غارقة في الأرض

في يناير 2020 ، ذكرت وكالة ناسا أن المركبة الفضائية TESS قد اكتشفت أول كوكب خارج المجموعة الشمسية بحجم الأرض يحتمل أن يكون صالحًا للسكن يدور حول نجم على بعد حوالي 100 سنة ضوئية.

الكوكب جزء نظام TOI 700 (TOI تعني TESS كائنات الاهتمام) هو نجم صغير بارد نسبيًا ، أي قزم من الفئة الطيفية M ، في كوكبة السمكة الذهبية ، يحتوي على حوالي 40٪ فقط من كتلة وحجم شمسنا ونصف درجة حرارة سطحه.

كائن اسمه حتى 700 د وهو واحد من ثلاثة كواكب تدور حول مركزه ، الأبعد عنه ، ويمر بمسار حول نجم كل 37 يومًا. يقع على مسافة من TOI 700 بحيث يكون نظريًا قادرًا على إبقاء الماء السائل طافيًا ، الموجود في المنطقة الصالحة للسكن. تستقبل حوالي 86٪ من الطاقة التي تعطيها شمسنا للأرض.

ومع ذلك ، أظهرت عمليات المحاكاة البيئية التي أنشأها الباحثون باستخدام بيانات من القمر الصناعي لمسح الكواكب الخارجية العابرة (TESS) أن TOI 700 d يمكن أن يتصرف بشكل مختلف تمامًا عن الأرض. نظرًا لأنه يدور بالتزامن مع نجمه (بمعنى أن جانبًا واحدًا من الكوكب دائمًا في ضوء النهار والآخر في الظلام) ، فإن الطريقة التي تتشكل بها السحب وتهب الرياح قد تكون غريبة بعض الشيء بالنسبة لنا.

1. مقارنة الأرض و TOI 700 d ، مع تصور نظام قارات الأرض على كوكب خارج المجموعة الشمسية

أكد علماء الفلك اكتشافهم بمساعدة وكالة ناسا. تلسكوب سبيتزر الفضائيالتي أكملت لتوها نشاطها. تم تصنيف Toi 700 بشكل خاطئ في البداية على أنه أكثر سخونة ، مما دفع علماء الفلك إلى الاعتقاد بأن الكواكب الثلاثة كانت قريبة جدًا من بعضها ، وبالتالي فهي شديدة الحرارة بحيث لا تدعم الحياة.

وقالت إميلي جيلبرت ، عضو فريق جامعة شيكاغو ، خلال عرض الاكتشاف. -

يأمل الباحثون في المستقبل ، أدوات مثل تلسكوب جيمس ويب الفضائيالتي تخطط ناسا لوضعها في الفضاء في عام 2021 ، سيكونون قادرين على تحديد ما إذا كان للكواكب غلاف جوي ويمكنها دراسة تكوينه.

استخدم الباحثون برامج الكمبيوتر ل النمذجة المناخية الافتراضية الكوكب TOI 700 د. نظرًا لعدم معرفة الغازات الموجودة في غلافه الجوي بعد ، فقد تم اختبار العديد من الخيارات والسيناريوهات ، بما في ذلك الخيارات التي تفترض الغلاف الجوي الحديث للأرض (77٪ نيتروجين ، 21٪ أكسجين ، غاز الميثان وثاني أكسيد الكربون) ، التكوين المحتمل للغلاف الجوي للأرض قبل 2,7 مليار سنة (معظمه من الميثان وثاني أكسيد الكربون) وحتى الغلاف الجوي للمريخ (الكثير من ثاني أكسيد الكربون) ، والذي ربما كان موجودًا هناك منذ 3,5 مليار سنة.

من هذه النماذج ، وجد أنه إذا احتوى الغلاف الجوي TOI 700 d على مزيج من الميثان وثاني أكسيد الكربون أو بخار الماء ، يمكن أن يكون الكوكب صالحًا للسكن. الآن يتعين على الفريق تأكيد هذه الفرضيات باستخدام تلسكوب ويب المذكور أعلاه.

في الوقت نفسه ، تُظهر عمليات المحاكاة المناخية التي أجرتها وكالة ناسا أن كلا من الغلاف الجوي للأرض وضغط الغاز ليسا كافيين للاحتفاظ بالمياه السائلة على سطحه. إذا وضعنا نفس الكمية من غازات الاحتباس الحراري على TOI 700 d كما على الأرض ، فستظل درجة حرارة السطح أقل من الصفر.

تظهر عمليات المحاكاة التي أجرتها جميع الفرق المشاركة أن مناخات الكواكب حول النجوم الصغيرة والمظلمة مثل TOI 700 ، تختلف تمامًا عما نشهده على أرضنا.

أخبار مثيرة للاهتمام

يأتي معظم ما نعرفه عن الكواكب الخارجية ، أو الكواكب التي تدور حول النظام الشمسي ، من الفضاء. قام بمسح السماء من 2009 إلى 2018 ووجد أكثر من 2600 كوكب خارج نظامنا الشمسي.

قامت ناسا بعد ذلك بتمرير عصا الاكتشاف إلى مسبار TESS (2) ، الذي تم إطلاقه في الفضاء في أبريل 2018 في عامه الأول من التشغيل ، بالإضافة إلى تسعمائة كائن غير مؤكد من هذا النوع. بحثًا عن كواكب غير معروفة لعلماء الفلك ، سوف يجوب المرصد السماء بأكملها ، بعد أن رأى ما يكفي من 200 XNUMX. ألمع النجوم.

