كيف يمكن للغبار أن يجعل بعض الكواكب الخارجية أكثر قابلية للحياة

ثلاث كرات أرضية متعددة الألوان على خلفية سوداء ، ولكل منها العديد من الأسهم الصغيرة لاتجاه الرياح.

ثلاث عمليات محاكاة حاسوبية تصور كيف يمكن للرياح أن تنتشر الغبار المتطاير في الهواء على الكواكب الصخرية الخارجية مثل الأرض. الصورة عبر دينيس سيرجيف / جامعة إكستر /ScienceAlert.

ما الذي يجعل كوكبًا صالحًا للسكنى؟ يمكن أن تؤثر عوامل مختلفة على قدرة الكوكب على الحفاظ على الحياة ، مثل درجة الحرارة وكمية الماء وتكوين كل من الكوكب والغلاف الجوي وكمية الإشعاع من النجم المضيف. في الشهر الماضي ، قام باحثون في المملكة المتحدةقالتلقد وجدوا أن مكونًا شائعًا للأجواء - الغبار - يمكن أن يزيد منالقابلية للسكنلبعض الكواكب الخارجية.

المراجعة الأقرانكانت النتائجنشرتفياتصالات الطبيعةفي 9 يونيو 2020.

يعد هذا اكتشافًا مهمًا ، لأنه يشير إلى أن الكواكب التي تحتوي على الكثير من الغبار في غلافها الجوي يمكن أن تتمتع بظروف صالحة للسكن بعيدًا عن نجومها مما كان يُعتقد سابقًا. سيؤدي هذا ، في الواقع ، إلى توسيع نطاقمنطقة صالحة للسكن، وهي في الأساس المنطقة المحيطة بالنجم حيث يمكن أن تسمح درجات الحرارة على الصخور الصخرية بوجود الماء السائل.

شارك في الدراسة الجديدة باحثون من جامعة إكستر ومكتب الأرصاد الجوية وجامعة إيست أنجليا.

دوائر ملونة مختلفة ومربعات بيضاء بها أسهم وتعليقات توضيحية نصية على خلفية زرقاء داكنة.

آثار الغبار على مناخ الكواكب. بالنسبة للكوكب المغلق المدّي (أ) والكوكب غير المدّيّ (ب) ، تُظهِر الألواح a-d الحالة الأساسية للكواكب ، وتُظهر e-h التأثير القصير (النجمي) والموجة الطويلة (الأشعة تحت الحمراء) (التغيير في توازن الطاقة السطحية) الناتج عن الغبار وتظهر i-j التأثير الناتج للتأثير على درجة حرارة السطح. تظهر الأسهم الزرقاء حركة الكوكب حول النجم ، بينما تظهر الأسهم الخضراء دوران الكوكب بالنسبة للنجم. الصورة عبر Boutle et al./اتصالات الطبيعة.

من الورق:



يعد تحديد الكواكب الصالحة للسكن خارج نظامنا الشمسي هدفًا رئيسيًا لمهمات الفضاء الحالية والمستقبلية. ومع ذلك ، فإن قابلية السكن لا تعتمد فقط على الإشعاع النجمي ، ولكن أيضًا على الأجزاء المكونة للغلاف الجوي الكوكبي. نوضح هنا ، لأول مرة ، أن الغبار المعدني النشط إشعاعيًا سيكون له تأثير كبير على قابلية الكواكب الخارجية الشبيهة بالأرض للسكنى.

في نظامنا الشمسي ، عادةً ما يتبادر إلى الذهن المريخ عندما نفكر في عالم مليء بالغبار ، ومع ذلك يظل كوكبًا باردًا وجافًا على السطح بسبب غلافه الجوي الرقيق جدًا. ولكن بالنسبة لبعض الكواكب الخارجية ، خاصة تلك الموجودةمغلق تدريجيًابالنسبة لنجومهم ، يمكن أن يكون الوضع مختلفًا.إيان بوتلي، من كل من مكتب Met وجامعة Exeter والمؤلف الرئيسي للدراسة ، في أبيان:

على كوكب الأرض والمريخ ، للعواصف الترابية تأثيرات التبريد والاحترار على السطح ، مع تأثير التبريد الذي عادة ما يفوز. لكن هذه الكواكب 'المدارية المتزامنة' مختلفة تمامًا. هنا ، تكون الجوانب المظلمة من هذه الكواكب في ليلة دائمة ، وتنتصر ظاهرة الاحتباس الحراري ، بينما في يوم من الأيام ، ينتصر تأثير التبريد. التأثير هو تخفيف درجات الحرارة القصوى ، مما يجعل الكوكب أكثر قابلية للسكن.

