هل الغلاف الجوي الشبيه بالأرض نادر؟

الأرض وكوكب أكبر مع محيط حيوي يشبه الأرض (الغيوم والمحيطات مرئية).

مفهوم الفنان لـ Kepler-442b (يسار) على عكس الأرض. تبلغ كتلة هذا الكوكب الخارجي الصخري القابل للسكن حوالي ضعف كتلة الأرض. إنه العالم الوحيد الذي تم اكتشافه حتى الآن والذي قد يكون قادرًا على الحفاظ على سطح وجو وغلاف مائي يدعم الحياة على غرار كوكب الأرض. الصورة عبر Ph03nix1986 /ويكيميديا ​​كومنز.

مع تنوع الحياة المذهل ، تعتبر الأرض فريدة من نوعها في نظامنا الشمسي. ولكن ما مدى ندرة وجود الأرضالمحيط الحيوي- الطبقة الرقيقة من عالمنا التي تدعم الحياة ، وتمتد عالياً في غلافنا الجوي وفي أعماق محيطاتنا - في منطقتنادرب التبانةالمجرة؟ علماء الفلك يكتشفون الآنالكواكب الخارجية، أو العوالم التي تدور حول النجوم البعيدة ، بالآلاف. يقدرون أن هناك مليارات من العوالم الخارجية في مجرتنا وحدها. بالتأكيد ، يجب أن تعج المجرة بالحياة. أو هو؟ يشير باحثون في جامعة نابولي بإيطاليا إلى غير ذلك. تشير دراستهم الجديدة إلى أن الغلاف الجوي الشبيه بالأرض على الكواكب الخارجية الصالحة للسكن قد يكون نادرًا.

الباحثوننشرتهممراجعة الأقرانالنتائج في مايو فيالإخطارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية.

غلاف حيوي شبيه بالأكسجين

تركز الدراسة على ظروف شبيهة بالأرض حيث يعتمد على الأكسجينالبناء الضوئييمكن أن يحدث. كما نعلم من عالمنا ، يمكن أن تسمح هذه الظروف أيضًا بتطور حياة أكثر تعقيدًا. هذه العملية تسمىالتمثيل الضوئي الأكسجين، حيث تقوم النباتات على الأرض بتحويل الضوء وثاني أكسيد الكربون إلى أكسجين ومغذيات. على النحو المبين فيورق:

التمثيل الضوئي بالأكسجين هو أهم عملية كيميائية حيوية في الغلاف الحيوي للأرض ومن المحتمل أن يكون شائعًا جدًا على الكواكب الأرضية الأخرى الصالحة للسكن ، نظرًا للتوافر العام لمكوناته الكيميائية المدخلة والضوء كمصدر للطاقة. لذلك من المهم تقييم الإمكانية الفعالة لعملية التمثيل الضوئي الأكسجين على الكواكب حول النجوم كدالة لنوعها الطيفي وفصل الكوكب عن النجوم.

تم وضع علامات على العديد من الكواكب الصخرية الصغيرة ، بما في ذلك الأرض والمريخ ، مع مقياس نبتون والمشتري.

هذه هي القائمة الحالية للكواكب الخارجية التي يحتمل أن تكون صالحة للسكن ، من كتالوج الكواكب الخارجية الصالحة للسكن (إجمالي جميع الكواكب الخارجية الصالحة للسكن يبلغ 60). في الوقت الحالي ، يُعتقد أن Kepler-442b فقط ربما تتلقى طاقة كافية من نجمها لمحيط حيوي شبيه بالأرض. صورة عبرمختبر الكواكب للسكنية/ جامعة بورتوريكو أريسيبو.

لا يكفي الإشعاع النجمي

ولكن ما مدى سهولة حدوث ذلك في عوالم أخرى يحتمل أن تكون صالحة للسكن؟ كل ذلك له علاقة بكمية الإشعاع النجمي - التي تسمى الإشعاع النشط الضوئي (عبر) - يستقبل الكوكب من نجمه. إذا كان هناك القليل من الإشعاع ، فإنه يجعل بدء عملية التمثيل الضوئي أكثر صعوبة. من الورق:



نحن نهدف إلى تقدير تدفق الفوتون ، وحماس، والكفاءة الشديدة للإشعاع في نطاق الطول الموجي مفيدة لعملية التمثيل الضوئي الأكسجين كدالة لدرجة الحرارة الفعالة للنجم المضيف وفصل الكوكب عن النجوم. نحسب هذه الكميات بشكل تحليلي ونقارن نتائجنا بالتقديرات الخاصة بالعينة الصغيرة من الكواكب الشبيهة بالأرض المعروفة ، ونجد أن الطاقة المفرطة هي دالة متزايدة لدرجة حرارة النجم الفعالة ، ضمن النطاق 2600-7200 كلفن [2300-7000 درجة مئوية أو 3700-12500 فهرنهايت]. يعتمد ذلك على كل من الفصل بين النجم والكوكب ودرجة الحرارة الفعالة للنجم. قد تكون الغلاف الجوي على الكواكب الخارجية حول النجوم الباردة محدودة الضوء بشكل عام. حتى الآن ، لم نلاحظ وجود كواكب أرضية مماثلة للأرض من حيث تدفق الفوتون المفيد ، والطاقة ، والكفاءة المفرطة.