2. ساتل ترانزيت لاستكشاف الكواكب الخارجية

يستخدم TESS سلسلة من أنظمة الكاميرا ذات الزاوية الواسعة. إنه قادر على دراسة كتلة وحجم وكثافة ومدار مجموعة كبيرة من الكواكب الصغيرة. يعمل القمر الصناعي حسب الطريقة البحث عن بعد عن انخفاضات السطوع يحتمل أن يشير إلى عبور الكواكب - مرور الأجسام في المدار أمام وجوه نجومها الأم.

كانت الأشهر القليلة الماضية عبارة عن سلسلة من الاكتشافات الشيقة للغاية ، ويرجع الفضل جزئيًا إلى المرصد الفضائي الجديد نسبيًا ، جزئيًا بمساعدة أدوات أخرى ، بما في ذلك تلك الموجودة على الأرض. في الأسابيع التي سبقت لقائنا مع توأم الأرض ، انتشرت أخبار عن اكتشاف كوكب يدور حول شمسين ، تمامًا مثل تاتوين من حرب النجوم!

توي بلانيت 1338 ب وجدت على بعد XNUMX سنة ضوئية في كوكبة الفنان. حجمه بين أحجام نبتون وزحل. يختبر الكائن خسوفًا متبادلًا منتظمًا لنجومه. يدور كل منهما حول الآخر في دورة مدتها خمسة عشر يومًا ، واحدة أكبر قليلاً من شمسنا والأخرى أصغر بكثير.

في يونيو 2019 ، ظهرت معلومات تفيد بأنه تم اكتشاف كوكبين من النوع الأرضي فعليًا في الفناء الخلفي للفضاء. جاء ذلك في مقال نشر في مجلة علم الفلك والفيزياء الفلكية. يقع كلا الموقعين في منطقة مثالية حيث يمكن أن تتشكل المياه. من المحتمل أن يكون لديهم سطح صخري ويدور حول الشمس ، والمعروفة باسم نجم Teegarden (3) ، تقع على بعد 12,5 سنة ضوئية من الأرض.

- قال المؤلف الرئيسي للاكتشاف ، ماتياس زشمستر، زميل باحث ، معهد الفيزياء الفلكية ، جامعة غوتنغن ، ألمانيا. -

3. نظام نجمة Teegarden ، التصور

في المقابل ، تدور العوالم المجهولة المثيرة التي اكتشفها TESS في يوليو الماضي UCAC النجوم 4 191-004642، ثلاثة وسبعون سنة ضوئية من الأرض.

نظام كوكبي مع نجم مضيف ، يسمى الآن باسم TOI 270يحتوي على ثلاثة كواكب على الأقل. واحد منهم، TOI 270 ب، أكبر بقليل من الأرض ، والاثنان الآخران هما نبتون صغيران ، ينتميان إلى فئة من الكواكب غير الموجودة في نظامنا الشمسي. النجم بارد وليس ساطعًا جدًا ، فهو أصغر بنحو 40٪ وأقل كتلة من الشمس. درجة حرارة سطحه أكثر دفئًا بنحو الثلثين من درجة حرارة سطح رفيقنا النجمي.

يقع النظام الشمسي TOI 270 في كوكبة الفنان. الكواكب التي تشكل مدارًا قريبًا جدًا من النجم لدرجة أن مداراتها يمكن أن تتناسب مع نظام الأقمار الصناعية المصاحب لكوكب المشتري (4).

4. مقارنة نظام TOI 270 مع نظام المشتري

قد يكشف المزيد من الاستكشاف لهذا النظام عن كواكب إضافية. يمكن أن تكون تلك التي تدور على مسافة أبعد من الشمس من TOI 270 d باردة بدرجة كافية لاحتواء الماء السائل وتؤدي في النهاية إلى نشوء الحياة.

يستحق TESS نظرة فاحصة

على الرغم من العدد الكبير نسبيًا للاكتشافات للكواكب الخارجية الصغيرة ، فإن معظم نجومها الأم تقع على بعد ما بين 600 و 3 أمتار. سنوات ضوئية من الأرض ، بعيدة جدًا ومظلمة جدًا للمراقبة التفصيلية.

على عكس كبلر ، فإن تركيز TESS الرئيسي هو العثور على كواكب حول أقرب جيران للشمس تكون مشرقة بما يكفي لرصدها الآن ولاحقًا باستخدام أدوات أخرى. من أبريل 2018 إلى الوقت الحاضر ، اكتشف TESS بالفعل أكثر من 1500 كوكب مرشح. معظمها يزيد حجمها عن ضعف حجم الأرض وتستغرق أقل من عشرة أيام للدوران. ونتيجة لذلك ، فإنها تتلقى حرارة أكثر بكثير من كوكبنا ، وتكون ساخنة جدًا لدرجة لا تسمح بوجود الماء السائل على سطحها.

إنه ماء سائل ضروري حتى يصبح الكوكب الخارجي صالحًا للسكن. إنه بمثابة أرض خصبة للمواد الكيميائية التي يمكن أن تتفاعل مع بعضها البعض.

