لكي يتم اعتبار الكوكب صالحًا للسكنى ، يحتاج إلى مياه سائلة. تحتاج الخلايا ، وهي أصغر وحدة في الحياة ، إلى الماء للقيام بوظائفها. لكي توجد المياه السائلة ، يجب أن تكون درجة حرارة الكوكب صحيحة. لكن ماذا عن حجم الكوكب؟
بدون كتلة كافية لن يكون لدى الكوكب ما يكفي من الجاذبية للاحتفاظ بمياهه. تحاول دراسة جديدة فهم كيفية تأثير الحجم على قدرة كوكب ما على التمسك بمياهه ، ونتيجة لذلك ، قابليته للحياة.
إن مسألة ما يمكن أن يجعل كوكبًا صالحًا للسكن هو نقاش مستمر. ليس فقط للكواكب الخارجية ، ولكن لبعض الأقمار في مستقبل نظامنا الشمسي. يمتلك العلماء فكرة جيدة عن مقدار الطاقة التي يحتاجها كوكب ما من نجمه للحفاظ على الماء السائل. أدى ذلك إلى ظهور الفكرة الشعبية لـ ' منطقة المعتدل ، 'أو المنطقة الصالحة للسكن في محيط النجم ، نطاق من القرب الذي لا يكون قريبًا جدًا ولا بعيدًا جدًا عن نجم لاستمرار المياه السائلة على كوكب ما.
مع تزايد البحث عن الكواكب الخارجية في المناطق الصالحة للسكن ، ومع حصولنا على تلسكوبات وتقنيات أفضل لدراسة الكواكب الخارجية بمزيد من التفصيل ، يحتاج العلماء إلى مزيد من القيود على الكواكب التي تنفق موارد المراقبة عليها. كما توضح هذه الورقة ، يمكن أن تكون كتلة الكوكب مرشحًا مفيدًا.
الورقة الجديدة بعنوان ' تطور الغلاف الجوي على عوالم مائية منخفضة الجاذبية . ' تم نشره في مجلة الفيزياء الفلكية. المؤلف الرئيسي هو Constantin W. Arnscheidt ، طالب تخرج في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.
للحفاظ على الماء السائل على سطحه ، والغلاف الجوي ، يجب أن يكون للكواكب الخارجية أو القمر الخارجي كتلة كافية ، وإلا فإن الماء والغلاف الجوي سينجرفان ببساطة إلى الفضاء. وعليها أن تحتفظ بمياهها لفترة كافية لتظهر الحياة. يستخدم علماء الفلك رقمًا تقريبيًا لمليار سنة من أجل حدوث ذلك.
قال كونستانتين أرنسشيدت ، المؤلف الأول للورقة البحثية: 'عندما يفكر الناس في الحواف الداخلية والخارجية للمنطقة الصالحة للسكن ، فإنهم يميلون إلى التفكير فيها مكانيًا فقط ، وهذا يعني مدى قرب الكوكب من النجم'. 'ولكن في الواقع ، هناك العديد من المتغيرات الأخرى لصلاحية السكن ، بما في ذلك الكتلة. يمنحنا تحديد حد أدنى لصلاحية السكن من حيث حجم الكوكب قيدًا مهمًا في بحثنا المستمر عن الكواكب الخارجية الصالحة للسكن والأقمار الخارجية '.
منطقة 'المعتدل' حول النجم هي المكان الذي لا يكون فيه الكوكب حارًا جدًا ولا باردًا جدًا بحيث لا يدعم الماء السائل. لكن بحثًا جديدًا يُظهر أن الكواكب لا يجب أن تكون في نطاق القرب الصحيح فقط حتى يمكن اعتبارها صالحة للسكن ، بل يجب أن يكون لها كتلة كافية. رسم توضيحي لـ Petigura / UC Berkeley ، هوارد / UH-Manoa ، Marcy / UC Berkeley.
يعتمد حجم ومدى المنطقة الصالحة للسكن على النجم. نجم أصغر وأقل نشاطًا مثل قزم أحمر يخلق منطقة صالحة للسكن أقرب إلى نفسه من نجم أكبر مثل شمسنا. هذا مفهوم جيداً. إذا كان الكوكب بعيدًا جدًا عن النجم ، فإن الماء يتجمد. قريبًا جدًا ، ويحدث تأثير الدفيئة الجامح ، ويتحول الماء إلى بخار ، ويمكن أن يغلي بعيدًا في الفضاء.
