به گزارش ایسنا، یک سیاره سنگی که در منطقه قابلسکونت یک ستاره خورشیدمانند قرار دارد، شاید در نگاه اول مکانی ایدهآل برای شکوفایی حیات به نظر برسد؛ اما اگر آن سیاره بیش از حد کوچک باشد و نتواند جو خود را حفظ کند، حیات در آن تشکیل نخواهد شد.
به نقل از اسپیس، در همین راستا این سوال مطرح میشود که زمین تا چه اندازه میتوانست کوچکتر شود و همچنان جو قابلتنفس خود را حفظ کند؟ یا به بیان دیگر، یک سیاره فراخورشیدی تا چه اندازه میتواند کوچک باشد و همچنان قادر به پشتیبانی از حیات، آنگونه که ما میشناسیم، باشد؟
با در نظر گرفتن این پرسشها، میشل هیل، دانشمند علوم سیارهای در دانشگاه کالیفرنیا، ریورساید، به همراه همکارانش به تازگی شبیهسازی کردند که برای جو سیارههای سنگی با اندازههای مختلف چه اتفاقی میافتد. سیارههای شبیهسازی شده از نظر ترکیب به زمین شباهت داشتند و در منطقه قابل سکونت ستارههایی مشابه خورشید قرار گرفته بودند.
نتایج نشان داد که اگر سیارهای بخواهد به اندازه کافی، یعنی دستکم چند میلیارد سال، جو خود را حفظ کند تا حیات فرصت شکلگیری پیدا کند، باید دست کم هماندازه مریخ باشد.
محدود کردن دامنه جستوجوی حیات
منطقه قابلسکونت، یعنی ناحیهای پیرامون یک ستاره که دما در آن برای وجود آب مایع روی سطح سیاره مناسب است، یکی از مهمترین اهداف در جستوجوی حیات فرازمینی به شمار میرود. اما این منطقه در عین حال محیطی دشوار برای بقای جو سیارهها است؛ زیرا هرچه سیاره به ستاره نزدیکتر باشد، تابشها و بادهای ستارهای با شدت بیشتری تلاش میکنند جو آن را از بین ببرند.
به همین دلیل، هیل و همکارانش شبیهسازی کردند که سیارههای سنگی مشابه زمین با اندازههای مختلف، در منطقه قابلسکونت ستارهای شبیه خورشید، چه مدت میتوانند جو خود را حفظ کنند. به عبارت دیگر، زمین تا چه اندازه میتوانست کوچکتر باشد و همچنان جو خود را حفظ کند؟
پاسخ این بود که سیارهای که بتواند در بلندمدت جو خود را حفظ کند، باید حدود ۸۰ درصد قطر زمین را داشته باشد؛ هرچند از نظر تئوری این مقدار میتواند تا حدود ۶۰ درصد قطر زمین نیز کاهش یابد. این یافته به اخترزیستشناسان کمک میکند تا در جستوجوی سیارههای قابلسکونت و نشانههای حیات فرازمینی، اهداف مناسبتری را انتخاب کنند.
به بیان دیگر، اخترزیستشناسان اکنون تقریبا با تعداد بیش از حدی از سیارههای بالقوه روبهرو هستند، اما زمان کافی برای رصد همه آنها با تلسکوپها وجود ندارد؛ بنابراین زمان آن رسیده است که دامنه جستوجو محدود شود.
یکی از راههای انجام این کار، شناسایی سیارههایی است که بیشترین احتمال سکونتپذیری را دارند و برای حیات، آنگونه که ما میشناسیم، سکونتپذیری مستلزم وجود جو است.
شبیهسازی جو و آتشفشانها
مدل «سکونتپذیری سیارههای کوچکتر از زمین» که توسط هیل و همکارانش توسعه یافته، سرنوشت جو نسخههای دیجیتالی از زمین را شبیهسازی میکند.
برخی از این سیارههای مجازی دقیقا مانند زمین هستند، اما اندازه کوچکتری دارند و ترکیب شیمیایی، نسبت هسته، گوشته و پوسته آنها مشابه زمین است. برخی دیگر میزان کربن متفاوت، هستههای بزرگتر یا کوچکتر، یا دمای اولیه متفاوتی دارند.