من الناحية النظرية ، يُعتقد أن أشكال الحياة الغريبة يمكن أن توجد في ظروف الضغط المرتفع أو درجات الحرارة المرتفعة للغاية - كما هو الحال مع الكائنات الحية المتطرفة الموجودة بالقرب من الفتحات الحرارية المائية ، أو مع الميكروبات المخبأة على بعد كيلومتر تقريبًا تحت الغطاء الجليدي في غرب أنتاركتيكا.

ومع ذلك ، فإن اكتشاف مثل هذه الكائنات أصبح ممكنًا من خلال حقيقة أن الناس كانوا قادرين على دراسة الظروف القاسية التي يعيشون فيها بشكل مباشر. لسوء الحظ ، لا يمكن اكتشافها في الفضاء السحيق ، خاصة من مسافة عدة سنوات ضوئية.

لا يزال البحث عن الحياة وحتى السكن خارج نظامنا الشمسي يعتمد كليًا على المراقبة عن بُعد. يمكن للأسطح المائية السائلة المرئية التي تخلق ظروفًا مواتية للحياة أن تتفاعل مع الغلاف الجوي أعلاه ، مما يخلق بصمات حيوية يمكن اكتشافها عن بُعد مرئية باستخدام التلسكوبات الأرضية. يمكن أن تكون هذه تركيبات غازية معروفة من الأرض (الأكسجين والأوزون والميثان وثاني أكسيد الكربون وبخار الماء) أو مكونات الغلاف الجوي القديم للأرض ، على سبيل المثال ، منذ 2,7 مليار سنة (الميثان وثاني أكسيد الكربون بشكل أساسي ، ولكن ليس الأكسجين). ).

بحثًا عن مكان "مناسب تمامًا" والكوكب الذي يعيش فيه

منذ اكتشاف 51 Pegasi b في عام 1995 ، تم تحديد أكثر من XNUMX كوكبًا خارجيًا. نحن نعلم اليوم على وجه اليقين أن معظم النجوم في مجرتنا والكون محاطة بأنظمة كوكبية. لكن فقط بضع عشرات من الكواكب الخارجية التي تم العثور عليها هي عوالم صالحة للسكن.

ما الذي يجعل كوكب خارج المجموعة الشمسية صالحًا للسكن؟

الشرط الرئيسي هو الماء السائل الذي سبق ذكره على السطح. لكي يكون هذا ممكنًا ، نحتاج أولاً وقبل كل شيء إلى هذا السطح الصلب ، أي الأرض الصخريةولكن أيضا الجو، وكثيفة بما يكفي لخلق ضغط والتأثير على درجة حرارة الماء.

ستحتاج أيضا النجم الصحيحالتي لا تسقط الكثير من الإشعاع على الكوكب ، مما يؤدي إلى إبعاد الغلاف الجوي وتدمير الكائنات الحية. كل نجم ، بما في ذلك شمسنا ، يصدر باستمرار جرعات ضخمة من الإشعاع ، لذلك سيكون من المفيد بلا شك لوجود الحياة أن تحمي نفسها منها. مجال مغناطيسيكما ينتج عن قلب المعدن السائل للأرض.

ومع ذلك ، نظرًا لأنه قد تكون هناك آليات أخرى لحماية الحياة من الإشعاع ، فإن هذا مجرد عنصر مرغوب فيه ، وليس شرطًا ضروريًا.

تقليديا ، يهتم علماء الفلك مناطق الحياة (الغلاف البيئي) في أنظمة النجوم. هذه مناطق حول النجوم حيث تمنع درجة الحرارة السائدة الماء من الغليان أو التجمد باستمرار. كثيرا ما يتم الحديث عن هذه المنطقة. "منطقة المعتوه"لأن عبارة "مناسبة تمامًا مدى الحياة" ، والتي تشير إلى زخارف حكاية الأطفال الخيالية الشعبية (5).

5. منطقة الحياة حول النجم

وماذا نعرف حتى الآن عن الكواكب الخارجية؟

تُظهر الاكتشافات التي تم إجراؤها حتى الآن أن تنوع أنظمة الكواكب كبير جدًا جدًا. الكواكب الوحيدة التي عرفنا شيئًا عنها منذ حوالي ثلاثة عقود كانت في النظام الشمسي ، لذلك اعتقدنا أن الأجسام الصغيرة والصلبة تدور حول النجوم ، وفقط بعيدًا عنها يوجد مساحة مخصصة للكواكب الغازية الكبيرة.

لكن اتضح أنه لا توجد "قوانين" تتعلق بموقع الكواكب على الإطلاق. نواجه كواكب غازية عملاقة تقريبًا تحتك بنجومها (ما يسمى بكوكب المشتري الحار) ، بالإضافة إلى أنظمة مدمجة من كواكب صغيرة نسبيًا مثل TRAPPIST-1 (6). في بعض الأحيان تتحرك الكواكب في مدارات شاذة للغاية حول النجوم الثنائية ، وهناك أيضًا كواكب "متجولة" ، على الأرجح مقذوفة من أنظمة حديثة ، تطفو بحرية في الفراغ بين النجوم.

