الفلك

هل لن يكون لكوكب خارج المجموعة الشمسية بدون إمالة محورية مواسم؟

هل لن يكون لكوكب خارج المجموعة الشمسية بدون إمالة محورية مواسم؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

هل لكوكب خارجي تناظري للأرض يدور حول نظير شمسي ، ولكن بدون إمالة محورية ، لن يكون له فصول؟

هل سيكون مشابهًا لعدم وجود مواسم ملحوظة جدًا في لوس أنجلوس مقارنة بأجزاء أخرى من الأرض؟


هناك العديد من العوامل التي تسبب المواسم. بترتيب تقريبي من الأقل إلى الأكثر تخمينًا:

  • الميل المحوري: هذا هو العامل المهم في تحديد الموسم على الأرض. كما تعلم ، يؤثر الميل المحوري على الفصول لأن الضوء "ينتشر" عندما يسقط على سطح مائل. لاحظ أن الإمالة تسبب مواسم مختلفة في نصفي الكرة الأرضية المختلفين. لا يزال من الممكن أن يكون للكوكب القديم مواسم لأي من هذه الأسباب الأخرى.
  • غرابة: مدار الأرض قريب جدًا من دائري ، لذا فإن الانحراف ليس له أي تأثير على التسبب في فصوله (وفي الواقع ، IIRC ، تأثير الانحراف الصغير للأرض حاليًا هو في الواقع معارضة مواسمه). يمكن أن يكون لكوكب خارج المجموعة الشمسية شديد الانحراف بسهولة على مستوى الكوكب فصول السنة متفاوتة المسافة من الشمس.
  • ستار سيستمز: كما ذكر أحد المعلقين ، قد يكون هناك عامل آخر هو عدد النجوم التي يمتلكها النظام. إذا كان مثل هذا النظام الشمسي مستقرًا (والذي قد يكون مفاجئًا ، على الرغم من أنني لا أجد المقالة في الوقت الحالي) ، يمكنك الحصول على مواسم اعتمادًا على مكان وجود النجوم في مداراتها المتبادلة. النظام النجمي الثنائي ، على سبيل المثال ، سيكون له فترات شتاء عندما تصطف النجوم مع الكواكب (لذلك يحجب أحدها الآخر) وفترات الصيف عندما تكون النجوم جنبًا إلى جنب.
  • اختلاف النجوم: (من تعليق): صدق أو لا تصدق ، للشمس "مواسم" (هنا) تكون في حدود عقد أو نحو ذلك. ليس لها تأثير كبير على مناخ الأرض لأنها تسبب اضطرابات مغناطيسية على الشمس بشكل أساسي ، ولكن على كوكب خارج المجموعة الشمسية ، يمكن أن تكون الاضطرابات المغناطيسية للنجم أكبر نسبيًا ، مما قد يؤدي إلى اختلافات كبيرة في درجة الحرارة / السطوع التي قد تترجم إلى مواسم.
  • الطاقة الداخلية: يمكن أن تحتوي الكواكب على مصادر مختلفة / دورية للطاقة داخلها ، تمامًا مثل الكتل الشمسية. في نظامنا الشمسي ، تعود مواسم كوكب المشتري جزئيًا إلى هذا. على كوكب أرضي ، قد تأتي الاختلافات ، على سبيل المثال ، من النشاط البركاني. سوف تظهر حلقات التغذية الراجعة السلبية من هذا النوع التذبذبات. قد لا تعتبر هذه الأنواع من التغييرات "مواسم" بالنسبة لك ، على الرغم من أنها تحدث خلال نطاقات زمنية أكبر.
  • طاقة مخزنة: تُعقد مواسم الأرض بفعل المحيطات ، مما يؤثر بشكل كبير على شدة الفصول ، خاصة في الأمريكتين. على وجه الخصوص ، هناك العديد من الدورات التي تعمل مثل المواسم الفرعية الكامنة وراء الدورات الرئيسية. يؤثر التذبذب العقدي في المحيط الهادئ ، على سبيل المثال ، على المواسم التي تفصل بينها سنوات. لا أفهم لماذا لا يمكن أن يكون لكوكب خارج المجموعة الشمسية دورات مماثلة والتي ، على عكس حالة الأرض ، هي العامل الرئيسي في تحديد الفصول. يمكن تخزين طاقة الجاذبية هذه أيضًا ؛ على سبيل المثال في نظام كوكب خارج المجموعة الشمسية / القمر مغلق مدًا.

إذا كنت تقصد نظيرًا حقيقيًا شبيهًا بالأرض (بمعنى أنه يشبه تمامًا الأرض في كل اتجاه باستثناء الميل المحوري) ، إذن لا - لن يكون له مواسم ملحوظة ، نظرًا لعدم وجود أي من تنطبق العوامل المذكورة أعلاه حقًا.


بالضبط. الفصول واختلافها بين نصف الكرة الشمالي والجنوبي ناتجة عن ميل محور الأرض. لكن هذا ليس الشيء الوحيد المتضمن. حقيقة مهمة أخرى هي غريب الأطوار في المدار: مدار غريب الأطوار من شأنه أن يتسبب في كوكب كامل "صيف" عندما يكون حول الحضيض وكوكب بأكمله "شتاء" بالقرب من الأوج.

سيكون هناك أيضا المناطق شديدة الحرارة الدائمة بالقرب من خط الاستواء و مناطق شديدة البرودة الدائمة في القطبين.


إذا لم يكن لديه أي ميل محوري ، ودور في مدار ليس غريب الأطوار حقًا ، فلن يكون له أي فصول. إذا كانت شديدة الانحراف (حقًا) ، فستكون لها مواسم ، لكنها ستكون ساخنة في جميع أنحاء الكوكب في جزء من السنة ، وستكون باردة في جميع أنحاء الكوكب في الجزء الآخر من العام. على الأرض ، بسبب الميل المحوري ، لدينا شتاء في نصف الكرة الشمالي ، في الوقت الذي يكون فيه الصيف في نصف الكرة الجنوبي.


لقد اعتبرت هذا تفسيرًا لكتب جورج آر.مارتن ، حيث يمكن أن تمر عدة سنوات خلال كل موسم. إذا لم يكن للكوكب ميل محوري وقليل جدًا من الانحراف في مداره ، فلن تكون هناك فصول سنوية. ولكن إذا تباين إنتاج الطاقة الشمسية بشكل كافٍ ، فقد يكون لديك مواسم ، بأوقات دورات غير متسقة تُقاس بالعقود.

لذلك فكرت ، "ها ، هذا ممكن."

ثم لاحظت بعض الشخصيات في الكتاب "الأيام كانت تقصر" واضطررت إلى التخلص منها. في مثل هذا العالم ، سيكون طول النهار دائمًا هو نفسه ، وسيتطابق دائمًا مع طول الليل.


قد يكون لهذين الكواكب الخارجية مواسم ومناخات مستقرة

مفهوم الفنان & # 8217s لـ Kepler-186f ، وهو أول كوكب من أصل 2 من الكواكب المدروسة يُعتقد الآن أن له مواسم ومناخ مستقر. الصورة عبر NASA Ames / JPL-Caltech / T. بايل.

