الفلك

كيف ستتغير خصائص كوكب صالح للسكن مع نجوم من أنواع طيفية مختلفة؟

كيف ستتغير خصائص كوكب صالح للسكن مع نجوم من أنواع طيفية مختلفة؟

تزداد قوى المد والجزر التي يختبرها كوكب صالح للسكن مع انخفاض النوع الطيفي. لذا فإن الكوكب الصالح للسكن الذي يدور حول نجم أصغر حجمًا وأقل كتلة وأكثر برودة سيختبر قوى مدية أقوى بكثير من قوى المد والجزر التي يدور حولها كوكب أكبر ، وأكثر ضخامة ، وأكثر سخونة ، ومن المحتمل أن يكون مقفلًا تدريجيًا.

لكن ماذا عن العوامل الأخرى؟ كيف تتوسع الخصائص الأخرى مع النجوم المختلفة؟

على سبيل المثال ، هل ستكون السرعة المدارية لكوكب في المنطقة الصالحة للسكن لقزم أحمر أصغر من سرعة كوكب في المنطقة الصالحة للسكن لنجم أكثر كثافة وسخونة؟


التأثير الرئيسي سيكون البيئة الإشعاعية. من المحتمل أن يكون الكوكب الموجود في المنطقة الصالحة للسكن من قزم M خاضعًا لرصد الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية لفترة أطول بكثير من كوكب يدور حول قزم جي من نفس العمر الإجمالي.

والسبب في ذلك يكمن في فيزياء الديناميات النجمية التي تمنح القوة المغناطيسية للنجوم الباردة. النجوم الباردة سريعة الدوران لها مجال مغناطيسي أقوى وهذا يؤدي إلى مزيد من التسخين في كروموسفيرها وأكليلها. وهذا بدوره يؤدي إلى المزيد من الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية الناشئة عن البلازما الساخنة الموجودة داخل هذه المناطق.

تولد النجوم على شكل دوارات أسرع ثم تفقد الزخم الزاوي عن طريق اقتران رياحها النجمية بمجالاتها المغناطيسية واسعة النطاق. وهكذا مع تقدمهم في السن ، يصبح دورانهم أبطأ ويقل النشاط المغناطيسي. على سبيل المثال ، نجم مثل الشمس ، ولكن عمره 100 مليون سنة ، سيكون أكثر نشاطًا بالأشعة السينية بآلاف المرات من الشمس الآن.

لأسباب غير مفهومة تمامًا حتى الآن ، لوحظ أن نجوم التسلسل الرئيسي ذات الكتلة الأقل لها نطاقات زمنية أطول وتظل نشطة مغناطيسيًا لفترة أطول - مليارات السنين في حالة الأقزام المتوسطة M (على سبيل المثال Bouvier et al. 2014). هذا يعني أنه بالنسبة لتدفق إجمالي مماثل للطاقة من النجم المضيف ، فإن الكوكب الذي يدور حول قزم M سيتلقى جرعات أعلى بكثير من الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية على مدار مليارات السنين.

من المحتمل أن يكون لهذا الإشعاع عالي الطاقة تأثير كبير على الغلاف الجوي للكواكب القريبة حول الأقزام M وقد يكون له بالطبع تأثير على ما إذا كانت الحياة (كما نعرفها) يمكن أن تتطور.

السرعة المدارية (الدائرية المفترضة) لكوكب في المنطقة الصالحة للسكن لنجم أقل برودة وأقل كتلة ، ستكون أكبر من سرعة نجم شبيه بالشمس (والذي نشأ للتو من قانون كبلر الثالث) ، لكن هذا لن يكون له أي آثار على الجو أو القابلية للسكن.


يوضح الجدول التالي الكتلة ، ونصف القطر ، ودرجة الحرارة ، واللمعان لنجم متوسط ​​من عدة أنواع طيفية مختارة:

$$ start {array} {d | c | c |} text {Spectral Type} & text {Mass} ( odot) & text {Radius} ( odot) & text {Temperature (K)} & text {Luminosity} {( odot)} hline text {M8V} & text {0.082} & text {0.111} & text {2500} & {0.00043} hline text { M5V} & text {0.16} & text {0.199} & text {3030} & {0.00299} hline text {M2V} & text {0.44} & text {0.434} & text {3550 } & {0.0268} hline text {K8V} & text {0.59} & text {0.587} & text {4000} & {0.079} hline text {K5V} & text {0.68 } & text {0.698} & text {4410} & {0.165} hline text {K2V} & text {0.78} & text {0.763} & text {5040} & {0.337} hline text {G8V} & text {0.94} & text {0.909} & text {5490} & {0.673} hline text {G5V} & text {0.98} & text {0.982} & text {5660} & {0.887} hline text {G2V} & text {1.02} & text {1.01} & text {5770} & {1.014} hline text {F8V} & text {1.18} & text {1.25} & text {6170} & {2.031} hline text {F5V} & text {1.33} & text {1.46} & text {6510} & {3.434} hline text {F2V} & text {1.44} & text {1.61} & text {6810} & {5.001} hline text {A8V} & text {1.67} & text {1.81} & text {7500} & {9.3} hline text {A5V} & text {1.85} & text {1.94} & text {8080} & {14.392} hline text {A2V} & text {2.05} & text {1.97} & أرسل {8840} & {21.263} hline end {array} $$

يعطي الجدول التالي المسافة المدارية والفترة والسرعة لكوكب شبيه بالأرض يتلقى نفس التدفق من نجمه كما تفعل الأرض من الشمس ، جنبًا إلى جنب مع السرعة الشعاعية للنجم الناجم عن هذا الكوكب وقوى المد والجزر التي تمارس عليه الكوكب نسبة إلى الأرض:

$$ start {array} {d | c | c | c |} text {Spectral Type} & text {Orbital Distance (AU)} & text {Orbital Period (days)} & text {Orbital Velocity ( km / s)} & text {Radial Velocity (m / s)} & text {Tidal Force} {( oplus)} hline text {M8V} & 0.0207 & 3.82 & 59.166 & 2.167 & 9166 hline text {M5V} & 0.0547 & 11.68 & 50.929 & 0.956 & 977.34 hline text {M2V} & 0.163 & 36.51 & 48.812 & 0.333 & 100.09 hline text {K8V} & 0.281 & 70.95 & 43.134 & 0.219 & 26.5 hline text {K5V} & 0.406 & 114.84 & 38.518 & 0.17 & 10.11 hline text {K2V} & 0.58 & 182.93 & 34.525 & 0.133 & 3.98 hline text {G8V} & 0.82 & 280.06 & 31.877 & 0.101 & 1.7 hline text {G5V} & 0.942 & 337.48 & 30.375 & 0.093 & 1.17 hline text {G2V} & 1 & 365.56 & 29.973 & 0.088 & 1 hline text {F8V} & 1.425 & 572.18 & 27.102 & 0.068 & 0.407 hline text {F5V} & 1.853 & 799.11 & 25.231 & 0.057 & 0.209 hline text {F2V} & 2.236 & 1018.01 & 23.901 & 0.049 & 0.128 hline text {A8V} & 3.049 & 1505.21 & 22.041 & 0.039 & 0.058 hline text {A5V} & 3.793 & 1984.29 & 20.799 & 0.033 & 0.033 hline text {A2V} & 4.611 & 2526.01 & 19.859 & 0.029 & 0.02 hline end {array} $$


تم إجراء هذه الحسابات عندما يكون الكوكب على بعد مثل هذه المسافة بحيث يتلقى بالضبط نفس التدفق من نجمه مثل الأرض من الشمس. في الواقع ، يمكن أن يكون الكوكب بعيدًا أو أقرب بكثير ولا يزال في المنطقة الصالحة للسكن.

يمكنك أن ترى ارتباطًا واضحًا جدًا: مع انخفاض النوع الطيفي (يصبح النجم أكثر برودة وأصغرًا وأقل كتلة) ،

  • تقل المسافة المدارية ،
  • تقل الفترة المدارية ،
  • تزيد السرعة المدارية ،
  • تزداد السرعة الشعاعية للنجم ،
  • تزداد قوى المد والجزر على الكوكب باطراد.

أنا متأكد من أن هناك عوامل أخرى لم أضعها في الاعتبار ، لكن هذه هي أكثر العوامل وضوحًا التي يمكن أن أفكر فيها.


1. حصلت على بيانات الكتلة ونصف القطر ودرجة الحرارة لكل نجم من هنا. هذه علاقة متوسطة وليس المقصود بها أن تكون دقيقة.

2. تم حساب اللمعان باستخدام قانون Stefan-Boltzmann ، بافتراض وجود كرة مثالية ومبرد للجسم الأسود ، والذي يكون معظم النجوم تقريبًا.


قد تختلف الفترات المدارية ، وبالتالي السنوات ، للكواكب في المناطق الصالحة للسكن من النجوم من أنواع مختلفة كثيرًا ، اعتمادًا على مدى اتساع أو ضيق المنطقة الصالحة للسكن في النجم وأنواع النجوم التي يمكن أن يكون لها كواكب صالحة للسكن. وبالتالي ، قد يكون من الممكن لبعض الكواكب الصالحة للسكن أن يكون لها سنوات أطول بعشرات المرات من البعض الآخر ، وربما حتى مئات المرات مثل الكواكب الأخرى.

لا تتوافق المواسم المترولوجية تمامًا مع المواسم الفلكية ، ولكنها تستند إليها. الفصول الفلكية هي ربع سنة الكوكب.

لذلك يمكن أن يكون للكواكب ذات أطوال السنة المختلفة اختلافًا كبيرًا في طول الموسم ، مما قد يكون له تأثيرات كبيرة على الحياة الافتراضية على تلك الكواكب.

ستكون الكواكب في المناطق الصالحة للسكن من النجوم الحمراء القاتمة مقفلة تدريجيًا على نجومها ، وبالتالي لن يكون لها فصول ما لم تكن مداراتها غريبة الأطوار تمامًا. بدلاً من ذلك ، سيكون لدى أحد الجانبين نهار أبدي وصيف أبدي ، والجانب الآخر سيكون له ليلة أبدية وشتاء أبدي. قد يجعل هذا الكوكب غير صالح للسكن ما لم يحافظ الغلاف الجوي والغلاف المائي على كلا الجانبين في درجات حرارة مماثلة.

إذا كان كوكب عملاق يدور في المنطقة الصالحة للسكن لنجم قزم أحمر ، وكان لديه واحد أو أكثر من الأقمار الكوكبية التي قد يكون لها حياة ، فإن تلك الأقمار ستكون مقفلة مدًا على الكوكب بدلاً من النجم. وهكذا فإن فتراتها المدارية حول الكوكب ، أشهرها ، تساوي دوراتها من النور والظلام ، أيامها. سيكون لذلك آثار مناخية كبيرة.

لذلك من المحتمل أن تكون هناك اختلافات مناخية قوية بين الكواكب والأقمار التي تدور حول نجوم من أنواع طيفية مختلفة ، حتى في الحالات التي تكون فيها مسافاتهم من النوع الذي يتلقون فيه نفس الكمية الإجمالية من الإشعاع من نجومهم تمامًا مثل الأرض.


تمتلك معظم النجوم كواكب ، لكن نسبة النجوم التي لديها كواكب بالضبط غير مؤكدة لأنه لا يمكن اكتشاف جميع الكواكب بعد. تعتبر طريقة السرعة الشعاعية وطريقة العبور (وهما المسؤولتان عن الغالبية العظمى من الاكتشافات) أكثر حساسية للكواكب الكبيرة في المدارات الصغيرة. وبالتالي فإن العديد من الكواكب الخارجية المعروفة هي "كواكب المشتري الساخنة": كواكب من كتلة جوفيان أو أكبر في مدارات صغيرة جدًا مع فترات لا تتجاوز بضعة أيام. وجدت دراسة استقصائية أجريت عام 2005 للكواكب ذات السرعة الشعاعية المكتشفة أن حوالي 1.2٪ من النجوم الشبيهة بالشمس لها كوكب المشتري الساخن ، حيث يشير مصطلح "نجم شبيه بالشمس" إلى أي نجم متسلسل رئيسي من الفئات الطيفية المتأخرة F أو G أو مبكرًا. -K بدون رفيق ممتاز قريب. [2] هذه النسبة البالغة 1.2٪ هي أكثر من ضعف تردد كواكب المشترى الساخنة التي اكتشفتها مركبة الفضاء كبلر ، وربما يرجع ذلك إلى أن مجال رؤية كبلر يغطي منطقة مختلفة من مجرة ​​درب التبانة حيث تختلف فلزية النجوم. [3] كما تشير التقديرات إلى أن 3٪ إلى 4.5٪ من النجوم الشبيهة بالشمس تمتلك كوكبًا عملاقًا له فترة مدارية تبلغ 100 يوم أو أقل ، حيث تعني عبارة "كوكب عملاق" كوكبًا به 30 كتلة أرضية على الأقل. [4]

من المعروف أن الكواكب الصغيرة (ذات الكتلة الشبيهة بالأرض تقريبًا أو الأكبر إلى حد ما) أكثر شيوعًا من الكواكب العملاقة. [5] كما يبدو أن عدد الكواكب في المدارات الكبيرة أكبر من عدد الكواكب الموجودة في المدارات الصغيرة. بناءً على ذلك ، يُقدر أن 20٪ من النجوم الشبيهة بالشمس لديها كوكب عملاق واحد على الأقل بينما 40٪ على الأقل قد يكون لها كواكب ذات كتلة أقل. [4] [6] [7] خلصت دراسة أجريت عام 2012 على بيانات الجاذبية الدقيقة التي تم جمعها بين عامي 2002 و 2007 إلى أن نسبة النجوم مع الكواكب أعلى بكثير وتقدر متوسط ​​1.6 كوكب يدور بين 0.5-10 وحدة فلكية لكل نجم في مجرة ​​درب التبانة ، خلص مؤلفو هذه الدراسة إلى أن "النجوم تدور حول الكواكب كقاعدة عامة ، وليس الاستثناء". [1] في نوفمبر 2013 ، أُعلن أن 22 ± 8٪ من النجوم الشبيهة بالشمس [أ] لها كوكب بحجم الأرض [ب] في المنطقة الصالحة للسكن [ج]. [8] [9]

مهما كانت نسبة النجوم مع الكواكب ، يجب أن يكون العدد الإجمالي للكواكب الخارجية كبيرًا جدًا. نظرًا لأن مجرة ​​درب التبانة تحتوي على 200 مليار نجم على الأقل ، يجب أن تحتوي أيضًا على عشرات أو مئات المليارات من الكواكب.

