الفلك

هل العمالقة الزرقاء لديهم منطقة صالحة للسكن؟

هل العمالقة الزرقاء لديهم منطقة صالحة للسكن؟

أم هل يجب أن يكون الكوكب (الكواكب) بعيدًا جدًا عن الحياة؟


فقط لأن الكوكب يقع في "المنطقة الصالحة للسكن" لا يعني أنه صالح للسكنى. يقال إن الكوكب موجود في المنطقة الصالحة للسكن إذا كان من الممكن وجود الماء السائل على السطح. قد يكون الكوكب في المنطقة الصالحة للسكن ، ومع ذلك لا يكون صالحًا للسكن ، على سبيل المثال ، إذا كان الضغط الجوي منخفضًا جدًا (مثل المريخ) أو مرتفعًا جدًا (مثل كوكب الزهرة) ، وكلاهما يقع في المنطقة الصالحة للسكن من الشمس.

قد يكون النجم غير مناسب للحياة لأسباب أخرى: فقد يكون عرضة للتوهجات الشديدة ، على سبيل المثال. العملاق الأزرق هو نجم يحترق ويموت صغيراً ، ويستمر فقط لبضعة ملايين من السنين. كانت الكواكب حول مثل هذا النجم قد تشكلت للتو (ربما لا تزال تحتوي على أسطح منصهرة). تميل الكواكب الزرقاء العملاقة إلى أن تكون غير مستقرة ، ومتغيرة على مدى مجموعة من النطاقات الزمنية ، وتطلق كميات كبيرة من المادة في الفضاء.

لذا بينما ستكون هناك منطقة "صالحة للسكن" بمعنى أن درجة حرارة سطح كوكب ما يمكن أن تتراوح بين 0-100 ، لا تتوقع أن يكون مثل هذا الكوكب مناسبًا للحياة.


هل النجوم الأكبر لها مناطق صالحة للسكن أكبر؟

لنفترض أنني & # x27m المنقب الاستعماري الذي حالفه الحظ وعثر على نظام عملاق أزرق به عشرات الكواكب الأرضية المنتشرة حول مداره. الآن ، أدرك أن العمر القصير نسبيًا للنجوم الكبيرة يعني أنه من غير المحتمل أن يكون هناك وقت كافٍ لتشكل الحياة المعقدة داخل المنطقة الصالحة للسكن. أنا & # x27m لا أهتم بذلك ، فبينما يعيش النجم أقل من مليار سنة هو عمر قصير على المقياس الكوني ، فإنه على المقياس البشري أكثر من الوقت الكافي.

لذا ، سؤالي هو ، هل المنطقة الصالحة للسكن لنجم أكبر مثل هذا لها حجم أكبر من شمسنا ، وبالتالي لديها مساحة أكبر للكواكب الأرضية القابلة للحياة للاستعمار و / أو الاستصلاح؟

التعريف الشائع للمنطقة الصالحة للسكن هو المكان الذي يمكن أن توجد فيه المياه في مرحلتها السائلة. بالنسبة لنجم أزرق ، سيبدأ ذلك أبعد من نجوم فئة G مثل شمسنا. وسوف يمتد أيضًا إلى أبعد من ذلك بقليل ، لذا فهو أكبر من حيث المسافة إلى النجم والمساحة الإجمالية.

نعم ، ولكن كن حذرا مع ذلك. لا يعني ذلك أن النجوم الزرقاء بها كواكب أكثر في المنطقة الصالحة للسكن. لم يتم فهم تكوين الكوكب جيدًا حتى الآن وبيانات المسح الخاصة بنا لمنطقة HZ للنجوم الزرقاء غير موجودة. ماذا لو اكتشفت أن النجوم الزرقاء بها عدد أقل من الكواكب ، أو أنه من المرجح أن يكون لها كواكب عملاقة بدلاً من الكواكب الأرضية؟ قد يكون هذا الأخير هو الحال. النجوم الزرقاء غنية بالمعادن (لأنها أصغر سناً) وهناك علاقة بين الفلزية النجمية ووفرة الكواكب العملاقة.

لا ينطبق نفس الاتجاه بالضرورة (وربما لا ينطبق) على الكواكب الأرضية ، لكنني في الحقيقة سأخشى أن الكواكب العملاقة قد تزعزع استقرار الكواكب الصخرية في كثير من الأحيان.


4 إجابات 4

هذا ممكن ، لكن الحرارة التي تولدها آلية كلفن-هيملهولز قد تكون متغيرة للغاية بالنسبة للحياة المعقدة بحيث لا تتطور فقط كنتيجة لمصدر الحرارة هذا. تشير هذه الورقة إلى أن درجة حرارة كوكب المشتري ، عندما انتهى لأول مرة من مرحلة أولية من الانكماش ، كانت مرتفعة جدًا ، عند حوالي 25000 كلفن. عند درجة الحرارة هذه ، سيكون لها منطقة صغيرة صالحة للسكن حولها ، لكنها بدأت بعد ذلك في البرودة حيث تشع هذه الحرارة الأولية في الفضاء. يستمر في الانكماش ، ولكن بمعدل أبطأ ، مما يؤدي إلى إنتاج أقل للحرارة.

ومع ذلك ، من الممكن أن تتمكن من تحديد منطقة صالحة للسكن بناءً على مستوى تسخين المد والجزر الذي تتعرض له الأقمار ، بدلاً من الاعتماد على الحرارة التي يشعها الكوكب الأساسي. يمكن حساب الحرارة المنبعثة من خلال المعادلة $ q = 36 rho n ^ 5r ^ 4e ^ 2/38 mu Q $ ، حيث $ r $ نصف القطر المداري ، و $ e $ هو الانحراف ، و $ n $ يعني الحركة المدارية ، $ rho $ كثافة ، $ mu $ معامل القص ، و $ Q $ ثابت بلا أبعاد.

لن يمنحك هذا منطقة صالحة للسكن تعتمد فقط على المسافة من الكوكب الأساسي ، ولكن منطقة تتأثر بشدة بالمسافة. قريب جدًا من المرحلة الأولية وستنتهي الكواكب مثل Io ، بعيدًا جدًا وستتجمد.

لاحظ أنه مع تسخين الأقمار داخليًا بدلاً من الخارج ، سينتهي بك الأمر مع بعض البيئات التي تختلف تمامًا عن الأرض ، ولكنها لا تزال صالحة للسكن. أوروبا ، على سبيل المثال ، قد تكون صالحة للسكن ، لكن الحياة ستوجد في محيطات خالية من الضوء تحت أميال من الجليد.

حقا إجابة رائعة من قبل ckersch. أريد إضافة بعض الرياضيات للحصول على فكرة عن حجم هذا النوع من المناطق الصالحة للسكن. الصيغ من هنا وهنا ، إذا كنت تريد إجراء مزيد من التحقيق فيها ، على الرغم من أنني سأحاول شرحها هنا.

قد نفترض أن مصدر الطاقة هو طاقة وضع الجاذبية ، والتي تُعرّف على أنها $ U_g = -G frac$ حيث $ U_g $ هو الطاقة الكامنة ، و $ G $ هو ثابت الجاذبية ، و $ m_1 $ هو كتلة الجسم الأول ، و $ m_2 $ هو كتلة الجسم رقم اثنين على مسافة معينة ، و $ r $ هي تلك المسافة. سوف نتعامل مع هذه الكتل على أنها قذائف تخرج من المركز.

يبلغ إجمالي نصف قطر الجسم $ R $ ، وكثافة $ rho $. الكتلة الموجودة داخل نصف قطر عشوائي $ r _ < text> $ هي دالة في هذا الشعاع ، يُشار إليها على أنها $ m (r _ < text>) $. تبلغ مساحة كل صدفة 4 دولارات pi r ^ 2 $ ، وهي ببساطة صيغة مساحة سطح الكرة - هذه الأصداف عبارة عن كرات مجوفة بشكل أساسي. للعثور على إجمالي طاقة الجاذبية الكامنة ، علينا أن نتكامل على نصف قطر الجسم بالكامل: $ Sigma U_g = -G int_0 ^ R frac<>>) 4 pi r ^ 2 rho>dr $ الكتلة الموجودة داخل نصف القطر $ r _ < text> يمكن اختزال $ لمنتج الكثافة والحجم ($ m = v cdot rho $). ومع ذلك ، يمكن لحسن الحظ التعبير عن الحجم بدلالة نصف القطر مثل $ V = frac <4> <3> pi r ^ 3 $ ، لذلك لدينا $ m = frac <4> <3> pi r ^ 3 rho $ ثم $ Sigma U_g = -G int_0 ^ R frac < frac <4> <3> pi r ^ 3 rho 4 pi r ^ 2 rho>dr $ يصبح هذا $ Sigma U_g = -G left ( frac <16> <3> pi ^ 2 rho ^ 2 right) int_0 ^ R r ^ 4 dr $ التكامل ، نحصل على $ Sigma U_g = left (-G frac <16> <3> pi ^ 2 rho ^ 2 right) left [ frac <5> right] _0 ^ R $ $ Sigma U_g = left (-G frac <16> <3> pi ^ 2 rho ^ 2 right) left [ frac <5> - frac <0 ^ 5> <5> right] $ وأخيراً $ Sigma U_g = - frac <16> <15> G pi ^ 2 rho ^ 2 R ^ 5 $ نعود لتعريفنا للكتلة كدالة للحجم والكثافة ، وإيجاد $ Sigma U_g = - frac <3M ^ 2G> <5R> $ ومع ذلك ، يتم تحويل نصف الطاقة المتاحة إلى طاقة حركية ، لذلك نقسم ذلك على اثنان لإيجاد أن $ Sigma U_g = - frac <3M ^ 2G> <10R> $ إذا تمكنا من إيجاد الوقت $ t $ الذي يتم خلاله إشعاع الطاقة ، لدينا القوة $ P $. الشدة على مساحة سطح معينة هي $ I = frac

<4 pi r ^ 2> $ لذلك لدينا $ I = frac <3M ^ 2G> <4 ​​ pi r ^ 2 10R t> $ لنفترض أن لديك وقت $ t $ كم من الوقت تريد أن يستغرقه الجسم تنبعث منها الطاقة. اختر الكتلة $ M $ ونصف القطر $ R $ من الجسم ، وخذ الكثافة $ I $ من مدار للكوكب حول نجم في المنطقة الصالحة للسكن للنجم - بعبارة أخرى ، خذ كثافة الشمس من بقعة في الأرض يدور في مدار. يمكنك حل قيمة $ r $ لمعرفة ما ستكون عليه هذه المسافة: $ r = sqrt < frac <3M ^ 2G> <4 ​​ pi I 10R t >> $ يمكنك بعد ذلك إجراء بعض التخمين والتحقق من أجل معرفة الحدود الداخلية والخارجية للمنطقة الصالحة للسكن. ليس لدي الوقت للقيام بذلك في الوقت الحالي ، ولكن قد أتمكن من ذلك لاحقًا. في الوقت الحالي ، أشجعك على التلاعب بالمعادلات قليلاً ومعرفة نوع الإعداد الذي يمكنك التوصل إليه.


هل تؤثر أقمار عمالقة الغاز على المنطقة الصالحة للسكن؟

كيف قد يبدو قمر صالح للسكن يدور حول عملاق غازي.

(PhysOrg.com) - إذا لم تكن على دراية بمعادلة دريك ، أو كيف يمكن تطبيقها بالفعل على exomoons ، فتابع القراءة لمعرفة المزيد عن المعادلة الشهيرة. بالإضافة إلى ذلك ، ما هي الظروف التي يمكن أن تجعل قمرًا صالحًا للسكن مثل باندورا كما هو موضح في الصورة الرمزية، أو غابة قمر إندور كما رأينا في عودة الجيداي?

ما هي بالضبط معادلة دريك؟ تم إنشاء معادلة دريك في عام 1961 من قبل مؤسس SETI فرانك دريك ، وهي تحاول استكشاف العوامل المحددة التي قد تؤثر على تطور الحضارات الذكية في أماكن أخرى من مجرتنا.

المعادلة كالتالي (بإذن من SETI):

  • N = عدد الحضارات في مجرة ​​درب التبانة التي يمكن اكتشاف انبعاثاتها الكهرومغناطيسية.
  • R * = معدل تكون النجوم المناسبة لتنمية الحياة الذكية.
  • fp = جزء النجوم ذات الأنظمة الكوكبية.
  • ne = عدد الكواكب ، لكل نظام شمسي ، مع بيئة مناسبة للحياة.
  • fl = جزء الكواكب المناسبة التي تظهر عليها الحياة بالفعل.
  • fi = جزء الكواكب التي تحمل الحياة والتي تظهر عليها الحياة الذكية.
  • fc = جزء الحضارات الذي يطور تقنية تطلق إشارات يمكن اكتشافها لوجودها في الفضاء.
  • L = طول الفترة الزمنية التي تطلق فيها هذه الحضارات إشارات يمكن اكتشافها في الفضاء.
رسم بياني يوضح تأثير النجوم المختلفة على المنطقة الصالحة للسكن. حقوق الصورة: ويكيميديا

فكيف يتناسب كل هذا مع المنطقة الصالحة للسكن؟

الصورة أعلاه عبارة عن رسم بياني يوضح مكان وجود المنطقة الصالحة للسكن في نظامنا الشمسي ، بالنظر إلى فئات مختلفة من النجوم. المنطقة الصالحة للسكن هي مجرد منطقة يمكن أن يوجد فيها الماء السائل في شكل مستقر على سطح الجسم ، في ظل الظروف الجوية المناسبة. كما ترون ، فإن النجم الأصغر والأغمق سينتج منطقة صالحة للسكن أقرب إلى النجم المركزي ، والنجم الأكبر والأكثر إشراقًا سيدفع هذه المنطقة الصالحة للسكن بعيدًا.