نسمع أحيانًا المصطلح الأرض مثل في وصف الكواكب الخارجية التي قد تكون مشابهة لعالمنا. الشروط الأرض مثل أو نظير الأرض يستحضر رؤى محيطات وقارات غريبة تعج بالحياة. ولكن ما مدى تشابه هذه العوالم البعيدة مع الأرض حقًا؟ ما زلنا لا نعرف الإجابة على هذا السؤال حتى الآن ، لكن دراسة بحثية جديدة & # 8211 أعلن عنها معهد جورجيا للتكنولوجيا في 28 يونيو 2018 & # 8211 تظهر أنه قد يكون هناك بالفعل بعض العوالم الفضائية التي تشبه إلى حد بعيد الأرض من حيث الفصول ومناخاتها المستقرة.

تركز الدراسة على اثنين من الكواكب الخارجية المعروفة ، أحدهما بنفس حجم الأرض والآخر كوكب أرضي خارق (أكبر من الأرض ولكنه أصغر من عمالقة الغاز أورانوس أو نبتون). وجد الباحثون دليلاً على أن كلا الكواكب من المحتمل أن يكون لهما مواسم ومناخات مستقرة ، تمامًا كما تفعل الأرض. Kepler-186f أكبر بنسبة 10 في المائة من الأرض ، ويبعد 500 سنة ضوئية في كوكبة Cygnus the Swan. إنه واحد من خمسة كواكب معروفة في هذا النظام الكوكبي ويدور داخل المنطقة الصالحة للسكن ، على الرغم من أن نجمه المضيف هو قزم أحمر. Kepler-62f أكبر بحوالي 40٪ من الأرض ، ويبعد 1200 سنة ضوئية في كوكبة Lyra the Harp.

استخدم فريق البحث ، بقيادة عالم الفلك بجامعة جورجيا للتكنولوجيا Gongjie Li وطالب الدراسات العليا Yutong Shan من مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية ، محاكاة حاسوبية لتحديد الميل المحوري لكل كوكب. أشارت النتائج إلى أن الميل المحوري لكلا الكوكبين مستقر مثل Earth & # 8217s ، مما يعني أن الكواكب ستختبر مواسم منتظمة ومناخات مستقرة. هذه أخبار جيدة من حيث مدى صلاحية الكواكب للحياة ، على الرغم من وجود عوامل أخرى يجب أخذها في الاعتبار أيضًا بالطبع ، مثل الماء والتكوين ونوع الغلاف الجوي وما إلى ذلك.

كان Kepler-186f أول كوكب خارج المجموعة الشمسية بحجم الأرض يتم اكتشافه في المنطقة الصالحة للسكن لنجم آخر. الصورة عبر وكالة ناسا. مفهوم الفنان و # 8217s لـ Kepler-62f ، الكوكب الثاني وجد أن له مواسم ومناخ مستقر. الصورة عبر NASA Ames / JPL-Caltech / T. بايل.

الكواكب ذات الإمالة المحورية شديدة التغير ، مثل المريخ ، من غير المرجح أن يكون لديها مثل هذه البيئات المستقرة. كان الميل المحوري للمريخ # 8217 غير مستقر للغاية ، حيث يتأرجح من صفر إلى 60 درجة على مدى مليارات السنين ، ويُعتقد أنه سبب رئيسي لفقد المريخ معظم مياهه وتحول إلى عالم صحراوي بارد وجاف نراه اليوم.

كان الميل المحوري لـ Earth & # 8217s أكثر استقرارًا ، حيث تراوح من 22.1 إلى 24.5 درجة كل 10000 عام أو نحو ذلك. وفقًا لـ Li:

يقع المريخ في المنطقة الصالحة للسكن في نظامنا الشمسي ، لكن ميله المحوري كان غير مستقر للغاية & # 8211 تتراوح من صفر إلى 60 درجة. ربما ساهم عدم الاستقرار هذا في اضمحلال الغلاف الجوي للمريخ وتبخر المياه السطحية.

المريخ هو مثال جيد على ما يمكن أن يحدث عندما لا يكون للكوكب ميل محوري مستقر. كان المناخ المستقر مهمًا للتطور المستمر للحياة على الأرض. تم التحكم في الاختلافات المحورية للأرض إلى حد كبير من قبل الأرض والقمر الكبير 8217s ، والذي لا يمتلكه المريخ & # 8217t. يتفاعل القمر والأرض بقوة مع بعضهما البعض بقوة الجاذبية. إذا لم يكن للأرض قمر ، فإن محور دورانها سيتقدم بنفس معدل التذبذب المداري ، مما قد يتسبب في تغيرات كبيرة في الميل المحوري. كما أوضح لي:

يبدو أن كلا الكواكب الخارجية يختلفان كثيرًا عن المريخ والأرض لأن اتصالهما أضعف مع الكواكب الشقيقة. لا نعرف ما إذا كانت تمتلك أقمارًا ، لكن حساباتنا تُظهر أنه حتى بدون الأقمار الصناعية ، فإن محاور الدوران لـ Kepler-186f و 62f كانت ستظل ثابتة على مدى عشرات الملايين من السنين.

منظر للمريخ من مهمة المريخ المدارية (الهند). المريخ & # 8217 التغييرات المحورية البرية منعته من الحصول على مناخ مستقر على المدى الطويل. الصورة عبر ISRO.

كما هو الحال الآن ، فإن كلاً من Kepler-186f و Kepler-62f مرشحان لوجود ظروف صالحة للسكن على أسطحهما ، ولكن لا يزال هناك المزيد الذي نحتاج إلى معرفته عنهما. لا تزال كتلة وتكوين وكثافة Kepler-186f غير معروفة ، وهي عوامل حاسمة في المساعدة على تقييم قابلية السكن. كما أشار لي:

تعد دراستنا من بين أولى الدراسات التي بحثت في استقرار المناخ للكواكب الخارجية وتضيف إلى الفهم المتزايد لهذه العوالم القريبة التي يحتمل أن تكون صالحة للسكن.

من المرجح أن تكون الكواكب ذات المناخ المستقر قادرة على دعم الحياة ، على الأقل كما نعرفها على الأرض. ماذا عن الكواكب ذات المناخ المتغير باستمرار؟ شان متفائل حتى بشأن تلك العوالم:

لا أعتقد أننا نفهم ما يكفي عن أصل الحياة لاستبعاد احتمال وجودها على كواكب ذات مواسم غير منتظمة. حتى على الأرض ، تتنوع الحياة بشكل ملحوظ وقد أظهرت مرونة لا تصدق في بيئات معادية بشكل غير عادي. لكن الكوكب المستقر مناخيًا قد يكون مكانًا أكثر راحة للبدء.

ظل الميل المحوري لـ Earth & # 8217s مستقرًا تمامًا ، ويرجع الفضل في ذلك إلى حد كبير إلى وجود قمرنا الضخم. لقد مكن مناخنا المستقر والصالح للحياة من الازدهار. الصورة عبر NASA / NOAA / GSFC / Jason Major.