6. تصور لكواكب نظام TRAPPIST-1

وهكذا ، بدلاً من التشابه الوثيق ، نرى تنوعًا كبيرًا. إذا حدث هذا على مستوى النظام ، فلماذا إذن يجب أن تشبه ظروف الكواكب الخارجية كل ما نعرفه من البيئة المباشرة؟

وبنفس الطريقة ، لماذا يجب أن تكون أشكال الحياة الافتراضية مماثلة لتلك التي نعرفها؟

فئة سوبر

استنادًا إلى البيانات التي جمعتها كبلر ، في عام 2015 ، حسب أحد علماء ناسا أن مجرتنا نفسها لديها مليار كوكب شبيه بالأرضXNUMX. أكد العديد من علماء الفيزياء الفلكية أن هذا كان تقديرًا متحفظًا. في الواقع ، أظهر المزيد من الأبحاث أن درب التبانة يمكن أن تكون موطنًا له 10 مليارات كوكب أرضي.

لم يرغب العلماء في الاعتماد فقط على الكواكب التي اكتشفها كبلر. تعتبر طريقة العبور المستخدمة في هذا التلسكوب أكثر ملاءمة لاكتشاف الكواكب الكبيرة (مثل المشتري) من الكواكب بحجم الأرض. هذا يعني أن بيانات كبلر ربما تزيف عدد الكواكب مثل كوكبنا قليلاً.

لاحظ التلسكوب الشهير انخفاضات طفيفة في سطوع نجم بسبب مرور كوكب أمامه. تحجب الأجسام الأكبر حجمًا مزيدًا من الضوء من نجومها ، مما يسهل رؤيتها. ركزت طريقة كبلر على النجوم الصغيرة ، وليس الأكثر سطوعًا ، والتي كانت كتلتها حوالي ثلث كتلة شمسنا.

على الرغم من أن تلسكوب كبلر لم يكن جيدًا جدًا في العثور على الكواكب الصغيرة ، فقد وجد عددًا كبيرًا إلى حد ما مما يسمى بالأرض الفائقة. هذا هو اسم الكواكب الخارجية التي لها كتلة أكبر من الأرض ، ولكنها أقل بكثير من أورانوس ونبتون ، وهما أثقل من كوكبنا بمقدار 14,5 و 17 مرة ، على التوالي.

وبالتالي ، فإن مصطلح "الأرض الفائقة" يشير فقط إلى كتلة الكوكب ، مما يعني أنه لا يشير إلى ظروف السطح أو القابلية للسكن. هناك أيضا مصطلح بديل "أقزام الغاز". وفقًا للبعض ، قد يكون أكثر دقة للأشياء الموجودة في الجزء العلوي من مقياس الكتلة ، على الرغم من استخدام مصطلح آخر أكثر شيوعًا - "نبتون الصغير" الذي سبق ذكره.

تم اكتشاف أول كواكب أرضية فائقة الكسندر فولششان i داليا فرايلا حول النجم النابض PSR B1257 + 12 في عام 1992. الكواكب الخارجية للنظام هي روح شريرةأنت fobetor - كتلتها تبلغ حوالي أربعة أضعاف كتلة الأرض ، وهي أصغر من أن تكون عمالقة غازية.

تم تحديد أول كوكب خارق يدور حول نجم تسلسل رئيسي بواسطة فريق بقيادة نهر أوجينيوy في 2005. انها تدور حول 876 وحصل على التعيين جليس 876 د (في وقت سابق ، تم اكتشاف عملاقين غازيين بحجم كوكب المشتري في هذا النظام). تقدر كتلته بـ 7,5 أضعاف كتلة الأرض ، وفترة الثورة حوله قصيرة جدًا ، حوالي يومين.

حتى أن هناك أجسامًا أكثر سخونة في فئة الأرض الفائقة. على سبيل المثال ، تم اكتشافه في عام 2004 إنه 55 كانكري، التي تقع على بعد أربعين سنة ضوئية ، تدور حول نجمها في أقصر دورة لأي كوكب خارجي معروف - فقط 17 ساعة و 40 دقيقة. بمعنى آخر ، تستغرق السنة في 55 Cancri e أقل من 18 ساعة. يدور كوكب خارج المجموعة الشمسية أقرب إلى نجمه بحوالي 26 مرة من كوكب عطارد.

يعني القرب من النجم أن سطح 55 Cancri e يشبه داخل فرن صهر بدرجة حرارة لا تقل عن 1760 درجة مئوية! تظهر الملاحظات الجديدة من تلسكوب سبيتزر أن 55 Cancri e لها كتلة أكبر 7,8 مرة ونصف قطر أكبر بقليل من ضعف كتلة الأرض. تشير نتائج سبيتزر إلى أن حوالي خمس كتلة الكوكب يجب أن تتكون من عناصر ومركبات ضوئية ، بما في ذلك الماء. عند درجة الحرارة هذه ، هذا يعني أن هذه المواد ستكون في حالة "فوق حرجة" بين السائل والغاز ويمكن أن تترك سطح الكوكب.

لكن الكواكب الأرضية الفائقة ليست دائمًا شديدة الوحشية ، ففي يوليو الماضي ، اكتشف فريق دولي من علماء الفلك باستخدام TESS كوكبًا خارجيًا جديدًا من نوعه في كوكبة هيدرا ، على بعد حوالي XNUMX سنة ضوئية من الأرض. تم تمييز العنصر كـ GJ 357 د (7) ضعف قطر الأرض وستة أضعاف كتلة الأرض. يقع على الحافة الخارجية للمنطقة السكنية للنجم. يعتقد العلماء أنه قد يكون هناك ماء على سطح هذه الأرض العملاقة.