باختصار ، المنطقة الصالحة للسكن هي (خاصة) يحدده لمعان النجم المركزي.

فقط لأن العالم ليس & # 146 طنًا في المنطقة الصالحة للسكن لا يعني بالضرورة أنه يمكن & # 146t أن يحتوي على مياه سائلة. انظر إلى أقمار مثل يوروبا أو إنسيلادوس. في حين أن الانطباع الأول لهذه العوالم الجليدية هو وجود كرة جليدية عملاقة ، فمن المفترض أن ثني المد والجزر قد يسخن الأجزاء الداخلية لهذه العوالم ويوفر بيئة حيث قد توجد مياه سائلة تحت السطح.

ضع في اعتبارك أن المسافة بين العالم ونجمه المضيف لا يمكن إلا أن توفر تخمينًا مستنيرًا حول ما إذا كان الماء السائل موجودًا على سطحه أم لا. هناك عوامل أخرى مثل تكوين العالم نفسه (سواء السطحي أو الغلاف الجوي) ، وأن آلية تزويد الكواكب بالماء لا تزال غير مفهومة تمامًا.

لتلخيص كل شيء ، إذا اكتشف علماء الفلك كوكبًا غازيًا عملاقًا خارج المنطقة الصالحة للسكن لنجمه الأم ، فلا تزال هناك فرصة أنه قد يأوي أقمارًا صالحة للسكن - حسنًا ، على الأقل صالح للحياة الأساسية. إذا تم اكتشاف كوكب من فئة المشتري في المنطقة الصالحة للسكن لنجمه الأم ، فإنه يقع في نطاق احتمالات وجود قمر صالح للسكن شبيه بالأرض في مدار حول الكوكب المذكور.

بالطبع ، لا تزال الاكتشافات المذكورة على بعد بضع سنوات - يمكن للباحثين حاليًا اكتشاف الكواكب الخارجية أصغر قليلاً من المريخ ، ويعملون على طرق لاكتشاف الأقمار التي تدور حول الكواكب الخارجية الكبيرة. بالنسبة لتحديث معادلة Drake & # 146s الشهيرة - يمكننا على الأرجح استبدال الكوكب بالعالم ومواصلة بحثنا عن الحياة في مكان آخر في مجرتنا.


العمالقة الودودين لديهم مناطق مريحة صالحة للسكن أيضًا

انطباع الفنان عن نجم أحمر عملاق. الائتمان: ناسا / والت فيمر

إنها حقيقة معروفة أن جميع النجوم لها عمر. يبدأ هذا بتكوينهم ، ثم يستمر خلال مرحلة تسلسلهم الرئيسي (التي تشكل غالبية حياتهم) قبل أن تنتهي بالموت. في معظم الحالات ، ستنتفخ النجوم بما يصل إلى مئات المرات من حجمها الطبيعي عند خروجها من مرحلة التسلسل الرئيسية في حياتها ، وخلال هذه الفترة من المحتمل أن تستهلك أي كواكب تدور بالقرب منها.

ومع ذلك ، بالنسبة للكواكب التي تدور حول النجم على مسافات أكبر (ما وراء "خط الصقيع" للنظام ، بشكل أساسي) ، قد تصبح الظروف دافئة بما يكفي لدعم الحياة. ووفقًا لبحث جديد جاء من معهد كارل ساجان بجامعة كورنيل ، يمكن أن يستمر هذا الوضع لبعض أنظمة النجوم إلى مليارات السنين ، مما يؤدي إلى ظهور أشكال جديدة تمامًا من الحياة خارج الأرض!

في حوالي 5.4 مليار سنة من الآن ، ستخرج شمسنا من مرحلتها الرئيسية. بعد استنفاد وقود الهيدروجين في قلبه ، فإن رماد الهيليوم الخامل الذي تراكم هناك سيصبح غير مستقر وينهار تحت ثقله. سيؤدي هذا إلى تسخين اللب وزيادة كثافته ، مما يؤدي بدوره إلى نمو حجم الشمس ودخول ما يُعرف بمرحلة تطور الفرع الأحمر العملاق (RGB).

ستبدأ هذه الفترة مع تحول شمسنا إلى عملاق ثانوي ، حيث يتضاعف حجمها ببطء على مدار حوالي نصف مليار سنة. وبعد ذلك سوف يقضي نصف مليار سنة القادمة في التوسع بسرعة أكبر ، حتى يصل إلى 200 ضعف حجمه الحالي وعدة آلاف المرات أكثر سطوعًا. بعد ذلك سيكون نجمًا أحمر عملاقًا رسميًا ، حيث سيقيس قطره حوالي 2 وحدة فلكية ، وبالتالي يتجاوز مدار المريخ الحالي.

كما اكتشفنا في مقال سابق ، لن ينجو كوكب الأرض من شمسنا ليصبح عملاقًا أحمر - ولن ينجو عطارد أو الزهرة أو المريخ. ولكن ما وراء "خط الصقيع" ، حيث يكون الجو باردًا بدرجة كافية بحيث تظل المركبات المتطايرة - مثل الماء والأمونيا والميثان وثاني أكسيد الكربون وأول أكسيد الكربون - في حالة متجمدة ، ستبقى الكواكب الغازية العملاقة المتبقية وعمالقة الجليد والكواكب القزمة . ليس ذلك فحسب ، بل سيبدأ ذوبان الجليد بشكل كبير.

دورة حياة النجم الشبيه بالشمس ، من ولادته على الجانب الأيسر من الإطار إلى تطوره إلى عملاق أحمر على اليمين بعد بلايين السنين. الائتمان: ESO / M. كورنميسر

باختصار ، عندما يتمدد النجم ، من المحتمل أن تفعل "منطقته الصالحة للسكن" الشيء نفسه ، لتشمل مداري كوكب المشتري وزحل. عندما يحدث هذا ، فإن الأماكن التي كانت غير صالحة للسكن سابقًا - مثل أقمار جوفيان وكرونيان - يمكن أن تصبح فجأة غير صالحة للسكن. وينطبق الشيء نفسه على العديد من النجوم الأخرى في الكون ، وكلها مصيرها أن تصبح عمالقة حمراء لأنها تقترب من نهاية عمرها الافتراضي.

ومع ذلك ، عندما تصل شمسنا إلى مرحلة التفرع العملاق الأحمر ، فمن المتوقع أن تبقى 120 مليون سنة من الحياة النشطة. هذا ليس وقتًا كافيًا تمامًا لظهور أشكال الحياة الجديدة وتطورها وتصبح معقدة حقًا (مثل البشر والأنواع الأخرى من الثدييات). ولكن وفقًا لدراسة بحثية حديثة ظهرت في مجلة الفيزياء الفلكية - بعنوان "المنطقة الصالحة للسكنى لنجوم ما بعد التسلسل الرئيسي" - قد تكون بعض الكواكب قادرة على البقاء حول النجوم العملاقة الحمراء الأخرى في كوننا لفترة أطول - تصل إلى 9 مليارات سنة أو أكثر في بعض الحالات!

لوضع ذلك في المنظور ، فإن تسعة مليارات سنة تقترب من ضعف عمر الأرض الحالي. لذا ، بافتراض أن العوالم المعنية تحتوي أيضًا على المزيج الصحيح من العناصر ، سيكون لديها متسع من الوقت لإحداث أشكال جديدة ومعقدة من الحياة. المؤلف المشارك للدراسة ، البروفيسور ليزا كالتينيغيريس ، هو أيضًا مدير معهد كارل ساجان. على هذا النحو ، فهي ليست غريبة عن البحث عن الحياة في أجزاء أخرى من الكون. كما أوضحت للكون اليوم عبر البريد الإلكتروني:

"لقد وجدنا أن الكواكب - اعتمادًا على حجم شمسها (كلما كان النجم أصغر ، كلما طالت مدة بقاء الكوكب صالحًا للسكن) - يمكن أن تبقى لطيفة ودافئة لمدة تصل إلى 9 مليارات سنة. هذا يجعل النجمة العجوز مكانًا مثيرًا للبحث عن الحياة. يمكن أن يكون قد بدأ تحت السطح (على سبيل المثال في محيط متجمد) وبعد ذلك عندما يذوب الجليد ، يمكن للغازات التي تتنفسها الحياة وتخرجها أن تتسرب إلى الغلاف الجوي - ما يسمح لعلماء الفلك بالتقاطها كدلالة على الحياة. أو بالنسبة لأصغر النجوم ، فإن الوقت الذي يمكن أن يكون فيه كوكب متجمد سابقًا لطيفًا ودافئًا يصل إلى 9 مليارات سنة. وبالتالي من المحتمل أن تبدأ الحياة في ذلك الوقت."

باستخدام النماذج الحالية للنجوم وتطورها - أي المناخ الحراري الإشعاعي أحادي البعد والنماذج التطورية النجمية - لدراستهم ، تمكن كالتينيجر وراميريز من حساب مسافات المناطق الصالحة للسكن (HZ) حول سلسلة من تسلسل ما بعد الرئيسي (ما بعد MS) النجوم. رمسيس م. راميريز - باحث مشارك في معهد كارل ساجان والمؤلف الرئيسي للورقة - شرح عملية البحث في الكون اليوم عبر البريد الإلكتروني:

بعد عدة مليارات من السنين ، أصبحت الشمس الصفراء (مثل شمسنا) عمالقة حمراء ، وتوسعت إلى عدة مئات من حجمها الطبيعي. الائتمان: ويندي كينيجسبيرغ

"استخدمنا نماذج تطورية نجمية تخبرنا كيف تتغير الكميات النجمية ، وبشكل أساسي السطوع ونصف القطر ودرجة الحرارة مع مرور الوقت مع تقدم النجوم في العمر خلال مرحلة العملاق الأحمر. استخدمنا أيضًا نموذجًا مناخيًا لحساب كمية الطاقة التي ينتجها كل نجم عند حدود المنطقة الصالحة للسكن. بمعرفة هذا والسطوع النجمي المذكور أعلاه ، يمكننا حساب المسافات إلى حدود المنطقة الصالحة للسكن."

في الوقت نفسه ، فكروا في كيفية تأثير هذا النوع من التطور النجمي على الغلاف الجوي لكواكب النجم. عندما يتمدد النجم ، فإنه يفقد كتلته ويخرجها إلى الخارج على شكل رياح شمسية. بالنسبة للكواكب التي تدور بالقرب من نجم ، أو تلك التي لديها جاذبية سطحية منخفضة ، فقد تجد بعض أو كل غلافها الجوي مبتعدًا. من ناحية أخرى ، يمكن للكواكب ذات الكتلة الكافية (أو الموضوعة على مسافة آمنة) الحفاظ على معظم غلافها الجوي.

قال راميريز: "الرياح النجمية الناتجة عن خسارة الكتلة هذه تؤدي إلى تآكل الغلاف الجوي للكواكب ، والذي نحسبه أيضًا كدالة للوقت". "عندما يفقد النجم كتلته ، يحافظ النظام الشمسي على الزخم الزاوي من خلال التحرك للخارج. لذلك ، نأخذ في الاعتبار أيضًا كيفية تحرك المدارات مع مرور الوقت." باستخدام النماذج التي أدرجت معدل الفقد النجمي والغلاف الجوي خلال مراحل الفرع العملاق الأحمر (RGB) والتفرع العملاق المقارب (AGB) للنجم ، تمكنوا من تحديد كيفية حدوث ذلك بالنسبة للكواكب التي تراوحت في الحجم من super- من الأقمار إلى الأرض الفائقة.

ما وجدوه هو أن الكوكب يمكن أن يبقى في منطقة ما بعد HS HZ لعدة دهور أو أكثر ، اعتمادًا على درجة حرارة النجم ، واكتشاف العناصر المعدنية المشابهة لشمسنا. كما أوضح راميريز:

"والنتيجة الرئيسية هي أن الحد الأقصى للوقت الذي يمكن أن يبقى فيه كوكب في هذه المنطقة الحمراء العملاقة الصالحة للسكن من النجوم الساخنة هو 200 مليون سنة. بالنسبة لأروع نجم لدينا (M1) ، فإن أقصى وقت يمكن للكوكب أن يبقى فيه داخل هذه المنطقة الصالحة للسكن العملاق الأحمر هو 9 مليارات سنة. تفترض هذه النتائج مستويات معدنية مماثلة لتلك الموجودة في شمسنا. النجم الذي يحتوي على نسبة مئوية أعلى من المعادن يستغرق وقتًا أطول لصهر المواد غير المعدنية (H، He..etc) وبالتالي يمكن أن تزيد هذه الأوقات القصوى أكثر ، حتى حوالي ضعفين."

في سياق نظامنا الشمسي ، قد يعني هذا أنه في غضون بضعة مليارات من السنين ، قد تحصل عوالم مثل Europa و Enceladus (التي يشتبه بالفعل في وجود حياة تحت أسطحها الجليدية) على فرصة لتصبح عوالم كاملة صالحة للسكن. كما لخص راميريز بشكل جميل:

"هذا يعني أن تسلسل ما بعد الرئيسي هو مرحلة أخرى من المحتمل أن تكون مثيرة للاهتمام من التطور النجمي من وجهة نظر القابلية للسكن.بعد فترة طويلة من تحول النظام الداخلي للكواكب إلى أراض قاحلة بسبب توسع نجم العملاق الأحمر المتنامي ، من المحتمل أن تكون هناك مساكن صالحة للسكن بعيدًا عن الفوضى. إذا كانت عوالم مجمدة ، مثل أوروبا ، فإن الجليد سوف يذوب ، ويحتمل أن يكشف النقاب عن أي حياة موجودة مسبقًا. قد تكون هذه الحياة الموجودة مسبقًا قابلة للاكتشاف من خلال البعثات / التلسكوبات المستقبلية التي تبحث عن البصمات الحيوية للغلاف الجوي."