تم اكتشاف عدد متزايد من الكواكب الخارجية بحجم الأرض والأرض الفائقة ، بما في ذلك في المناطق الصالحة للسكن لنجومها ، على الرغم من أنه من السابق لأوانه تسمية أي منها شبيه بالأرض على وجه التحديد. يوضح هذا البحث الجديد كيف يجب أن يكون لدى البعض إمالات محورية ومناخات مثالية لوجود الحياة.

خلاصة القول: إن العثور على كواكب أخرى شبيهة بالأرض هو الكأس المقدسة لأبحاث الكواكب الخارجية. النتائج الجديدة التي تظهر إمالة محورية مستقرة ومناخ مستقر محتمل في Kepler-186f و Kepler-62f هي خطوة كبيرة في هذا الاتجاه. لا يزال هناك الكثير من العمل الذي يتعين القيام به ، لكن العلماء يقتربون الآن من اكتشاف عالم مشابه لعالمنا & # 8211 ليس فقط صالحًا للسكن ، ولكن ربما حتى يعج بالحياة.


قد يكون للكواكب الخارجية الشبيهة بالأرض مواسم ومناخ مستقر

اكتشف العلماء أن اثنين من الكواكب الخارجية في المناطق الصالحة للسكن في نجومهما لهما مناخات مستقرة ومواسم منتظمة. يعتقد علماء الفلك أن أحدها هو حجم الأرض تقريبًا.

في عمليات المحاكاة التي درسها باحثو جورجيا للتكنولوجيا وجامعة هارفارد ، يبدو أن كبلر -186 ف وكبلر -62 ف يميلان بثبات على محورهما مثل الأرض. يعتقد العلماء أن كلا الكواكب مرشح جيد نسبيًا للحياة.

تؤثر الطريقة التي يميل بها الكوكب على محوره في مقدار الضوء الذي يصل إلى سطحه ، والذي بدوره يؤثر على مناخه. قد يساعد الميل المحوري المتغير على المريخ ، على سبيل المثال ، في تفسير سبب تحول الكوكب الأحمر من رطب إلى جاف بشكل لا يصدق.

على الرغم من أن كوكب المريخ يقع داخل المنطقة الصالحة للسكن من الشمس و mdashclose بما يكفي لاستمرار المياه السائلة و mdashit هي صحراء قاحلة. قال جونجي لي ، مؤلف الدراسة والأستاذ المساعد بجامعة جورجيا للتكنولوجيا ، في بيان للجامعة ، إن الميل المحوري للكوكب قد تأرجح من صفر إلى 60 درجة. ربما ساهم عدم الاستقرار هذا في اضمحلال الغلاف الجوي للمريخ وتبخر المياه السطحية.

يمكن للجمباز الثقالي المعقد للكواكب الأخرى في نفس النظام أن يهز زاوية اتجاه الكوكب أثناء دورانه حول نجمه. بالسرعة المناسبة ، يمكن أن يتسبب ذلك في تأرجح محور الكوكب جيئة وذهابا. ومع ذلك ، يمكن للأقمار الصناعية مثل الأقمار أن تثبط هذه التأرجحات وتثبت الميل المحوري للكوكب.

يتحرك الميل المحوري للأرض من 22.1 فقط إلى حوالي 24.5 درجة كل 10000 سنة أو نحو ذلك. يواجه المريخ تذبذبات أكبر بكثير بدون قمر صناعي كبير بما يكفي لسحب تحركاته.

قال لي: "يبدو أن كلا الكواكب الخارجية يختلفان كثيرًا عن المريخ والأرض لأن اتصالهما أضعف بالكواكب الشقيقة". "لا نعرف ما إذا كانت تمتلك أقمارًا ، لكن حساباتنا تُظهر أنه حتى بدون الأقمار الصناعية ، فإن محاور الدوران لـ Kepler-186f و 62f كانت ستظل ثابتة على مدى عشرات الملايين من السنين."

يقع Kepler-62f على بعد حوالي 1200 سنة ضوئية في كوكبة Lyra. الأرض الفائقة أكبر بحوالي 40 في المائة من منزلنا الصخري. يعتقد العلماء أنها إما أرضية أو مغطاة بالمياه.

يقع Kepler-186f ، الذي تم رصده في عام 2014 ، على بعد 500 سنة ضوئية فقط من الأرض. يدور هذا الكوكب حول نجمه في نظام مكون من خمسة كواكب في كوكبة الدجاجة. أول كوكب تم اكتشافه بنصف قطر مماثل لكوكبنا ، إنه أكبر بنسبة 10 في المائة فقط من الأرض. تعد سنوات Kepler-186f أقصر بكثير من سنواتنا ، حيث تكمل مدارًا واحدًا في 130 يومًا.

قال مؤلف الدراسة يوتونج شان من مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية في البيان: "لا أعتقد أننا نفهم ما يكفي عن أصل الحياة لاستبعاد احتمال وجودها على كواكب ذات مواسم غير منتظمة".

قال شان: "حتى على الأرض ، الحياة متنوعة بشكل ملحوظ وقد أظهرت مرونة لا تصدق في بيئات معادية بشكل غير عادي. لكن الكوكب المستقر مناخيًا قد يكون مكانًا أكثر راحة للبدء".


تميل بعض الكواكب الخارجية كثيرًا ، وهذا يدفع الجميع بعيدًا

انطباع فنان عن الكواكب الخارجية التي تدور حول نجم. ناسا / مختبر الدفع النفاث- معهد كاليفورنيا للتقنية

عزز انفجار اكتشافات الكواكب الخارجية في العقد الماضي آمالنا في العثور على عالم آخر مثل الأرض في مكان ما في المجرة. ولكنه ساهم أيضًا في تكوين وعي جديد بالخصائص الغريبة في أنظمة النجوم خارج نطاقنا - حيث تظهر الكواكب محاذاة غريبة وتكوينات غريبة الأطوار دون أي تفسير جيد. إن ميل أزواج الكواكب الخارجية إلى دفع أنفسهم على ما يبدو إلى مدارات غير منتظمة أكثر مما ينبغي أن تكون عليه ، على سبيل المثال ، قد أربك علماء الفلك لما يقرب من عقد من الزمان.

أخيرًا ، يبدو أن لدينا بعض الإجابات عن سبب حدوث ذلك ، وماذا يعني إيجاد عوالم صالحة للسكن. النتائج الجديدة المنشورة في علم الفلك الطبيعي تشير إلى أن أزواج الكواكب الخارجية هذه غالبًا ما تعرض أقطابًا مائلة بشكل حاد للغاية ، مما يعزز & # 8220obliquity & # 8221 (العلاقة بين محور الكوكب & # 8217s ومدارها) الذي يدفع الكواكب بعيدًا. يمكن أن تشهد الكواكب تغيرات موسمية شديدة ومناخات قاسية نتيجة لذلك ، مما يؤثر على قدرتها على الحفاظ على بيئات صالحة للحياة من نوع ما.