تدور معظم الكواكب الخارجية المعروفة حول نجوم تشبه الشمس تقريبًا ، أي نجوم التسلسل الرئيسي من الفئات الطيفية F أو G أو K. أحد الأسباب هو أن برامج البحث عن الكواكب تميل إلى التركيز على مثل هذه النجوم. بالإضافة إلى ذلك ، تشير التحليلات الإحصائية إلى أن النجوم ذات الكتلة المنخفضة (الأقزام الحمراء ، من الفئة الطيفية M) أقل احتمالًا لامتلاك كواكب ضخمة بما يكفي لاكتشافها بطريقة السرعة الشعاعية. [4] [10] ومع ذلك ، تم اكتشاف العديد من الكواكب حول الأقزام الحمراء بواسطة مركبة الفضاء كبلر بطريقة العبور ، والتي يمكنها اكتشاف الكواكب الأصغر.

عادةً ما تدور نجوم الفئة الطيفية A بسرعة كبيرة ، مما يجعل من الصعب جدًا قياس تحولات دوبلر الصغيرة التي تحدثها الكواكب المدارية لأن الخطوط الطيفية واسعة جدًا. [11] ومع ذلك ، فإن هذا النوع من النجوم الضخمة يتطور في النهاية إلى عملاق أحمر أكثر برودة والذي يدور ببطء أكثر وبالتالي يمكن قياسه باستخدام طريقة السرعة الشعاعية. [11] تم العثور على بضع عشرات من الكواكب حول عمالقة حمراء.

تشير الملاحظات باستخدام تلسكوب Spitzer Space Telescope إلى أن النجوم الضخمة للغاية من الفئة الطيفية O ، والتي تكون أكثر حرارة من الشمس ، تنتج تأثير تبخر ضوئي يمنع تكوين الكواكب. [12] عندما يتحول نجم من النوع O إلى مستعر أعظم ، فإن أي كواكب تكون قد تشكلت ستصبح عائمة بحرية بسبب فقدان الكتلة النجمية ما لم تدفعها الركلة الوليدة للبقايا الناتجة في نفس اتجاه كوكب هارب. [13] الأقراص الاحتياطية للمادة التي فشلت في الهروب من المدار خلال المستعر الأعظم قد تشكل كواكب حول النجوم النيوترونية والثقوب السوداء. [14]

تشير استطلاعات دوبلر حول مجموعة متنوعة من النجوم إلى أن حوالي 1 من كل 6 نجوم لها ضعف كتلة الشمس تدور حول واحد أو أكثر من الكواكب بحجم المشتري ، مقابل 1 من كل 16 للنجوم الشبيهة بالشمس وواحد فقط من كل 50 للأقزام الحمراء . من ناحية أخرى ، تشير استطلاعات العدسة الدقيقة إلى أن كواكب نبتون ذات الكتلة الطويلة توجد حوالي 1 من كل 3 أقزام حمراء. [15] تُظهر ملاحظات تلسكوب كبلر الفضائي للكواكب التي تصل مدتها إلى عام واحد أن معدلات حدوث الكواكب بحجم الأرض إلى نبتون (من 1 إلى 4 أنصاف أقطار الأرض) حول النجوم M و K و G و F هي أعلى بالتتابع باتجاه البرودة ، نجوم أقل كتلة. [16]

في نهاية الكتلة المنخفضة لتشكيل النجوم ، توجد أجسام شبه نجمية لا تندمج الهيدروجين: الأقزام البنية والأقزام شبه البنية ، من التصنيف الطيفي L و T و Y. تم اكتشاف الكواكب وأقراص الكواكب الأولية حول الأقزام البنية ، وتم العثور على أقراص حول الأقزام شبه البنية (مثل OTS 44).

يمكن للكواكب المارقة المقذوفة من نظامها الاحتفاظ بنظام الأقمار الصناعية. [17]

تتكون النجوم العادية بشكل أساسي من عنصري الضوء ، الهيدروجين والهيليوم. تحتوي أيضًا على نسبة صغيرة من العناصر الأثقل ، ويشار إلى هذا الجزء بمعدنية النجم (حتى لو لم تكن العناصر معادن بالمعنى التقليدي) ، [2] يُشار إليها بـ [m / H] ويتم التعبير عنها بمقياس لوغاريتمي حيث الصفر هو فلزية الشمس.

وجدت دراسة أجريت عام 2012 لبيانات مركبة الفضاء كبلر أن الكواكب الأصغر ، ذات نصف قطر أصغر من كوكب نبتون ، وجدت حول النجوم ذات المعادن في النطاق −0.6 & lt [m / H] & lt +0.5 (حوالي أربع مرات أقل من الشمس إلى ثلاثة مرات أكثر) ، [د] في حين تم العثور على الكواكب الأكبر في الغالب حول النجوم ذات الفلزات المعدنية في الطرف الأعلى من هذا النطاق (عند المعدن الشمسي وما فوق). في هذه الدراسة ، حدثت الكواكب الصغيرة بمعدل ثلاثة أضعاف عدد الكواكب الكبيرة حول نجوم معدنية أكبر من الشمس ، لكنها حدثت حوالي ستة أضعاف عدد الكواكب المعدنية الأقل من الشمس. قد يكون نقص الكواكب الغازية العملاقة حول النجوم منخفضة الفلزية بسبب معدنية أقراص الكواكب الأولية التي تؤثر على السرعة التي يمكن أن تتشكل بها النوى الكوكبية وما إذا كانت تلتصق بغلاف غازي قبل أن يتبدد الغاز. ومع ذلك ، لا يستطيع كبلر سوى مراقبة الكواكب القريبة جدًا من نجمها ، ومن المحتمل أن تكون الكواكب الغازية العملاقة المكتشفة قد هاجرت من أماكن أبعد ، لذا فإن انخفاض كفاءة الهجرة في الأقراص منخفضة المعادن يمكن أيضًا أن يفسر هذه النتائج جزئيًا. [18]

وجدت دراسة أجريت عام 2014 أنه ليس فقط الكواكب العملاقة ، ولكن الكواكب من جميع الأحجام لديها معدل حدوث متزايد حول النجوم الغنية بالمعادن مقارنة بالنجوم الفقيرة بالمعادن ، على الرغم من أنه كلما زاد حجم الكوكب ، زادت هذه الزيادة مع زيادة الفلزية. قسمت الدراسة الكواكب إلى ثلاث مجموعات بناءً على نصف القطر: عمالقة الغاز ، والأقزام الغازية ، والكواكب الأرضية مع خطوط فاصلة عند 1.7 و 3.9 نصف قطر الأرض. بالنسبة لهذه المجموعات الثلاث ، فإن معدلات حدوث الكوكب أعلى بنسبة 9.30 و 2.03 و 1.72 مرة بالنسبة للنجوم الغنية بالمعادن عنها في النجوم الفقيرة بالمعادن ، على التوالي. هناك تحيز ضد اكتشاف الكواكب الأصغر لأن النجوم الغنية بالمعادن تميل إلى أن تكون أكبر ، مما يجعل من الصعب اكتشاف الكواكب الأصغر ، مما يعني أن هذه الزيادات في معدلات الحدوث هي حدود أقل. [19]

وقد ثبت أيضًا أن النجوم الشبيهة بالشمس مع الكواكب من المرجح أن تكون ناقصة في الليثيوم ، على الرغم من أن هذا الارتباط لا يظهر على الإطلاق في الأنواع الأخرى من النجوم. [20] ومع ذلك ، أصبحت هذه العلاقة المزعومة نقطة خلاف في مجتمع الفيزياء الفلكية الكوكبية ، حيث تم رفضها في كثير من الأحيان [21] [22] ولكن يتم دعمها أيضًا. [23] [24]

يزداد تعدد النجوم مع زيادة الكتلة النجمية: احتمالية وجود النجوم في أنظمة متعددة تبلغ حوالي 25٪ للأقزام الحمراء ، وحوالي 45٪ للنجوم الشبيهة بالشمس ، وترتفع إلى حوالي 80٪ بالنسبة للنجوم الأكثر ضخامة. حوالي 75٪ من النجوم المتعددة عبارة عن ثنائيات والباقي تعدد مراتب أعلى. [25]

تم اكتشاف أكثر من مائة كوكب يدور حول عضو واحد من نظام نجمي ثنائي (على سبيل المثال 55 كانكري ، وربما ألفا سنتوري بي بي) ، [26] وتم اكتشاف العديد من الكواكب الدائرية التي تدور حول كلا عضوين في نجم ثنائي (على سبيل المثال PSR B1620) -26 ب ، كبلر -16 ب). تُعرف بضع عشرات من الكواكب في أنظمة النجوم الثلاثية (على سبيل المثال 16 Cygni Bb) [27] واثنان في الأنظمة الرباعية Kepler 64 و 30 Arietis. [28]

تشير نتائج كبلر إلى أن أنظمة الكواكب الدائرية شائعة نسبيًا (اعتبارًا من أكتوبر 2013 ، عثرت المركبة الفضائية على سبعة كواكب دائرية من بين ما يقرب من 1000 خسوف ثنائي تم البحث عنه). أحد الاكتشافات المحيرة هو أنه على الرغم من أن نصف الثنائيات لها فترة مدارية تبلغ 2.7 يومًا أو أقل ، إلا أن أيًا من الثنائيات التي تحتوي على كواكب دائرية لها فترة أقل من 7.4 يومًا. اكتشاف كبلر المفاجئ الآخر هو أن الكواكب الدائرية تميل إلى الدوران حول نجومها بالقرب من نصف قطر عدم الاستقرار الحرج (تشير الحسابات النظرية إلى أن الحد الأدنى للفصل المستقر هو تقريبًا ضعفين إلى ثلاثة أضعاف حجم انفصال النجوم). [29]

في عام 2014 ، من الدراسات الإحصائية للبحث عن النجوم المصاحبة ، تم الاستدلال على أن حوالي نصف النجوم المضيفة للكواكب الخارجية لها نجم مصاحب ، عادةً في حدود 100 وحدة فلكية. [30] [31] هذا يعني أن العديد من النجوم المضيفة للكواكب الخارجية التي كان يُعتقد أنها منفردة هي ثنائيات ، لذلك في كثير من الحالات لا يُعرف أي من النجوم يدور الكوكب بالفعل ، وقد تكون المعلمات المنشورة للكواكب العابرة غير صحيحة إلى حد كبير بسبب ال نصف قطر الكوكب و المسافة من النجم مشتقة من المعلمات النجمية. هناك حاجة لدراسات متابعة مع التصوير (مثل تصوير البقع) للعثور على رفقاء أو استبعادهم (وستكون تقنيات السرعة الشعاعية مطلوبة لاكتشاف الثنائيات القريبة حقًا من بعضها البعض) ولم يتم تنفيذ ذلك حتى الآن لمعظم النجوم المضيفة للكواكب الخارجية. من الأمثلة على النجوم الثنائية المعروفة التي لا يُعرف فيها أي من النجوم يدور الكوكب هي Kepler-132 و Kepler-296 ، [32] على الرغم من أن دراسة أجريت عام 2015 وجدت أن كواكب Kepler-296 كانت على الأرجح تدور حول النجم الأكثر إشراقًا. [33]

تتشكل معظم النجوم في مجموعات مفتوحة ، ولكن تم العثور على عدد قليل جدًا من الكواكب في مجموعات مفتوحة ، وهذا أدى إلى فرضية أن بيئة الكتلة المفتوحة تعيق تكوين الكوكب. ومع ذلك ، خلصت دراسة أجريت عام 2011 إلى أنه كان هناك عدد غير كافٍ من استطلاعات المجموعات لعمل مثل هذه الفرضية. [34] يرجع نقص الاستطلاعات إلى وجود عدد قليل نسبيًا من التجمعات المفتوحة المناسبة في مجرة ​​درب التبانة. تتسق الاكتشافات الحديثة لكل من الكواكب العملاقة [35] والكواكب منخفضة الكتلة [36] في عناقيد مفتوحة مع وجود معدلات مماثلة لحدوث الكواكب في العناقيد المفتوحة مثل تلك الموجودة حول نجوم المجال.

يحتوي العنقود المفتوح NGC 6811 على نظامين كوكبيين معروفين Kepler-66 و Kepler-67.


كيف ستتغير خصائص كوكب صالح للسكن مع نجوم من أنواع طيفية مختلفة؟ - الفلك

سول نموذج البحث عن النجوم
مع كواكب صالحة للسكن.

الكواكب البارزة خارج الطاقة الشمسية

على مدى السنوات العديدة الماضية ، استخدم علماء الفلك بشكل متزايد ثلاثة مصطلحات متداخلة إلى حد ما لوصف مجموعة من الكواكب خارج الطاقة الشمسية التي تم العثور عليها أو التي قد يتم العثور عليها قريبًا. يتم تعريف الأنواع الثلاثة من الكواكب (أو الأقمار) على أنها أصغر من عمالقة الغاز الموجودة في النظام الشمسي (مثل أورانوس ونبتون وزحل والمشتري). قد يكون عالم واحد على الأقل من الأرض الفائقة والماء المكتشف حديثًا قادرًا على دعم الحياة الميكروبية. مع بدء العقد الجديد في الأول من كانون الثاني (يناير) 2010 ، يبدو أن عددًا قليلاً من علماء الفلك يأملون في أنه في غضون بضع سنوات أو أشهر ، قد يتم اكتشاف حتى الكواكب الشبيهة بالأرض التي يمكن أن تدعم النباتات والحيوانات من نوع الأرض.

الأرض الفائقة - أكبر من اثنين من الأرض ولكنها ليست ضخمة (ونأمل ألا تكون غازية) مثل أورانوس.

عوالم المياه أو كواكب المحيط - تتراوح الكواكب من الأرض الفائقة إلى تلك الأصغر من الأرض والتي قد تحتوي على محيطات عميقة ولكن القليل من الأرض الصالحة للسكن ، إن وجدت.