ولكن ربما كان الاستنتاج الأكثر إثارة من دراستهم البحثية هو استنتاجهم أن الكواكب التي تدور في مناطق قابلة للسكن بعد مرض التصلب العصبي المتعدد لنجومها ستفعل ذلك على مسافات تجعلها قابلة للاكتشاف باستخدام تقنيات التصوير المباشر. لذلك ليست احتمالات العثور على الحياة حول النجوم الأكبر سناً أفضل مما كان يعتقد سابقًا فحسب ، بل يجب ألا نواجه مشكلة في اكتشافها باستخدام تقنيات البحث عن الكواكب الخارجية الحالية!

ومن الجدير بالذكر أيضًا أن كالتنيجر والدكتور راميريز قد قدما ورقة ثانية للنشر ، حيث قدموا قائمة بـ 23 نجمًا عملاقًا أحمر في غضون 100 سنة ضوئية من الأرض. إن معرفة أن هذه النجوم ، وكلها في جوار نجمي ، يمكن أن يكون لها عوالم تحافظ على الحياة داخل مناطقها الصالحة للسكن ، يجب أن توفر فرصًا إضافية لصيادي الكواكب في السنوات القادمة.

وتأكد من إطلاعك على هذا الفيديو من Cornellcast ، حيث تشارك الأستاذة Kaltenegger ما يلهم فضولها العلمي وكيف يعمل علماء كورنيل لإيجاد دليل على وجود حياة خارج الأرض.


الكواكب الصالحة للسكنى: مناطق الكوارث والملاذات الآمنة

تشير عمليات المحاكاة الحاسوبية الجديدة لأنظمة الكواكب المعروفة خارج المجموعة الشمسية إلى أن نصفها تقريبًا يمكن أن يؤوي عالماً شبيهاً بالأرض ، من الناحية الرياضية.

جميع الكواكب المعروفة التي تدور حول نجوم أخرى شبيهة بالشمس - هناك ما لا يقل عن 130 - ضخمة جدًا ، وأكثرها تشابهًا في الوزن مع كوكب المشتري. لا يمكن العثور على كواكب بحجم الأرض ، إن وجدت ، باستخدام التكنولوجيا الحالية (باستثناء حفنة اكتشفت حول نجم محتضر). لكن عدة نماذج من مجموعات مختلفة أظهرت أن كواكب صخرية بحجم الأرض يمكن أن توجد في أنظمة معروفة حيث يدور كوكب عملاق حول نجم شبيه بالشمس.

في العمل الجديد ، ابتكر الباحثون كواكب عملاقة افتراضية ووجدوا أن كل منها يخلق منطقتين من مناطق الكوارث - واحدة داخل مدارها (أقرب إلى النجم) والأخرى في الخارج. سيتم إغراء الأرض الوليدة في أي من المنطقتين بالتصادم مع الكوكب الأكبر ، أو ستضرب النجم ، أو ستُقذف إلى الضواحي الباردة والميتة والبعيدة للنظام.

هذا ليس مفاجأة. لكن تفاصيل النموذج تستحق الاهتمام: مناطق الكوارث تحكمها كتلة الكوكب العملاق وانحراف مداره ، أو كيف أنه غير دائري.

قال باري جونز ، أستاذ علم الفلك في الجامعة المفتوحة في المملكة المتحدة: "كلما زاد الانحراف المداري ، زاد مدى جاذبية العملاق".

كان السؤال كالتالي: ما هو نوع النظام الذي يحتوي على كوكب كبير يمكنه دعم كوكب صخري في منطقة صالحة للسكن ، وهي المنطقة التي تكون فيها درجات الحرارة مواتية للسماح بوجود الماء السائل على كوكب بحجم الأرض.

قال جونز: "إذا كان من الممكن وجود الماء السائل ، فيمكن أن توجد الحياة كما نعرفها".

يحذر باحثون آخرون من أن وجود الماء لا يعني بالضرورة وجود الحياة. لا أحد يعرف كيف تبدأ الحياة أو ما إذا كانت قد بدأت في أي مكان خارج الأرض. لكن الكواكب الصخرية الرطبة هي مكان رائع لبدء البحث عن نشاط بيولوجي.

للسماح لكوكب بحجم الأرض في مدار مستقر داخل منطقة صالحة للسكن ، يجب أن يكون العملاق إما خارج تلك المنطقة ، حيث يوجد كوكب المشتري والعمالقة الأخرى في نظامنا الشمسي ، أو داخله ، كما وجد النموذج.

وقال جونز: "كلما زاد حجم العمالقة كلما زاد مدى جاذبيتها المربكة ، وكلما زاد البعد عن المنطقة الصالحة للسكن التي يحتاجون إليها". ProfoundSpace.org. "لا يمكنك أن تكون قريبًا جدًا من عملاق أو أن جاذبيته ستلحق الفوضى بمدار الأرض."

هذا هو المكان الذي تصبح فيه النمذجة مثيرة للاهتمام.

ثم طبق العلماء هذه القواعد على أنظمة كوكبية حقيقية. تتضمن العديد من التركيبات خارج المجموعة الشمسية "كوكب المشتري الساخن" ، وهو كوكب تساوي كتلة كوكب المشتري تقريبًا في مدار ضيق جدًا حول نجمه. هذه العوالم تشهد مرور عام في أقل من أسبوع.

تمت مقارنة مناطق الكوارث التي تم إنشاؤها بواسطة الكمبيوتر ، وخاصة لكل نجم حقيقي وكوكبه العملاق ، بالمنطقة الصالحة للسكن لهذا النجم لمعرفة ما إذا كانت هناك أي ملاذات آمنة - مسارات مدارية مستقرة داخل مناطق صالحة للسكن.

وجد الباحثون أنه عندما تم تشغيل نموذج الكمبيوتر ، فإن حوالي نصف الأنظمة المعروفة سمحت بملاذ آمن على مدى فترة زمنية طويلة بما فيه الكفاية ، بما في ذلك الوقت الحاضر ، للسماح بتطور الحياة.

كان لبعض الأنظمة الأخرى مناطق صالحة للسكن في الماضي أو ستمتلكها في المستقبل مع تقدم نجومها في العمر وتغير مخرجات الطاقة. قم بإلقاء هذه الأشياء في والباحثين توصلوا إلى حوالي ثلثي الأنظمة البالغ عددها 130 نظامًا التي درسوها والتي تؤوي مناطق صالحة للسكن في وقت ما في الماضي أو الحاضر أو ​​المستقبل.

كان من المقرر تقديم البحث اليوم في الاجتماع الوطني لعلم الفلك للجمعية الملكية الفلكية. ساهم باحثو الجامعة المفتوحة نيك سليب وديفيد أندروود في العمل.

لا يتوقع العلماء اكتشاف كواكب بحجم الأرض حتى جيل جديد من التلسكوبات الفضائية ، مثل مهمة كبلر التابعة لناسا ، يطير في وقت لاحق من هذا العقد.


حدد الباحثون 121 كوكبًا عملاقًا قد يكون لها أقمار صالحة للسكن

رسم توضيحي لفنان لإكسومون يحتمل أن يكون صالحًا للسكن يدور حول كوكب عملاق في نظام شمسي بعيد. حقوق الصورة: NASA GSFC: Jay Friedlander and Britt Griswold

لقد سمعنا جميعًا عن البحث عن الحياة على الكواكب الأخرى ، ولكن ماذا عن البحث عن أقمار أخرى؟

في بحث نُشر يوم الأربعاء (13 يونيو) في مجلة الفيزياء الفلكية، حدد الباحثون في جامعة كاليفورنيا وريفرسايد وجامعة جنوب كوينزلاند أكثر من 100 كوكب عملاق يحتمل أن يستضيف أقمارًا قادرة على دعم الحياة. سيوجه عملهم تصميم التلسكوبات المستقبلية التي يمكنها اكتشاف هذه الأقمار المحتملة والبحث عن علامات تدل على وجود حياة ، تسمى البصمات الحيوية ، في غلافها الجوي.

منذ إطلاق تلسكوب كبلر التابع لناسا عام 2009 ، حدد العلماء آلاف الكواكب خارج نظامنا الشمسي ، والتي تسمى الكواكب الخارجية. يتمثل الهدف الأساسي لمهمة كبلر في تحديد الكواكب الموجودة في المناطق الصالحة للسكن من نجومها ، مما يعني أنها ليست شديدة الحرارة ولا شديدة البرودة بالنسبة للمياه السائلة - وربما الحياة -.

الكواكب الأرضية (الصخرية) هي أهداف رئيسية في السعي للعثور على الحياة لأن بعضها قد يكون مشابهًا للأرض جيولوجيًا وجويًا. مكان آخر للبحث هو العديد من عمالقة الغاز التي تم تحديدها خلال مهمة كبلر. في حين أن الكواكب الشبيهة بالمشتري في المنطقة الصالحة للسكن ليست مرشحة للحياة نفسها ، فقد تحتوي على أقمار صخرية ، تسمى exomoons ، والتي يمكن أن تحافظ على الحياة.

رسم توضيحي لفنان لإكسومون يحتمل أن يكون صالحًا للسكن يدور حول كوكب عملاق في نظام شمسي بعيد. حقوق الصورة: NASA GSFC: Jay Friedlander and Britt Griswold.

قال ستيفن كين: "يوجد حاليًا 175 قمراً معروفاً يدور حول الكواكب الثمانية في نظامنا الشمسي. في حين أن معظم هذه الأقمار تدور حول زحل والمشتري ، اللذان يقعان خارج منطقة الشمس الصالحة للسكن ، قد لا يكون هذا هو الحال في الأنظمة الشمسية الأخرى". أستاذ مشارك في الفيزياء الفلكية الكوكبية وعضو في مركز الأحياء الفلكية للأرض البديلة التابع لجامعة كاليفورنيا. "إن تضمين الأرصاد الخارجية الصخرية في بحثنا عن الحياة في الفضاء سيؤدي إلى توسيع الأماكن التي يمكننا البحث عنها بشكل كبير."

حدد الباحثون 121 كوكبًا عملاقًا لها مدارات داخل المناطق الصالحة للسكن لنجومها. تعد هذه الكواكب الغازية ، التي تزيد عن ثلاثة أضعاف نصف قطر الأرض ، أقل شيوعًا من الكواكب الأرضية ، ولكن من المتوقع أن يستضيف كل منها عدة أقمار كبيرة.

تكهن العلماء بأن الأقمار الخارجية قد توفر بيئة مواتية للحياة ، وربما أفضل من الأرض. هذا لأنهم يتلقون الطاقة ليس فقط من نجمهم ، ولكن أيضًا من الإشعاع المنعكس من كوكبهم. حتى الآن ، لم يتم تأكيد أي قوام خارجي.

"الآن بعد أن أنشأنا قاعدة بيانات للكواكب العملاقة المعروفة في المنطقة الصالحة للسكن لنجمها ، سيتم إجراء ملاحظات لأفضل المرشحين لاستضافة الأقمار الخارجية المحتملة للمساعدة في تحسين خصائص exomoon المتوقعة. ستساعد دراسات المتابعة لدينا في إعلام المستقبل قالت ميشيل هيل ، طالبة جامعية في جامعة جنوب كوينزلاند تعمل مع كين وستنضم إلى برنامج الدراسات العليا بجامعة كاليفورنيا في الخريف ، إن تصميم التلسكوب حتى نتمكن من اكتشاف هذه الأقمار ودراسة خصائصها والبحث عن علامات الحياة ".