من خلال ما نعرفه حاليًا عن الميكانيكا المدارية للكواكب حول النجوم ، نتوقع رؤية تكوينات معينة. غالبًا ما تقع الكواكب والأقمار فيما يسمى بالرنين المداري ، حيث يمر كل منهما الآخر في نفس النقاط التي يمر بها في مداراته المنفصلة. بالتأكيد ليست كل الكواكب والأقمار تتصرف بهذه الطريقة ، لكن الأصداء تحدث في كثير من الأحيان. إنها ليست مجرد ظاهرة عرضية - إنها فيزياء.

ولكن منذ أن بدأنا في اكتشاف المزيد والمزيد من الكواكب الخارجية ، لاحظ علماء الفلك أن العديد من أزواج الكواكب في أنظمة النجوم الأخرى لها فترات مدارية تتحدى الرنين ، وتسقط في مدارات أبعد بكثير مما كان متوقعًا. ولم تتوقف أي من الأسباب المشبوهة - مثل تأثيرات الجاذبية للكويكبات أو الغازات الكونية الزائدة - على الإطلاق.

ومع ذلك ، فلدينا دائمًا بعض الأدلة للعمل معها. كان معروفًا بالفعل من الأبحاث السابقة (بما في ذلك ملاحظات أقمار المشتري وأورانوس المائل بشكل سيئ السمعة) أن المدارات بين جسدين يمكن أن تنفصل عن بعضها إذا كان هناك ما يكفي من الطاقة التي يتم تبديدها. إذا كان للكوكب مدار قريب من نجمه ، فيمكن للنجم أن يثير المزيد من المد والجزر على الكوكب ، والتي ستكون فعالة في تحويل الطاقة المدارية إلى طاقة حرارية. قد يكون تبديد تلك الطاقة الحرارية كافيًا لتحويل مدار الكوكب.

لكن المدار القريب في حد ذاته لن يفسر ما كان علماء الفلك يراهون في العديد من أنظمة الكواكب الخارجية. كان هناك شيء آخر يساهم في التبديد الشديد للمد والجزر الذي يمكن أن يغير عوالم بأكملها. وكما اتضح ، يمكن أن يكون هذا العامل عبارة عن إمالة محورية كبيرة. قد تُجبر الكواكب الشابة ذات المدارات الجديدة في مناطق مركزة على الحفاظ على انحرافات عالية ، وهذا بدوره يتسبب في تحول المدارات بشكل جذري أكثر مما هو متوقع. في أزواج من الكواكب ، تتحرك المدارات بعيدًا عن أنماط الرنين.

تقول سارة ميلهولاند ، عالمة الفلك في جامعة ييل والمؤلفة الرئيسية للدراسة الجديدة: "الانحرافات تخلق مدًا قويًا ، والمد والجزر يتحرك ، أو" ينحت "المدارات". حتى الآن ، كان الافتراض النموذجي هو أن الكواكب الخارجية القريبة ليس لها ميل محوري. دراستنا تشير إلى خلاف ذلك ".

الدراسة هي مجرد عرض نظرية ، ولم تكن هناك أي قياسات مباشرة للميل المحوري للكواكب الخارجية لدعم هذه الفرضية. لكن ربما لا يزال هذا هو أفضل تفسير لما كان لغزًا دام عقدًا من الزمن في مجتمع علم الفلك ، والآثار التي لا يمكن الاستهزاء بها. يمضي المسعى الكامل لأبحاث الكواكب الخارجية إلى الأمام على أمل العثور على عالم صالح للسكن ، وتؤكد النتائج الجديدة على أهمية بعض ميكانيكا الفيزياء الفلكية عندما يتعلق الأمر بهذا البحث. لن تؤدي هذه الانحرافات فقط إلى اضطراب المناخ وأنماط الطقس ، ولكنها قد تؤدي أيضًا إلى زيادة ترسب الحرارة في الكوكب. يمكن أن يحدث هذا فرقًا بين الأرض التي يحتمل أن تكون دافئة من حرق الزهرة وخنقها.

& # 8220 تقريبًا جميع الكواكب التي اكتشفها كيبلر غير صالحة للسكن على الإطلاق ، & # 8221 يقول عالم الفلك في جامعة ييل جريجوري لافلين ، وهو مؤلف مشارك في الورقة البحثية الجديدة. & # 8220 يتضمن هذا أزواج الكواكب التي نعتقد أنها تحتوي على عضو واحد على الأقل ذي ميل مرتفع. ومع ذلك ، فإن ما نجده مثيرًا للاهتمام للمضي قدمًا هو أن العديد من الكواكب التي يحتمل أن تكون صالحة للسكن والتي تدور حول نجوم منخفضة الكتلة قد تخضع لآلية الانحراف التي اكتشفناها. & # 8221 على وجه الخصوص ، وهذا يشمل نظام الكواكب السبعة الشهير TRAPPIST-1 ، حيث توجد ثلاثة عوالم في المنطقة الصالحة للسكن وخمسة في المجموع تظهر إمكانات متفاوتة لامتلاك المياه السطحية السائلة.

يؤكد لافلين أنه على الرغم من أنه من الواضح أن وجود ميل كبير سيكون له تأثيرات ملموسة على مناخ كوكب ما ، إلا أن الأمر لا يزال محل نقاش حول كيفية تأثير الانحرافات الكبيرة على قابلية الكوكب للسكن ككل. من الواضح أن ميل الأرض بمقدار 23.5 درجة لا يمثل مشكلة هنا ، ولكن قد يكون حادًا بما يكفي لإحداث تأثيرات مزعجة في نظام نجمي يبعد عشرات السنين الضوئية.

ستكون هناك حاجة إلى الكثير من أعمال المتابعة لتأكيد ما يحدث بالفعل ، ويبدأ الأمر بملاحظة وتوصيف انحرافات الكواكب الخارجية. لكن بدون دراسة مثل هذه ، ستظل الانحرافات تحت الرادار لمعظم علماء الفلك. يقول لافلين: "لقد استخدمنا نظرية تم تطبيقها لإخفاء حالات خاصة إلى حد ما في نظامنا الشمسي ، وأظهرنا أنها يمكن أن تعمل بشكل جميل في السياق خارج المجموعة الشمسية".


قد يكون لهذين الكواكب الخارجية مواسم ومناخات مستقرة

مفهوم الفنان لـ Kepler-186f ، وهو الكوكب الأول من بين الكواكب المدروسة التي يُعتقد الآن أن لها فصولًا ومناخًا مستقرًا. حقوق الصورة: NASA Ames / JPL-Caltech / T. بايل

نسمع أحيانًا المصطلح الأرض مثل في وصف الكواكب الخارجية التي قد تكون مشابهة لعالمنا. تستحضر المصطلحات & # 8220Earth-like & # 8221 أو Earth analog تصورات لمحيطات وقارات غريبة تعج بالحياة. ولكن ما مدى تشابه هذه العوالم البعيدة مع الأرض حقًا؟ ما زلنا لا نعرف إجابة هذا السؤال حتى الآن ، ولكن دراسة بحثية جديدة - أعلن من قبل معهد جورجيا للتكنولوجيا في 28 يونيو 2018 - يُظهر أنه قد يكون هناك بالفعل بعض العوالم الغريبة التي تشبه الأرض تمامًا من حيث مواسمها ومناخها المستقر.