الكواكب الشبيهة بالأرض - في النهاية ، سيتم العثور على بعض الكواكب الأرضية في مدار حول "المنطقة الصالحة للسكن" لنجمها المضيف ، وبالتالي قد يكون هناك ماء سائل على سطحها - مزيد من المناقشة أدناه. يمكن أن يكون حجمها مقيّدًا بما يتراوح بين نصف إلى ضعف كتلة الأرض أو ما بين 0.8 إلى 1.3 ضعف قطر الأرض.

العديد من علماء الفلك الآن
نأمل أن يتمكنوا من العثور عليها
كوكب شبيه بالأرض بداخله
حياتنا (ولهم).

كتالوج الكواكب الخارجية الصالحة للسكن (HEC) - قاعدة بيانات جديدة على الإنترنت (في مختبر الكواكب التابع لجامعة بورتوريكو) والتي تصنف قابلية اكتشاف الكواكب الخارجية للحياة باستخدام "مؤشرات وتصنيفات مختلفة لإمكانية السكن لتحديد وتصنيف ومقارنة الكواكب الخارجية ، بما في ذلك الأقمار الصناعية المحتملة ، أو exomoons ، "بما في ذلك مؤشر تشابه الأرض على كوكب الأرض (ESI) ومسافة المناطق الصالحة للسكن (HZD) ، أو" مسافة Kasting "(بعد James F. Kasting) ، كمقياس لصلاحية السكن من نوع الأرض (بيان صحفي لـ UPR و Alan Boyle ، MSNBC ، 6 ديسمبر 2011).

الصلاحية المقترحة للسكن
نظام تصنيف
لـ 1600 كوكب خارج المجموعة الشمسية ،
معروف من قبل
ديسمبر 2011 (المزيد).

بينما قد يكون البشر في النهاية قادرين على استعمار أي نظام نجمي عن طريق بناء موائل فضائية ، يفضل الكثير من الناس اليوم الحلم بزيارة كوكب من نوع الأرض أو التواصل مع أشكال الحياة الذكية من النوع الأرضي. حاليًا ، دليلنا الوحيد حول نوع النجم الذي من المحتمل أن يستضيف كوكبًا من نوع الأرض مناسبًا لسكن الإنسان دون حماية بيئية خاصة هو شمسنا ، سول. ومع ذلك ، فإن إلقاء نظرة على خريطة النجوم القريبة يكشف بسرعة أن سول ليس مثل معظم النجوم في حي الطاقة الشمسية. في الواقع ، يبدو أن سول يتمتع ببعض الخصائص المميزة:

تعد الشمس من بين أكبر 10 في المائة من النجوم في جوارها ، لذا فهي ليست باردة وخافتة جدًا ، ولكنها أيضًا ليست ضخمة جدًا لدرجة أنها تحترق قبل أن يتاح للحياة الوقت لتتطور وتتطور وتصنع جوًا من الأكسجين لخلق جو من الأكسجين. كوكب من نوع الأرض.

إنه نجم انفرادي ، على الرغم من أن العديد من النجوم ذات الكتلة العالية نسبيًا لها رفيق نجمي واحد أو أكثر - حوالي 44 بالمائة من الأنواع الطيفية من F6 إلى K3 وربما تنخفض إلى ثلث إلى ربع النجوم من النوع M الخافت جدًا التي يصعب ملاحظتها ( Raghavan et al، 2010 Charles J. Lada، 2006 and Duquennoy and Mayor، 1991) ، وهو محظوظ للحياة على الأرض لأن المدارات الكوكبية المستقرة مثل مدار الأرض تكون أكثر احتمالًا حول النجوم الفردية.

أخيرًا ، يبدو أنه يحتوي على ما يقرب من 50 في المائة من العناصر "الثقيلة" أكثر من النجوم الأخرى في عمرها ونوعها ، ولكن فقط حوالي ثلث تباينها في السطوع ، وهو أمر محظوظ أيضًا لأن العناصر الأثقل من الهيدروجين ضرورية لصنع كواكب صخرية مثل يمكن للأرض والنجوم الكبيرة أن تلحق الضرر بالحياة الكوكبية بالإشعاع الصلب.

النجوم المنعزلة والمثرية مثل سول ،
التي هي أصغر من Sirius A لكن
أكبر من Proxima Centauri ، هي
ربما أكثر مضيافًا إلى
تطوير نبات من نوع الأرض
والحياة الحيوانية.

بالطبع ، لا يوجد نجم يشبه الشمس تمامًا ، وقد قام العديد من علماء الفلك والعلماء في المجالات ذات الصلة الذين لديهم اهتمام احترافي بالبحث عن كواكب صالحة للسكن بين النجوم القريبة بفحص بعض أهم القضايا المتعلقة بصلاحيتها للحياة. في أواخر سبتمبر 2003 ، حددت عالمة الأحياء الفلكية ماجي تورنبول من جامعة أريزونا في توكسون قائمة مختصرة من 30 نجمة (بما في ذلك Chara و 18 Scorpii و 37 Geminorum) ، والتي تم فحصها من حوالي 5000 تم تقدير أنها تقع على بعد 100 ليلي من الأرض ، كأفضل المرشحين القريبين لاستضافة حياة معقدة من نوع الأرض ، كجزء من مشروع أكبر لتوسيع الأهداف النجمية لمصفوفة Allen Telescope الجديدة التي سيتم الانتهاء منها في عام 2005 من قبل معهد SETI (البحث عن ذكاء خارج الأرض). تمت مناقشة هذه القائمة مع مجموعة من العلماء من مشروع المراصد الفضائية التابع لوكالة ناسا ، مستكشف الكواكب الأرضية (TPF) ، والذي سيبحث عن كواكب صالحة للسكن باستخدام الضوء المرئي مع "توقيع" الماء و / أو الأكسجين من نوع الأرض. إذا تم تمويله من أي وقت مضى ، وتم تأجيل مشروع داروين التابع لوكالة الفضاء الأوروبية بالمثل والذي يتضمن ستة تلسكوبات فضائية (مجلة علم الأحياء الفلكية). تم اختيار النجوم التي تم فحصها من قائمة أكبر من 17129 (منها 75 في المائة تقع في حوالي 450 لي ، أو 140 فرسخ فلكي ، من سول) تم تجميعها في كتالوج للأنظمة النجمية القريبة الصالحة للسكن (HabCat) بواسطة Turnbull و Jill Tarter of معهد SETI (انظر: Margaret C. Turnbull، 2002). تضمنت معايير الاختيار الخاصة بالقائمة المختصرة ذات الثلاثين نجمة ما يلي: لمعان الأشعة السينية ، والدوران ، والأنواع الطيفية أو اللون ، وعلم الحركة ، والمعدنية ، والقياس الضوئي Str mgren. [تحديث: يتوفر الآن "كتالوج النجم المستهدف لعينة نجمة داروين القريبة للبحث عن الكواكب الأرضية" (كتالوج داروين أول سكاي ستار) من Kaltenegger et al ، 2010 بتنسيق pdf.]


للعثور على الكواكب الداخلية الصخرية
حول النجوم القريبة من نوع سول ،
يأمل علماء الفلك في استخدام ناسا
مكتشف الكواكب الأرضية (TPF)
ومجموعة داروين التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية
المراصد الفضائية.

قد يقتصر نطاق أنواع النجوم التي يمكن أن تدعم الحياة من نوع الأرض على الكواكب على تلك النجوم ذات الكتلة الأقل والتي "تعيش" لفترة كافية كنجوم مضيئة مستقرة لتكوّن الكواكب وتتطور الحياة المعقدة. على الرغم من أن جميع نجوم التسلسل الرئيسي تولد طاقة مضيئة عن طريق تحويل الهيدروجين إلى هيليوم من خلال الاندماج النووي الحراري ، فإن النجوم الأكبر حجمًا بمقدار 1.5 مرة من النجم سول (أي النجوم من النوع الطيفي O ، أو B ، أو الأقزام A مثل Sirius) تتقدم في العمر بسرعة كبيرة جدًا لدعم التطور. الحياة المعقدة من نوع الأرض. حتى النجوم الأكبر ، وربما المناسبة - مثل النوع الطيفي F0-4 (كاستينغ وآخرون ، مجردة 1993) - قد تكون قادرة فقط على دعم الحياة من نوع الأرض لحوالي ملياري سنة ، وبالتالي قد لا تستطيع الكواكب في المدارات الملائمة لديك الوقت الكافي لتطوير الحياة المعقدة على الأرض مثل الأشجار. علاوة على ذلك ، في غضون بضعة مليارات من السنين من ولادة النجم ، قد يظل القصف المذنبي والنيزيبي مكثفًا لدرجة أن العيش على مثل هذه الكواكب سيكون محفوفًا بالمخاطر.

على النقيض من ذلك ، فإن النجوم التي تقل كتلتها عن نصف كتلة الشمس (على سبيل المثال ، الأقزام الطيفية الأصغر من النوع M مثل Proxima Centauri) من المرجح أن تقفل بشكل مداري الكواكب التي تدور بالقرب من بعضها بما يكفي لوجود ماء سائل على سطحها بسرعة كبيرة ، قبل أن تتمكن الحياة من ذلك. تطوير (بيل ، 1977). قد يتسبب الانغلاق المداري (أو الدوران المتزامن للنجم والكوكب) في النهاية في تدمير الغلاف الجوي الذي يحافظ على الحياة من خلال التكثيف على الجانب البارد المظلم دائمًا من الكوكب. علاوة على ذلك ، تميل معظم النجوم القزمة الحمراء من النوع M إلى تعقيم الحياة على كوكب من نوع الأرض قريب المدار بشكل منتظم مع توهجات نجمية كبيرة. لذلك ، ستبحث مهمة كبلر المقترحة من وكالة ناسا عن كواكب صالحة للسكن في تسلسل رئيسي قريب للنجوم التي تكون أقل كتلة من النوع الطيفي A ولكنها أكثر ضخامة من النوع M - النجوم القزمة من الأنواع F و G و K. ومع ذلك ، نظرًا لأن الكتلة M منخفضة الكتلة. - والنجوم من النوع K كثيرة جدًا ، يواصل بعض علماء الفلك وعلماء الكواكب تصميم نجوم منخفضة الكتلة وبيئات كوكبية محتملة قد تكون مناسبة للحياة النباتية والحيوانية من نوع الأرض ، وكذلك للميكروبات (هيلموت هامر ، 2007 Tarter et al، 2007 Scalo et al، 2007 Khodachenko et al، 2007 and Grenfell et al، 2007 and Kiang et al، 2007). [يتوفر مزيد من المناقشة حول إمكانية سكن الأقزام البنية والأقزام البيضاء.]

الكواكب حول القزم الأحمر الأكثر برودة
قد يكون للنجوم والأقزام البنية
أقل بكثير من نفس البريبايوتك
المواد الكيميائية مثل الهيدروجين
السيانيد المدمجة
في حياة الأرض أكثر إشراقًا ،
النجوم من نوع سول (المزيد).

على الرغم من أنه يُعتقد أن الحياة على الأرض قد تطورت من مزيج "شهي" ساخن من المواد الكيميائية والماء التي يمكن أن تشكل الحياة ("البريبايوتك") ، فإن النتائج التي أعلنها فريق من علماء الفلك في 7 أبريل 2009 من دراسة جديدة تشير إلى أن الكواكب تدور حول قد يكون للنجوم الأكثر برودة من شمسنا ، سول ، مزيجًا مختلفًا تمامًا من هذه المواد الكيميائية. استخدم علماء الفلك مطياف الأشعة تحت الحمراء على تلسكوب سبيتزر الفضائي التابع لناسا للبحث عن مادة كيميائية ما قبل حيوية ، تسمى سيانيد الهيدروجين (HCN) ، في أقراص الغبار المكونة للكوكب حول أنواع مختلفة من النجوم ، لأنه يمكن ربط خمسة جزيئات HCN لتشكيل الأدينين ، مكون أساسي من الحمض النووي الموجود في كل الكائنات الحية المعروفة على الأرض (والحمض النووي الريبي في فيروسات الحمض النووي الريبي وكذلك أشكال الحياة القائمة على الحمض النووي). بينما تم العثور على جزيئات HCN في 30 في المائة من أقراص الغبار التي تدور حول 44 نجمة صفراء مثل سول ، لم يتم اكتشاف حوالي 17 نجمًا قزمًا من النوع M والأقزام البنية أكثر برودة وحمراءً ويعتقد أنها شائعة في الكون المرئي وكذلك في درب التبانة. طريقة المجرة. يُفترض أن الضوء فوق البنفسجي ، الذي يشع بقوة أكبر بكثير بواسطة نجوم من النوع سول الأكثر ضخامة وأكثر إشراقًا ، قد يؤدي إلى تفاعلات كيميائية تولد المزيد من HCN. تم اكتشاف جزيئات الأسيتيلين (C2H2) حول النجوم الباردة ، مما يشير إلى اكتشاف أي نوع من الجزيئات في الأقراص حول النجوم الباردة. من ناحية أخرى ، يشير عدم اكتشاف أي HCN إلى أن وفرتها أقل بكثير حول النجوم الباردة (بيان صحفي لسبيتزر).


بينما يمكن أن يكون سيانيد الهيدروجين
اكتشفت حوالي 30 بالمائة من 44
نجوم صفراء من نوع سول الملحوظة ،
لم يتم الكشف عن أي شيء حول 17 أحمر
النجوم القزمة والأقزام البنية على الرغم من
يمكن الكشف عن الأسيتيلين في
أقراص الغبار لهذه النجوم الأكثر برودة
والأشياء شبه النجمية (المزيد).