محتويات

يظهر تقدير لمدى المسافات من الشمس مما يسمح بوجود الماء السائل في نيوتن مبادئ (الكتاب الثالث ، القسم 1 ، كورول 4). [24] [ التوضيح المطلوب ]

تم تقديم مفهوم المنطقة الصالحة للسكن من قبل إدوارد ماوندر لأول مرة في عام 1913 في كتابه "هل الكواكب مأهولة بالسكان؟". يتم تقديم الاقتباسات ذات الصلة في. [26] تمت مناقشة هذا المفهوم لاحقًا في عام 1953 من قبل Hubertus Strughold ، في أطروحته الكوكب الأخضر والأحمر: دراسة فسيولوجية لإمكانية الحياة على المريخ، صاغ مصطلح "المحيط البيئي" وأشار إلى "المناطق" المختلفة التي يمكن أن تظهر الحياة فيها. [7] [27] في نفس العام ، كتب هارلو شابلي "Liquid Water Belt" ، الذي وصف نفس المفهوم بتفاصيل علمية إضافية. أكد كلا العملين على أهمية الماء السائل في الحياة. [28] قدم عالم الفيزياء الفلكية Su-Shu Huang لأول مرة مصطلح "المنطقة الصالحة للسكن" في عام 1959 للإشارة إلى المنطقة المحيطة بالنجم حيث يمكن أن توجد المياه السائلة على جسم كبير بما فيه الكفاية ، وكان أول من أدخله في سياق الحياة الكوكبية والحياة خارج كوكب الأرض. [29] [30] أحد المساهمين الرئيسيين في وقت مبكر لمفهوم المنطقة الصالحة للسكن ، جادل هوانغ في عام 1960 بأن المناطق الصالحة للسكن في المحيطات ، وبالتالي الحياة خارج كوكب الأرض ، ستكون غير شائعة في أنظمة النجوم المتعددة ، نظرًا لعدم استقرار الجاذبية لهذه الأنظمة. [31]

تم تطوير مفهوم المناطق الصالحة للسكن في عام 1964 بواسطة ستيفن إتش دول في كتابه كواكب صالحة للسكنى للإنسان، والذي ناقش فيه مفهوم المنطقة الصالحة للسكن ضمن النجم بالإضافة إلى العديد من المحددات الأخرى لصلاحية الكواكب للسكن ، وفي النهاية قدر عدد الكواكب الصالحة للسكن في مجرة ​​درب التبانة بحوالي 600 مليون. [2] في الوقت نفسه ، قدم مؤلف الخيال العلمي إسحاق أسيموف مفهوم المنطقة الصالحة للسكن على مدار العام لعامة الناس من خلال استكشافاته المختلفة لاستعمار الفضاء. [32] ظهر مصطلح "منطقة Goldilocks" في السبعينيات ، وهو يشير تحديدًا إلى منطقة حول نجم تكون درجة حرارتها "مناسبة تمامًا" لوجود الماء في الطور السائل. [33] في عام 1993 ، قدم عالم الفلك جيمس كاستينغ مصطلح "المنطقة الصالحة للسكن" للإشارة بشكل أكثر دقة إلى المنطقة المعروفة آنذاك (ولا تزال) باسم المنطقة الصالحة للسكن. [29] كان كاستينج أول من قدم نموذجًا تفصيليًا للمنطقة الصالحة للحياة للكواكب الخارجية. [3] [34]

جاء التحديث لمفهوم المنطقة الصالحة للسكن في عام 2000 ، عندما قدم الفلكيان بيتر وارد ودونالد براونلي فكرة "المنطقة المجرية الصالحة للسكن" ، والتي طوروها لاحقًا مع غييرمو غونزاليس. [35] [36] المنطقة المجرية الصالحة للسكن ، والتي تُعرَّف على أنها المنطقة التي يُرجح أن تظهر فيها الحياة في المجرة ، تشمل تلك المناطق القريبة بدرجة كافية من مركز المجرة بحيث تكون النجوم هناك غنية بالعناصر الأثقل ، ولكنها ليست قريبة جدًا من هذا النجم غالبًا ما تتعطل الأنظمة والمدارات الكوكبية وظهور الحياة بسبب الإشعاع المكثف وقوى الجاذبية الهائلة الشائعة في مراكز المجرات. [35]

بعد ذلك ، يقترح بعض علماء الأحياء الفلكية توسيع المفهوم ليشمل المذيبات الأخرى ، بما في ذلك ثنائي الهيدروجين وحمض الكبريتيك والدينيتروجين والفورماميد والميثان ، من بين أمور أخرى ، والتي من شأنها أن تدعم أشكال الحياة الافتراضية التي تستخدم كيمياء حيوية بديلة. [23] في عام 2013 ، تم إجراء المزيد من التطورات في مفاهيم المناطق الصالحة للسكن باقتراح محيط كوكبي منطقة صالحة للسكن ، تُعرف أيضًا باسم "الحافة الصالحة للسكن" ، لتشمل المنطقة المحيطة بكوكب حيث لن تتعطل مدارات الأقمار الصناعية الطبيعية ، وفي نفس الوقت لن يتسبب تسخين المد والجزر من الكوكب في غليان الماء السائل. [37]

لقد لوحظ أن المصطلح الحالي لـ "المنطقة الصالحة للسكن" يثير الارتباك حيث يشير الاسم إلى أن الكواكب داخل هذه المنطقة ستمتلك بيئة صالحة للسكن. [38] [39] ومع ذلك ، تعتمد ظروف السطح على مجموعة من الخصائص الفردية المختلفة لهذا الكوكب. [38] [39] ينعكس سوء الفهم هذا في التقارير المثيرة عن "الكواكب الصالحة للسكن". [40] [41] [42] نظرًا لأنه من غير المعروف تمامًا ما إذا كانت الظروف في عوالم CHZ البعيدة يمكن أن تستضيف الحياة ، هناك حاجة إلى مصطلحات مختلفة. [39] [41] [43] [44]

يعتمد تحديد ما إذا كان الجسم في المنطقة الصالحة للسكن للنجم المضيف على نصف قطر مدار الكوكب (للأقمار الصناعية الطبيعية ، مدار الكوكب المضيف) ، وكتلة الجسم نفسه ، والتدفق الإشعاعي للنجم المضيف. نظرًا للانتشار الكبير في كتل الكواكب داخل منطقة صالحة للسكن على مدار النجم ، إلى جانب اكتشاف الكواكب الأرضية الفائقة التي يمكن أن تحافظ على أغلفة جوية أكثر سمكًا وحقول مغناطيسية أقوى من الأرض ، تنقسم المناطق الصالحة للسكن في محيط النجم إلى منطقتين منفصلتين - منطقة "محافظة" منطقة صالحة للسكن "حيث يمكن للكواكب ذات الكتلة المنخفضة مثل الأرض أن تظل صالحة للسكن ، تكملها" منطقة موسعة صالحة للسكن "حيث يمكن أن يكون لكوكب مثل الزهرة ، مع تأثيرات دفيئة أقوى ، درجة الحرارة المناسبة لوجود الماء السائل على السطح. [46]

تقديرات النظام الشمسي تحرير

تتراوح تقديرات المنطقة الصالحة للسكن داخل النظام الشمسي من 0.38 إلى 10.0 وحدة فلكية ، [47] [48] [49] [50] على الرغم من أن الوصول إلى هذه التقديرات يمثل تحديًا لمجموعة متنوعة من الأسباب. تدور العديد من الأجسام ذات الكتلة الكوكبية داخل هذا النطاق أو بالقرب منه ، وبالتالي تتلقى ما يكفي من ضوء الشمس لرفع درجات الحرارة فوق نقطة تجمد الماء. ومع ذلك فإن ظروفهم الجوية تختلف اختلافا كبيرا. على سبيل المثال ، يلامس أوج كوكب الزهرة الحافة الداخلية للمنطقة ، وبينما يكون الضغط الجوي على السطح كافياً للمياه السائلة ، فإن تأثير الاحتباس الحراري القوي يرفع درجات حرارة السطح إلى 462 درجة مئوية (864 درجة فهرنهايت) حيث يمكن أن توجد المياه فقط كبخار. [51] تقع مدارات القمر بأكملها ، [52] المريخ ، [53] والعديد من الكويكبات أيضًا ضمن تقديرات مختلفة للمنطقة الصالحة للسكن. فقط عند أدنى ارتفاعات المريخ (أقل من 30٪ من سطح الكوكب) يكون الضغط الجوي ودرجة الحرارة كافيين لتواجد الماء ، إن وجد ، في صورة سائلة لفترات قصيرة. [54] في حوض هيلاس ، على سبيل المثال ، يمكن أن تصل الضغوط الجوية إلى 1115 باسكال ودرجات حرارة فوق الصفر مئوية (حوالي النقطة الثلاثية للمياه) لمدة 70 يومًا في سنة المريخ. [54] على الرغم من الأدلة غير المباشرة في شكل تدفقات موسمية على منحدرات المريخ الدافئة ، [55] [56] [57] [58] لم يتم تأكيد وجود الماء السائل هناك. بينما تدور الأجسام الأخرى جزئيًا داخل هذه المنطقة ، بما في ذلك المذنبات ، فإن سيريس [59] هو الوحيد من الكتلة الكوكبية. مزيج من الكتلة المنخفضة وعدم القدرة على تخفيف التبخر وفقدان الغلاف الجوي ضد الرياح الشمسية يجعل من المستحيل على هذه الأجسام الحفاظ على الماء السائل على سطحها. على الرغم من ذلك ، تشير الدراسات بقوة إلى وجود ماء سائل سابق على سطح كوكب الزهرة ، [60] المريخ ، [61] [62] [63] فيستا [64] وسيريس ، [65] [66] مما يشير إلى ظاهرة أكثر شيوعًا من تفكير سابق. نظرًا لأنه يُعتقد أن الماء السائل المستدام ضروري لدعم الحياة المعقدة ، فإن معظم التقديرات يتم استنتاجها من تأثير المدار المعاد وضعه على قابلية الأرض أو الزهرة للسكن حيث تسمح جاذبيتهما السطحية بالاحتفاظ بالغلاف الجوي الكافي لعدة مليارات سنوات.

وفقًا لمفهوم المنطقة الصالحة للسكن الممتدة ، يمكن للأجسام ذات الكتلة الكوكبية التي لها أجواء قادرة على إحداث تأثير إشعاعي كافٍ أن تمتلك ماءًا سائلًا بعيدًا عن الشمس. يمكن أن تشمل هذه الأجسام تلك التي تحتوي أجواءها على نسبة عالية من غازات الاحتباس الحراري والكواكب الأرضية أكبر بكثير من الأرض (كواكب من فئة الأرض الفائقة) ، والتي احتفظت بأغلفة جوية ذات ضغط سطحي يصل إلى 100 كيلو بار. لا توجد أمثلة على مثل هذه الأجسام في النظام الشمسي لدراسة ما يكفي من المعلومات المعروفة عن طبيعة الغلاف الجوي لهذه الأنواع من الأجسام خارج المجموعة الشمسية ، ولا يمكن لموقعها في المنطقة الصالحة للسكن أن يحدد تأثير درجة الحرارة الصافية لمثل هذه الأجواء بما في ذلك البياض المستحث ، والمضاد. - الدفيئة أو غيرها من مصادر الحرارة المحتملة.

كمرجع ، متوسط ​​المسافة من الشمس لبعض الأجسام الرئيسية ضمن التقديرات المختلفة للمنطقة الصالحة للسكن هو: عطارد ، 0.39 AU Venus ، 0.72 AU Earth ، 1.00 AU Mars ، 1.52 AU Vesta ، 2.36 AU Ceres ، 2.77 AU Jupiter ، 5.20 زحل AU ، 9.58 AU.

تقديرات حدود المنطقة الصالحة للسكن في النظام الشمسي
الحافة الداخلية (AU) الحافة الخارجية (AU) سنة ملاحظات
0.725 1.24 1964 ، دول [2] يستخدم بصريا أجواء رقيقة وبيدوس ثابتة. يضع اوج كوكب الزهرة داخل المنطقة.
1.005–1.008 1969 ، بوديكو [67] استنادًا إلى دراسات نماذج ردود الفعل على بياض الجليد لتحديد النقطة التي قد تتعرض فيها الأرض للتجلد العالمي. تم دعم هذا التقدير في الدراسات التي أجراها سيلرز 1969 [68] وشمال 1975. [69]
0.92-0.96 1970 رسول ودي بيرغ [70] استنادًا إلى دراسات الغلاف الجوي لكوكب الزهرة ، خلص رسول ودي بيرغ إلى أن هذه هي الحد الأدنى للمسافة التي يمكن أن تكون الأرض عندها محيطات مستقرة.
0.958 1.004 1979 ، Hart et al. [71] استنادًا إلى النمذجة الحاسوبية والمحاكاة لتطور تكوين الغلاف الجوي للأرض ودرجة حرارة سطح الأرض. غالبًا ما تم الاستشهاد بهذا التقدير في المنشورات اللاحقة.
3.0 1992 ، فوج [45] تستخدم دورة الكربون لتقدير الحافة الخارجية للمنطقة الصالحة للسكن.
0.95 1.37 1993 Kasting et al. [29] أسس التعريف العملي الأكثر شيوعًا للمنطقة الصالحة للسكن المستخدمة اليوم. يفترض أن CO2 و ح2O هي الغازات الدفيئة الرئيسية كما هي للأرض. جادل بأن المنطقة الصالحة للسكن واسعة بسبب دورة الكربونات - السيليكات. لاحظ تأثير التبريد لسحابة البياض. يظهر الجدول حدود متحفظة. كانت الحدود المتفائلة 0.84-1.67 AU.
2.0 2010 ، Spiegel et al. [72] اقترح أن تكون المياه السائلة الموسمية ممكنة لهذا الحد عند الجمع بين الانحراف العالي والانحراف المداري.
0.75 2011 ، Abe et al. [73] وجدت أن "الكواكب الصحراوية" التي تهيمن عليها الأرض مع وجود الماء في القطبين يمكن أن توجد بالقرب من الشمس أكثر من الكواكب المائية مثل الأرض.
10 2011 ، بيريهمبرت وغايدوس ​​[48] قد تكون الكواكب الأرضية التي تجمع عشرات إلى آلاف القضبان من الهيدروجين البدائي من قرص الكواكب الأولية صالحة للسكن على مسافات تمتد حتى 10 وحدات فلكية في النظام الشمسي.
0.77–0.87 1.02–1.18 2013 ، Vladilo et al. [74] تكون الحافة الداخلية للمنطقة الصالحة للسكن المحيطية أقرب والحافة الخارجية أبعد بالنسبة للضغوط الجوية الأعلى التي تحدد الضغط الجوي الأدنى المطلوب ليكون 15 ملي بار.
0.99 1.70 2013 ، كوبارابو وآخرون. [4] [75] التقديرات المنقحة لـ Kasting et al. (1993) باستخدام خوارزميات دفيئة رطبة محدثة وفقدان المياه. وفقًا لهذا المقياس ، تقع الأرض على الحافة الداخلية للمنطقة HZ وقريبة من حد الدفيئة الرطب ولكن خارجها مباشرةً. كما هو الحال مع Kasting et al. (1993) ، ينطبق هذا على كوكب شبيه بالأرض حيث "فقد الماء" (دفيئة رطبة) ، عند الحافة الداخلية للمنطقة الصالحة للسكن ، حيث وصلت درجة الحرارة إلى حوالي 60 درجة مئوية وهي مرتفعة بدرجة كافية ، حتى التروبوسفير ، أن الغلاف الجوي قد أصبح مشبعًا تمامًا ببخار الماء. بمجرد أن تصبح طبقة الستراتوسفير رطبة ، يطلق التحلل الضوئي لبخار الماء الهيدروجين في الفضاء. في هذه المرحلة ، لا يزداد تبريد التغذية المرتدة للسحابة بشكل ملحوظ مع المزيد من الاحترار. حد "الدفيئة القصوى" ، على الحافة الخارجية ، هو المكان الذي يوجد فيه ثاني أكسيد الكربون
2 من الغلاف الجوي المسيطر عليه ، من حوالي 8 بار ، أنتج أكبر قدر من الاحترار الدفيئة ، وزيادات أخرى في ثاني أكسيد الكربون
2 لن يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة كافية لمنع ثاني أكسيد الكربون
2 ـ التجمد الكارثي للخروج من الغلاف الجوي. كانت الحدود المتفائلة 0.97-1.70 AU. لا يأخذ هذا التعريف في الاعتبار الاحترار الإشعاعي المحتمل بواسطة ثاني أكسيد الكربون
2 غيوم.
0.38 2013 ، Zsom et al.
[47]
يعتمد التقدير على التوليفات الممكنة المختلفة لتكوين الغلاف الجوي والضغط والرطوبة النسبية للغلاف الجوي للكوكب.
0.95 2013 ، Leconte et al. [76] باستخدام نماذج ثلاثية الأبعاد ، قام هؤلاء المؤلفون بحساب الحافة الداخلية 0.95 AU للنظام الشمسي.
0.95 2.4 2017 ، راميريز وكالتنيغر
[49]
توسع المنطقة التقليدية الصالحة للسكن بثاني أكسيد الكربون وبخار الماء [29] بافتراض تركيز الهيدروجين البركاني في الغلاف الجوي بنسبة 50٪.
0.93–0.91 2019 ، جوميز ليل وآخرون.
[77]
تقدير عتبة الدفيئة الرطبة عن طريق قياس نسبة خلط الماء في طبقة الستراتوسفير السفلى ، ودرجة حرارة السطح ، وحساسية المناخ على نظير الأرض مع أو بدون الأوزون ، باستخدام نموذج المناخ العالمي (GCM). يوضح ارتباط قيمة نسبة خلط الماء البالغة 7 جم / كجم ، ودرجة حرارة سطح تبلغ حوالي 320 كلفن ، وذروة حساسية المناخ في كلتا الحالتين.
0.99 1.004 أضيق تقدير محدود من أعلى
0.38 10 التقدير الأكثر استرخاءً من أعلاه