تركز الدراسة على اثنين من الكواكب الخارجية المعروفة ، أحدهما بنفس حجم الأرض والآخر كوكب أرضي خارق (أكبر من الأرض ولكنه أصغر من عمالقة الغاز أورانوس أو نبتون). وجد الباحثون دليلاً على أن كلا الكواكب من المحتمل أن يكون لهما مواسم ومناخات مستقرة ، تمامًا كما تفعل الأرض. Kepler-186f أكبر بنسبة 10 في المائة من الأرض ، ويبعد 500 سنة ضوئية في كوكبة Cygnus the Swan. إنه واحد من خمسة كواكب معروفة في هذا النظام الكوكبي ويدور داخل المنطقة الصالحة للسكن ، على الرغم من أن نجمه المضيف هو قزم أحمر. Kepler-62f أكبر بحوالي 40٪ من الأرض ، ويبعد 1200 سنة ضوئية في كوكبة Lyra the Harp.

استخدم فريق البحث ، بقيادة عالم الفلك بجامعة جورجيا للتكنولوجيا Gongjie Li وطالب الدراسات العليا Yutong Shan من مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية ، محاكاة حاسوبية لتحديد الميل المحوري لكل كوكب. أشارت النتائج إلى أن الميل المحوري لكلا الكوكبين مستقر ، مثل الأرض ، مما يعني أن الكواكب ستشهد مواسم منتظمة ومناخات مستقرة. هذه أخبار جيدة من حيث مدى صلاحية الكواكب للحياة ، على الرغم من وجود عوامل أخرى يجب أخذها في الاعتبار أيضًا بالطبع ، مثل الماء والتكوين ونوع الغلاف الجوي وما إلى ذلك.

كان Kepler-186f أول كوكب خارج المجموعة الشمسية بحجم الأرض يتم اكتشافه في المنطقة الصالحة للسكن لنجم آخر. حقوق الصورة: ناسا مفهوم الفنان لـ Kepler-62f ، الكوكب الثاني الذي وجد أنه يتمتع بفصول ومناخ مستقر. حقوق الصورة: NASA Ames / JPL-Caltech / T. بايل

الكواكب ذات الإمالة المحورية شديدة التغير ، مثل المريخ ، من غير المرجح أن يكون لديها مثل هذه البيئات المستقرة. كان الميل المحوري للمريخ غير مستقر للغاية ، حيث يتأرجح من صفر إلى 60 درجة على مدى مليارات السنين ، ويُعتقد أنه سبب رئيسي لفقد المريخ معظم مياهه وتحويله إلى عالم صحراوي بارد وجاف نراه اليوم.

كان الميل المحوري للأرض أكثر استقرارًا ، حيث تراوح من 22.1 إلى 24.5 درجة كل 10000 سنة أو نحو ذلك. وفقًا لـ Li:

& # 8220 المريخ في المنطقة الصالحة للسكن في نظامنا الشمسي ، لكن ميلها المحوري كان غير مستقر للغاية - وتراوح من صفر إلى 60 درجة. ربما ساهم عدم الاستقرار هذا في اضمحلال الغلاف الجوي للمريخ وتبخر المياه السطحية. & # 8221

المريخ هو مثال جيد على ما يمكن أن يحدث عندما لا يكون للكوكب ميل محوري مستقر. كان المناخ المستقر مهمًا للتطور المستمر للحياة على الأرض. تم التحكم في الاختلافات المحورية للأرض إلى حد كبير بواسطة قمر الأرض الضخم ، والذي لا يمتلكه المريخ. يتفاعل المريخ والأرض بقوة مع بعضهما البعض بقوة الجاذبية. إذا لم يكن للأرض قمر ، فإن محور دورانها سيتقدم بنفس معدل التذبذب المداري ، مما قد يتسبب في تغيرات كبيرة في الميل المحوري. كما أوضح لي:

& # 8220 يبدو أن كلا الكواكب الخارجية يختلفان كثيرًا عن المريخ والأرض لأن اتصالهما أضعف مع الكواكب الشقيقة. لا نعرف ما إذا كان لديهم أقمار ، لكن حساباتنا تظهر أنه حتى بدون الأقمار الصناعية ، فإن محاور الدوران لـ Kepler-186f و 62f كانت ستظل ثابتة على مدى عشرات الملايين من السنين. & # 8221

منظر للمريخ من مهمة المريخ المدارية (الهند). منعت التغييرات المحورية البرية للمريخ من الحصول على مناخ مستقر على المدى الطويل. حقوق الصورة: ISRO

كما هو الحال الآن ، فإن كلاً من Kepler-186f و Kepler-62f مرشحان لوجود ظروف صالحة للسكن على أسطحهما ، ولكن لا يزال هناك المزيد الذي نحتاج إلى معرفته عنهما. لا تزال كتلة وتكوين وكثافة Kepler-186f غير معروفة ، وهي عوامل حاسمة في المساعدة على تقييم قابلية السكن. كما أشار لي:

& # 8220 دراستنا هي من بين أولى الدراسات التي تبحث في الاستقرار المناخي للكواكب الخارجية وتضيف إلى الفهم المتزايد لهذه العوالم القريبة التي يحتمل أن تكون صالحة للسكن. & # 8221

من المرجح أن تكون الكواكب ذات المناخ المستقر قادرة على دعم الحياة ، على الأقل كما نعرفها على الأرض. ماذا عن الكواكب ذات المناخ المتغير باستمرار؟ شان متفائل حتى بشأن تلك العوالم:

& # 8220 لا أعتقد أننا نفهم ما يكفي عن أصل الحياة لاستبعاد احتمال وجودها على كواكب ذات مواسم غير منتظمة. حتى على الأرض ، تتنوع الحياة بشكل ملحوظ وقد أظهرت مرونة لا تصدق في بيئات معادية بشكل غير عادي. لكن الكوكب المستقر مناخيًا قد يكون مكانًا أكثر راحة للبدء. & # 8221

ظل الميل المحوري للأرض مستقرًا تمامًا ، ويرجع الفضل في ذلك إلى حد كبير إلى وجود قمرنا الضخم. لقد مكن مناخنا المستقر والصالح للحياة من الازدهار. حقوق الصورة: NASA / NOAA / GSFC / Jason Major

تم اكتشاف عدد متزايد من الكواكب الخارجية بحجم الأرض والأرض الفائقة ، بما في ذلك في المناطق الصالحة للسكن لنجومها ، على الرغم من أنه من السابق لأوانه تسمية أي منها شبيه بالأرض على وجه التحديد. يوضح هذا البحث الجديد كيف يجب أن يكون لدى البعض إمالات محورية ومناخات مثالية لوجود الحياة.