رجل واقف بيد واحدة على ذقنه وواحدة على وركه ، وخلفه طاولة وسبورة.

قاد الدراسة الجديدة جيوفاني كوفوني من جامعة نابولي بإيطاليا. صورة عبرINFN.

يحتاج الكوكب إلى تلقي ما يكفي من الإشعاع النجمي للكائنات الحية لتكون قادرة على إنتاج العناصر الغذائية والأكسجين الجزيئي بكفاءة. النجوم التي تكون نصف درجة حرارة الشمس فقط لا تنتج ما يكفي من الإشعاع. لا يزال من الممكن حدوث عملية التمثيل الضوئي على الكواكب التي تدور حول مثل هذه النجوم ، لكن نمو الغلاف الحيوي سيكون محدودًا.

النجوم الأكثر برودة وسخونة لديها مشاكل أيضًا

إن آفاق الغلاف الحيوي النابضة بالحياة سوف تزداد ضبابية بالنسبة لـالقزم الأحمرالنجوم ، التي لا تزيد درجة حرارتها عن ثلث حرارة شمسنا. في هذا السيناريو ، لن يكون هناك إشعاع نجمي كافٍ حتى لعملية التمثيل الضوئي لبدء الانطلاق. وفقجيوفاني كوفونيمن جامعة نابولي ، المؤلف الرئيسي للدراسة:

نظرًا لأن الأقزام الحمراء هي أكثر أنواع النجوم شيوعًا في مجرتنا إلى حد بعيد ، فإن هذه النتيجة تشير إلى أن الظروف الشبيهة بالأرض على الكواكب الأخرى قد تكون أقل شيوعًا مما قد نأمل.

تنتج النجوم الأكثر سخونة من شمسنا الكثير من الإشعاع المطلوب ، لكنها لا تعيش طويلًا مثل شمسنا. وبالتالي ، فإن هذا يحد من مقدار الوقت المتاح لتطور الحياة على أي كواكب.

قد تكون العوالم المناسبة للغلاف الحيوي الشبيه بالأرض قليلة ومتباعدة

في الوقت الحالي ، لا يعرف العلماء سوى كوكب واحد خارج المجموعة الشمسية يحتمل أن يكون صالحًا للسكن يقترب من تلقي ما يكفي من الإشعاع النجمي:كبلر 442 ب. تبلغ كتلة هذا الكوكب ضعف كتلة الأرض ، وتبلغ كتلته 1200سنوات ضوئيةبعيدا. هذا من الكواكب الخارجية الصخرية والتي يحتمل أن تكون صالحة للسكن والتي تم العثور عليها حتى الآن (حاليًا60). ومع ذلك ، تجدر الإشارة إلى أنه من المتوقع اكتشاف العديد من العوالم الصخرية مثل هذه ، حيث تتحسن التكنولوجيا للعثور عليها. بالنسبة للجزء الأكبر ، لا يزال من السهل اكتشاف الكواكب الغازية العملاقة الأكبر حجمًا.

مخطط دائري مقسم إلى أقسام ملونة بها العديد من الرسومات لأشكال الحياة المتنوعة مثل الحشرات والنباتات والفطريات.

تتمتع الأرض بغلاف حيوي غني ومتنوع ، وذلك بفضل الطاقة الكافية من الشمس لدعم عملية التمثيل الضوئي وعمليات الحياة الأكثر تقدمًا. صورة عبرموسوعة بريتانيكا.

تمت إضافة Covone:

تضع هذه الدراسة قيودًا قوية على مساحة المعلمة للحياة المعقدة ، لذلك للأسف يبدو أن 'البقعة المثالية' لاستضافة محيط حيوي شبيه بالأرض ليس واسعًا جدًا.

أنواع أخرى من البيوسفير

تشير النتائج الإجمالية إلى أن الكواكب القادرة على الحفاظ على الغلاف الحيوي الشبيه بالأرض قد تكون قليلة ومتباعدة. بالطبع ، هذا يعتمد علىالحياة كما نعرفها، ما نعرفه عن كيفية تطور الحياة على الأرض ودور التمثيل الضوئي. ومع ذلك ، فمن الممكن أن توجد أجواء حيوية غريبة لا تشبه محيطنا. قد يكون هناك من يستخدم التمثيل الضوئي بطرق غير موجودة على كوكبنا ، أو لا يستخدم التمثيل الضوئي على الإطلاق.

خلاصة القول: تشير دراسة جديدة أجراها باحثون في جامعة نابولي في إيطاليا إلى أن الغلاف الجوي شديد التطور والشبيه بالأرض قد يكون نادرًا على الكواكب الخارجية. العديد من النجوم إما لا تصدر طاقة كافية للحياة لتتطور بعد مرحلة البناء الضوئي الأساسية أو لا تعيش طويلا بما يكفي لتتطور الحياة على أي كواكب قد تكون مناسبة لولا ذلك.

المصدر: كفاءة التمثيل الضوئي للأكسجين على الكواكب الشبيهة بالأرض في المنطقة الصالحة للسكن

عبر الجمعية الفلكية الملكية