تحرير الاستقراء خارج المجموعة الشمسية

يستخدم علماء الفلك التدفق النجمي وقانون التربيع العكسي لاستقراء نماذج المناطق الصالحة للسكن التي تم إنشاؤها للنظام الشمسي للنجوم الأخرى. على سبيل المثال ، وفقًا لتقدير المنطقة الصالحة للسكن في Kopparapu ، على الرغم من أن النظام الشمسي يحتوي على منطقة صالحة للسكن تتمركز عند 1.34 AU من الشمس ، [4] فإن النجم الذي يزيد سطوعه 0.25 مرة عن الشمس سيكون له منطقة صالحة للسكن تتمركز عند 0.25 < displaystyle < sqrt <0.25 >>> ، أو 0.5 ، المسافة من النجم ، المقابلة لمسافة 0.67 AU. ومع ذلك ، فإن العديد من العوامل المعقدة ، بما في ذلك الخصائص الفردية للنجوم نفسها ، تعني أن الاستقراء خارج المجموعة الشمسية لمفهوم CHZ أكثر تعقيدًا.

تعديل الأنواع الطيفية وخصائص النظام النجمي

يجادل بعض العلماء بأن مفهوم المنطقة الصالحة للسكن المحيطي يقتصر في الواقع على النجوم في أنواع معينة من الأنظمة أو لأنواع طيفية معينة. على سبيل المثال ، تمتلك الأنظمة الثنائية مناطق صالحة للسكن تختلف عن تلك الموجودة في أنظمة الكواكب ذات النجم الواحد ، بالإضافة إلى مخاوف الاستقرار المداري المتأصلة في تكوين ثلاثي الأجسام. [78] إذا كان النظام الشمسي نظامًا ثنائيًا ، يمكن أن تمتد الحدود الخارجية للمنطقة الصالحة للسكن على مدار النجم حتى 2.4 وحدة فلكية. [79] [80]

فيما يتعلق بالأنواع الطيفية ، يقترح Zoltán Balog أن النجوم من النوع O لا يمكنها تكوين كواكب بسبب التبخر الضوئي الناجم عن انبعاثاتها القوية فوق البنفسجية. [81] أثناء دراسة انبعاثات الأشعة فوق البنفسجية ، وجد أندريا بوتشينو أن 40٪ فقط من النجوم التي تمت دراستها (بما في ذلك الشمس) بها مياه سائلة متداخلة ومناطق صالحة للسكن فوق البنفسجي. [82] النجوم الأصغر من الشمس ، من ناحية أخرى ، لها عوائق واضحة لصلاحيتها للسكن. على سبيل المثال ، اقترح مايكل هارت أن نجوم التسلسل الرئيسي فقط من الفئة الطيفية K0 أو أكثر إشراقًا يمكن أن توفر مناطق صالحة للسكن ، وهي فكرة تطورت في العصر الحديث إلى مفهوم نصف قطر قفل المد والجزر للأقزام الحمراء. ضمن هذا الشعاع ، الذي يتزامن مع منطقة القزم الأحمر الصالحة للسكن ، فقد تم اقتراح أن البراكين الناتجة عن تسخين المد والجزر يمكن أن تسبب كوكب "المد والجزر" بدرجات حرارة عالية ولا توجد بيئة مضيافة للحياة. [83]

يعتقد البعض الآخر أن المناطق الصالحة للسكن بين النجوم أكثر شيوعًا ، وأنه من الممكن بالفعل وجود الماء على الكواكب التي تدور حول النجوم الأكثر برودة. تدعم النمذجة المناخية من عام 2013 فكرة أن النجوم القزمة الحمراء يمكنها دعم الكواكب ذات درجات الحرارة الثابتة نسبيًا على أسطحها على الرغم من انغلاق المد والجزر. [84] يرى أستاذ علم الفلك إريك أغول أنه حتى الأقزام البيضاء قد تدعم منطقة صالحة للسكن قصيرة نسبيًا من خلال الهجرة الكوكبية. [85] في الوقت نفسه ، كتب آخرون في دعم مماثل للمناطق الصالحة للسكن شبه المستقرة والمؤقتة حول الأقزام البنية. [٨٣] أيضًا ، قد توجد منطقة صالحة للسكن في الأجزاء الخارجية من الأنظمة النجمية خلال مرحلة ما قبل التسلسل الرئيسي لتطور النجوم ، خاصة حول الأقزام M ، والتي يحتمل أن تستمر لمليار سنة من النطاقات الزمنية. [86]

تحرير التطور النجمي

تتغير المناطق الصالحة للسكن حول النجم بمرور الوقت مع التطور النجمي. على سبيل المثال ، النجوم الساخنة من النوع O ، والتي قد تبقى في التسلسل الرئيسي لأقل من 10 ملايين سنة ، [87] سيكون لها مناطق صالحة للسكن تتغير بسرعة ولا تؤدي إلى تطور الحياة. من ناحية أخرى ، فإن النجوم القزمة الحمراء ، والتي يمكن أن تعيش لمئات المليارات من السنين في التسلسل الرئيسي ، سيكون لديها كواكب لها وقت كافٍ لتتطور وتتطور الحياة. [88] [89] على الرغم من وجود النجوم في التسلسل الرئيسي ، إلا أن إنتاجها من الطاقة يزداد باطراد ، مما يدفع مناطقها الصالحة للسكن بعيدًا عن شمسنا ، على سبيل المثال ، بنسبة 75٪ من السطوع في العصور القديمة كما هو الآن ، [90 ] وفي المستقبل ، ستضع الزيادات المستمرة في إنتاج الطاقة الأرض خارج منطقة الشمس الصالحة للسكن ، حتى قبل أن تصل إلى مرحلة العملاق الأحمر. [91] من أجل التعامل مع هذه الزيادة في اللمعان ، فإن مفهوم أ منطقة صالحة للسكن بشكل مستمر تم تقديمها. كما يوحي الاسم ، فإن المنطقة الصالحة للسكن باستمرار هي منطقة حول نجم يمكن للأجسام ذات الكتلة الكوكبية أن تحافظ على الماء السائل لفترة معينة. مثل المنطقة العامة الصالحة للسكن ، تنقسم المنطقة الصالحة للسكن باستمرار للنجم إلى منطقة محافظة وممتدة. [91]

في أنظمة القزم الحمراء ، فإن التوهجات النجمية العملاقة التي يمكن أن تضاعف سطوع النجم في دقائق [92] والبقع النجمية الضخمة التي يمكن أن تغطي 20٪ من مساحة سطح النجم ، [93] لديها القدرة على تجريد كوكب صالح للسكن من غلافه الجوي وماءه . [94] كما هو الحال مع النجوم الأكثر ضخامة ، على الرغم من ذلك ، فإن التطور النجمي يغير طبيعتها وتدفق الطاقة ، [95] وبحلول حوالي 1.2 مليار سنة من العمر ، تصبح الأقزام الحمراء بشكل عام ثابتة بما يكفي للسماح بتطور الحياة. [94] [96]

بمجرد أن يتطور النجم بشكل كافٍ ليصبح عملاقًا أحمر ، ستتغير منطقته الصالحة للسكن على مدار النجم بشكل كبير من حجم تسلسله الرئيسي. [97] على سبيل المثال ، من المتوقع أن تبتلع الشمس الأرض الصالحة للسكن سابقًا كعملاق أحمر. [98] [99] ومع ذلك ، بمجرد وصول نجم عملاق أحمر إلى الفرع الأفقي ، فإنه يحقق توازنًا جديدًا ويمكن أن يحافظ على منطقة جديدة صالحة للسكن ، والتي في حالة الشمس تتراوح من 7 إلى 22 وحدة فلكية. [100] في مثل هذه المرحلة ، من المحتمل أن يكون قمر زحل تيتان صالحًا للسكن بمعنى درجة حرارة الأرض. [101] بالنظر إلى أن هذا التوازن الجديد يستمر لحوالي 1 جير ، ولأن الحياة على الأرض نشأت بمقدار 0.7 جير من تكوين النظام الشمسي على أبعد تقدير ، يمكن تصور الحياة على الأجسام ذات الكتلة الكوكبية في المنطقة الصالحة للسكن من العمالقة الحمراء. [100] ومع ذلك ، حول مثل هذا النجم الذي يحترق الهيليوم ، يمكن أن تحدث عمليات الحياة المهمة مثل التمثيل الضوئي فقط حول الكواكب حيث يحتوي الغلاف الجوي على ثاني أكسيد الكربون ، حيث أنه بحلول الوقت الذي يصبح فيه النجم ذو الكتلة الشمسية عملاقًا أحمر ، تكون الأجسام ذات الكتلة الكوكبية تمتص بالفعل الكثير من ثاني أكسيد الكربون الحر. [102] علاوة على ذلك ، كما أظهر راميريز وكالتينيجر (2016) [99] ، فإن الرياح النجمية الشديدة ستزيل تمامًا الغلاف الجوي لهذه الأجسام الكوكبية الأصغر ، مما يجعلها غير صالحة للسكن على أي حال. وبالتالي ، لن يكون تيتان صالحًا للسكنى حتى بعد أن تصبح الشمس عملاقًا أحمر. [99] ومع ذلك ، لا يلزم أن تنشأ الحياة خلال هذه المرحلة من التطور النجمي حتى يتم اكتشافها. بمجرد أن يصبح النجم عملاقًا أحمر ، وتمتد المنطقة الصالحة للسكن إلى الخارج ، يذوب السطح الجليدي ، ويشكل جوًا مؤقتًا يمكن البحث عنه عن علامات الحياة التي ربما كانت مزدهرة قبل بداية مرحلة العملاق الأحمر. [99]

تحرير الكواكب الصحراوية

تؤثر الظروف الجوية للكوكب على قدرته على الاحتفاظ بالحرارة ، بحيث يكون موقع المنطقة الصالحة للسكن محددًا أيضًا لكل نوع من أنواع الكواكب: الكواكب الصحراوية (المعروفة أيضًا باسم الكواكب الجافة) ، مع القليل جدًا من الماء ، سيكون لديها بخار ماء أقل في الغلاف الجوي أكثر من الأرض وبالتالي يكون تأثير الاحتباس الحراري منخفضًا ، مما يعني أن كوكبًا صحراويًا يمكن أن يحافظ على واحات من الماء أقرب إلى نجمه من الأرض إلى الشمس. يعني نقص المياه أيضًا أن هناك كمية أقل من الجليد لعكس الحرارة في الفضاء ، وبالتالي فإن الحافة الخارجية للمناطق الصالحة للسكن على كوكب الصحراء أبعد. [103] [104]