مدارات مستقرة في أنظمة النجم الثنائي

في يوليو 2010 ، قدر بعض علماء الفلك أن 44 في المائة من F6 إلى K3 من النجوم المتسلسلة الرئيسية في الجوار الشمسي التي قد تكون مناسبة (على سبيل المثال ، ذات كتلة نجمية بين 1.5 و 0.5 مرة من سول) لاستضافة كواكب من نوع الأرض قد تكون أعضاء في أنظمة نجمية ثنائية أو متعددة ، وربما تنخفض إلى ثلث إلى ربع النجوم من النوع M الخافت جدًا والتي يصعب ملاحظتها (Raghavan et al، 2010 Charles J. Lada، 2006 and Duquennoy and Mayor، 1991). ومع ذلك ، في أنظمة النجوم الثنائية ، يجب ألا يكون الكوكب بعيدًا جدًا عن نجم واحد أو قريب جدًا من نجمين "موطنين" وإلا سيكون مداره غير مستقر. إذا تجاوزت تلك المسافة حوالي خمس أقرب اقتراب للنجم الآخر ، فإن جاذبية ذلك النجم الثاني يمكن أن تعطل مدار الكوكب (Graziani and Black ، 1981 Pendleton and Black ، 1983 و Dvorak et al ، 1989). في الواقع ، قد تمتد المدارات المستقرة إلى ثلث أقرب فصل بين أي نجمين في نظام ثنائي ، ولكن وفقًا لفريق مهمة كبلر التابع لناسا ، أظهرت نماذج التكامل العددي أن هناك نطاقًا من نصف القطر المداري بين حوالي 1/3 و 3.5 مرة من الفصل النجمي الذي لا يمكن أن تدور حوله مدارات مستقرة حول نجمين (Holman and Wiegert، 1999 Wiegert and Holman، 1997 and Donnison and Mikulskis، 1992). في الأنظمة النجمية التي تحتوي على أكثر من نجمين ، تكون حدود المسافة المدارية المستقرة صارمة جدًا لدرجة أن وجود كواكب من نوع الأرض في مدارات صالحة للسكن حيث تكون المياه السطحية سائلة يكون أقل احتمالًا.


الاكتشافات الأخيرة لـ
الكواكب العملاقة و
أقراص الغبار حولها
ثنائي المدار القريب
النجوم وما حولها
النجوم الفردية في
فصل على نطاق واسع
الثنائيات تقدم الأمل
التي تشبه الأرض
يمكن أن تكون الكواكب
وجدت في مثل
أنظمة (المزيد).

في 29 مارس 2007 ، أعلن علماء الفلك الذين يستخدمون تلسكوب سبيتزر الفضائي بالأشعة تحت الحمراء التابع لناسا اكتشافهم أن أنظمة الكواكب - الأقراص المغبرة من الكويكبات والمذنبات وربما الكواكب - قد تكون على الأقل وفيرة في أنظمة النجوم الثنائية كما هي حول النجوم الفردية ، مثل سول. في دراسة لـ 69 نظامًا ثنائيًا (وعددًا قليلاً من الأنظمة) ذات النجوم الأولية من النوع الطيفي A3 إلى F8 - وهي أصغر حجمًا وأكثر كتلة من سول - بين 65 و 320+ سنة ضوئية (20 و 100 فرسخ فلكي) من النظام الشمسي ، تم العثور على ما يقرب من 40 في المائة من الأنظمة التي تمت ملاحظتها تحتوي على أقراص غبار يجب أن تتكون من أجزاء من الصخور الكويكبية والصخور المذنبة والجليد التي قد تصبح جزءًا من الكواكب تحت التكوين. ومن ثم ، يبدو أن أنظمة الكواكب شائعة على الأقل حول النجوم الثنائية كما هي حول النجوم المفردة. علاوة على ذلك ، تم العثور على أقراص الغبار بشكل متكرر (حوالي 60 في المائة) حول كلا النجمين في أضيق 21 ثنائيًا في الدراسة ، مع وجود نجوم بين صفر وثلاث وحدات فلكية (AUs) - المسافة بين الأرض والشمس -. ومع ذلك ، تم العثور على عدد أقل بكثير من الأقراص في 23 نظامًا ثنائيًا متباعدًا على الفور ، حيث كانت النجوم متباعدة بين ثلاثة إلى 50 وحدة فلكية ، مما يشير إلى أن النجوم الثنائية قد تكون إما قريبة جدًا من بعضها البعض ، أو متباعدة إلى حد ما ، بالنسبة للكواكب النموذج (بيان صحفي لوكالة ناسا و Trilling et al ، 2006).


في هذا النظام النجمي ،
الكواكب بالفعل
تطوير داخل أ
قرص الغبار حول أ
زوج من النجوم في
مدار ضيق (أكثر).

بالإضافة إلى مسألة المسافات المدارية المستقرة للكواكب في أنظمة النجوم الثنائية ، فإن لدى علماء الفلك أيضًا مخاوف بشأن مستوى الفضاء حول هذه النجوم التي يمكن للكواكب أن تدور حولها بأمان لمليارات السنين اللازمة لدعم تطور الحياة من نوع الأرض. على سبيل المثال ، هل تميل النجوم الثنائية إلى الدوران داخل نفس المستوى الاستوائي؟ وهل وجود "التماثل" أو عدم وجوده مرتبط بمسافات الفصل الثنائي والخصائص المتغيرة الأخرى للأنظمة النجمية؟


منظر من كويكب لأقزام حمراء تدور بإحكام وكوكب مغلق مداريًا في منطقة المياه السائلة للنظام. الغطاء الجليدي المظلم للكوكب مضاء من الخلف من قزم أبيض من بعيد.

في أوائل التسعينيات ، وجدت إحدى الدراسات أن التماثل بين المستويات المدارية والاستوائية للثنائيات القريبة (في حدود 100 فرسخ أو 326 ليتر) التي تتكون من نجوم من النوع سول (F5-K5 V) "موجودة" للثنائيات ذات الفواصل المدارية لأعلى إلى متوسط ​​المسافة المدارية لبلوتو في النظام الشمسي - حوالي 40 ضعف المسافة بين الأرض والشمس أو "الوحدة الفلكية" (AU). لا يبدو أن الاختلافات في النوع الطيفي للنجوم المضيفة ، والانحراف المداري (درجة الانحراف الإهليلجي عن الاستدارة الكاملة) ، والعمر النجمي لها ارتباطات مهمة ، ولكن في الأنظمة الهرمية المتعددة ، قد توجد عدم التكتل عند فواصل صغيرة. إذا كانت المسافات الكوكبية الموجودة في النظام الشمسي نموذجية ، فلا ينبغي أن يكون هناك سبب لتوقع أن الكواكب خارج المجموعة الشمسية تدور حول نجومها الأم بشكل كبير خارج مستوياتها الاستوائية. أخيرًا ، لا ينبغي أن يكون لعدم وجود الكوكب بين النجوم المكونة لنظام ثنائي تأثير كبير على استقرار المدارات الكوكبية القريبة حول كل نجم (Alan Hale ، 1994).

منطقة صالحة للسكن حول النجوم

تم التحقيق في الظروف اللازمة لدعم الحياة من نوع الأرض على سطح الكواكب الصخرية (أو الأقمار الكبيرة بما فيه الكفاية) في مدار حول نجم معين في ما يسمى "المنطقة الصالحة للسكن" (HZ) ، حيث يمكن لإشعاع النجم المضيف الحفاظ عليها الماء كسائل على سطح الكوكب (James F. Kasting and Kasting et al، 1993). تقع الحافة الداخلية الساخنة من HZ على المسافة المدارية حيث تتفكك مياه الكوكب عن طريق الإشعاع النجمي إلى أكسجين وهيدروجين. على عكس عمالقة الغاز مثل كوكب المشتري ، فإن الهيدروجين المحرَّر سوف يهرب إلى الفضاء بسبب قوة الجاذبية الضئيلة نسبيًا للكواكب الصخرية الصغيرة مثل الأرض. تم الافتراض بأن التفكك الهائل لمياه الكواكب حدث على كوكب الزهرة (الذي يبلغ متوسط ​​المسافة المدارية فيه 0.7 AU) عبر تأثير الاحتباس الحراري الجامح. من ناحية أخرى ، يتكثف ثاني أكسيد الكربون الموجود في الغلاف الجوي عند الحافة الخارجية الباردة لمنطقة هرتز ، مما يلغي تأثير الاحتباس الحراري.

وفقًا لـ Kaltenegger et al ، 2010 (الصفحة 5): "بالنسبة لكوكب معين (بافتراض تكوين جو معين وبياض) ، تعتمد درجة حرارة السطح على المسافة من النجم المضيف ، والسطوع [L] للنجم المضيف ، و عامل التدفق الشمسي الطبيعي Seff الذي يأخذ في الحسبان توزيع شدة الطول الموجي لطيف مختلف الفئات الطيفية.يمكن حساب المسافة d من HZ على النحو التالي (Kasting et al ، 1993):

د = (1 AU) * [(L = Lsun) / Seff] 0.5

حيث يكون Seff 1.90 و 1.41 و 1.05 و 1.05 للنجوم F و G و K و M على التوالي للحافة الداخلية من HZ (حيث يحدث الدفيئة الجامحة) و 0.46 و 0.36 و 0.27 و 0.27 للنجوم F و G و K ، و M على التوالي للحافة الخارجية للمنطقة HZ (بافتراض الحد الأقصى من تأثير الاحتباس الحراري في الغلاف الجوي للكوكب). تم إجراء هذه الحسابات في الأصل لأطياف F0 و G2 و M0 وسيتم تحديثها لجميع الفئات الفرعية الطيفية (Kaltenegger و Segura و Kasting قيد الإعداد). "

في يناير 2008 ، أصدر علماء الفلك الذين يعملون بشكل تعاوني ضمن اتحاد الأبحاث حول النجوم القريبة (RECONS) بيانًا صحفيًا حول مشروعهم البحثي لتقدير حجم ما يسمى بالمنطقة الصالحة للسكن حول النجوم القريبة (بيان صحفي لـ RECONS). استنادًا إلى أحدث البيانات التي جمعتها RECONS حول النجوم في غضون 10 فرسخ فلكي (32.6 سنة ضوئية) من سول ، كان علماء الفلك يقدرون بعناية ما يسمونه "العقارات الصالحة للسكن" حول كل من جيران الشمس ، حيث الكواكب الصخرية الداخلية مثل يمكن للأرض أن تدعم الماء السائل على سطحها. تأكيدًا للنمذجة السابقة لأنظمة نجمية متعددة ذات مدارات واسعة نسبيًا مثل نظام Alpha Centauri ، وجد علماء الفلك RECONS أن مدار Alpha Centauri A و B بطريقة أنه عندما يتم الجمع بين الضوء والحرارة للنجمين ، لا يوجد نجمان في أدى نظام AB الأعمق إلى تغيير حجم المناطق الصالحة للسكن الخاصة بكل منها ، بغض النظر عن مكان وجود كل منها حاليًا في مدارها. على الرغم من أنه من المتوقع أن تتداخل النجوم A و B مع المناطق الصالحة للسكن لبعضهما البعض ، إلا أن مناطق "العقارات الصالحة للسكن" المتاحة الجيدة حول كل نجم تأثرت بأقل من واحد بالمائة. ليس من المستغرب أن بروكسيما البعيد لم يتأثر تمامًا بالنجمتين الأخريين.


بشكل عام ، أكثر إشراقًا
النجوم أوسع
المناطق الصالحة للسكن من
منها باهتة (أكثر).

وفقًا لما لخصه عالم الجيولوجيا جيمس كاستينغ في كتابه لعام 2010 "كيفية العثور على كوكب صالح للسكن" ، "[h] يجب أن تكون المناطق الملائمة حول النجوم الشبيهة بالشمس (F ، G ، و K) واسعة نسبيًا بسبب ردود الفعل الطبيعية بين الغلاف الجوي مستويات ثاني أكسيد الكربون [ثاني أكسيد الكربون] والمناخ - نفس حلقة التغذية المرتدة التي أبقت الأرض صالحة للسكن في وقت مبكر من تاريخها. للاستفادة من حلقة التغذية المرتدة هذه [المعروفة باسم دورة الكربونات والسيليكات] ، بالطبع ، يجب أن تكون الكواكب نشطة بركانيًا ويجب أن تكون تتمتع بإمدادات كافية من كل من الماء والكربون.النجوم التي تسبق حوالي F0 أو بعد حوالي K5 أقل احتمالية لإيواء كواكب صالحة للسكن لعدة أسباب.بالنسبة للنجوم من النوع المبكر ، فإن المشكلة الرئيسية هي عمر تسلسلها الرئيسي القصير. في الطرف الآخر من مقياس الكتلة النجمية ، قد تكون الكواكب الموجودة داخل المناطق الصالحة للسكن في النجوم المتأخرة K و M صغيرة ومغلقة بالمد والقصور في المواد المتطايرة. ومع ذلك ، فهي جديرة بالدراسة لأنها قد تكون أول قاعدة أرضية خارج المجموعة الشمسية. anets يمكن ملاحظتها بالفعل "(James Kasting، 2010، page 194).

على الرغم من أن هذه المناطق مقيدة بنطاق المسافات من النجم الذي يمكن أن توجد فيه المياه السائلة على سطح الكوكب ، فإن درجة حرارة سطح الكوكب الفعلية ستتأثر بعوامل إضافية مثل طبيعة وكثافة غلافه الجوي وجاذبية سطحه. ومن ثم ، فإن الخصائص المحددة لكوكب أرضي ، مثل حجمه ، ستؤثر على قدرته على استغلال المنطقة الصالحة للسكن حول نوع معين (أي نوع طيفي متغير مع الكتلة) لنجم التسلسل الرئيسي. من حيث المسافة المدارية ، فإن HZ لكوكب بحجم الأرض حول نجم تسلسل رئيسي من النوع G2 مثل شمسنا امتد في الأصل من حوالي 0.95 AU إلى 1.37 (أو NASA)

كنجم من نوع سول
يتطور إلى ما بعد النواة
اندماج الهيدروجين ، ذلك
يضيء ويتوسع
الذي يتحرك لها
منطقة صالحة للسكن
إلى الخارج (أكثر).

عندما تصبح شمسنا ، سول ، عملاقًا ثانويًا ، قد تمتد منطقتها الصالحة للسكن من اثنين إلى تسعة وحدات فلكية. وبالتالي ، تظل الحافة الداخلية لهذه المنطقة صالحة للسكن لعدة مليارات من السنين ، بينما أقصىها الخارجي ، حيث يدور زحل حاليًا ، صالح للسكن لبضع مئات الملايين من السنين. ثم يتقلب سطوع النجم لحوالي 20 مليون سنة حيث يتحول إلى قلب الهيليوم الذي يحترق بشكل حصري تقريبًا ، قبل أن يصبح عملاقًا أحمر ويتورم إلى حوالي 10 أضعاف قطر الشمس.