قالت ديانا كوساكوفسكيوزميل باحث في معهد ماكس بلانك لعلم الفلك في هايدلبرغ ، ألمانيا.

7. كوكب GJ 357 د - التصور

نظام في مدار حول نجم قزم ، حوالي ثلث حجم وكتلة شمسنا وبرودة 40٪ ، يتم استكماله بالكواكب الأرضية. GJ 357 ب وأرض خارقة أخرى GJ 357 ص. نُشرت دراسة النظام في 31 يوليو 2019 في مجلة علم الفلك والفيزياء الفلكية.

في سبتمبر الماضي ، أفاد الباحثون أن الأرض العملاقة المكتشفة حديثًا ، والتي تبعد 111 سنة ضوئية ، هي "أفضل موطن معروف معروف حاليًا". تم اكتشافه في عام 2015 بواسطة تلسكوب كبلر. K2-18b (8) مختلفة جدًا عن كوكبنا. تبلغ كتلته ثمانية أضعاف كتلته ، مما يعني أنه إما عملاق جليدي مثل نبتون أو عالم صخري به غلاف جوي كثيف وغني بالهيدروجين.

مدار K2-18b أقرب سبع مرات إلى نجمه من مسافة الأرض عن الشمس. ومع ذلك ، نظرًا لأن الجسم يدور حول قزم M أحمر غامق ، فإن هذا المدار يقع في منطقة يحتمل أن تكون مناسبة للحياة. تتنبأ النماذج الأولية بأن درجات الحرارة على K2-18b تتراوح من -73 إلى 46 درجة مئوية ، وإذا كان للجسم نفس انعكاس الأرض تقريبًا ، فيجب أن يكون متوسط ​​درجة حرارته مشابهًا لدرجات الحرارة.

- قال عالم فلك من جامعة كوليدج لندن خلال مؤتمر صحفي ، أنجيلوس سياراس.

من الصعب أن تكون مثل الأرض

نظير الأرض (يسمى أيضًا كوكب الأرض التوأم أو كوكب شبيه بالأرض) هو كوكب أو قمر له ظروف بيئية مشابهة لتلك الموجودة على الأرض.

تختلف آلاف أنظمة الكواكب الخارجية المكتشفة حتى الآن عن نظامنا الشمسي ، مما يؤكد ما يسمى فرضية الأرض النادرةXNUMX. ومع ذلك ، يشير الفلاسفة إلى أن الكون ضخم جدًا لدرجة أنه في مكان ما يجب أن يكون هناك كوكب مطابق تقريبًا لكوكبنا. من المحتمل أنه في المستقبل البعيد سيكون من الممكن استخدام التكنولوجيا للحصول على نظائرها بشكل مصطنع للأرض من خلال ما يسمى. . من المألوف الآن نظرية متعددة النظريات يقترحون أيضًا أن نظيرًا أرضيًا يمكن أن يوجد في كون آخر ، أو حتى يكون نسخة مختلفة من الأرض نفسها في كون موازٍ.

في نوفمبر 2013 ، أفاد علماء الفلك أنه بناءً على بيانات من تلسكوب كبلر ومهمات أخرى ، يمكن أن يكون هناك ما يصل إلى 40 مليار كوكب بحجم الأرض في المنطقة الصالحة للسكن من النجوم الشبيهة بالشمس والأقزام الحمراء في مجرة ​​درب التبانة.

أظهر التوزيع الإحصائي أن أقربها يمكن إزالته منا بما لا يزيد عن اثنتي عشرة سنة ضوئية. في نفس العام ، اكتشف كبلر عدة مرشحين بأقطار أقل من 1,5 مرة من نصف قطر الأرض ، وتم التأكد من أنهم يدورون حول النجوم في المنطقة الصالحة للسكن. ومع ذلك ، لم يتم الإعلان عن أول مرشح قريب من الأرض حتى عام 2015 - egzoplanetę كبلر -452 ب.

يعتمد احتمال العثور على نظير الأرض بشكل أساسي على السمات التي تريد أن تكون مثلها. الظروف القياسية ولكن ليست مطلقة: حجم الكوكب ، والجاذبية السطحية ، وحجم النجم الأصلي ونوعه (أي التناظرية الشمسية) ، والمسافة المدارية والاستقرار ، والميل المحوري والدوران ، والجغرافيا المماثلة ، ووجود المحيطات ، والغلاف الجوي والمناخ ، والغلاف المغناطيسي القوي. .

إذا كانت هناك حياة معقدة هناك ، يمكن للغابات أن تغطي معظم سطح الكوكب. في حالة وجود حياة ذكية ، يمكن أن تكون بعض المناطق حضرية. ومع ذلك ، فإن البحث عن مقارنات دقيقة مع الأرض يمكن أن يكون مضللاً بسبب ظروف محددة للغاية على الأرض وحولها ، على سبيل المثال ، يؤثر وجود القمر على العديد من الظواهر على كوكبنا.

قام مختبر الكواكب للسكنية بجامعة بورتوريكو في Arecibo مؤخرًا بتجميع قائمة بالمرشحين لنظائر الأرض (9). غالبًا ما يبدأ هذا النوع من التصنيف بالحجم والكتلة ، لكن هذا معيار وهمي ، على سبيل المثال ، الزهرة القريبة منا ، والتي هي تقريبًا بنفس حجم الأرض ، وما الظروف السائدة عليها. ، من المعروف.