اعتبارات أخرى تحرير

لا يمكن أن يكون للكوكب غلاف مائي - وهو مكون رئيسي لتكوين الحياة القائمة على الكربون - ما لم يكن هناك مصدر للمياه داخل نظامه النجمي. لا يزال أصل الماء على الأرض غير مفهوم تمامًا ، وتشمل المصادر المحتملة نتيجة التأثيرات مع الأجسام الجليدية ، وإطلاق الغازات ، والتمعدن ، والتسرب من المعادن المائية من الغلاف الصخري ، والتحلل الضوئي. [105] [106] بالنسبة للنظام خارج المجموعة الشمسية ، يمكن لجسم جليدي من وراء خط الصقيع أن يهاجر إلى المنطقة الصالحة للسكن لنجمه ، مكونًا كوكبًا محيطيًا ببحار بعمق مئات الكيلومترات [107] مثل GJ 1214 b [108] [109] أو Kepler-22b قد يكون كذلك. [110]

تتطلب صيانة المياه السطحية السائلة أيضًا جوًا سميكًا بدرجة كافية. يُنظر حاليًا إلى الأصول المحتملة للأجواء الأرضية على إطلاق الغازات ، والتأثير على تفريغ الغازات وإطلاق الغازات. [111] يُعتقد أن الغلاف الجوي يتم الحفاظ عليه من خلال عمليات مماثلة جنبًا إلى جنب مع الدورات البيوجيوكيميائية والتخفيف من هروب الغلاف الجوي. [112] في دراسة أجريت عام 2013 بقيادة عالم الفلك الإيطالي جيوفاني فلاديلو ، تبين أن حجم المنطقة الصالحة للسكن يزداد مع زيادة الضغط الجوي. [74] تحت الضغط الجوي الذي يبلغ حوالي 15 مليبار ، وجد أنه لا يمكن الحفاظ على القابلية للسكن [74] لأنه حتى التغيير البسيط في الضغط أو درجة الحرارة يمكن أن يجعل الماء غير قادر على تكوين سائل. [113]

على الرغم من أن التعريفات التقليدية للمنطقة الصالحة للسكن تفترض أن ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء هما أهم غازات الدفيئة (كما هي على الأرض) ، [29] أظهرت دراسة [49] بقيادة رمسيس راميريز والمؤلفة المشاركة ليزا كالتنيغر أن يزداد حجم المنطقة الصالحة للسكن بشكل كبير إذا تم تضمين إطلاق الغازات البركانية الهائلة للهيدروجين إلى جانب ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء. ستمتد الحافة الخارجية في النظام الشمسي إلى 2.4 AU في هذه الحالة. تم حساب زيادات مماثلة في حجم المنطقة الصالحة للسكن للأنظمة النجمية الأخرى. كانت دراسة سابقة قام بها راي بيريهومبرت وإريك جايدوس ​​[48] قد قضت على ثاني أكسيد الكربون22مفهوم O بالكامل ، بحجة أن الكواكب الصغيرة يمكن أن تجمع عشرات إلى مئات من أشرطة الهيدروجين من قرص الكواكب الأولية ، مما يوفر ما يكفي من تأثير الاحتباس الحراري لتمديد الحافة الخارجية للنظام الشمسي إلى 10 AU. في هذه الحالة ، على الرغم من ذلك ، لا يتجدد الهيدروجين باستمرار عن طريق البراكين ويفقد في غضون ملايين إلى عشرات الملايين من السنين.

في حالة الكواكب التي تدور في مناطق CHZ للنجوم القزمة الحمراء ، فإن المسافات القريبة جدًا من النجوم تسبب انغلاق المد والجزر ، وهو عامل مهم في قابلية السكن. بالنسبة لكوكب مغلق مدًا ، يكون اليوم الفلكي هو طول الفترة المدارية ، مما يتسبب في مواجهة أحد الجانبين للنجم المضيف بشكل دائم والجانب الآخر لوجه بعيدًا. في الماضي ، كان يُعتقد أن مثل هذا الانغلاق المد والجزر يتسبب في حرارة شديدة على الجانب المواجه للنجوم وبرودة شديدة على الجانب الآخر ، مما يجعل العديد من الكواكب القزمة الحمراء غير صالحة للسكن ، ومع ذلك ، أظهرت النماذج المناخية ثلاثية الأبعاد في عام 2013 أن جانب القزم الأحمر يمكن أن يكون للكوكب الذي يواجه النجم المضيف غطاء سحابي واسع ، مما يزيد من بياض السندات ويقلل بشكل كبير من الاختلافات في درجات الحرارة بين الجانبين. [84]

الأقمار الصناعية ذات الكتلة الكوكبية لديها القدرة على أن تكون صالحة للسكن أيضًا. ومع ذلك ، يجب أن تفي هذه الأجسام بمعايير إضافية ، لا سيما كونها تقع داخل المناطق الصالحة للسكن حول الكوكب من الكواكب المضيفة. [37] وبشكل أكثر تحديدًا ، يجب أن تكون الأقمار بعيدة بما يكفي عن الكواكب العملاقة المضيفة بحيث لا تتحول عن طريق تسخين المد والجزر إلى عوالم بركانية مثل آيو ، [37] ولكن يجب أن تظل داخل نصف قطر هيل من الكوكب حتى لا يتم سحبها خارج مدار كوكبهم المضيف. [114] لا يمكن للأقزام الحمراء التي تمتلك كتلًا أقل من 20٪ من كتلة الشمس أن يكون لها أقمار صالحة للسكن حول الكواكب العملاقة ، حيث إن الحجم الصغير للمنطقة الصالحة للسكن بين النجمين من شأنه أن يجعل القمر الصالح للسكن قريبًا جدًا من النجم بحيث يتم تجريده منه كوكبها المضيف. في مثل هذا النظام ، سيكون للقمر القريب بما يكفي من الكوكب المضيف للحفاظ على مداره تسخينًا مدًا شديدًا بحيث يقضي على أي احتمالات لصلاحية العيش. [37]

قد يقضي الجسم الكوكبي الذي يدور حول نجم ذي انحراف مداري مرتفع جزءًا فقط من عامه في منطقة CHZ ويختبر تباينًا كبيرًا في درجة الحرارة والضغط الجوي. سيؤدي هذا إلى تحولات طورية موسمية مثيرة حيث قد توجد المياه السائلة بشكل متقطع فقط. من الممكن عزل الموائل تحت السطحية عن مثل هذه التغييرات وأن الكائنات القاسية الموجودة على السطح أو بالقرب منه قد تعيش من خلال التكيفات مثل السبات (cryptobiosis) و / أو الثبات الحراري المفرط. يمكن أن تعيش بطيئات المشية ، على سبيل المثال ، في درجات حرارة جافة تتراوح بين 0.150 كلفن (−273 درجة مئوية) [115] و 424 كلفن (151 درجة مئوية). [116] قد تكون الحياة على جسم كوكبي يدور خارج منطقة CHZ في حالة سبات على الجانب البارد حيث يقترب الكوكب من Apastron حيث يكون الكوكب في أبرد درجات الحرارة ويصبح نشطًا عند الاقتراب من الحضيض عندما يكون الكوكب دافئًا بدرجة كافية. [117]

من بين الكواكب الخارجية ، توصلت مراجعة في عام 2015 إلى استنتاج مفاده أن Kepler-62f و Kepler-186f و Kepler-442b كانوا على الأرجح أفضل المرشحين لكونهم قابلين للسكن. [118] تقع هذه على مسافة 1200 و 490 و 1120 سنة ضوئية على التوالي. من بينها ، يشبه حجم Kepler-186f حجم الأرض بقياس نصف قطر الأرض 1.2 ، ويقع باتجاه الحافة الخارجية للمنطقة الصالحة للسكن حول نجمه القزم الأحمر. من بين أقرب الكواكب الخارجية المرشحة للأرض ، يبعد Tau Ceti e 11.9 سنة ضوئية. تقع على الحافة الداخلية للمنطقة الصالحة للسكن في نظامها الشمسي ، مما يمنحها متوسط ​​درجة حرارة سطح تقديرية تبلغ 68 درجة مئوية (154 درجة فهرنهايت). [119]

تميل الدراسات التي حاولت تقدير عدد الكواكب الأرضية داخل المنطقة الصالحة للسكن على مدار النجم إلى عكس توافر البيانات العلمية. دراسة 2013 من قبل رافي كومار كوبارابو وضع ηه، نسبة النجوم التي بها كواكب في منطقة CHZ ، عند 0.48 ، [4] مما يعني أنه قد يكون هناك ما يقرب من 95-180 مليار كوكب صالح للحياة في مجرة ​​درب التبانة. [120] ومع ذلك ، هذا مجرد توقع إحصائي لم يتم اكتشاف سوى جزء صغير من هذه الكواكب المحتملة. [121]

كانت الدراسات السابقة أكثر تحفظًا. في عام 2011 ، خلص سيث بورنشتاين إلى أن هناك ما يقرب من 500 مليون كوكب صالح للحياة في مجرة ​​درب التبانة. [122] دراسة 2011 التابعة لمختبر الدفع النفاث التابع لوكالة ناسا ، بناءً على ملاحظات من كبلر المهمة ، رفعت الرقم إلى حد ما ، مقدرة أنه من المتوقع أن يكون لدى حوالي "1.4 إلى 2.7 بالمائة" من جميع نجوم الفئة الطيفية F و G و K كواكب في مناطق CHZ الخاصة بهم. [123] [124]

النتائج المبكرة تحرير

حدثت الاكتشافات الأولى للكواكب خارج المجموعة الشمسية في منطقة CHZ بعد سنوات قليلة فقط من اكتشاف أول كواكب خارج المجموعة الشمسية. لكن هذه الاكتشافات المبكرة كانت جميعها بحجم عملاق غازي ، والعديد منها في مدارات غريبة الأطوار. على الرغم من ذلك ، تشير الدراسات إلى إمكانية وجود أقمار كبيرة شبيهة بالأرض حول هذه الكواكب تدعم الماء السائل. [125] أحد الاكتشافات الأولى كان 70 فيرجينيس ب ، عملاق غاز أطلق عليه في البداية اسم "Goldilocks" نظرًا لأنه ليس "حارًا جدًا" ولا "شديد البرودة". كشفت دراسة لاحقة عن درجات حرارة مماثلة للزهرة ، مستبعدة أي احتمال لوجود ماء سائل. [١٢٦] تم اكتشاف Cygni Bb أيضًا في عام 1996 ، وله مدار غريب الأطوار للغاية يقضي جزءًا فقط من وقته في منطقة CHZ ، ومن شأن هذا المدار أن يتسبب في تأثيرات موسمية شديدة. على الرغم من ذلك ، اقترحت عمليات المحاكاة أن رفيقًا كبيرًا بما يكفي يمكنه دعم المياه السطحية على مدار السنة. [127]

تم اكتشاف كل من Gliese 876 b ، الذي تم اكتشافه في عام 1998 ، و Gliese 876 c ، في عام 2001 ، وكلاهما من العمالقة الغازية المكتشفة في المنطقة الصالحة للسكن حول Gliese 876 والتي قد تحتوي أيضًا على أقمار كبيرة. [127] تم اكتشاف عملاق غازي آخر ، Upsilon Andromedae d في عام 1999 يدور حول منطقة Upsilon Andromidae الصالحة للسكن.

تم الإعلان عن HD 28185 b في 4 أبريل 2001 ، وهو عملاق غازي وجد أنه يدور بالكامل داخل منطقة نجمه الصالحة للسكن [129] وله انحراف مداري منخفض ، يمكن مقارنته بمريخ النظام الشمسي. [130] تشير تفاعلات المد والجزر إلى أنه يمكن أن يؤوي أقمارًا صناعية ذات كتلة أرضية صالحة للسكن في مدار حوله لعدة مليارات من السنين ، [131] على الرغم من أنه من غير الواضح ما إذا كانت مثل هذه الأقمار الصناعية يمكن أن تتشكل في المقام الأول. [132]

تم العثور على HD 69830 d ، وهو عملاق غازي تبلغ كتلته 17 مرة كتلة الأرض ، في عام 2006 يدور داخل المنطقة الصالحة للسكن من قبل HD 69830 ، على بعد 41 سنة ضوئية من الأرض. [133] في العام التالي ، تم اكتشاف 55 Cancri f داخل منطقة CHZ للنجم المضيف 55 Cancri A. [134] [135] يُعتقد أن الأقمار الصناعية الافتراضية ذات الكتلة والتركيب الكافيين قادرة على دعم الماء السائل على أسطحها. [136]

على الرغم من أنه ، من الناحية النظرية ، يمكن أن تمتلك هذه الكواكب العملاقة أقمارًا ، إلا أن التكنولوجيا لم تكن موجودة للكشف عن الأقمار حولها ، ولم يتم اكتشاف أقمار خارج المجموعة الشمسية. لذلك كانت الكواكب الموجودة داخل المنطقة ذات السطوح الصلبة ذات أهمية أكبر بكثير.

تحرير الأرض الفائقة الصالحة للسكن

أدى اكتشاف الكوكب Gliese 581 c عام 2007 ، وهو أول كوكب خارق في المنطقة الصالحة للسكن ، إلى اهتمام كبير بالنظام من قبل المجتمع العلمي ، على الرغم من أن الكوكب وجد لاحقًا أن لديه ظروف سطح قاسية قد تشبه كوكب الزهرة. [137] تم الإعلان أيضًا عن Gliese 581 d ، وهو كوكب آخر في نفس النظام ويعتقد أنه مرشح أفضل للصلاحية للسكنى ، في عام 2007.تم تأكيد وجودها لاحقًا في عام 2014 ، ولكن لفترة قصيرة فقط. اعتبارًا من عام 2015 ، لم يكن لدى الكوكب أي شكوك جديدة. يعتبر Gliese 581 g ، وهو كوكب آخر يعتقد أنه تم اكتشافه في المنطقة الصالحة للسكن في النظام ، أكثر قابلية للسكن من كل من Gliese 581 c و d. ومع ذلك ، فقد تم تأكيد وجوده أيضًا في عام 2014 ، [138] وينقسم علماء الفلك حول وجوده.