عندما يصبح سول
نجم عملاق هو
منطقة صالحة للسكن
سوف يمتد من
من 7 إلى 22 AUs - أ
بعد الحافة الخارجية
مدار أورانوس.

لمدة حوالي مليار سنة بعد ذلك ، تمتد المنطقة الصالحة للسكن حول العملاق الأحمر من 7 إلى 22 وحدة فلكية ، تقع حافتها الخارجية خارج مدار أورانوس. ومن ثم ، فإن الكواكب شديدة البرودة والجليدية حاليًا يمكن أن ترتفع درجة حرارتها وتصبح صالحة للسكن. قد تكون الفترة الزمنية التي تتغير خلالها هذه الظروف طويلة بما يكفي لتطور الحياة. علاوة على ذلك ، يمكن أن تنتقل البكتيريا بواسطة النيازك من كوكب داخلي حيث تنتهي الحياة إلى كوكب خارجي حيث تسخن الظروف.

إحدى ميزات سول غير العادية هي مداره حول مركز المجرة ، وهو أقل انحرافًا ("غريب الأطوار") بشكل ملحوظ عن النجوم الأخرى المماثلة في العمر (وبالتالي المعدنية) والنوع ، وبالكاد يميل بالنسبة إلى المستوى المجري. تمنع هذه الاستدارة في مدار سول من السقوط في المجرة الداخلية حيث تكون المستعرات الأعظمية المهددة للحياة أكثر شيوعًا. علاوة على ذلك ، فإن الميل الصغير للطائرة المجرية يتجنب العبور المفاجئ للطائرة التي من شأنها أن تثير سحابة أورت في سول وقصف الأرض بمذنبات تهدد الحياة.


ناسا (منطقة المجرة حول سول)

في الواقع ، تدور الشمس في مدار قريب جدًا من "نصف قطر الدوران المشترك" للمجرة ، حيث تتطابق السرعة الزاوية للأذرع الحلزونية للمجرة مع النجوم بداخلها. نتيجة لذلك ، يتجنب سول عبور الأذرع الحلزونية كثيرًا ، مما قد يعرض الأرض لمستعرات أعظم أكثر شيوعًا هناك. قد تكون هذه الظروف الاستثنائية قد زادت من احتمالية ظهور الحياة المعقدة والذكاء البشري على الأرض. وفقًا لـ Guillermo Gonzalez (عالم الفلك في جامعة ولاية أيوا) ، فإن أقل من خمسة في المائة من جميع النجوم في المجرة تتمتع بمثل هذا المدار المجري المعزز للحياة. يشير علماء فلك آخرون ، مع ذلك ، إلى أن العديد من النجوم القريبة تتحرك مع سول في مدار مجري مماثل.

فقط حوالي 10 بالمائة من مجرة ​​درب التبانة
النجوم تقيم في تعريف حديث واحد لـ a
منطقة المجرة الصالحة للسكن مع المواد الكيميائية
وظروف بيئية مناسبة
لتطوير الأرض المعقدة-
اكتب الحياة (المزيد).

تتواجد الشمس في منطقة فطيرة من المجرة تسمى "القرص" مع تركيز قوي من النجوم (والغاز والغبار) في غضون 3000 سنة ضوئية (ly) من مستوى المجرة ، والذي يتضمن ما يسمى "القرص الرقيق" التي لديها عدد أكبر من النجوم الأصغر نسبيًا ضمن 1500 ليتر من الطائرة (أكثر على مجموعات النجوم النجمية في مجرتنا درب التبانة). تحتوي هذه المنطقة على نجوم صغيرة نسبيًا إلى نجوم متوسطة العمر يبلغ عمرها حوالي خمسة مليارات سنة بمتوسط ​​معدني أعلى نسبيًا من المناطق المجرية الأخرى الواقعة خارج قلب المجرة ، في نطاق دائري يتسع بمرور الوقت. نتج عن موت النجوم الأكبر سنًا ، فإن التوافر الأكبر للعناصر الأعلى من الهيدروجين والهيليوم في هذه المنطقة المجرية يساعد على تكوين كواكب داخلية صخرية بحجم الأرض أو أكبر (Gonzalez et al ، 2001). علاوة على ذلك ، تميل المدارات المجرية للنجوم في هذه المنطقة إلى أن تكون دائرية نسبيًا - مع انحراف منخفض إلى متوسط. وفقًا لتعريف حديث للمنطقة المجرية الصالحة للسكن ، فإن ما يصل إلى 10 في المائة من جميع النجوم في مجرة ​​درب التبانة ربما تكون قد تعرضت لظروف كيميائية وبيئية مناسبة لتطوير حياة معقدة من نوع الأرض على مدى الثماني إلى أربعة مليارات سنة الماضية للتطور. التنمية (بيان صحفي و Lineweaver وآخرون ، 2004 ، بتنسيق pdf). (يتوفر مزيد من المناقشة حول مناطق المجرة المختلفة ومجموعاتها النجمية المميزة من "نجوم مجرة ​​درب التبانة" من ChView.)

في آلاف السنين الأخيرة ، كانت الشمس تمر عبر سحابة بين نجمية محلية (LIC) تتدفق بعيدًا عن رابطة Scorpius-Centaurus للنجوم الشابة التي تهيمن عليها أنواع طيفية O و B شديدة الحرارة والساطعة ، والتي سينهي العديد منها حياتهم القصيرة. بعنف مثل المستعرات الأعظمية. يُحاط LIC نفسه بتجويف أكبر وأقل كثافة في الوسط النجمي (ISM) يسمى الفقاعة المحلية ، والتي ربما تكونت من انفجار واحد أو أكثر من انفجارات سوبر نوفا حديثة نسبيًا. كما هو موضح في صورة اليوم الفلكية لعام 2002 ، الواقعة خارج الفقاعة المحلية مباشرةً ، هي: السحب الجزيئية عالية الكثافة مثل صدع أكويلا الذي يحيط ببعض مناطق تشكل النجوم ، سديم الصمغ ، وهي منطقة من غاز الهيدروجين المتأين الساخن الذي يشمل الشلة. Supernova Remnant ، الذي يتوسع لإنشاء قذائف مجزأة من مادة مثل LIC و Orion Shell و Orion Association ، والتي تشمل Great Orion Nebula ، و Trapezium للنجوم الساخنة من النوع B و O ، ونجوم الحزام الثلاثة من Orion ، و النجم العملاق الأزرق المحلي ريجل.

تكوين الكواكب الصالحة للسكن

بات رولينغز ، ناسا - صورة أكبر


تبدأ معظم النظريات الحديثة لتطور الكواكب بتكتل حبيبات صلبة صغيرة في "كواكب صغيرة" داخل أقراص نجمية من الغبار والغاز. يبدو أن هذه الأقراص تتطور حول النجوم المتكثفة من السحب الجزيئية الضخمة (أو السدم). يبدو أن تكوينها جزء من عملية طبيعية لولادة النجوم حيث لوحظت أقراص حول العديد من النجوم المعروفة بكونها صغيرة جدًا ، وتستمر حتى بضع مئات من السنين حول بعض النجوم في حي الطاقة الشمسية (المزيد من تلسكوب سبيتزر الفضائي وعلم الفلك لقطة اليوم).

تشير الأقراص المتربة التي لوحظت حول 266 نجمًا إلى أن الكواكب تتشكل بشكل عشوائي
على مدى فترات متفاوتة من الاصطدامات بين الأجسام الصخرية الضخمة بشكل متزايد (المزيد).

داخل هذه الأقراص ، تصطدم الكواكب الصغيرة وتتكتل في أجسام كوكبية أولية أكبر تشكل كواكب في النهاية. في المناطق الخارجية الأكثر برودة للقرص ، تتوفر بعض المواد التي قد تكون غازية أو سائلة مثل الماء والميثان كجليد صلب لتكتل مع حبيبات الغبار. وبالتالي ، يمكن أن تنمو الكواكب الصغيرة الأكثر برودة بسرعة أكبر إلى أجسام كوكبية أولية أكبر. بموجب إحدى النظريات الشائعة (Boss ، 1995) ، إذا أصبحت هذه الكواكب الأولية ضخمة بما يكفي بينما لا تزال هناك كميات وفيرة من غازات الهيدروجين والهيليوم المتبقية في القرص ، فقد تتراكم كميات كبيرة من هذه الغازات وتصبح ما يسمى عمالقة الغاز (مثل كوكب المشتري وزحل وأورانوس ونبتون في النظام الشمسي). من ناحية أخرى ، فإن الكواكب الصغيرة في المنطقة الداخلية الأكثر دفئًا من القرص ستشكل فقط كواكب صخرية صغيرة تفتقر إلى الغلاف الغازي الهائل للعمالقة الغازية.

في ظل النظريات الحديثة ، يُعتقد أن تشكل الكواكب أمر شائع. من الممكن وجود مجموعة كبيرة من أحجام الكواكب وكتلها ، بما في ذلك الكواكب الصخرية التي تبلغ كتلتها عدة أضعاف كتلة الأرض. ومع ذلك ، وجد علماء الفلك أن تكون النجوم والكواكب عملية معقدة تجعل من الصعب التنبؤ بتنوع أنظمة الكواكب التي يمكن أن تنشأ (Lissauer ، 1995).


يبدو أن الخصائص المحددة لنظام كوكبي معين تعتمد على تفاعل مجموعة متنوعة من العوامل ، بما في ذلك: انتشار المجالات المغناطيسية النجمية ، والتركيب ، والاضطراب ، ولزوجة غبار وغاز القرص ، ولزوجة الحبيبات الصغيرة وعزم الدوران بين الأجسام الكوكبية الأولية المتنامية ومناطق الأقراص المحيطة بها ، من بين أشياء أخرى. حتى الآن ، لم تكن هناك نظرية واحدة قادرة على عمل تنبؤات محددة لتكرار تشكل الكواكب ولا لتوزيع أحجام الكواكب ومداراتها. في 21 يوليو 2003 ، قدم بعض علماء الفلك أدلة من الاكتشافات الحديثة للكواكب العملاقة خارج المجموعة الشمسية في معظمها في مدارات داخلية حول النجوم المضيفة أن أنظمة الكواكب قد تكون أكثر شيوعًا حول النجوم التي تظهر أطيافها وفرة غنية من العناصر أثقل من الهيدروجين والهيليوم - تسمى أيضًا عالية "معدنية" (exoplanets.org نشرة صحفية و Gonzalez ، 1999). قد يكون المؤشر الآخر هو الندرة النسبية لليثيوم من خلال عملية مبكرة للانهيار المتسارع من الخلط الداخلي الذي تم إنشاؤه عن طريق الكبح الدوراني النجمي السابق بواسطة قرص محيطي ضخم مبكر (ستانلي وآخرون ، 1998). ومع ذلك ، في 18 أبريل 2007 ، أعلن علماء الفلك الذين يستخدمون تلسكوب سبيتزر الفضائي عن نتائج المسح التي تشير إلى أن أقراص الغبار الكوكبية الواقعة على بعد 1.6 سنة ضوئية من النجوم من النوع O من المرجح أن "تغلي" بسبب الأشعة الفائقة والرياح (انظر سبيتزر) بيان صحفي و Balog et al ، 2007).


الاستطلاعات الأخيرة
للكواكب
الأقراص القريبة
النجوم من النوع O
تشير إلى أن
أقراص الكواكب
تقع داخل
1.6 سنة ضوئية
من المرجح أن
تكون "مغلية"
بواسطة superhot
الإشعاع و
رياح (المزيد).

أنتجت النمذجة العددية لتراكم الكواكب الصغيرة أثناء انهيار السحب الجزيئية ، في المتوسط ​​، أربعة كواكب داخلية صخرية لنماذج مشابهة للنظام الشمسي. تضمنت النتائج اثنين من الكواكب بحجم الأرض تقريبًا وكوكبين أصغر حجمًا ، حيث تراوحت المسافة المدارية بينهما بين كوكب عطارد (0.4 AU) والمريخ (1.5 AU). وبالتالي ، يتوقع بعض علماء الفلك العثور على كواكب صخرية حول نجوم أخرى ضمن هذا النطاق من المدارات. (جورج دبليو ويذريل: كواكب خارج الطاقة الشمسية أجسام شبيهة بالأرض وكواكب أرضية وحجم كوكب المريخ الأصغر).

تحدد مهمة كبلر التابعة لوكالة ناسا حجم كوكب من نوع الأرض ليكون الكوكب الذي تبلغ كتلته ما بين 0.5 و 2.0 مرة من كتلة الأرض ، أو تلك التي يتراوح نصف قطرها أو قطرها بين 0.8 و 1.3 مرة. ستقوم البعثة أيضًا بالتحقيق في الكواكب الأرضية الأكبر حجمًا التي يبلغ قطرها من 2 إلى 10 كتل أرضية ، أو 1.3 إلى 2.2 مرة نصف قطرها / قطرها. ومع ذلك ، سيتم استبعاد الكواكب الأكبر حجمًا لأنها قد تمتلك جاذبية كافية لجذب جو هائل من الهيدروجين والهيليوم مثل عمالقة الغاز. على الطرف الآخر ، فإن تلك الكواكب - مثل المريخ أو عطارد - التي تقل كتلة الأرض عن نصفها وتقع في أو بالقرب من المنطقة الصالحة للسكن لنجمها قد تفقد الغلاف الجوي الأساسي الداعم للحياة بسبب الجاذبية المنخفضة و / أو النقص. من الصفائح التكتونية اللازمة لإعادة تدوير غاز ثاني أكسيد الكربون الذي يحتفظ بالحرارة مرة أخرى في الغلاف الجوي (Kasting et al ، 1993).