العثور على كواكب أخرى شبيهة بالأرض هو الكأس المقدسة لأبحاث الكواكب الخارجية. النتائج الجديدة التي تظهر إمالة محورية مستقرة ومناخ مستقر محتمل في Kepler-186f و Kepler-62f هي خطوة كبيرة في هذا الاتجاه. لا يزال هناك الكثير من العمل الذي يتعين القيام به ، لكن العلماء يقتربون الآن من اكتشاف عالم مشابه لعالمنا - ليس فقط صالحًا للسكن ، ولكن ربما يعج بالحياة أيضًا.


مزيد من القرائن على أن الكواكب الخارجية الشبيهة بالأرض هي بالفعل شبيهة بالأرض

تقدم دراسة جديدة من معهد جورجيا للتكنولوجيا أدلة جديدة تشير إلى أن كوكبًا خارج المجموعة الشمسية على بعد 500 سنة ضوئية يشبه إلى حد كبير الأرض.

Kepler-186f هو أول كوكب بحجم الأرض تم تحديده خارج النظام الشمسي يدور حول نجم في المنطقة الصالحة للسكن. هذا يعني أنها المسافة المناسبة من النجم المضيف لتجمع المياه السائلة على السطح.

استخدمت دراسة Georgia Tech عمليات المحاكاة لتحليل وتحديد ديناميكيات محور الدوران للكواكب الخارجية. تحدد هذه الديناميكيات مقدار ميل الكوكب على محوره وكيف تتطور زاوية الميل بمرور الوقت. يساهم الميل المحوري في المواسم والمناخ لأنه يؤثر على كيفية تأثير ضوء الشمس على سطح الكوكب.

يقترح الباحثون أن الميل المحوري لـ Kepler-186f مستقر للغاية ، مثل الأرض إلى حد كبير ، مما يجعل من المحتمل أن يكون لها مواسم منتظمة ومناخ مستقر. يعتقد فريق Georgia Tech أن الأمر نفسه ينطبق على Kepler-62f ، وهو كوكب بحجم الأرض الفائق يدور حول نجم يبعد عنا حوالي 1200 سنة ضوئية.

ما هي أهمية الميل المحوري للمناخ؟ قد يكون التباين الكبير في الميل المحوري سببًا رئيسيًا لتحول المريخ من منظر طبيعي مائي منذ مليارات السنين إلى صحراء قاحلة اليوم.

قال الأستاذ المساعد في جورجيا للتكنولوجيا Gongjie Li ، الذي قاد الدراسة مع طالب الدراسات العليا Yutong Shan من جامعة جورجيا ، "يقع المريخ في المنطقة الصالحة للسكن في نظامنا الشمسي ، لكن ميله المحوري كان غير مستقر للغاية - وتراوح من صفر إلى 60 درجة". مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية. ربما ساهم عدم الاستقرار هذا في اضمحلال الغلاف الجوي للمريخ وتبخر المياه السطحية.

على سبيل المقارنة ، يتأرجح الميل المحوري للأرض بشكل أكثر اعتدالًا - بين 22.1 و 24.5 درجة ، حيث ينتقل من طرف إلى آخر كل 10000 سنة أو نحو ذلك.

يمكن جعل زاوية اتجاه مدار كوكب حول نجمه المضيف تتأرجح عن طريق تفاعل الجاذبية مع الكواكب الأخرى في نفس النظام. إذا كان المدار يتأرجح بنفس السرعة التي يتأرجح بها محور دوران الكوكب (على غرار الحركة الدائرية التي يظهرها محور دوران الجزء العلوي أو الجيروسكوب) ، فإن محور الدوران سيتأرجح أيضًا ذهابًا وإيابًا ، وأحيانًا بشكل كبير.

يتفاعل المريخ والأرض بقوة مع بعضهما البعض ، وكذلك مع عطارد والزهرة. ونتيجة لذلك ، فإن محاور الدوران في حد ذاتها سوف تتقدم بنفس معدل التذبذب المداري ، مما قد يتسبب في اختلافات كبيرة في ميلها المحوري. لحسن الحظ ، يحافظ القمر على اختلافات الأرض تحت السيطرة. يزيد القمر من معدل سرعة دوران محور دوران كوكبنا ويجعله مختلفًا عن معدل التذبذب المداري. المريخ ، من ناحية أخرى ، ليس لديه قمر صناعي كبير بما يكفي لتثبيت ميله المحوري. قال لي ، عضو هيئة التدريس في كلية الفيزياء: "يبدو أن كلا الكواكب الخارجية يختلفان كثيرًا عن المريخ والأرض لأن ارتباطهما أضعف بالكواكب الشقيقة". "لا نعرف ما إذا كانت تمتلك أقمارًا ، لكن حساباتنا تُظهر أنه حتى بدون الأقمار الصناعية ، فإن محاور الدوران لـ Kepler-186f و 62f كانت ستظل ثابتة على مدى عشرات الملايين من السنين."

إن نصف قطر كبلر -186 ف أقل من 10 في المائة أكبر من نصف قطر الأرض ، لكن كتلته وتكوينه وكثافته تظل لغزًا. يدور حول نجمه المضيف كل 130 يومًا. وفقًا لوكالة ناسا ، فإن سطوع ذلك النجم عند الظهيرة ، بينما يقف على 186 درجة ، سيظهر ساطعًا مثل الشمس قبل غروب الشمس مباشرة هنا على الأرض. يقع Kepler-186f في كوكبة Cygnus كجزء من نظام النجوم الخمسة.

كان Kepler-62f أكثر الكواكب الخارجية شبهاً بالأرض حتى لاحظ العلماء 186f في عام 2014. إنه أكبر بحوالي 40 بالمائة من كوكبنا ومن المحتمل أنه عالم أرضي أو مغطى بالمحيطات. إنه موجود في كوكبة Lyra وهو الكوكب الأبعد بين خمسة كواكب خارجية تدور حول نجم واحد.

هذا لا يعني أن أيًا من الكواكب الخارجية بها ماء ، ناهيك عن الحياة. لكن كلاهما مرشح جيد نسبيًا.

قال لي: "دراستنا هي من بين أولى الدراسات التي تبحث في استقرار المناخ للكواكب الخارجية وتضيف إلى الفهم المتزايد لهذه العوالم القريبة التي يحتمل أن تكون صالحة للسكن".

وأضاف شان: "لا أعتقد أننا نفهم ما يكفي عن أصل الحياة لاستبعاد احتمال وجودها على كواكب ذات مواسم غير منتظمة". "حتى على الأرض ، تتنوع الحياة بشكل ملحوظ وقد أظهرت مرونة لا تصدق في بيئات معادية بشكل غير عادي.

"لكن الكوكب المستقر مناخيًا قد يكون مكانًا أكثر راحة للبدء."

تم نشر الورقة ، "تباينات الانحراف في كواكب المنطقة الصالحة للسكن Kepler 62-f و Kepler 186-f" ، على الإنترنت في المجلة الفلكية.


