الإشعاع القادم من شمس الكوكب مع الغلاف الجوي وسطح بروكسيما ب.
ووجدوا أن الطبقة السحابية الافتراضية لبروكسيما ب ستعمل كدرع يحرف إشعاع الشمس عن السطح ويخفض درجة الحرارة على الجانب المواجه للشمس من بروكسيما ب. هذا يتوافق مع البحث الذي أجراه العلماء مع تعاون البائعين في بيئات الكواكب الخارجية (SEEC) في Goddard التابع لناسا والذي أظهر كيف يمكن أن يشكل Proxima b غيومًا ضخمة جدًا بحيث تغطي السماء بأكملها.
كما رافي كوبارابو أوضح عالِم الكواكب في وكالة ناسا جودارد ، والذي قام أيضًا بنمذجة المناخات المحتملة للكواكب الخارجية ، ما يلي:
'إذا كان كوكب ما منغلقًا جاذبيًا ويدور ببطء على محوره دائرة من الغيوم تتشكل أمام النجمة ، وتشير دائمًا نحوها. هذا يرجع إلى القوة المعروفة باسم تأثير كوريوليس ، والتي تسبب الحمل الحراري في الموقع حيث يقوم النجم بتسخين الغلاف الجوي. تظهر النمذجة لدينا أن Proxima b يمكن أن يبدو هكذا '.
انطباع الفنان عن سطح كوكب Proxima b الذي يدور حول النجم القزم الأحمر Proxima Centauri. النجمة المزدوجة Alpha Centauri AB مرئية في الجزء العلوي الأيمن من Proxima نفسها. الائتمان: ESO
جنبًا إلى جنب مع دوران المحيط ، فإن هذه الدائرة من الغيوم تعني أيضًا أن الهواء الدافئ والماء يمكن أن ينتقلوا إلى الجانب المظلم من Proxima b ، وبالتالي تحقيق نقل الحرارة وجعل الكوكب بأكمله أكثر ملاءمة. قال Del Genio: 'لذلك لا تحافظ فقط على الغلاف الجوي في الجانب الليلي من التجمد ، بل تصنع أجزاء على الجانب الليلي تحافظ على الماء السائل على السطح ، على الرغم من أن تلك الأجزاء لا ترى ضوءًا'.
بالإضافة إلى تدوير الحرارة والحفاظ عليها ، فإن الغلاف الجوي وتيارات المحيط مسؤولة أيضًا عن توزيع الغازات والعناصر الكيميائية الضرورية للحياة كما نعرفها - على سبيل المثال ، غاز الأكسجين وثاني أكسيد الكربون والميثان وما إلى ذلك ، تُعرف هذه باسم 'البصمات الحيوية' لأنها ضرورية للحياة هنا على الأرض أو مرتبطة بعمليات بيولوجية.
ومع ذلك ، 'كما نعرفها' هي الكلمة الأساسية هنا. في الوقت الحاضر ، لا تزال الأرض هي الكوكب الوحيد المعروف القابل للسكن ، وأشكال الحياة المختلفة التي تدعمها هي الأمثلة الوحيدة التي نعرفها. على هذا النحو ، فإن البحث عن الحياة خارج الأرض يقتصر حاليًا على البحث عن البصمات الحيوية الضرورية (والمرتبطة بأشكال الحياة المعروفة). هذا ما نسميه 'نهج الفاكهة المتدلية'.
علاوة على ذلك ، تطورت الأرض بشكل كبير خلال المليارات القليلة الماضية ، كما تطورت أشكال الحياة التي سمتها موطنها. في حين أن غاز الأكسجين ضروري لمخلوقات الثدييات اليوم ، فقد يكون سامًا لبكتيريا التمثيل الضوئي التي ازدهرت في الغلاف الجوي الذي يغلب عليه ثاني أكسيد الكربون وغاز النيتروجين الذي كان موجودًا على الأرض منذ مليارات السنين.
لذا ، في حين أن هذا النوع من النمذجة لا يمكن الجزم بما إذا كان كوكب ما مسكونًا ، فمن المؤكد أنه يمكن أن يساعد في تضييق نطاق البحث من خلال إظهار المرشحين الذين يمثلون أهدافًا واعدة لعمليات الرصد اللاحقة. قال ديل جينيو: 'في حين أن عملنا لا يمكن أن يخبر المراقبين ما إذا كان أي كوكب صالحًا للسكن أم لا ، يمكننا إخبارهم ما إذا كان كوكب ما في وسط المدى المتوسط من المرشحين الجيدين لمزيد من البحث'.
سيكون هذا مفيدًا بشكل خاص في السنوات القادمة عندما تنتقل تلسكوبات الجيل التالي إلى الفضاء. وتشمل هذه تلسكوب جيمس ويب الفضائي ، والتي من المقرر إطلاقها في عام 2021 ، و تلسكوب فضائي واسع المجال يعمل بالأشعة تحت الحمراء (WFIRST) ، التي ستطلق في عام 2023. جنبًا إلى جنب مع المراصد الأرضية مثل تلسكوب كبير للغاية (ELT) ، ستسمح هذه الأدوات للعلماء برصد الكواكب الأصغر مباشرة لأول مرة.
كورونوغرافات مثل ستارشادي سيحدث أيضًا فرقًا كبيرًا من خلال إغراق الضوء من النجوم ، والذي بخلاف ذلك يحجب الضوء المنعكس من الغلاف الجوي للكوكب. تعني هذه التطورات وغيرها أن علماء الفلك سيكونون قادرين على دراسة الغلاف الجوي للكواكب الخارجية الصخرية أيضًا ، مما سيسمح لهم في النهاية بالقول بثقة أي الكواكب 'يحتمل أن تكون صالحة للسكن'.
تأكد من إطلاعك على هذه الرسوم المتحركة لما قد يبدو عليه مناخ بروكسيما بي ، بإذن من فريق Del Genio ومركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا:
قراءة متعمقة: ناسا