تم اكتشاف HD 85512 b في أغسطس 2011 ، وقد تم التكهن في البداية بكونها صالحة للسكن ، [139] ولكن معايير المنطقة الصالحة للسكن الجديدة التي ابتكرها Kopparapu et al. في عام 2013 وضع الكوكب خارج المنطقة الصالحة للسكن. [121]

Kepler-22 b ، تم اكتشافه في ديسمبر 2011 بواسطة كبلر مسبار الفضاء ، [140] هو أول كوكب خارجي عابر يتم اكتشافه حول نجم شبيه بالشمس. مع نصف قطر يبلغ 2.4 ضعف قطر الأرض ، تنبأ البعض بأن كبلر 22 ب هو كوكب محيطي. [141] تم اكتشاف Gliese 667 Cc في عام 2011 ولكن تم الإعلان عنه في عام 2012 ، [142] هو مدار حول الأرض العملاقة في المنطقة الصالحة للسكن من قبل النجم Gliese 667 C. وهو أحد أكثر الكواكب المعروفة شبيهة بالأرض.

تم اكتشاف Gliese 163 c في سبتمبر 2012 في مدار حول القزم الأحمر Gliese 163 [143] يقع على بعد 49 سنة ضوئية من الأرض. يحتوي الكوكب على 6.9 كتلة أرضية و 1.8-2.4 نصف قطر أرضي ، ومع قرب مداره يتلقى إشعاع نجمي أكثر بنسبة 40 في المائة من الأرض ، مما يؤدي إلى درجات حرارة سطح تبلغ حوالي 60 درجة مئوية [144] [145] [146] HD 40307 جم ، تم اكتشاف كوكب مرشح مبدئيًا في نوفمبر 2012 ، في المنطقة الصالحة للسكن على مدار النجم HD 40307. [147] في ديسمبر 2012 ، تم العثور على Tau Ceti e و Tau Ceti f في المنطقة الصالحة للسكن في منطقة Tau Ceti ، وهو نجم شبيه بالشمس 12 سنة ضوئية. [148] على الرغم من أنها أضخم من الأرض ، إلا أنها من بين الكواكب الأقل ضخامة التي تم العثور عليها حتى الآن وهي تدور في المنطقة الصالحة للسكن [149] ومع ذلك ، فإن Tau Ceti f ، مثل HD 85512 b ، لم تتناسب مع معايير المنطقة الصالحة للسكن الجديدة التي وضعتها 2013 دراسة كوبارابو. [150] يعتبر الآن غير صالح للسكنى.

بالقرب من الكواكب بحجم الأرض ونظائرها الشمسية تحرير

كشفت الاكتشافات الحديثة عن كواكب يعتقد أنها متشابهة في الحجم أو الكتلة مع الأرض. يتم تحديد نطاقات "بحجم الأرض" عادةً بالكتلة. النطاق الأدنى المستخدم في العديد من التعريفات لفئة الأرض الفائقة هو 1.9 كتلة أرضية بالمثل ، وتتراوح الكواكب الفرعية إلى حجم كوكب الزهرة (

0.815 كتلة أرضية). يؤخذ في الاعتبار أيضًا حد أعلى يبلغ 1.5 نصف قطر الأرض ، بالنظر إلى أنه أعلى من 1.5 درجة مئوية يتناقص متوسط ​​كثافة الكوكب بسرعة مع زيادة نصف القطر ، مما يشير إلى أن هذه الكواكب تحتوي على نسبة كبيرة من المواد المتطايرة حسب الحجم الذي يغطي قلبًا صخريًا. [151] الكوكب الشبيه بالأرض حقًا - نظير الأرض أو "توأم الأرض" - سيحتاج إلى تلبية العديد من الظروف التي تتجاوز الحجم والكتلة مثل هذه الخصائص لا يمكن ملاحظتها باستخدام التكنولوجيا الحالية.

النظير الشمسي (أو "التوأم الشمسي") هو نجم يشبه الشمس. حتى الآن ، لم يتم العثور على توأم شمسي له تطابق تام مع توأم الشمس. ومع ذلك ، فإن بعض النجوم متطابقة تقريبًا مع الشمس وتعتبر توأمًا شمسيًا. سيكون التوأم الشمسي الدقيق هو نجم G2V بدرجة حرارة تبلغ 5778 كلفن ، ويبلغ عمره 4.6 مليار سنة ، مع المعادن الصحيحة وتغير لمعان الشمس بنسبة 0.1 ٪. [152] النجوم التي يبلغ عمرها 4.6 مليار سنة هي الأكثر استقرارًا. تعد المعادن والحجم المناسبين من العوامل الحاسمة أيضًا في تباين اللمعان المنخفض. [153] [154] [155]

باستخدام البيانات التي جمعتها وكالة ناسا كبلر المرصد الفضائي ومرصد دبليو إم كيك ، قدر العلماء أن 22٪ من النجوم الشمسية في مجرة ​​درب التبانة لديها كواكب بحجم الأرض في منطقتها الصالحة للسكن. [156]

في 7 يناير 2013 ، قام علماء الفلك من كبلر أعلن الفريق عن اكتشاف Kepler-69c (سابقًا KOI-172.02.008) ، كوكب خارجي مرشح بحجم الأرض (1.7 مرة نصف قطر الأرض) يدور حول Kepler-69 ، نجم مشابه لشمسنا ، في منطقة CHZ ومن المتوقع أن يوفر ظروفًا صالحة للسكن. [157] [158] [159] [160] تم الإعلان عن اكتشاف كوكبين يدوران في المنطقة الصالحة للسكن في كبلر -62 بواسطة فريق كبلر في 19 أبريل 2013. الكواكب المسمى كبلر -62 إي وكبلر -62 إف ، من المحتمل أن تكون كواكب صلبة بحجم 1.6 و 1.4 مرة نصف قطر الأرض ، على التوالي. [159] [160] [161]

مع نصف قطر يقدر بـ 1.1 Earth ، تم الإعلان عن اكتشاف Kepler-186f في أبريل 2014 ، وهو أقرب حجم لكوكب خارج المجموعة الشمسية تم تأكيده من خلال طريقة العبور [162] [163] [164] على الرغم من أن كتلته لا تزال غير معروفة ووالدها النجم ليس نظيرًا للطاقة الشمسية.

تم اكتشاف Kapteyn b ، في يونيو 2014 ، وهو عالم صخري محتمل يبلغ حوالي 4.8 كتلة أرضية ، وتم العثور على حوالي 1.5 نصف قطر أرضي يدور حول المنطقة الصالحة للسكن من نجم قزم Kapteyn الأحمر ، على بعد 12.8 سنة ضوئية. [165]

في 6 يناير 2015 ، أعلنت وكالة ناسا عن كوكب خارج المجموعة الشمسية رقم 1000 مؤكد اكتشفه كبلر تلسكوب فضائي. تم العثور على ثلاثة من الكواكب الخارجية المؤكدة حديثًا تدور داخل المناطق الصالحة للسكن من النجوم ذات الصلة: اثنان من الثلاثة ، كبلر 438 ب وكبلر 442 ب ، قريبان من حجم الأرض ومن المحتمل أن يكون الثالث صخريًا ، كبلر 440 ب ، هو سوبر. -أرض. [166] ومع ذلك ، وُجد أن Kepler-438b موضوع لمشاعل قوية ، لذا فهي تعتبر الآن غير صالحة للسكن. في 16 يناير ، K2-3d تم العثور على كوكب 1.5 نصف قطر الأرض يدور داخل المنطقة الصالحة للسكن من K2-3 ، ويتلقى 1.4 مرة كثافة الضوء المرئي مثل الأرض. [167]

تم الإعلان عن Kepler-452b ، الذي تم الإعلان عنه في 23 يوليو 2015 ، أنه أكبر بنسبة 50 ٪ من الأرض ، ومن المحتمل أن يكون صخريًا ويستغرق حوالي 385 يومًا من أيام الأرض للدوران حول المنطقة الصالحة للسكن من نجمها G-class (التناظرية الشمسية) Kepler-452. [168] [169]

تم الإعلان في مايو 2016 عن اكتشاف نظام مكون من ثلاثة كواكب مقفلة تدريجيًا تدور حول المنطقة الصالحة للسكن لنجم قزم فائق البرودة ، TRAPPIST-1 ، ويعتبر هذا الاكتشاف مهمًا لأنه يزيد بشكل كبير من احتمالية وجود أصغر وأبرد ، أكثر عددًا وأقرب من النجوم التي تمتلك كواكب صالحة للسكن.

اثنان من الكواكب التي يحتمل أن تكون صالحة للسكن ، اكتشفتهما بعثة K2 في يوليو 2016 يدوران حول M dwarf K2-72 حول 227 سنة ضوئية من الشمس: K2-72c و K2-72e كلاهما بحجم مماثل للأرض ويتلقيان كميات مماثلة من الإشعاع النجمي . [171]

تم الإعلان عنه في 20 أبريل 2017 ، LHS 1140b هو أرض فائقة الكثافة على بعد 39 سنة ضوئية ، 6.6 مرة من كتلة الأرض ونصف قطرها 1.4 مرة ، ونجمه 15 ٪ من كتلة الشمس ولكن مع نشاط توهج نجمي أقل بكثير من معظم الأقزام M. [172] الكوكب هو واحد من عدد قليل يمكن ملاحظته من خلال كل من العبور والسرعة الشعاعية التي تم تأكيد الكتلة مع الغلاف الجوي التي يمكن دراستها.

تم اكتشافه بواسطة السرعة الشعاعية في يونيو 2017 ، مع ما يقرب من ثلاثة أضعاف كتلة الأرض ، ويدور Luyten b داخل المنطقة الصالحة للسكن من Luyten's Star على بعد 12.2 سنة ضوئية فقط. [173]

على بعد 11 سنة ضوئية ، تم الإعلان عن ثاني أقرب كوكب ، روس 128 بي ، في نوفمبر 2017 بعد دراسة السرعة الشعاعية لعقد من الزمان لنجم قزم أحمر "هادئ" نسبيًا روس 128. عند 1.35 كتلة الأرض تقريبًا بحجم الأرض ومن المحتمل صخرية في التكوين. [174]

تم اكتشاف K2-155d في مارس 2018 ، وهو يقع على بعد حوالي 1.64 مرة من نصف قطر الأرض ، ومن المحتمل أن يكون صخريًا ويدور في المنطقة الصالحة للسكن لنجمه القزم الأحمر الذي يبعد 203 سنة ضوئية. [175] [176] [177]

أحد أقدم الاكتشافات التي تم الإعلان عنها بواسطة القمر الصناعي Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) الذي تم الإعلان عنه في 31 يوليو 2019 هو كوكب الأرض الفائق GJ 357 d الذي يدور حول الحافة الخارجية لقزم أحمر يبعد 31 سنة ضوئية. [178]

K2-18b هو كوكب خارج المجموعة الشمسية على بعد 124 سنة ضوئية ، ويدور في المنطقة الصالحة للسكن من K2-18 ، وهو قزم أحمر. هذا الكوكب مهم لبخار الماء الموجود في غلافه الجوي الذي تم الإعلان عنه في 17 سبتمبر 2019.

في سبتمبر 2020 ، حدد علماء الفلك 24 كوكبًا فائقًا للسكن (كواكب أفضل من الأرض) ، من بين أكثر من 4000 كوكب خارجي مؤكد في الوقت الحالي ، بناءً على معايير الفيزياء الفلكية ، فضلاً عن التاريخ الطبيعي لأشكال الحياة المعروفة على الأرض. [179]

الكواكب الخارجية البارزة - تلسكوب كبلر الفضائي
تم تأكيد الكواكب الخارجية الصغيرة في مناطق صالحة للسكن.
(Kepler-62e، Kepler-62f، Kepler-186f، Kepler-296e، Kepler-296f، Kepler-438b، Kepler-440b، Kepler-442b)
(تلسكوب كبلر الفضائي ، 6 يناير 2015). [166]

تم العثور على بيئات المياه السائلة في غياب الضغط الجوي ، وفي درجات حرارة خارج نطاق درجة حرارة CHZ. على سبيل المثال ، قد تحتوي أقمار زحل تيتان وإنسيلادوس وأقمار كوكب المشتري أوروبا وجانيميد ، وجميعها تقع خارج المنطقة الصالحة للسكن ، على كميات كبيرة من المياه السائلة في المحيطات الجوفية. [180]

خارج منطقة CHZ ، يعد تسخين المد والجزر والانحلال الإشعاعي مصدرين محتملين للحرارة يمكن أن يساهموا في وجود الماء السائل. [16] [17] طرح أبوت وسويتزر (2011) إمكانية وجود المياه الجوفية على الكواكب المارقة نتيجة التسخين والعزل القائم على الاضمحلال الإشعاعي بواسطة طبقة سطحية سميكة من الجليد. [19]

مع بعض النظريات القائلة بأن الحياة على الأرض ربما تكون قد نشأت بالفعل في موائل مستقرة تحت سطح الأرض ، [181] [182] فقد تم اقتراح أنه قد يكون من الشائع أن "تعج بالحياة" الموائل تحت السطحية الرطبة مثل هذه. [183] ​​في الواقع ، يمكن العثور على الكائنات الحية على الأرض نفسها على بعد أكثر من 6 كيلومترات تحت السطح. [184]