ومع ذلك ، كما اقترح سابقًا ، فإن تباين الإشعاع النجمي بمرور الوقت والمسافة المدارية للكواكب له نفس الأهمية في تطوير كواكب من نوع الأرض مثل كتلتها. على سبيل المثال ، يحتوي كوكب الزهرة في نظامنا الشمسي على حوالي 81 بالمائة من كتلة الأرض. لسوء الحظ ، يقع كوكب الزهرة خارج المنطقة الصالحة للسكن في سول ، كما هو مشتق من لمعان الشمس الحالي (أو "سطوعها"). بعد أربعة مليارات ونصف مليار سنة من ولادته ، أصبح الكوكب المغطى بالحرارة شديدًا لدرجة أنه لا يدعم وجود الماء السائل على سطحه بسبب الغلاف الجوي الكثيف لثاني أكسيد الكربون وسحب حمض الكبريتيك ، والتي تحتفظ بالكثير من الحرارة الإشعاعية من الشمس عبر تأثير الاحتباس الحراري الجامح. من ناحية أخرى ، ربما كانت الظروف على كوكب الزهرة في يوم من الأيام أكثر ملاءمة لحياة من نوع الأرض في وقت سابق من تاريخ النظام الشمسي عندما كان سول أقل إضاءة بمقدار الثلث مما هو عليه اليوم.

تم تطوير المنطقة الصالحة للسكن حول النجم لأول مرة لمدارات كوكبية دائرية تقريبًا ، حيث يكون الانحراف المركزي للمدار قريبًا من الصفر (e

0). حول شمسنا ، سول ، يقع الحد الداخلي لهذه المنطقة خارج مدار كوكب الزهرة مباشرةً ، بينما يُفترض أن الحافة الخارجية تقع في مكان ما حول المريخ (على وجه التحديد حيث لا يزال غير مؤكد). داخل هذه المنطقة ، تدور الأرض حول الشمس على مسافة متوسطة تبلغ وحدة فلكية واحدة (AU

150 مليون كم) في مدار دائري للغاية (على سبيل المثال

شاهد رسمًا متحركًا لمدارات هذه الكواكب الداخلية حول الشمس ،
مع جدول الخصائص المدارية والفيزيائية الأساسية. في الوقت الحقيقي
قطعة من النظام الشمسي الداخلي مع الكويكبات المعروفة داخل و
ما وراء مدار المريخ متاح أيضًا في مركز Minor Planet.

نظرًا لأنه تم العثور على العديد من الكواكب غير الشمسية التي تحتوي على مدارات غريبة الأطوار ("إهليلجية") (e> 0.3) ، فقد تساءل علماء الفلك عن مدى ارتفاع الانحراف المداري لكوكب من نوع الأرض مع منطقة صالحة للسكن مماثلة قبل أن يكون تصبح غير مناسبة لدعم الحياة. على سبيل المثال ، المدار غريب الأطوار بشكل معتدل من شأنه أن يبقي الأرض في ما يسمى بالمنطقة الصالحة للسكن طوال العام حتى لا يكون هناك تغير كبير في المناخ. بعد إجراء العديد من عمليات المحاكاة الحاسوبية التي استمرت 30 عامًا نظريًا لمدة 365 يومًا (باستخدام نموذج GENESIS2) ، توصل عالم الفلك دارين ويليامز وعالم المناخ القديم ديفيد بولارد وزملاؤهم في جامعة ولاية بنسلفانيا في إيري إلى الاعتقاد بأن الأرض يمكن أن تدعم الحياة حتى في مدارات بيضاوية الشكل (0.3> هـ> 0.7).

عند الانحراف اللامركزي البالغ 0.3 ، ستأخذها الحركة المدارية للأرض بين مسارات مدار كوكب الزهرة والمريخ ، حيث تراوحت المسافة المدارية عن الشمس بين 0.7 و 1.3 وحدة فلكية. نظرًا لأن المياه الوفيرة في محيطات الأرض تتمتع بقدرة عالية جدًا على امتصاص الحرارة ، فإن حرارة الكوكب ستكون بطيئة عندما كان يطير داخل المسار المداري للزهرة في أقرب نقطة له ولكن قصيرة من الشمس ، عندما يكون مسافرًا أسرع. علاوة على ذلك ، في أبعد نقطة في مداره عن سول ، امتص الكوكب الكثير من الحرارة أثناء رحلته القريبة حول الشمس لدرجة أن أبرد شهوره خارج المسار المداري للمريخ لا تزال أكثر دفئًا من أشهر الشتاء في مدار دائري. على الرغم من أن متوسط ​​درجة الحرارة العالمية الحالية من المدار الدائري الحالي للأرض هو 58 درجة فهرنهايت (14.4 درجة مئوية) ، فإنه سيرتفع إلى 73 درجة فهرنهايت (22.8 درجة مئوية) مع انحراف مداري قدره 0.3. ومع ذلك ، عند الانحراف المداري البالغ 0.4 ، ستصبح بعض القارات الكبرى "حارة بشكل لا يطاق" بحيث تكون بعض الهجرة المحلية مرغوبة خلال أشهر الصيف.

عند الانحراف اللامركزي البالغ 0.7 ونطاق المسافة المدارية من 0.3 و 1.7 وحدة فلكية ، ستظل الأرض صالحة للسكن إذا تم تقليل لمعان الشمس بنسبة 29 في المائة أو تم توسيع مدار الأرض بحيث تلقى الكوكب نفس القدر من الضوء من سول كما هو. يفعل الآن. حتى في ذلك الوقت ، ومع ذلك ، فإن درجات الحرارة في الصيف في موقع خط العرض المتوسط ​​مثل إيري ، بنسلفانيا ، في الولايات المتحدة ستبلغ ذروتها حوالي 140 درجة فهرنهايت (60 درجة مئوية) تحت الشمس التي تبدو أكبر بمرتين ، حيث تتحرك الأرض حتى داخل المسار المداري لعطارد . سيذوب المحيط المتجمد الشمالي ، وستكون إفريقيا الوسطى قريبة من الغليان بحيث تضطر أشكال الحياة الأعلى إلى الهجرة ، على الرغم من أنه من المعروف أن الميكروبات تعيش في درجات حرارة تصل إلى 230 درجة فهرنهايت (110 درجة مئوية) مع الماء. بعد نصف عام بعد المسافة المدارية للمريخ ، ستبدو الشمس نصف حجمها الحالي فقط ، لكن حرارة المحيطات ستظل في الغالب أعلى من درجة التجمد

حتى في الانحرافات الأعلى (e> 0.7) ، قد تظل الحياة ممكنة إذا كانت معلمات الكواكب مختلفة. على سبيل المثال ، سيكون السطح المحيطي على حساب كتلة الأرض أو الغلاف الجوي الأكثر سمكًا مثل كوكب الزهرة للعزل أفضل في تخفيف درجات الحرارة القصوى للتنعيم للكواكب في المدارات الإهليلجية للغاية. من ناحية أخرى ، تميل أنظمة الكواكب حول النجوم في مدارات إهليلجية عالية إلى أن تكون أقل استقرارًا من تلك التي لها مدارات دائرية للغاية لأن كواكبها من المرجح أن تعبر مسارات مدارية ، وبالتالي يمكنها في النهاية إخراج بعضها البعض من أنظمة نجومها ، إلى نجمها. ، أو في الاصطدامات. (لمزيد من المناقشة ، انظر: William Weed، Discover، November 2002 and Williams and Pollard، 2000.)


& # 8220 العقارات بين النجوم: الموقع والموقع والموقع - تحديد المنطقة الصالحة للسكن & # 8221

ما الذي يجعل الأرض موطنًا مثاليًا للحياة كما نعرفها؟ يستكشف الطلاب في هذا النشاط الخصائص المدارية التي يحتاجها المنزل الكوكبي لدعم أشكال الحياة الشبيهة بالأرض. تحدد & # 8220Goldilocks Phenomenon & # 8221 بشكل فضفاض الخصائص الرئيسية التي يحتاجها الكوكب لدعم الحياة: وجود درجة حرارة ونوع نجم مناسبين ، يدوران على مسافة مناسبة تمامًا ، مع الجاذبية المناسبة ، والدوران ، والكيمياء. تستكشف الأنشطة في هذا الدرس هذه الخصائص من خلال جعل الطلاب يقومون بالعصف الذهني والتعامل مع ظروف الحياة المثالية ، واستكشاف الأنواع النجمية ، وتحديد & نسب الصلاحية للسكن ، والاقتباس ، وتطوير فهم للكتلة الكوكبية الحرجة لتحديد الكواكب المكتشفة حديثًا التي قد تكون قادرة على دعم الحياة. يبدأ الطلاب بتقييم المتغيرات في مغامرة Goldilock & # 8217s التي كانت مهمة في اختيار العناصر التي كانت & # 8220 فقط صحيحة & # 8221 ثم استخدام استراتيجيات مماثلة لإعطاء الأولوية لخصائص الكواكب خارج الطاقة الشمسية لإمكانية إيواء الحياة. في النهاية ، ينشئ الطلاب عالماً خيالياً صالحاً للسكن يلبي المعايير المهمة لسوق العقارات بين النجوم.


عنوان صندوق البحث

في البحث عن الحياة خارج الأرض ، يبحث علماء الفلك عن الكواكب في "المنطقة الصالحة للسكن" للنجم - والتي يطلق عليها أحيانًا "منطقة Goldilocks" - حيث تكون درجات الحرارة مناسبة تمامًا لوجود الماء السائل على سطح الكوكب لتغذية الحياة كما نعرفها.

الفكرة الناشئة ، التي عززتها مجموعة من الاستطلاعات النجمية استمرت ثلاثة عقود ، هي أن هناك "نجوم غولديلوكس" - ليست شديدة الحرارة ، وليست باردة جدًا ، وفوق كل شيء ، ليست عنيفة جدًا لاستضافة كواكب صديقة للحياة.

نظرًا لأن شمسنا قد غذت الحياة على الأرض لما يقرب من 4 مليارات سنة ، فإن الحكمة التقليدية تشير إلى أن النجوم مثلها ستكون مرشحة رئيسية في البحث عن عوالم أخرى يمكن أن تكون صالحة للسكن. قال إدوارد جينان من جامعة فيلانوفا في فيلانوفا بولاية بنسلفانيا إن النجوم الأكثر برودة قليلًا وأقل سطوعًا من شمسنا ، المصنفة على أنها أقزام من فئة K ، هي "نجوم Goldilocks" الحقيقية. "نجوم K-dwarf موجودة في" البقعة الحلوة "، مع خصائص متوسطة بين النجوم من النوع الشمسي الأكثر ندرةً ، والأكثر إضاءةً ، ولكن الأقصر عمراً (G stars) والنجوم القزمة الحمراء الأكثر عددًا (النجوم M). النجوم K ، خاصةً تلك الأكثر دفئًا ، لديها أفضل ما في كل العوالم. إذا كنت تبحث عن كواكب صالحة للسكن ، فإن وفرة نجوم K تزيد من فرصك في العثور على الحياة. "

بالنسبة للمبتدئين ، هناك ثلاثة أضعاف عدد الأقزام K في مجرتنا مثل النجوم مثل شمسنا. ما يقرب من 1000 K من النجوم تقع على بعد 100 سنة ضوئية من شمسنا كمرشحين رئيسيين للاستكشاف. تعيش هذه الأقزام البرتقالية المزعومة من 15 مليار إلى 45 مليار سنة. على النقيض من ذلك ، فإن شمسنا ، التي أصبحت الآن في منتصف عمرها الافتراضي ، تدوم فقط 10 مليارات سنة. معدل التطور النجمي السريع نسبيًا سيترك الأرض غير صالحة للسكن إلى حد كبير في غضون 1 أو 2 مليار سنة أخرى. قال جينان: "النجوم من النوع الشمسي تحد من المدة التي يمكن أن يظل فيها الغلاف الجوي للكوكب مستقرًا". هذا بسبب بعد مليار سنة أو نحو ذلك من الآن ، ستدور الأرض داخل الحافة (الداخلية) الأكثر سخونة للمنطقة الصالحة للسكن للشمس ، والتي تتحرك للخارج مع زيادة حرارة الشمس وإشراقها. نتيجة لذلك ، سوف تجف الأرض لأنها تفقد غلافها الجوي الحالي والمحيطات. بحلول عمر 9 مليارات سنة ، ستكون الشمس قد تضخمت لتصبح عملاقًا أحمر يمكن أن يبتلع الأرض.

على الرغم من صغر حجمها ، فإن النجوم القزمة الحمراء الأكثر وفرة ، والمعروفة أيضًا باسم النجوم القزمة M ، لها عمر أطول ويبدو أنها معادية للحياة كما نعرفها. الكواكب التي تقع في منطقة قزم أحمر ضيقة نسبيًا صالحة للسكن ، وهي قريبة جدًا من النجم ، تتعرض لمستويات قصوى من الأشعة السينية والأشعة فوق البنفسجية ، والتي يمكن أن تصل إلى مئات الآلاف من المرات أكثر من ما تستقبله الأرض من الشمس. عرض لا هوادة فيه للألعاب النارية من التوهجات والانبعاثات الكتلية الإكليلية تقصف الكواكب بأنفاس تنين من البلازما الغليظة وابل من اختراق جزيئات عالية الطاقة. يمكن أن تجف كواكب المنطقة الصالحة للسكن في القزم الأحمر وتجفف غلافها الجوي في وقت مبكر جدًا من حياتها. من المحتمل أن يمنع هذا الكواكب من التطور لتكون أكثر ملاءمةً لبضعة مليارات من السنين بعد أن تهدأ ثورات الأقزام الحمراء. وقال جينان: "لم نعد متفائلين بعد الآن بشأن فرص العثور على حياة متقدمة حول العديد من نجوم M".

لا تمتلك الأقزام K مجالات مغناطيسية نشطة بشكل مكثف تعمل على إطلاق أشعة سينية قوية وانبعاثات قوية للأشعة فوق البنفسجية واندفاعات نشطة ، وبالتالي فإنها تطلق نيرانًا أقل تواترًا ، استنادًا إلى أبحاث جينان. ستحصل الكواكب المصاحبة على حوالي 1/100 من الأشعة السينية المميتة مثل تلك التي تدور حول المناطق الصالحة للسكن القريبة من النجوم M النشطة مغناطيسيًا.

في برنامج يسمى مشروع "GoldiloKs" ، يعمل جينان وزميله في فيلانوفا سكوت إنجل مع طلاب المرحلة الجامعية لقياس العمر ومعدل الدوران والأشعة السينية والأشعة فوق البنفسجية البعيدة في عينة من نجوم G و K الباردة في الغالب. إنهم يستخدمون تلسكوب هابل الفضائي التابع لناسا ومرصد شاندرا للأشعة السينية والقمر الصناعي XMM-Newton التابع لوكالة الفضاء الأوروبية في ملاحظاتهم. تم استخدام ملاحظات هابل الحساسة للأشعة فوق البنفسجية للأشعة من الهيدروجين لتقييم الإشعاع من عينة من حوالي 20 قزم برتقالي. وقال جينان "هابل هو التلسكوب الوحيد الذي يمكنه القيام بهذا النوع من المراقبة".