يعتبر عامل الغبار مهمًا بشكل خاص للكواكب التي تدور في مدارهاالقزم الأحمرالنجوم ، أكثر أنواع النجوم شيوعًا في مجرتنا. من المحتمل أن تكون العديد من الكواكب حول تلك النجوم مقفلة بشكل مداري ، وتدور مع جانب واحد من الكوكب يواجه النجم دائمًا ، تمامًا كما يحافظ القمر دائمًا على جانب واحد مواجهًا للأرض. سيكون لهذه الكواكب جانب واحد دائمًا في وضح النهار ، والآخر دائمًا في الظلام. إذا كان هناك الكثير من الغبار ، فقد يساعد ذلك في تبريد جانب النهار الأكثر سخونة وتدفئة الجانب الليلي البارد.

كوكب وردي غائم مع شمس حمراء بعيدة ونجوم في الخلفية.

مفهوم الفنان عن كوكب خارجي صخري غائم يدور حول نجم قزم أحمر. يمكن أن يؤدي الغبار الموجود في الأغلفة الجوية للكواكب مثل هذا إلى تلطيف درجات الحرارة القصوى إذا كانت الكواكب مغلقة بشكل مدّي ، مما يساعد على جعلها صالحة للسكن. الصورة عبر L. Hustak / J. Olmsted (STScI) /ناسا.

في سيناريو مثير للاهتمام ، يمكن للغبار أن يساعد الكواكب الساخنة في الاحتفاظ بمياهها السطحية ، إن وجدت. كوكب حار حقًا ، مثل كوكب الزهرة ، يمكن تبريده بواسطة كمية كافية من الغبار في الغلاف الجوي. عندئذٍ ستزداد كمية الغبار مع بدء فقدان الماء على سطح الكوكب ، والذي ، من المفارقات ، في عملية تسمىردود فعل سلبية على المناخ، من شأنه أن يبطئ من فقدان الماء. من الورق:

على الكواكب المغلقة بالمد والجزر ، يبرد الغبار جانب النهار ويدفئ الجانب الليلي ، مما يؤدي إلى توسيع المنطقة الصالحة للسكن بشكل كبير. بغض النظر عن التكوين المداري ، نقترح أن الغبار المحمول جواً يمكن أن يؤجل فقدان الماء الكوكبي عند الحافة الداخلية للمنطقة الصالحة للسكن ، من خلال ردود الفعل التي تنطوي على تقليل تغطية المحيط وزيادة تحميل الغبار.

تعتبر كمية الطاقة التي يتلقاها كوكب من نجمه جزءًا مهمًا من تقييم قابلية السكن ، ولكن أيضًامانوج جوشيمن UEAوأشار، تكوين الغلاف الجوي ، بما في ذلك الغبار ، مهم جدًا أيضًا:

الغبار المتطاير في الهواء هو شيء قد يحافظ على الكواكب صالحة للسكن ، ولكنه يحجب أيضًا قدرتنا على العثور على علامات الحياة على هذه الكواكب. هذه الآثار تحتاج إلى النظر في البحوث المستقبلية.

أجرى الباحثون سلسلة من عمليات المحاكاة لكواكب صخرية بحجم الأرض ووجدوا أن الغبار المعدني الذي يحدث بشكل طبيعي يمكن أن يكون له تأثير كبير على قابلية هذه الكواكب للحياة.

منظر مداري لتضاريس بنية اللون على اليسار وأنماط تشبه السحب متصاعدة على اليمين.

المريخ مكان مليء بالغبار ، والعواصف الترابية الشديدة شائعة ، لكن الغبار لا يسخن الكوكب كثيرًا لأن الغلاف الجوي رقيق جدًا. الصورة عبر SA / Roscosmos / CaSSIS / CC BY-SA 3.0 IGO /عالم جديد.