این مدل، سرنوشت این سیارهها را طی چند میلیارد سال بر اساس دو عامل دنبال میکند: سرعت از دست رفتن گازهای جو بر اثر باد و تابش ستارهای و سرعت آزاد شدن گازها که عمدتا دیاکسید کربن هستند از طریق فورانهای آتشفشانی برای جایگزینی گازهای ازدسترفته.
همین مدل نشان داد که نسخه کوچکشدهای از زمین برای حفظ بلندمدت جو باید دستکم ۸۰ درصد قطر واقعی زمین، معادل ۰٫۸ شعاع زمین را داشته باشد. سیارههای کوچکتر معمولا گازهای جو خود را سریعتر از آنچه آتشفشانها بتوانند آن را جایگزین کنند، از دست میدهند.
پژوهشگران با تغییر برخی ویژگیهای زمین موفق شدند شرایطی ایجاد کنند که سیارههایی با اندازهای معادل تنها ۰٫۶ شعاع زمین نیز بتوانند جو پایداری داشته باشند.
عامل کلیدی، کربن بود. سیارههایی که در گوشته خود کربن بیشتری دارند، هنگام فورانهای آتشفشانی دیاکسید کربن بیشتری آزاد میکنند و همین عامل، پس از اندازه سیاره، مهمترین نقش را در حفظ جو ایفا میکند.
البته این سناریو صرفا بهترین حالت برای برخی اشکال نسبتا ساده حیات محسوب میشود و لزوما برای همه انواع حیات مناسب نیست.
برای آنکه مقدار کربن بتواند تاثیر قابلتوجهی بر سرنوشت جو یک سیاره بگذارد، لازم است سیاره بسیار بیشتر از زمین کربن داشته باشد؛ اما از آنجا که از نظر تئوری تشکیل چنین سیارهای ممکن است، این یافته ارزشمند است.
سیارههایی که هسته کوچکتر و در نتیجه گوشته ضخیمتری دارند نیز در حفظ جو موفقتر عمل میکنند. همچنین وجود مقدار بیشتری عناصر پرتوزا که با واپاشی خود گرما تولید میکنند، باعث میشود گوشته مدت بیشتری مذاب باقی بماند و آتشفشانها برای مدت طولانیتری فعال باشند.
جالب اینکه آغاز با گوشتهای سردتر نیز به حفظ جو کمک میکند؛ موضوعی که در نگاه اول عجیب به نظر میرسد. شاید تصور شود گوشته داغتر باید گازهای بیشتری آزاد کند، اما گوشته سردتر دیرتر وارد مرحله فورانهای شدید میشود و در نتیجه مخزن گازهای خود را تا زمانی حفظ میکند که ستاره میزبان به سن بیشتری برسد و آرامتر شود. با این حال، هنوز برای سیارههای کوچکتر نیز امید وجود دارد.
حتی سیارههایی که جو اولیه خود را به طور کامل از دست میدهند و فرصت جایگزینی تدریجی آن با گازهایی مانند دیاکسید کربن و متان را پیدا نمیکنند، ممکن است بعدا بتوانند جو جدیدی تشکیل دهند.
هیل و همکارانش پیشنهاد میکنند برخورد دنبالهدارها و سیارکها میتواند عناصری مانند هیدروژن، اکسیژن و کربن را به این سیارهها منتقل کند. این عناصر سپس میتوانند با یکدیگر ترکیب شده و انواع مختلفی از گازهای جوی را تشکیل دهند.
چنین برخوردهایی بهویژه اگر در مراحل پایانی عمر منظومه و پس از پایان دوره فعالیت شدید ستاره رخ دهند، میتوانند بسیار مؤثر باشند.
گام بعدی چیست؟
در آینده، پژوهشگران قصد دارند با استفاده از این مدل، سیارههایی را بررسی کنند که به دور ستارههای کوچکتر و سردتر موسوم به کوتولههای سرخ میگردند.
حدود ۷۵ درصد ستارههای کهکشان راه شیری از نوع کوتوله سرخ هستند و نور کم آنها باعث میشود تلسکوپهایی مانند تلسکوپ فضایی جیمز وب بتوانند نور ستاره را که از میان جو سیارههای عبوری میگذرد، با دقت بیشتری بررسی کنند.
هیل و همکارانش همچنین قصد دارند بررسی کنند که جو سیارههای قفل شده از جزرومدی که سیارههایی هستند که یک سمت آنها همواره رو به ستاره است، چگونه تکامل مییابد.
- 16
- 6