9. الكواكب الخارجية الواعدة - نظائرها المحتملة للأرض ، وفقًا لمختبر الكواكب للسكنية

معيار آخر يتم الاستشهاد به بشكل متكرر هو أن نظير الأرض يجب أن يكون له جيولوجيا سطحية مماثلة. أقرب الأمثلة المعروفة هي المريخ وتيتان ، وبينما توجد أوجه تشابه من حيث التضاريس وتكوين طبقات السطح ، هناك أيضًا اختلافات كبيرة ، مثل درجة الحرارة.

بعد كل شيء ، تنشأ العديد من المواد السطحية والتضاريس فقط نتيجة للتفاعل مع الماء (على سبيل المثال ، الطين والصخور الرسوبية) أو كمنتج ثانوي للحياة (على سبيل المثال ، الحجر الجيري أو الفحم) ، والتفاعل مع الغلاف الجوي ، والنشاط البركاني ، أو التدخل البشري.

وبالتالي ، يجب إنشاء نظير حقيقي للأرض من خلال عمليات مماثلة ، وجود غلاف جوي ، وتفاعل البراكين مع السطح ، والمياه السائلة ، وشكل من أشكال الحياة.

في حالة الغلاف الجوي ، يُفترض أيضًا تأثير الاحتباس الحراري. أخيرًا ، يتم استخدام درجة حرارة السطح. يتأثر بالمناخ ، والذي يتأثر بدوره بمدار الكوكب ودورانه ، وكل منهما يقدم متغيرات جديدة.

معيار آخر للتناظرية المثالية للأرض الواهبة للحياة هو أنه لا بد من ذلك تدور حول التناظرية الشمسية. ومع ذلك ، لا يمكن تبرير هذا العنصر تمامًا ، نظرًا لأن البيئة المواتية قادرة على توفير المظهر المحلي للعديد من أنواع النجوم المختلفة.

على سبيل المثال ، في مجرة ​​درب التبانة ، معظم النجوم أصغر حجمًا وأغمق من الشمس. تم ذكر واحد منهم في وقت سابق TRAPPIST-1تقع على مسافة 10 سنوات ضوئية في كوكبة الدلو وهي أصغر بحوالي مرتين وأقل سطوعًا بمقدار 2 مرة من شمسنا ، ولكن هناك ستة كواكب أرضية على الأقل في منطقتها الصالحة للسكن. قد تبدو هذه الظروف غير مواتية للحياة كما نعرفها ، لكن من المحتمل أن عمر TRAPPIST-1 أمامنا أطول من عمر نجمنا ، لذلك لا يزال أمامنا متسع من الوقت للتطور هناك.

يغطي الماء 70٪ من سطح الأرض ويعتبر من الشروط الحديدية لوجود أشكال الحياة التي نعرفها. على الأرجح ، عالم الماء كوكب كبلر -22 بيقع في المنطقة الصالحة للسكن لنجم شبيه بالشمس ولكنه أكبر بكثير من الأرض ، ولا يزال تركيبه الكيميائي الفعلي غير معروف.

تم إجراؤه في عام 2008 من قبل عالم فلك ميكايلا مايرومن جامعة أريزونا ، تُظهر دراسات الغبار الكوني في محيط النجوم المتكونة حديثًا مثل الشمس أن 20 إلى 60٪ من نظائر الشمس لدينا دليل على تكون الكواكب الصخرية في عمليات مشابهة لتلك التي أدت إلى تكونها. من الارض.

في 2009 كان آلان بوس من معهد كارنيجي للعلوم اقترح أن مجرة ​​درب التبانة فقط في مجرتنا يمكن أن توجد 100 مليار كوكب شبيه بالأرضh.

في عام 2011 ، استنتج مختبر الدفع النفاث التابع لناسا (JPL) ، استنادًا إلى ملاحظات مهمة كبلر ، أن ما يقرب من 1,4 إلى 2,7 ٪ من جميع النجوم الشبيهة بالشمس يجب أن تدور حول كواكب بحجم الأرض في مناطق صالحة للسكن. هذا يعني أنه يمكن أن يكون هناك 2 مليار مجرة ​​في مجرة ​​درب التبانة وحدها ، وبافتراض صحة هذا التقدير لجميع المجرات ، يمكن أن يكون هناك 50 مليار مجرة ​​في الكون المرئي. 100 كوينتيليون.

في عام 2013 ، اقترح مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية ، باستخدام التحليل الإحصائي لبيانات كبلر الإضافية ، أن هناك على الأقل 17 مليار كوكب حجم الأرض - دون مراعاة موقعها في المناطق السكنية. وجدت دراسة أجريت عام 2019 أن الكواكب بحجم الأرض يمكن أن تدور حول أحد النجوم الستة الشبيهة بالشمس.

نقش على الشبه

مؤشر تشابه الأرض (ESI) هو مقياس مقترح لتشابه جسم كوكبي أو قمر صناعي طبيعي بالأرض. تم تصميمه على مقياس من صفر إلى واحد ، مع تخصيص قيمة واحدة للأرض. الغرض من المعلمة هو تسهيل مقارنة الكواكب في قواعد البيانات الكبيرة.

ESI ، الذي تم اقتراحه في عام 2011 في مجلة Astrobiology ، يجمع المعلومات حول نصف قطر الكوكب وكثافته وسرعته ودرجة حرارة سطحه.