ولكن بالنسبة للكواكب الصغيرة منخفضة الكتلة ، هناك المزيد مما يحدث. قد يكونون قادرين على مقاومة تأثير الاحتباس الحراري الجامح.
مع ارتفاع درجة حرارة كوكب منخفض الكتلة ، يتمدد الغلاف الجوي. يصبح أكبر بالنسبة لحجم الكوكب الذي يحيط به. وهذا له تأثيران: زيادة حجم السطح يعني أن الغلاف الجوي يمكنه امتصاص طاقة أكثر مما كان عليه في السابق ، ويمكنه أيضًا أن يشع طاقة أكثر مما كانت عليه من قبل.
النتيجة الإجمالية لهذا ، وفقًا للباحثين ، هي أن الغلاف الجوي الموسع يوقف تأثير الاحتباس الحراري الجامح ، ويمكنهم الحفاظ على سطح الماء السائل. هذا يعني أنه يمكن أن يكونوا أقرب إلى نجمهم دون أن يفقدوا مياههم ، وبالتالي توسيع منطقة Goldilocks للكواكب الخارجية الأصغر.
هناك حدود بالطبع. إذا كان الكوكب منخفض الكتلة صغيرًا جدًا ، فلن يكون لديه ما يكفي من الجاذبية ، وسيتم تجريد الغلاف الجوي ، وإما أن يتم تجريد الماء منه ، أو تجميده على السطح. هذا يعني أن آفاق الحياة قاتمة. يقول الباحثون إن هناك حدًا أدنى حرجًا لكون كوكب صالحًا للسكن. هذا يعني أنه ليس هناك نطاق قريب من النجم فقط يحدد قابلية الكوكب للسكن ، بل هناك حد للحجم.
ببساطة ، يمكن أن يكون الكوكب صغيرًا جدًا بحيث لا يمكن العيش فيه ، حتى لو كان في منطقة Goldilocks.
يوضح هذا الرسم التوضيحي الحد الأدنى لصلاحية السكن من حيث كتلة الكوكب. إذا كانت كتلة الجسم أصغر من 2.7 في المائة من كتلة الأرض ، فسوف يهرب غلافه الجوي قبل أن تتاح له الفرصة لتطوير سطح الماء السائل (رسم توضيحي من Harvard SEAS).
هذا الحجم الحرج ، وفقًا لأرنشيدت ومؤلفي الدراسة الآخرين ، هو 2.7 بالمائة من كتلة الأرض. يقولون إن أي حجم أصغر من ذلك ، ولن يكون الكوكب ببساطة قادرًا على التمسك بغلافه الجوي ومياهه لفترة كافية لظهور الحياة. بالنسبة إلى السياق ، يمثل القمر 1.2٪ من كتلة الأرض ، وعطارد 5.53٪.
يستخدم الباحثون الكواكب الشبيهة بالمذنبات كمثال. تحتوي المذنبات على الكثير من المياه ، والتي تتسامي عندما تقترب من الشمس. لكنهم يفتقرون إلى الكتلة المطلوبة للاحتفاظ بهذا البخار ، ولا يمكنهم أبدًا تكوين غلاف جوي. يضيع الماء في الفضاء. لذا فإن الكوكب الصغير جدًا ، حتى لو كان به الكثير من الماء ، لن يتمسك به أبدًا.
استخدم الباحثون نماذج لتقدير المنطقة الصالحة للسكن للكوكب ذي الكتلة المنخفضة حول نوعين مختلفين من النجوم: نجم من النوع M أو نجم قزم أحمر ونجم من النوع G مثل شمسنا.