دنكان ليستر، الذي أجرى تجربة جامعية كجزء من الدراسة الشاملة (ويقوم الآن ببناء ألواح التزلج على الماء الخاصة به) ، أيضًاقالت:

إنه لأمر مثير أن ترى نتائج البحث العملي في السنة الأخيرة من دراستي تؤتي ثمارها. كنت أعمل في مشروع محاكاة غلاف جوي رائع لكوكب خارج المجموعة الشمسية ، وكنت محظوظًا بما يكفي لأن أكون جزءًا من مجموعة يمكنها نقلها إلى مستوى بحث عالمي المستوى.

يشير الباحثون أيضًا إلى أن الغبار الموجود في الغلاف الجوي للكوكب يجب أن يؤخذ في الاعتبار عند البحث عن ممكنالمؤشرات الحيويةفي هذا الجو. يمكن أن تشمل هذه المؤشرات الحيوية غازات مثل الأكسجين والميثان والأوزون ، وإذا كان هناك أيضًا غبار كافٍ ، يمكن للغبار أن يحجب اكتشافها ، مما ينتج عنه نتيجة سلبية خاطئة. إذا تم إغفال المؤشرات الحيوية المحتملة بهذه الطريقة ، فقد يتم وصف الكوكب خطأً بأنه غير صالح للسكنى. مثل هذه المؤشرات الحيوية ، والتي سيتم البحث عنها باستخدام التلسكوبات الفضائية القادمة مثل تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) وغيرها ، جانبًا مهمًا من البحث عن دليل على وجود حياة خارج نظامنا الشمسي. يعد التعرف عليها تحديًا بالفعل بسبب المسافات البعيدة لهذه العوالم ، لذا فإن معرفة كمية الغبار في الغلاف الجوي للكواكب سيكون أمرًا مهمًا أيضًا. من الورق:

يحجب إدراج الغبار بشكل كبير غازات المؤشرات الحيوية الرئيسية (مثل الأوزون والميثان) في أطياف الإرسال المحاكاة ، مما يعني وجود تأثير مهم على تفسير الملاحظات. نبرهن على أن الدراسات الرصدية والنظرية المستقبلية للكواكب الخارجية الأرضية يجب أن تأخذ في الاعتبار تأثير الغبار.

رجل مبتسم يرتدي بدلة وربطة عنق.

Ian Boutle من Met Office وجامعة Exeter ، المؤلف الرئيسي للدراسة الجديدة. صورة عبرمنحة جوجل.

ناثان ماينمن جامعة إكستر ، الذي ساعد في الدراسة ، لاحظ أيضًا كيف ستلعب الفيزياء الفلكية بشكل عام دورًا كبيرًا. هوقالت:

لا يمكن إجراء مثل هذا البحث إلا من خلال تداخل التخصصات والجمع بين الفهم والتقنيات الممتازة التي تم تطويرها لدراسة مناخ كوكبنا ، مع أحدث الفيزياء الفلكية. لتكون قادرًا على إشراك طلاب الفيزياء الجامعيين في هذا المشروع وغيره من المشاريع ، فإنه يوفر أيضًا فرصة ممتازة لأولئك الذين يدرسون معنا لتطوير المهارات اللازمة بشكل مباشر في مثل هذه المشاريع الفنية والتعاونية. مع مرافق لتغيير قواعد اللعبة مثل JWST وE-ELT، أصبح متاحًا في المستقبل القريب ، ومن المقرر أن يوفر قفزة هائلة إلى الأمام في دراسة الكواكب الخارجية ، الآن هو وقت رائع لدراسة الفيزياء!

سيكون التقييم الجديد المتعلق بغبار الكواكب الخارجية مفيدًا جدًا للعلماء الذين سيبحثون عن المؤشرات الحيوية والأدلة الأخرى للعوالم الخارجية الصالحة للحياة ، بالإضافة إلى دراسة كيف يمكن للغبار أن يؤثر على مناخ الكوكب والبيئة بشكل عام.

الخلاصة: يمكن أن يزيد الغبار الجوي من قابلية بعض الكواكب الخارجية للحياة.

المصدر: يزيد الغبار المعدني من قابلية الحياة للكواكب الأرضية ولكنه يربك اكتشاف العلامات الحيوية

عبر جامعة اكستر