الموقع الذي يحتفظ به أحد مؤلفي مقال 2011 ، عبلة مينديز من جامعة بورتوريكو ، يعطي حساباته للمؤشرات لأنظمة الكواكب الخارجية المختلفة. يتم حساب ESI Mendesa باستخدام الصيغة الموضحة في التوضيح 10أين س_i هُم_i0 هي خصائص الجسم خارج كوكب الأرض فيما يتعلق بالأرض ، v_i الأس المرجح لكل خاصية وإجمالي عدد الخصائص. تم بناؤه على أساس مؤشر تشابه Breya-Curtis.

الوزن المخصص لكل عقار ، ث_i، هو أي خيار يمكن تحديده لإبراز ميزات معينة على ميزات أخرى ، أو لتحقيق الفهرس أو عتبات الترتيب المطلوبة. يصنف الموقع أيضًا ما يصفه بإمكانية العيش على الكواكب الخارجية والأقمار الخارجية وفقًا لثلاثة معايير: الموقع ، ESI ، واقتراح إمكانية الاحتفاظ بالكائنات الحية في السلسلة الغذائية.

نتيجة لذلك ، تبين ، على سبيل المثال ، أن ثاني أكبر ESI في النظام الشمسي ينتمي إلى المريخ وهو 0,70. تتجاوز بعض الكواكب الخارجية المدرجة في هذه المقالة هذا الرقم ، وبعضها اكتشف مؤخرًا تيجاردن ب لديها أعلى ESI من أي كوكب خارجي مؤكد ، عند 0,95.

عندما نتحدث عن الكواكب الخارجية الشبيهة بالأرض والتي يمكن العيش فيها ، يجب ألا ننسى إمكانية وجود كواكب خارجية صالحة للسكن أو كواكب خارجية تابعة للأقمار الصناعية.

لم يتم تأكيد وجود أي أقمار صناعية طبيعية خارج المجموعة الشمسية ، ولكن في أكتوبر 2018 ، أ. ديفيد كيبينج عن اكتشاف قمر خارجي محتمل يدور حول الجسم كبلر -1625 ب.

الكواكب الكبيرة في النظام الشمسي ، مثل كوكب المشتري وزحل ، لها أقمار كبيرة قابلة للحياة من بعض النواحي. وبالتالي ، اقترح بعض العلماء أن الكواكب الكبيرة خارج المجموعة الشمسية (والكواكب الثنائية) قد يكون لها أقمار صناعية كبيرة يمكن أن تكون صالحة للسكن. القمر ذو الكتلة الكافية قادر على دعم الغلاف الجوي الشبيه بتيتان وكذلك الماء السائل على السطح.

تحظى الكواكب الضخمة خارج المجموعة الشمسية باهتمام خاص في هذا الصدد (مثل Gliese 876 b ، و 55 Cancer f ، و Upsilon Andromedae d ، و 47 Ursa Major b ، و HD 28185 b ، و HD 37124 c) ، لأنها من المحتمل أن تكون لديها أقمار صناعية مع الماء السائل على السطح.

الحياة حول نجم أحمر أو أبيض؟

مسلحين بما يقرب من عقدين من الاكتشافات في عالم الكواكب الخارجية ، بدأ علماء الفلك بالفعل في تكوين صورة لما قد يبدو عليه كوكب صالح للسكن ، على الرغم من أن معظمهم ركز على ما نعرفه بالفعل: كوكب شبيه بالأرض يدور حول قزم أصفر مثل لنا. الشمس ، مصنفة على أنها نجم تسلسل رئيسي من النوع G. ماذا عن النجوم الحمراء M الأصغر ، والتي يوجد منها الكثير في مجرتنا؟

كيف سيكون منزلنا لو كان يدور حول قزم أحمر؟ الجواب يشبه الأرض قليلاً ، ولا يشبه الأرض إلى حد كبير.

من سطح مثل هذا الكوكب الخيالي ، سنرى أولًا شمسًا كبيرة جدًا. يبدو أن مرة ونصف إلى ثلاث مرات أكثر مما لدينا الآن أمام أعيننا ، بالنظر إلى قرب المدار. كما يوحي الاسم ، سوف تتوهج الشمس باللون الأحمر بسبب درجة حرارتها المنخفضة.

الأقزام الحمراء أكثر دفئًا بمرتين من حرارة شمسنا. في البداية ، قد يبدو مثل هذا الكوكب غريبًا بعض الشيء عن الأرض ، لكنه ليس مروعًا. تظهر الاختلافات الحقيقية فقط عندما ندرك أن معظم هذه الأجسام تدور بالتزامن مع النجم ، لذلك دائمًا ما يواجه جانب واحد نجمه ، كما يفعل القمر مع الأرض.

هذا يعني أن الجانب الآخر يظل مظلمًا حقًا ، حيث لا يمكنه الوصول إلى مصدر الضوء - على عكس القمر ، الذي تضيئه الشمس قليلاً من الجانب الآخر. في الواقع ، الافتراض العام هو أن الجزء الذي بقي من الكوكب في وضح النهار الأبدي سيحترق ، والجزء الذي انغمس في الليل الأبدي سيتجمد. ومع ذلك ... لا ينبغي أن يكون الأمر كذلك.