هناك كوكبان خارج المجموعة الشمسية يشبهان الأرض أكثر مما كان يعتقد سابقًا

تقدم دراسة جديدة من معهد جورجيا للتكنولوجيا أدلة جديدة تشير إلى أن كوكبًا خارج المجموعة الشمسية على بعد 500 سنة ضوئية يشبه إلى حد كبير الأرض. Kepler-186f هو أول كوكب بحجم الأرض تم تحديده خارج النظام الشمسي يدور حول نجم في المنطقة الصالحة للسكن. هذا يعني أنها المسافة المناسبة من النجم المضيف لتتجمع المياه السائلة على السطح.

استخدمت دراسة Georgia Tech عمليات المحاكاة لتحليل وتحديد ديناميكيات محور الدوران للكواكب الخارجية. تحدد هذه الديناميكيات مقدار ميل الكوكب على محوره وكيف تتطور زاوية الميل بمرور الوقت. يساهم الميل المحوري في المواسم والمناخ لأنه يؤثر على كيفية تأثير ضوء الشمس على سطح الكوكب.

يقترح الباحثون أن الميل المحوري لـ Kepler-186f مستقر للغاية ، مثل الأرض إلى حد كبير ، مما يجعل من المحتمل أن يكون لها مواسم منتظمة ومناخ مستقر. يعتقد فريق Georgia Tech أن الأمر نفسه ينطبق على Kepler-62f ، وهو كوكب بحجم الأرض الفائق يدور حول نجم يبعد عنا حوالي 1200 سنة ضوئية.

ما هي أهمية الميل المحوري بالنسبة للمناخ؟ Large variability in axial tilt could be a key reason why Mars transformed from a watery landscape billions of years ago to today’s barren desert. “Mars is in the habitable zone in our solar system, but its axial tilt has been very unstable — varying from zero to 60 degrees,” says Georgia Tech Assistant Professor Gongjie Li, who led the study together with graduate student Yutong Shan from the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. “That instability probably contributed to the decay of the Martian atmosphere and the evaporation of surface water.” As a comparison, Earth’s axial tilt oscillates more mildly — between 22.1 and 24.5 degrees, going from one extreme to the other every 10,000 or so years.

The orientation angle of a planet’s orbit around its host star can be made to oscillate by gravitational interaction with other planets in the same system. If the orbit were to oscillate at the same speed as the precession of the planet’s spin axis (akin to the circular motion exhibited by the rotation axis of a top or gyroscope), the spin axis would also wobble back and forth, sometimes dramatically.

Kepler-62f is located in the constellation Lyra and sitting about 1,200 light-years from Earth. Image credit: NASA Ames/JPL-Caltech/T. Pyle

Mars and Earth interact strongly with each other, as well as with Mercury and Venus. As a result, by themselves, their spin axes would precess with the same rate as the orbital oscillation, which may cause large variations in their axial tilt. Fortunately, the Moon keeps Earth’s variations in check. The Moon increases our planet’s spin axis precession rate and makes it differ from the orbital oscillation rate. Mars, on the other hand, doesn’t have a large enough satellite to stabilise its axial tilt.

“It appears that both exoplanets are very different from Mars and the Earth because they have a weaker connection with their sibling planets,” says Li. “We don’t know whether they possess moons, but our calculations show that even without satellites, the spin axes of Kepler-186f and 62f would have remained constant over tens of millions of years.”

Kepler-186f is less than 10 percent larger in radius than Earth, but its mass, composition and density remain a mystery. It orbits its host star every 130 days. According to NASA, the brightness of that star at high noon, while standing on 186f, would appear as bright as the Sun just before sunset here on Earth. Kepler-186f is located in the constellation Cygnus as part of a five-planet star system.

Kepler-62f was the most Earth-like exoplanet until scientists noticed 186f in 2014. It’s about 40 percent larger than our planet and is likely a terrestrial or ocean-covered world. It’s in the constellation Lyra and is the outermost planet among five exoplanets orbiting a single star. That’s not to say either exoplanet has water, let alone life. But both are relatively good candidates. “Our study is among the first to investigate climate stability of exoplanets and adds to the growing understanding of these potentially habitable nearby worlds,” says Li.

“I don’t think we understand enough about the origin of life to rule out the possibility of their presence on planets with irregular seasons,“ adds Shan. “Even on Earth, life is remarkably diverse and has shown incredible resilience in extraordinarily hostile environments.

“But a climatically stable planet might be a more comfortable place to start.”

Keep up to date with thelatest reviews in All About Space –available every month for just £4.99. Alternatively you can subscribehere for a fraction of the price!


The two Earth-like exoplanets that may have seasons and stable climates

When looking for exoplanets that could potentially support life, astronomers start with those orbiting within the "habitable zone" – the distance from the parent star that's just right for liquid water to exist on the surface, creating the conditions necessary for life as we know it. A new study has found that two of the most promising planets are now even more promising, with axial tilts that likely give them regular seasons and a stable climate.

Whether or not a planet is in the habitable zone is a good starting point for judging exoplanets of interest, but it's not the end of the matter. As it turns out, there are a whole host of factors that can influence the habitability of a planet, including stellar radiation and other space weather, or the planet's atmosphere, volcanic activity, plate tectonics, water content, and axial tilt.

It's that last point that the new research focused on. In our own solar system, Earth is joined in the habitable zone (aka the Goldilocks zone) by Venus and Mars, but only one of those planets is currently life-friendly. Venus has suffered from a runaway greenhouse effect that's left it with a toxic atmosphere of sulfuric acid, while modern Mars is an arid wasteland after its once-hospitable atmosphere was lost to space, thanks largely to the irregular tilt of its axis.

"Mars is in the habitable zone in our solar system, but its axial tilt has been very unstable – varying from zero to 60 degrees," says Gongjie Li, co-lead researcher on the study. "That instability probably contributed to the decay of the Martian atmosphere and the evaporation of surface water."

For the new study, researchers from Georgia Tech and the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics used simulations to figure out the spin axis dynamics of two of the most Earth-like exoplanets ever discovered: Kepler-186f and Kepler-62f.

An artist's rendition of Kepler-62f

The former was discovered in 2014, orbiting within the habitable zone of a red dwarf star about 500 light-years away. It's only 10 percent bigger than Earth, and circles its star once every 130 days. Kepler-62f, on the other hand, is 40 percent larger than Earth, and sits 1,200 light-years away, also in the Goldilocks zone of its star.

The researchers found that both exoplanets likely have stable axial tilts. This is largely because they don't interact with their neighboring planets as strongly as planets do in our Solar System. For instance, Mars, Earth, Venus and Mercury all interact gravitationally, potentially messing with each other's axial tilt. The Moon keeps Earth spinning steadily, but Mars isn't so lucky.

"It appears that both exoplanets are very different from Mars and the Earth because they have a weaker connection with their sibling planets," says Gongjie Li, co-lead researcher on the study. "We don't know whether they possess moons, but our calculations show that even without satellites, the spin axes of Kepler-186f and 62f would have remained constant over tens of millions of years."

This would give the planets a stable axial tilt and, by extension, possibly a stable climate with shifting seasons. As always with this kind of work, that doesn't guarantee that either exoplanet is home to liquid water and/or life, but as the researchers say, "a climatically stable planet might be a more comfortable place to start."