وجد جينان وإنجل أن مستويات الإشعاع كانت أكثر اعتدالًا بالنسبة لأي كواكب مصاحبة من تلك الموجودة حول الأقزام الحمراء. تتمتع النجوم K أيضًا بعمر أطول وبالتالي هجرة أبطأ للمنطقة الصالحة للسكن. لذلك ، يبدو أن الأقزام K هي المكان المثالي للبحث عن الحياة ، وستتيح هذه النجوم وقتًا لتطور حياة عالية التطور على الكواكب. على مدار عمر الشمس بالكامل - 10 مليارات سنة - تزيد النجوم K من سطوعها بنسبة 10-15٪ فقط ، مما يمنح التطور البيولوجي فترة زمنية أطول بكثير لتطوير أشكال حياة متقدمة مقارنة بالأرض.

نظر جينان وإنجل إلى بعض النجوم الأكثر إثارة للاهتمام التي تستضيف الكواكب ، بما في ذلك Kepler-442 و Tau Ceti و Epsilon Eridani. (كان الهدفان الأخيران أهدافًا مبكرة لمشروع Ozma في أواخر الخمسينيات من القرن الماضي - وهي المحاولة الأولى للكشف عن البث اللاسلكي من حضارات خارج كوكب الأرض).

"Kepler-442 جدير بالملاحظة أن هذا النجم (التصنيف الطيفي ، K5) يستضيف ما يعتبر أحد أفضل كواكب Goldilocks ، Kepler-442b ، وهو كوكب صخري تزيد كتلته قليلاً عن ضعف كتلة الأرض. لذا فإن نظام Kepler-442 هو كوكب Goldilocks يستضيفه نجم Goldilocks! " قال غينان.

على مدار الثلاثين عامًا الماضية ، لاحظ كل من جينان وإنجل وطلابهما مجموعة متنوعة من أنواع النجوم. بناءً على دراساتهم ، حدد الباحثون العلاقات بين العمر النجمي ومعدل الدوران وانبعاثات الأشعة السينية والأشعة فوق البنفسجية ونشاط التوهج. تم استخدام هذه البيانات للتحقيق في آثار الإشعاع عالي الطاقة على الغلاف الجوي للكوكب والحياة المحتملة.

يتم تقديم النتائج في الاجتماع 235 للجمعية الفلكية الأمريكية في هونولولو ، هاواي.

تلسكوب هابل الفضائي هو مشروع تعاون دولي بين وكالة ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية (وكالة الفضاء الأوروبية). يدير التلسكوب مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا في جرينبيلت بولاية ماريلاند. يجري معهد علوم تلسكوب الفضاء (STScI) في بالتيمور بولاية ماريلاند عمليات علوم هابل. يتم تشغيل STScI لصالح وكالة ناسا من قبل اتحاد الجامعات لأبحاث علم الفلك في واشنطن العاصمة.

الاعتمادات:رسم توضيحي: NASA و ESA و Z. Levy (STScI) Science: NASA و ESA و E. Guinan (جامعة Villanova)


3. التطبيق على أنظمة كبلر ذات الكواكب الدائرية المعروفة

من أجل إثبات ميزة المناطق الصالحة للسكن التي يتم الإبلاغ عنها ديناميكيًا ، نطبق طريقتنا على كواكب كبلر الدائرية. لهذا الغرض ، نختار Kepler-16 (Doyle et al. ، 2011) ، Kepler-34 and Kepler-35 (Welsh et al. ، 2012) ، Kepler-38 (Orosz et al. ، 2012) ، Kepler-64 (Schwamb وآخرون 2013) و Kepler-413 (Kostov et al.، 2014) و Kepler-453 (Welsh et al.، 2015) و Kepler-1647 (Kostov et al.، 2016) و Kepler-1661 (Socia et al.، 2016) آل ، 2020). يحتوي Kepler-47 (Orosz et al.، 2019) على ثلاثة كواكب ، وبالتالي فهو خارج حدود نموذجنا. كتل Kepler-38b و Kepler-64b و Kepler-453b ليست محددة جيدًا. بالنسبة لتلك الحالات ، قررنا استخدام الحد الأعلى المنصوص عليه في المنشورات ذات الصلة. يمكن العثور على المعلمات الضرورية لحساباتنا للأنظمة المحددة في الجدول 1 (النجم الثنائي) والجدول 2 (الكوكب).

الجدول 1. متوسط ​​المعلمات الفيزيائية والعناصر المدارية لـ Kepler-16 (AB) ، Kepler-34 (AB) ، Kepler-35 (AB) ، Kepler-38 (AB) ، Kepler-64 (AB) ، Kepler-413 (AB) ، ثنائيات نجمية Kepler-453 (AB) و Kepler-1647 (AB) و Kepler-1661 (AB).

الجدول 2. متوسط ​​الكتلة والمحور شبه الرئيسي والانحراف المركزي لـ Kepler-16b و Kepler-34b و Kepler-35b و Kepler-38b و Kepler-64b و Kepler-413b و Kepler-453b و Kepler-1647b و Kepler-1661b. يمكن العثور على أوجه عدم اليقين في المراجع المقابلة في القسم 3.

أولاً ، نحسب جميع المناطق الصالحة للسكن ذات المعلومات الديناميكية بافتراض عدم وجود كواكب عملاقة في الأنظمة. يوفر لنا ذلك فكرة أولية عن موقع المناطق الصالحة للسكن وكيف يؤثر وجود النجم الثاني على موقع ومدى المناطق الصالحة للسكن المختلفة. ثم نقوم بتضمين الكوكب العملاق الموجود في نموذجنا ودراسة تأثيره على قابلية السكن لكوكب أرضي افتراضي إضافي. في كلتا المرحلتين ، سمحنا بتفاوت الانحرافات في النظام الثنائي والكوكب الحالي. بهذه الطريقة نحصل على صورة أفضل لتأثير الانحراف المداري ، وهو كمية مهمة تنظم المسافات بين الأجسام ، على مدى المناطق الصالحة للسكن في النظام. من أجل تبسيط الديناميكيات المعقدة في وجود الكوكب العملاق ، فإننا نعترف بالهيكل الهرمي المزدوج للمشكلة الذي يسمح لنا بالنظر إلى الثنائي كجسم واحد ضخم يقع في مركز barycenter. يُعتبر النجمان الموجودان في مركزهما الباري كجسم واحد من الكتلة مب = م1 & # x0002B م2وبالتالي اختزال مشكلة الأجسام الأربعة إلى مشكلة واحدة مكونة من ثلاثة أجسام. لوصف التطور الديناميكي لمثل هذا النظام ، استخدمنا المعادلات ذات الصلة في Georgakarakos و Eggl (2015) عندما أGP & # x0003C أص و Eggl et al. (2012) و Georgakarakos (2003 ، 2005) عندما أGP & # x0003E أص، أين أGP هو المحور شبه الرئيسي لمدار الكوكب العملاق. تم تقييم استقرار هذا النوع الخاص من النظام الثلاثي باستخدام المعيار الذي تم تطويره في Petrovich (2015). تعتمد الصيغة التجريبية المقابلة على المحاكاة العددية لنجم وكوكبين. تراوحت نسب كتلة الكواكب والنجوم التي تم فحصها في بتروفيتش (2015) من 10 & # x022124 إلى 10 & # x022122 ، وكانت نسبة المحاور شبه الرئيسية للكواكب في الفترة [3 ، 10] ، بينما أخذت الانحرافات الكوكبية قيمًا في الفاصل الزمني [0 ، 0.9].

يكون الكوكب الأرضي الموجود في مدار دائري مبدئيًا في نظام كوكب نجمي مستقرًا ضد الانبعاث أو التصادم مع الجسم المركزي عند

هنا، مGP هي كتلة الكوكب العملاق و هGP الانحراف المداري. يكون التعبير أعلاه صحيحًا عندما يكون الكوكب العملاق أقرب إلى الثنائي من الكوكب الأرضي. إذا كان الكوكب العملاق يدور خارجيا على كوكب الأرض ، يصبح المعيار

بالمعنى الدقيق للكلمة ، فإن أنظمة الكواكب التي تم فحصها هنا لا تقع في نسب كتلة نجم الكوكب التي تم فحصها في بتروفيتش (2015). ومع ذلك ، تظل نسبة كتلة الكوكب إلى الكوكب ضمن تلك الحدود التي تعتبر في النهاية أكثر أهمية لصلاحية معيار الاستقرار المطروح. يمكن دعم هذه الفرضية بالاتفاق المعقول بين تقديرات الثبات المعطاة بواسطة المعادلتين (20) و (21) وتلك الموجودة في Georgakarakos (2013) ، حيث الأنظمة الهرمية الثلاثية ذات نطاق واسع من الكتل وعلى مدارات دائرية مبدئيًا حيث تتكامل عدديًا و تم تحديد حد استقرارهم.

ننتقل الآن إلى حساب المناطق الصالحة للسكن لأنظمة كبلر المذكورة أعلاه. في الخطوة الأولى ، نتجاهل وجود كواكب عملاقة مقيمة في الأنظمة المعنية. بالنظر إلى وجود كوكب أرضي محتمل يدور حول الثنائي النجمي ، يمكننا تحديد حدود المناطق الصالحة للسكن الكلاسيكية والمستنيرة ديناميكيًا لجميع أنظمة كبلر قيد التحقيق. كما يمكننا أن نرى من مخططات العمود الأيسر للشكلين 3 & # x020135 ، فإن جميع الأنظمة باستثناء واحدة لها مناطق صالحة للسكن محددة جيدًا وستكون قادرة على استضافة مجموعة واسعة من العوالم الصالحة للسكن. الاستثناء الوحيد لذلك هو Kepler-16 ، حيث يتم اقتطاع أكثر من نصف المنطقة الصالحة للسكن بسبب عدم الاستقرار الديناميكي الناتج عن اضطرابات الجاذبية للثنائي النجمي. لا يمكن للكوكب الأرضي البقاء على قيد الحياة إلا بالقرب من الحدود الخارجية للمنطقة الصالحة للسكن بشرط إضافي ألا يكون لديه خمول مناخي منخفض منذ أن تم القضاء على منطقة PHZ تمامًا.

الشكل 3. المناطق الصالحة للسكن ذات المعلومات الديناميكية لأنظمة Kepler-16 و Kepler-34 و Kepler-35. توضح المخططات الموجودة في العمود الأيسر الأنواع المختلفة للمناطق الصالحة للسكن دون وجود الكواكب العملاقة المعروفة. يتضمن العمود الأيمن تأثير الكواكب العملاقة المعروفة. تتوافق المناطق ذات اللون الأحمر مع المناطق غير الصالحة للسكن ، بينما تشير الألوان الزرقاء والخضراء والأصفر والأرجواني إلى PHZ و EHZ و AHZ والمناطق غير المستقرة وفقًا لمعيار الاستقرار Holman و Wiegert (1999) ، على التوالي. تشير المناطق ذات اللون البنفسجي إلى مناطق عدم الاستقرار الديناميكي الناجم عن الكوكب العملاق في النظام (بتروفيتش ، 2015 معيار الاستقرار الديناميكي). تشير الخطوط السوداء العمودية إلى حدود المنطقة الصالحة للسكن الكلاسيكية ، بينما يشير الخط الأبيض الأفقي في مخططات العمود الأيسر إلى الانحراف الحالي لمدار النجم الثنائي. في الرسوم البيانية للعمود الأيمن ، يشير الخط الأبيض إلى الانحراف المركزي الحالي لمدار الكوكب العملاق. أخيرًا ، تُظهر النقطة السوداء في مخططات العمود الأيمن موضع الكوكب العملاق في مساحة المعلمة المقدمة.

الشكل 4. نفس الشكل 3 لـ Kepler-38 و Kepler-64 و Kepler-413.

الشكل 5. نفس الشكل 3 لـ Kepler-453 و Kepler-1647 و Kepler-1661.

عندما نضيف الكوكب العملاق في نموذجنا (مخططات العمود الأيمن للشكلين 3 & # x020135) ، نلاحظ أنه في Kepler-16 و Kepler-1647 ، يجعل تأثير الجاذبية الإضافي للكوكب العملاق المنطقة الصالحة للسكن بأكملها غير مستقرة ديناميكيًا. فيما يتعلق بـ Kepler-16 ، فهذا يتفق مع دراسات أخرى مثل Quarles et al. (2012) Liu et al. (2013). لاحظ أن هذه النتائج لا تستبعد وجود أقمار يحتمل أن تكون صالحة للسكن حول كبلر -16 ب. في نظام Kepler-1647 ، يقع الكوكب العملاق بالقرب من منتصف المنطقة الصالحة للسكن. على الرغم من أن Kepler-453b و Kepler-1661b يقعان داخل المناطق الكلاسيكية الصالحة للسكن مثل الكواكب العملاقة الأخرى المذكورة أعلاه ، إلا أنهما يسمحان لكوكب أرضي بالوجود بالقرب من الحدود الخارجية للمنطقة الصالحة للسكن ، وقد يسمحان لهذا الكوكب أن يكون له جزء جزئي. PHZ. هذا بسبب الكتل الصغيرة نسبيًا (كتلة نبتون) وانحرافات تلك الكواكب. في المقابل ، تبلغ قيمة Kepler-1647b 1.5مي ويقيم بالقرب من مركز المنطقة الصالحة للسكن.