لسنوات ، استبعد علماء الفلك منطقة القزم الأحمر من كونها مناطق صيد للأرض ، معتقدين أن تقسيم الكوكب إلى جزأين مختلفين تمامًا لن يجعل أيًا منهما غير صالح للسكن. ومع ذلك ، يلاحظ البعض أن عوالم الغلاف الجوي سيكون لها دوران محدد سيؤدي إلى تراكم السحب الكثيفة على الجانب المشمس لمنع الإشعاع الشديد من حرق السطح. توزع التيارات المتداولة الحرارة أيضًا في جميع أنحاء الكوكب.

بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن توفر سماكة الغلاف الجوي حماية مهمة أثناء النهار ضد مخاطر الإشعاع الأخرى. الأقزام الحمراء الصغيرة نشطة للغاية في المليارات القليلة الأولى من نشاطها ، وتصدر مشاعل وإشعاع فوق بنفسجي.

من المرجح أن تحمي الغيوم الكثيفة الحياة المحتملة ، على الرغم من أن الكائنات الافتراضية من المرجح أن تختبئ في أعماق المياه الكوكبية. في الواقع ، يعتقد العلماء اليوم أن الإشعاع ، على سبيل المثال ، في نطاق الأشعة فوق البنفسجية ، لا يمنع تطور الكائنات الحية. بعد كل شيء ، نشأت الحياة المبكرة على الأرض ، والتي نشأت منها جميع الكائنات الحية المعروفة لنا ، بما في ذلك الإنسان العاقل ، في ظل ظروف الأشعة فوق البنفسجية القوية.

هذا يتوافق مع الشروط المقبولة على أقرب كوكب خارجي شبيه بالأرض معروف لنا. يقول علماء الفلك من جامعة كورنيل أن الحياة على الأرض تعرضت لإشعاع أقوى مما هو معروف بروكسيما ب.

يقع Proxima-b على بعد 4,24 سنة ضوئية فقط من النظام الشمسي وأقرب كوكب صخري شبيه بالأرض نعرفه (على الرغم من أننا لا نعرف شيئًا عنه تقريبًا) ، يتلقى أشعة سينية تزيد عن 250 مرة عن الأرض. يمكن أن تتعرض أيضًا لمستويات قاتلة من الأشعة فوق البنفسجية على سطحها.

يُعتقد أن الظروف المشابهة لـ Proxima-b موجودة في TRAPPIST-1 و Ross-128b (ما يقرب من 1140 سنة ضوئية من الأرض في كوكبة العذراء) و LHS-XNUMX b (أربعون سنة ضوئية من الأرض في كوكبة قيطس). الأنظمة.

افتراضات أخرى تتعلق ظهور الكائنات الحية المحتملة. نظرًا لأن قزمًا أحمر داكنًا سيصدر ضوءًا أقل بكثير ، فمن المفترض أنه إذا كان الكوكب الذي يدور حوله يحتوي على كائنات حية تشبه نباتاتنا ، فسيتعين عليها امتصاص الضوء على مدى أوسع بكثير من الأطوال الموجية لعملية التمثيل الضوئي ، مما يعني أن "الكواكب الخارجية" يمكن أن كن أسودًا تقريبًا في رأينا (أنظر أيضا: ). ومع ذلك ، يجدر بنا أن ندرك هنا أن النباتات ذات اللون غير الأخضر معروفة أيضًا على الأرض ، وتمتص الضوء بشكل مختلف قليلاً.

في الآونة الأخيرة ، اهتم الباحثون بفئة أخرى من الأجسام - الأقزام البيضاء ، المشابهة في حجم الأرض ، والتي ليست نجومًا بشكل صارم ، ولكنها تخلق بيئة مستقرة نسبيًا حولها ، تشع الطاقة لمليارات السنين ، مما يجعلها أهدافًا مثيرة للاهتمام لـ أبحاث الكواكب الخارجية. .

صغر حجمها ، ونتيجة لذلك ، فإن إشارة العبور الكبيرة لكوكب خارجي محتمل تجعل من الممكن مراقبة الغلاف الجوي الصخري المحتمل للكواكب ، إن وجد ، باستخدام تلسكوبات الجيل الجديد. يريد علماء الفلك استخدام جميع المراصد المبنية والمخطط لها ، بما في ذلك تلسكوب جيمس ويب الأرضي تلسكوب كبير للغايةوكذلك المستقبل المنشأ, هابيكس i اللوفرإذا ظهرت.

هناك مشكلة واحدة في هذا المجال الرائع المتمثل في البحث عن الكواكب الخارجية والبحث والاستكشاف ، وهي مشكلة غير مهمة في الوقت الحالي ، ولكنها قد تصبح ملحة في الوقت المناسب. حسنًا ، إذا تمكنا أخيرًا ، بفضل المزيد والمزيد من الأدوات المتقدمة ، من اكتشاف كوكب خارج المجموعة الشمسية - توأم الأرض الذي يلبي جميع المتطلبات المعقدة ، مليئًا بالماء والهواء ودرجة الحرارة المناسبة تمامًا ، وسيبدو هذا الكوكب "مجانيًا" ، إذن بدون تقنية تسمح بالطيران إلى هناك في وقت معقول ، مدركين أنه يمكن أن يكون عذابًا.

لكن ، لحسن الحظ ، ليس لدينا مثل هذه المشكلة حتى الآن.