Where most people live on Earth, summers are hot and filled with many hours of strong sunlight, while winters are cold due to shortened hours of daylight and weak sunlight. You might think that the extreme heat of summer and the icy cold of winter have something to do with how close Earth is to the Sun, but actually, Earth's orbit is almost circular around the Sun, so there is very little difference in the distance from Earth to the Sun throughout the year. So, what are the reasons for the seasons, if it is not the distance from the Sun? One big part of the answer is that Earth is tilted on an axis.

What is an axis? Picture an imaginary stick going through the north and south poles of Earth. Earth makes a complete rotation about this axis every 24 hours. However, this axis is not straight up and down as Earth goes through its orbit about the Sun. Instead, it is tilted approximately 23 degrees. The degree of tilt varies by about 1.5 degrees every 41,000 years, which you can read more about in the Bibliography, below. We can thank our relatively big Moon for keeping this degree of tilt so stable. Without the influence of our Moon's gravity, the tilt would vary dramatically, like that of a wobbling top, resulting in rapidly changing seasons that would make it difficult for life to exist on Earth. Planetary scientists think that our relatively big Moon, and the axis tilt itself, were created by enormous collisions Earth experienced early in its formation 4.5 billion years ago.

How does the tilt of the axis create seasons? The tilt changes how the sunlight hits Earth at a given location. As shown in Figure 1, Earth's axis (the red line) remains fixed in space. It always points in the same direction, as Earth goes through its orbit around the Sun.


شكل 1. This drawing shows how Earth's axis remains fixed in space (pointing in the same direction) as Earth goes through its orbit around the Sun.

When it is summer in North America, the top part of the axis (the north pole) points in the direction of the Sun, and the Sun's rays shine directly on North America while in South America, the axis is tipped بعيد from the Sun and the Sun's rays hit Earth on a slant. So, when it is summer in North America, it is winter in South America. When it is winter in North America, the north pole is tipped away from the Sun, and the Sun's rays hit the Earth on a slant there meaning it is summer in South America, because the Sun's rays hit Earth more directly in that hemisphere. As for the intermediate seasons, spring and fall, these are seasons when neither the top, nor the bottom, of Earth's axis are pointed in the direction of the Sun, days and nights are of equal length, and both the top half and the bottom half of Earth get equal amounts of light.

Slanted rays are weaker rays because they cover a larger area and heat the air and surface less than direct rays do, as shown in Figure 2, below. You can see this if you shine a flashlight on a large ball. If you point the flashlight directly at the ball, it makes a bright, circular spot on the ball however, if your point the flashlight at the edge of the ball, the light makes a duller, more oval-looking spot on the ball. The same thing happens with Earth and the Sun&mdashimagine the ball is Earth and the flashlight is the Sun. In this astronomy science fair project, you will investigate how tilting a surface affects how light rays hit that surface.


Figure 2. This drawing shows the different shapes and brightness produced by rays of sunlight that hit Earth more directly (in summer), and rays that hit Earth at a slant (in winter).


More Clues That Earth-Like Exoplanets Are Indeed Earth-Like

A new study provides new clues indicating that an exoplanet 500 light-years away is much like Earth.

Kepler-186f is the first identified Earth-sized planet outside the Solar System orbiting a star in the habitable zone. This means it's the proper distance from its host star for liquid water to pool on the surface.

The Georgia Tech study used simulations to analyze and identify the exoplanet's spin axis dynamics. Those dynamics determine how much a planet tilts on its axis and how that tilt angle evolves over time. Axial tilt contributes to seasons and climate because it affects how sunlight strikes the planet's surface.

The researchers suggest that Kepler-186f's axial tilt is very stable, much like the Earth, making it likely that it has regular seasons and a stable climate. The Georgia Tech team thinks the same is true for Kepler-62f, a super-Earth-sized planet orbiting around a star about 1,200 light-years away from us.

How important is axial tilt for climate? Large variability in axial tilt could be a key reason why Mars transformed from a watery landscape billions of years ago to today's barren desert.

"Mars is in the habitable zone in our solar system, but its axial tilt has been very unstable -- varying from 0 to 60 degrees," said Georgia Tech Assistant Professor Gongjie Li, who led the study together with graduate student Yutong Shan from the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) in Cambridge, Mass. "That instability probably contributed to the decay of the Martian atmosphere and the evaporation of surface water."

As a comparison, Earth's axial tilt oscillates more mildly -- between 22.1 and 24.5 degrees, going from one extreme to the other every 10,000 or so years.

The orientation angle of a planet's orbit around its host star can be made to oscillate by gravitational interaction with other planets in the same system. If the orbit were to oscillate at the same speed as the precession of the planet's spin axis (akin to the circular motion exhibited by the rotation axis of a top or gyroscope), the spin axis would also wobble back and forth, sometimes dramatically.

Mars and Earth interact strongly with each other, as well as with Mercury and Venus. As a result, by themselves, their spin axes would precess with the same rate as the orbital oscillation, which may cause large variations in their axial tilt. Fortunately, the Moon keeps Earth's variations in check. The Moon increases our planet's spin axis precession rate and makes it differ from the orbital oscillation rate. Mars, on the other hand, doesn't have a large enough satellite to stabilize its axial tilt.

"It appears that both exoplanets are very different from Mars and the Earth because they have a weaker connection with their sibling planets," said Li, a faculty member in the School of Physics. "We don't know whether they possess moons, but our calculations show that even without satellites, the spin axes of Kepler-186f and 62f would have remained constant over tens of millions of years."

Kepler-186f is less than 10 percent larger in radius than Earth, but its mass, composition, and density remain a mystery. It orbits its host star every 130 days. According to NASA, the brightness of that star at high noon, while standing on 186f, would appear as bright as the sun just before sunset here on Earth. Kepler-186f is located in the constellation Cygnus as part of a five-planet star system.

Kepler-62f was the most Earth-like exoplanet until scientists noticed 186f in 2014. It's about 40 percent larger than our planet and is likely a terrestrial or ocean-covered world. It's in the constellation Lyra and is the outermost planet among five exoplanets orbiting a single star.

That's not to say either exoplanet has water, let alone life. But both are relatively good candidates.

"Our study is among the first to investigate climate stability of exoplanets and adds to the growing understanding of these potentially habitable nearby worlds," said Li.

"I don't think we understand enough about the origin of life to rule out the possibility of its presence on planets with irregular seasons," added the CfA’s Shan. "Even on Earth, life is remarkably diverse and has shown incredible resilience in extraordinarily hostile environments.

"But a climatically stable planet might be a more comfortable place to start."

A paper describing these results appeared in the May 17, 2018 issue of The Astronomical Journal .

(This release was originally issued by Georgia Tech.)

Headquartered in Cambridge, Mass., the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) is a collaboration between the Smithsonian Astrophysical Observatory and the Harvard College Observatory. CfA scientists, organized into six research divisions, study the origin, evolution and ultimate fate of the universe.


شاهد الفيديو: اكتشاف 7 كواكب خارج المجموعة الشمسية (ديسمبر 2022).