فيما يتعلق بالأنظمة المتبقية ، فإن المنطقة الكلاسيكية الصالحة للسكن بأكملها مستقرة ديناميكيًا بشكل أساسي. ومع ذلك ، فإن الفرق بين المناطق الصالحة للسكن التي تم تحديدها ديناميكيًا مع وبدون اضطرابات الكوكب العملاق يُظهر أن تأثير الكواكب العملاقة يتجاوز عدم الاستقرار الديناميكي. في Kepler-34 ، يمكن للعوالم التي يحتمل أن تكون صالحة للسكن مع قصور مناخي منخفض أن تظل صالحة للسكن فقط في منطقة صغيرة تتمركز حول 2.17 au. يمكن ملاحظة ذلك من خلال المقارنة بين مدى منطقة PHZ والخطوط الرأسية السوداء في الصف الأوسط من اللوحة اليمنى من الشكل 3. تندرج الكواكب الجافة نسبيًا مع تركيز منخفض من غازات الدفيئة ضمن هذه الفئة. من ناحية أخرى ، يمكن أن تستضيف Kepler-35 و Kepler-38 و Kepler-64 عوالم قابلة للسكن مع قصور مناخي منخفض على جزء كبير (أكثر من 75 ٪) من منطقتها الكلاسيكية الصالحة للسكن (الأشكال 4 ، 5). أخيرًا ، يبلغ مدى PHZ الخاص بـ Kepler-413 حوالي 40 ٪ من منطقته الكلاسيكية الصالحة للسكن. على الرغم من أن وجود الكواكب العملاقة في Kepler-34 و Kepler-413 و Kepler-453 و Kepler-1661 ليس أمرًا مانعًا ، إلا أنه يتطلب عوالم أرضية إضافية لدرء التغيرات الكبيرة في التشعيع حتى تظل صالحة للسكن.

للمقارنة ، تم أيضًا توفير بعض النتائج من Haghighipour و Kaltenegger (2013) و Cuntz (2014) و Cuntz (2015) و Wang and Cuntz (2019). يبدو أن نتائجنا تتفق جيدًا مع نتائج Cuntz (2014 ، 2015) و Wang and Cuntz (2019) ، حيث تكون منطقتنا الكلاسيكية الصالحة للسكن أوسع قليلاً. للمقارنة مع Haghighipour و Kaltenegger (2013) ، نستخدم Kopparapu et al. (2013) لحساب منطقتنا الكلاسيكية الصالحة للسكن حيث تم استخدام هذا النموذج المناخي المحدد بواسطة Haghighipour و Kaltenegger (2013) لحسابات المنطقة الصالحة للسكن. ومع ذلك ، في هذه الحالة ، يكون من الأصعب إجراء مقارنة مباشرة حيث استخدم Haghighipour و Kaltenegger (2013) مناطق قابلة للسكن متغيرة زمنيًا تتمحور حول النجم الأساسي. يتم عرض حدود المناطق الصالحة للسكن لأنظمة كبلر قيد التحقيق في الجدول 3.

الجدول 3. حدود المنطقة الصالحة للسكن لـ Kepler-16 و Kepler-34 و Kepler-35 و Kepler-38 و Kepler-64 و Kepler-413 و Kepler-453 و Kepler-1647 و Kepler-1661.


إعادة تعريف "المنطقة الصالحة للسكن" للكواكب الغريبة ، والحياة المحتملة

تتمثل إحدى أهم خصائص الكوكب الفضائي في ما إذا كان يقع أو لا يقع في ما يسمى المنطقة الصالحة للسكن - وهي مجموعة تشبه Goldilocks من المسافات غير القريبة جدًا وغير البعيدة جدًا عن النجم الأم والتي قد تسمح للكوكب لاستضافة الحياة.

أعاد العلماء الآن تحديد حدود المنطقة الصالحة للسكن للكواكب الغريبة ، ومن المحتمل أن يطلقوا بعض الكواكب الخارجية التي كان يُعتقد أنها تقع داخلها ، وربما يسمحون لعدد قليل تم استبعاده بالضغط عليها.

قال رئيس فريق البحث رافي كومار كوبارابو من جامعة ولاية بنسلفانيا: "سيكون لهذا تأثير كبير على عدد الكواكب الخارجية الموجودة داخل المنطقة الصالحة للسكن".

تحدد المنطقة الصالحة للسكن المنطقة التي قد يكون فيها الكوكب قادرًا على الاحتفاظ بالمياه السائلة على سطحه. أي شيء أقرب إلى النجم والماء سيتبخر بعيدًا ، وسيتجمد ويتحول إلى جليد. لكن الماء في حالته السائلة هو ما يسعى إليه العلماء ، حيث يُعتقد أن هذا شرط أساسي للحياة.

يعتمد التعريف الجديد للمنطقة الصالحة للسكن على قواعد بيانات جوية محدثة تسمى HITRAN (امتصاص جزيئي عالي الدقة للإرسال) و HITEMP (معلمات امتصاص طيفية عالية الحرارة) ، والتي تعطي معلمات امتصاص الماء وثاني أكسيد الكربون - وهما خاصيتان تؤثران بقوة الغلاف الجوي للكواكب الخارجية ، وتحديد ما إذا كانت تلك الكواكب يمكن أن تستضيف الماء السائل. [9 كواكب خارجية يمكن أن تستضيف حياة غريبة]

حذر العلماء من أن تعريف المنطقة الصالحة للسكن لا يزال لا يأخذ في الاعتبار تأثيرات التغذية المرتدة من السحب ، والتي ستؤثر أيضًا على قابلية الكوكب للسكن.

تم اشتقاق التعريفات السابقة للمناطق الصالحة للسكن منذ حوالي 20 عامًا بواسطة الباحث جيمس كاستينغ في ولاية بنسلفانيا ، والذي كان أيضًا جزءًا من الفريق الذي يقف وراء التحديثات.

قال كوبارابو لموقع ProfoundSpace.org: "في الوقت الذي كتب فيه ذلك الورق ، لم يتم اكتشاف أي كواكب خارجية". "في غضون 20 عامًا ، تم اكتشاف المئات ، وربما الآلاف".

لا يختلف التعريف الجديد اختلافًا جذريًا عن التعريف القديم. على سبيل المثال ، في نظامنا الشمسي ، تحولت حدود المنطقة الصالحة للسكن بين 0.95 وحدة فلكية (AU ، أو المسافة بين الأرض والشمس) و 1.67 AU ، إلى النطاق الجديد من 0.99 AU إلى 1.7 AU.

قال عالم الفلك أبيل إم آند إيكوتينديز من جامعة بورتوريكو في أريسيبو ، والذي لم يكن جزءًا من الفريق الذي يقف وراء إعادة التعريف ، "إنها مفاجأة أن الأرض قريبة جدًا من الحافة الداخلية للمنطقة الصالحة للسكن".

تدير M & eacutendez قائمة تسمى فهرس الكواكب الخارجية الصالحة للسكن ، من جميع الكواكب المعروفة خارج نظامنا الشمسي والتي يمكن أن تكون صالحة للحياة. وقال إن الدراسة الجديدة سوف تتطلب بعض التعديلات على الكتالوج.

وقالت إم آند إيكوتينديز: "في الوقت الحالي ، أرى ذلك على أنه تغيير مهم". "العديد من تلك الكواكب التي نعتقد أنها كانت في الداخل هي الآن في الخارج. ولكن على الجانب الآخر ، فإنها تمتد إلى الحافة الخارجية للمنطقة الصالحة للسكن ، لذلك قد تقع بعض الكواكب البعيدة داخل المنطقة الصالحة للسكن الآن."

وذكر أن كوكبًا واحدًا على وجه الخصوص ، Gliese 581d ، كان يُعتقد أنه يقع على الحافة الخارجية للمنطقة الصالحة للسكن لنجمه. مع التعريف الجديد ، على الرغم من ذلك ، فإنه يقع في المنتصف تقريبًا ، مما يجعله مرشحًا أفضل للحياة خارج كوكب الأرض.

وقالت إم آند إيكوتينديز: "سيكون هذا تغييرًا كبيرًا لهذا الكوكب بالذات". وهذا يعني أن احتمالات الحياة على هذا الكوكب ستكون أفضل بكثير ".

قام الباحثون بالتفصيل بتعريفهم الجديد للمنطقة الصالحة للسكن في ورقة سيتم نشرها في العدد القادم من مجلة الفيزياء الفلكية.


الدول البيئية الكوكبية ومميزات الرصد

يقود VPL المجال في النمذجة الأمامية لبيئات الكواكب الأرضية ، وأجواءها ، والعوامل التي تؤثر على قابلية السكن ، والبصمات الحيوية ، ومميزات الملاحظة (التوقيعات الطيفية). نقوم بتضمين عوامل مثل إطلاق الغازات الجيولوجية ، وتدفق السطح البيولوجي ، والانعكاس المعتمد على طول الموجة للأسطح المختلفة والتأثيرات المرتبطة به على قابلية السكن واكتشاف البصمات الحيوية في أطياف الانعكاس ، والتغيرات التي تحدثها الكيمياء الضوئية في الغلاف الجوي للكواكب نتيجة اختلاف النجوم المضيفة ، بما في ذلك التوهجات وتأثيرات الهباء الجوي ، مثل السحب المكثفة والأخطار الكيميائية الضوئية ، على كل من المناخ وقابلية الكشف.


المنطقة الصالحة للسكن

هل هناك أي دليل آخر خارج الغلاف الجوي قد يشير إلى أن الكوكب قادر على دعم الحياة؟ المتطلبات الإضافية التي يمكننا وضعها على نجم يستضيف كوكبًا هي:

  1. سيبقى النجم طويلاً بما يكفي لكي تطور كواكبها الحياة.
  2. توجد الكواكب في منطقة هي المسافة المناسبة من النجم لذلك الكوكب (أو أقماره) ليبقى الماء سائلاً (أي ليس شديد البرودة أو شديد الحرارة).

بسبب هذين البيانين ، فإن معظم النجوم التي يتم البحث عنها عن كواكب تحمل الحياة هي نجوم F أو G أو K أو M. تعيش النجوم O و B و A حياة قصيرة لدرجة أننا نتوقع أن كواكبها لن تكون قادرة على تطوير أشكال حياة معقدة. بالنسبة للنجوم ذات الكتلة الأقل وذات الأعمار الأطول ، يحدد علماء الفلك منطقة صالحة للسكن (أو HZ) باعتبارها المنطقة المحيطة بالنجم حيث يمكن أن يبقى الماء في حالته السائلة. في الصورة أدناه ، يمثل الشريط الأزرق موقع المنطقة الصالحة للسكن. لاحظ ، كما هو متوقع ، أنه بالنسبة للنجوم المنخفضة الكتلة والباردة ، تكون المنطقة أقرب إلى النجم ، وبالنسبة للنجوم ذات الكتلة الأعلى والأكثر سخونة ، تكون المنطقة أكثر بعدًا عن النجم. في هذا الرسم التوضيحي الخاص ، يبدو أن الأرض تقع بالضبط في منتصف المنطقة الصالحة للسكن بالنسبة للشمس.

يتم عرض تصور آخر للمنطقة الصالحة للسكن أدناه. المنطقة الحمراء دافئة جدًا ، والمنطقة الزرقاء شديدة البرودة ، والمنطقة الخضراء مناسبة تمامًا للمياه السائلة. لأنه يمكن وصفها بهذه الطريقة ، يشار إليها أحيانًا باسم "منطقة Goldilocks" أيضًا.

من الواضح أن حجم المنطقة الصالحة للسكن يعتمد على لمعان النجم ، الذي يحدد درجة حرارة توازن الكوكب. ومع ذلك ، فإن النماذج الحديثة لنطاق المنطقة الصالحة للسكن تأخذ في الاعتبار تأثيرات أكثر دقة ، مثل تأثير دورة الكربونات والسيليكات في تنظيم ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي للكوكب. أظهر العمل على هذه العملية الخاصة من قبل علماء ولاية بنسلفانيا ، بما في ذلك البروفيسور جيمس كاستينغ ، أن المنطقة الصالحة للسكن تمتد بعيدًا عن النجم أكثر مما كان مفترضًا في الأصل. في حالة النظام الشمسي ، تقع الأرض داخل هذا HZ المعدل بالقرب من حافتها الداخلية ، والمريخ خارج الحافة الخارجية مباشرة. يحتفظ زميلنا رافي كوبارابو بتصور محدث للمنطقة الصالحة للسكن والتي تشمل جميع الكواكب الخارجية المعروفة التي تقع داخل منطقة هرتز الخاصة بوالديهم.

عندما درسنا التطور النجمي ، رأيت المسارات التطورية للنجوم في مخطط الموارد البشرية: لا تحافظ النجوم على نفس اللون واللمعان طوال حياتها. عندما يبدأ النجم اندماج الهيدروجين المستقر في التسلسل الرئيسي ، فإنه سوف يقع في مكان واحد معين في مخطط الموارد البشرية ، والمعروف باسم التسلسل الرئيسي لعمر الصفر ، أو ZAMS. لكن مع تقدم النجمة في العمر ، فإنها ستبرد قليلًا بشكل عام وتصبح أكثر سطوعًا. مع تغير لمعانها ، سيتغير موقع منطقتها الصالحة للسكن أيضًا. يمكنك تحديد ملف منطقة صالحة للسكن بشكل مستمر (أو CHZ) كمنطقة يمكن أن يتواجد فيها الماء السائل طوال عمر التسلسل الرئيسي للنجم.

ملاحظة أخيرة حول CHZ. تذكر أنه في نظامنا الشمسي ، يعتبر القمران يوروبا وتيتان مواقع قد توجد فيها الحياة. كلا القمرين بعيدان عن منطقة CHZ حول شمسنا. لذلك ، على الرغم من أن CHZ موقع مثير للاهتمام لمسح الكواكب حول النجوم الأخرى التي قد تدعم الحياة ، فهي ليست الموقع الوحيد في نظام الكواكب الذي قد يدعم الحياة.


شكر وتقدير

يعترف المؤلفون بامتنان بالتمويل المقدم من برنامج NASA Habitable Worlds تحت جائزة 80NSSC17K0741. يقر كل من J.H و E. T.W و R.KK بتمويل من مختبر الكواكب الافتراضي بموجب جائزة NASA 80NSSC18K0829 و R.K و V.K. WFW بالشكر الجزيل جون هود الابن لدعمه لأبحاث الكواكب الخارجية في SDSU. أي آراء ونتائج واستنتاجات أو توصيات معبر عنها في هذه المادة هي آراء المؤلفين ولا تعكس بالضرورة آراء ناسا. نشكر Dorian Abbot و Tad Komacek على المراجعات البناءة التي حسنت جودة ووضوح هذه المخطوطة.


شاهد الفيديو: Ga mee op ruimte avontuur - Kinderen leren over de Planeten - JBW Productions (شهر اكتوبر 2021).