رسم توضيحي لفنان لكوكب خارج المجموعة الشمسية وقمره يدور حول نجم قزم أحمر. بواسطة ناسا / مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية / د. Aguilar - http://www.nasa.gov/sites/default/files/reddwarfplanet_cfa_full_1.jpg ، المجال العام ، https://commons.wikimedia.org/w/index.php؟curid=31666101
ربما قاموا أيضًا بحل مسألة أخرى طويلة الأمد تتعلق بإمكانية السكن في نظامنا الشمسي. أقمار المشتري جانيميد و كاليستو ، و أوروبا كلها تحتوي على الكثير من الماء السائل ، محاصرة تحت طبقات من الجليد. تساءل علماء الفلك عما إذا كانت ستكون صالحة للسكن عندما تشع الشمس المزيد من الطاقة في مرحلة ما في مستقبلها النجمي. لكن وفقًا لعمل المؤلفين ، فإنهم يفتقرون إلى الكتلة اللازمة للاحتفاظ بهذا الماء ، حتى لو أصبحوا دافئًا بدرجة كافية. يقترب جانيميد من كتلة الأرض بنسبة 2.5٪ ، لكنه صغير بما يكفي ليكون 'شبيهاً بالمذنب' ويفقد كل ما به من مياه في الفضاء.
”كتلة منخفضة عوالم مائية هي إمكانية رائعة في البحث عن الحياة ، وتوضح هذه الورقة مدى الاختلاف المحتمل بين سلوكهم وسلوك الكواكب الشبيهة بالأرض. ' الدراسة. 'بمجرد أن تصبح الملاحظات لهذه الفئة من الكائنات ممكنة ، سيكون من المثير محاولة اختبار هذه التنبؤات مباشرة.'
كما اتضح ، الأرض ليست فقط المسافة الصحيحة من الشمس لتكون صالحة للسكن ، ولكن كوكبنا يقع أيضًا في النطاق الكتلي الصحيح. الائتمان: ناسا مركز جودارد لرحلات الفضاء
وضع الباحثون بعض الافتراضات اللازمة في عملهم. لقد افترضوا أن الغلاف الجوي لعوالمهم منخفضة الكتلة كان بخار ماء نقي. وافترضوا أيضًا أن الماء ثابت عند 40٪ من كتلة الكوكب. كما تجاهلوا بعض العوامل الأخرى ، مثل ركوب ثاني أكسيد الكربون والغطاء السحابي وكيمياء المحيطات. هناك ببساطة العديد من المتغيرات التي يمكن نمذجتها في هذه المرحلة من عملهم.
يتناول المؤلفون أيضًا فكرة السكن exomoons بدلا من الكواكب الخارجية. من المتصور أنه في أنظمة شمسية أخرى ، من المحتمل أن تكون الأقمار صالحة للسكن أكثر من الكواكب. في هذه الحالة ، تلعب عوامل أخرى دور ، مثل قوى المد والجزر. يمكن أن يكون ذلك صحيحًا بشكل خاص حولها نوع M. النجوم أو الأقزام الحمراء. وذلك لأن المنطقة الصالحة للسكن حول هذه النجوم منخفضة الطاقة هي بالفعل أقرب إلى النجم منها حول أ نوع G نجمة مثل شمسنا. قد تقضي قوى الجاذبية المجمعة للقمر الخارجي وكوكبه والنجم على قابلية السكن تمامًا.
كما أنهم يعترفون ببعض من مجموعة متنوعة من العوامل الأخرى التي تؤثر على صلاحية السكن. على سبيل المثال ، على الرغم من أن أقمار مثل جانيميد قد تكون صغيرة جدًا بحيث لا يمكن أن تكون صالحة للسكن في نموذجهم ، فقد تكون الحياة في محيطاتهم الجوفية ، حيث يتم منع المياه من الهروب بواسطة طبقة سميكة من الجليد.
هناك الكثير من العمل الذي يتعين القيام به فيما يتعلق بتحديد صلاحية السكن. كما يقول المؤلفون في ورقتهم ، 'يمكن لمزيد من العمل النظر في نماذج أكثر تعقيدًا للهروب الهيدروديناميكي.' يوجد تنوع وتعقيد في الكواكب الخارجية أكثر مما نعرفه الآن ، ولكن هذه الدراسة تبدأ في معالجة بعض منها.
أكثر:
- خبر صحفى: منطقة المعتدل لحجم الكوكب
- ورقة ابحاث: تطور الغلاف الجوي على عوالم مائية منخفضة الجاذبية
- الكون اليوم: ما هي المناطق الصالحة للسكن الأفضل للبحث الفعلي عن الحياة؟