الاحتمال الآخر هو أن الكائنات الحية خارج منطقة CHZ قد تستخدم كيمياء حيوية بديلة لا تتطلب الماء على الإطلاق. اقترح عالم الأحياء الفلكية كريستوفر مكاي أن الميثان (CH
4 ) مذيبًا يفضي إلى تطوير "cryolife" ، حيث تتركز "منطقة الميثان الصالحة للسكن" في الشمس على مسافة 1.610.000.000 كم (1.0 × 10 9 ميل 11 AU) من النجم. [23] تتزامن هذه المسافة مع موقع تيتان ، التي تجعلها بحيراتها وأمطارها من غاز الميثان موقعًا مثاليًا للعثور على كريولايف الذي اقترحه ماكاي. [23] بالإضافة إلى ذلك ، وجد اختبار عدد من الكائنات الحية أن بعضها قادر على البقاء على قيد الحياة في ظروف CHZ الإضافية. [185]

تجادل فرضية الأرض النادرة بأن الحياة المعقدة والذكية غير شائعة وأن منطقة CHZ هي واحدة من العديد من العوامل الحاسمة. وفقًا لـ Ward & amp Brownlee (2004) وآخرين ، لا يعتبر مدار CHZ والمياه السطحية مطلبًا أساسيًا لاستدامة الحياة فحسب ، بل مطلبًا لدعم الظروف الثانوية المطلوبة لظهور الحياة متعددة الخلايا وتطورها. عوامل القابلية للسكن الثانوية هي عوامل جيولوجية (دور المياه السطحية في الحفاظ على الصفائح التكتونية الضرورية) [35] والكيميائية الحيوية (دور الطاقة المشعة في دعم التمثيل الضوئي للأكسجين الجوي الضروري). [186] لكن آخرين ، مثل إيان ستيوارت وجاك كوهين في كتابهم لعام 2002 تطور الكائن الفضائي يجادل بأن الحياة الذكية المعقدة قد تنشأ خارج منطقة CHZ. [187] قد تكون الحياة الذكية خارج منطقة CHZ قد تطورت في البيئات الجوفية ، من كيمياء حيوية بديلة [187] أو حتى من التفاعلات النووية. [188]

على الأرض ، تم تحديد العديد من أشكال الحياة المعقدة متعددة الخلايا (أو حقيقيات النوى) مع إمكانية البقاء على قيد الحياة في الظروف التي قد توجد خارج المنطقة الصالحة للسكن. تحافظ الطاقة الحرارية الأرضية على النظم الإيكولوجية القديمة المحيطة ، وتدعم أشكال الحياة المعقدة الكبيرة مثل ريفتيا باتشيبتيلا. [189] يمكن العثور على بيئات مماثلة في المحيطات المضغوطة تحت القشور الصلبة ، مثل تلك الموجودة في يوروبا وإنسيلادوس ، خارج المنطقة الصالحة للسكن. [190] تم اختبار العديد من الكائنات الحية الدقيقة في ظروف محاكاة وفي مدار أرضي منخفض ، بما في ذلك حقيقيات النوى. مثال حيواني هو Milnesium tardigradum، والتي يمكنها تحمل درجات الحرارة القصوى فوق درجة غليان الماء والفراغ البارد للفضاء الخارجي. [191] بالإضافة إلى الأشنات Rhizocarpon geographicum و زانثوريا ايليجانس وجد أنها تعيش في بيئة يكون فيها الضغط الجوي منخفضًا جدًا بالنسبة للمياه السطحية السائلة وحيث تكون الطاقة المشعة أيضًا أقل بكثير من تلك التي تتطلبها معظم النباتات لعملية التمثيل الضوئي. [192] [193] [194] الفطريات Cryomyces القطب الجنوبي و Cryomyces minteri قادرون أيضًا على البقاء والتكاثر في ظروف شبيهة بالمريخ. [194]

الأنواع ، بما في ذلك البشر ، والمعروف عنها امتلاك الإدراك الحيواني تتطلب كميات كبيرة من الطاقة ، [195] وقد تكيفت مع ظروف معينة ، بما في ذلك وفرة الأكسجين في الغلاف الجوي وتوافر كميات كبيرة من الطاقة الكيميائية المصنعة من الطاقة المشعة. إذا كان البشر سيستعمرون كواكب أخرى ، فمن المرجح أن توفر نظائر الأرض الحقيقية في منطقة CHZ أقرب موطن طبيعي كان هذا المفهوم أساس دراسة ستيفن إتش دول عام 1964. مع درجة الحرارة المناسبة والجاذبية والضغط الجوي ووجود الماء ، قد يتم التخلص من ضرورة ارتداء ملابس الفضاء أو نظائر الموائل الفضائية على السطح ، ويمكن أن تزدهر الحياة المعقدة على الأرض. [2]

تظل الكواكب في منطقة CHZ ذات أهمية قصوى للباحثين الباحثين عن حياة ذكية في أماكن أخرى من الكون. [196] تستخدم معادلة دريك أحيانًا لتقدير عدد الحضارات الذكية في مجرتنا ، وتحتوي على العامل أو المعلمة nه ، وهو متوسط ​​عدد الأجسام ذات الكتلة الكوكبية التي تدور داخل منطقة CHZ لكل نجم. تدعم القيمة المنخفضة فرضية الأرض النادرة ، التي تفترض أن الحياة الذكية نادرة في الكون ، بينما تقدم القيمة العالية دليلًا على مبدأ متوسط ​​كوبرنيكوس ، وجهة النظر القائلة بأن القابلية للسكن - وبالتالي الحياة - شائعة في جميع أنحاء الكون. [35] تقرير ناسا لعام 1971 من قبل دريك وبرنارد أوليفر اقترح "ثقب الماء" ، استنادًا إلى خطوط الامتصاص الطيفي لمكونات الهيدروجين والهيدروكسيل في الماء ، كنطاق جيد وواضح للتواصل مع ذكاء خارج الأرض [197] [198) ] منذ ذلك الحين تم تبنيه على نطاق واسع من قبل علماء الفلك المشاركين في البحث عن ذكاء خارج كوكب الأرض. وفقًا لجيل تارتر ومارجريت تورنبول وكثيرين آخرين ، فإن مرشحي CHZ هم الأهداف ذات الأولوية لتضييق عمليات البحث في حفرة المياه [199] [200] وتوسع مصفوفة Allen Telescope الآن مشروع Phoenix لمثل هؤلاء المرشحين. [201]

نظرًا لأن منطقة CHZ تعتبر الموطن الأكثر احتمالية للحياة الذكية ، فقد تركزت جهود METI أيضًا على الأنظمة التي يحتمل أن يكون لها كواكب هناك. على سبيل المثال ، تم إرسال رسالة سن المراهقة لعام 2001 والنداء الكوني 2 لعام 2003 إلى نظام Ursae Majoris البالغ عددها 47 ، المعروف باحتوائه على ثلاثة كواكب كتلة كوكب المشتري وربما مع كوكب أرضي في منطقة CHZ. [202] [203] [204] [205] تم توجيه رسالة سن المراهقة أيضًا إلى نظام كانكري 55 ، الذي يحتوي على عملاق غازي في منطقة CHZ. [134] تم توجيه رسالة من الأرض في عام 2008 ، [206] و Hello From Earth في عام 2009 ، إلى نظام Gliese 581 ، الذي يحتوي على ثلاثة كواكب في CHZ-Gliese 581 c و d و g غير المؤكدة.


البحث عن الحياة الخفية في عوالم تدور حول النجوم الحمراء القديمة


عند البحث عن مجتمعات كونية شاسعة مثل وكلاء العقارات الذين يتنقلون بين القوائم ، يبحث علماء الفلك في كورنيل الآن عبر الزمان والمكان عن الكواكب الخارجية الصالحة للسكن - كواكب خارج نظامنا الشمسي - ينظرون إلى الكواكب المزدهرة في النجوم القديمة والأحياء العملاقة الحمراء.

يبحث علماء الفلك عن هذه العوالم الواعدة من خلال البحث عن "المنطقة الصالحة للسكن" ، وهي المنطقة المحيطة بالنجم حيث يكون الماء على سطح الكوكب سائلاً ويمكن الكشف عن علامات الحياة عن بعد بواسطة التلسكوبات.

قال رمسيس إم. راميريز ، باحث مشارك في معهد كارل ساجان في كورنيل والمؤلف الرئيسي للدراسة: "عندما يتقدم نجم في العمر ويضيء ، تتحرك المنطقة الصالحة للسكن إلى الخارج وتعطي أساسًا رياحًا ثانية لنظام كوكبي". "حاليًا ، يتم تجميد الأجسام الموجودة في هذه المناطق الخارجية في نظامنا الشمسي ، مثل أوروبا وإنسيلادوس - أقمار تدور حول كوكب المشتري وزحل."

في عملهم ، قام راميريز وليزا كالتينيجر ، الأستاذ المساعد في علم الفلك ومدير معهد ساجان ، بوضع نماذج لمواقع المناطق الصالحة للسكن للنجوم المسنة ومدة بقاء الكواكب فيها. سيتم نشر بحثهم ، "المناطق الصالحة للسكن لنجوم ما بعد التسلسل الرئيسي" ، في 16 مايو في مجلة الفيزياء الفلكية.

قال كالتينيجر: "بعد فترة طويلة من توسع شمسنا الصفراء البسيطة لتصبح نجمًا عملاقًا أحمر وتحول الأرض إلى أرض قاحلة ساخنة ، لا تزال هناك مناطق في نظامنا الشمسي - وأنظمة شمسية أخرى أيضًا - حيث يمكن للحياة أن تزدهر".

في جميع أنحاء الكون توجد نجوم في مراحل وأعمار مختلفة. أقدم كواكب كبلر المكتشفة (الكواكب الخارجية التي تم اكتشافها باستخدام تلسكوب كبلر التابع لوكالة ناسا) يبلغ عمرها حوالي 11 مليار سنة ، ويشير تنوع الكواكب الخارجية إلى أنه حول النجوم الأخرى ، يمكن أن تكون هذه العوالم المجمدة في البداية بحجم الأرض ويمكن أن توفر ظروفًا صالحة للسكن بمجرد أن يصبح النجم أكبر سنًا. . قال كالتينيجر إن علماء الفلك عادة ما ينظرون إلى النجوم في منتصف العمر مثل شمسنا ، ولكن للعثور على عوالم صالحة للسكن ، يحتاج المرء إلى النظر حول النجوم من جميع الأعمار.

اعتمادًا على كتلة (وزن) النجم الأصلي ، فإن الكواكب وأقمارها تتسكع في هذه المنطقة الصالحة للسكن العملاقة الحمراء حتى 9 مليارات سنة. الأرض ، على سبيل المثال ، كانت في المنطقة الصالحة للسكن في شمسنا حتى الآن لنحو 4.5 مليار سنة ، وقد تعجّ بتكرار الحياة المتغيرة. ومع ذلك ، في غضون بضعة مليارات من السنين ، ستصبح شمسنا عملاقًا أحمر ، يبتلع عطارد والزهرة ، ويحول الأرض والمريخ إلى كواكب صخرية صخرية ، ويدفئ عوالم بعيدة مثل كوكب المشتري وزحل ونبتون - وأقمارهم - في عملاق أحمر تم إنشاؤه حديثًا منطقة صالحة للسكن.

بالنسبة للنجوم التي تشبه شمسنا ، لكنها أقدم ، يمكن أن تظل هذه الكواكب المذابة دافئة حتى نصف مليار سنة. قال راميريز: "هذا ليس بالقدر اليسير من الوقت".

قال كالتنيغر: "في المستقبل البعيد ، يمكن أن تصبح مثل هذه العوالم صالحة للسكن حول شموس حمراء صغيرة لمليارات السنين ، وربما حتى بدء الحياة ، تمامًا مثل الأرض. هذا يجعلني متفائل جدا بشأن فرص الحياة على المدى الطويل ".

تم دعم هذا البحث من قبل مؤسسة Simons ومعهد Carl Sagan.


تصوير كوكب خارج المجموعة الشمسية: ما مدى صعوبة ذلك؟

هناك سبب وجيه لعدم رؤية البشرية بعد صورًا لكوكب خارج المجموعة الشمسية يشبه الأرض. الحصول على مثل هذه الصورة ليس سهلاً مثل توجيه التلسكوب إلى نجم بعيد والتقاط صورة. يبذل قدر هائل من العمل العلمي في عزل صورة واضحة لكوكب خارج هذا النظام الشمسي.

لم ير أبناء الأرض في الواقع كواكب خارجية مثل الكواكب في نظامنا الشمسي في ضوء مرئي لمقل العيون البشرية. لكن العلماء حصلوا على عدة صور لعمالقة غازية شابة بعيدة في الأشعة تحت الحمراء. من السهل تصوير عمالقة الغاز الشباب ، لأنها أكبر بكثير من الكواكب الصخرية وتطلق الضوء عندما تبرد من التكوين. [كيف تكتشف كوكبًا غريبًا من الأرض؟ (مخطط معلومات بياني)]

إليكم صورة الأشعة تحت الحمراء لنظام HR 8799 ، كما يراها تلسكوب Keck. يمكنك أن ترى أربعة كواكب تدور حول النجم.

في حين أنها تبدو بسيطة ، في الواقع ، ربما استغرق إنتاج صورة كهذه أسابيع أو شهورًا بعد حصول العلماء على البيانات. خلال ذلك الوقت ، بحث الفلكيون في جبال البيانات في محاولة لفصل الإشارات عن الضوضاء.كان الأمر سيستغرق ساعات لا حصر لها للباحثين ليقرروا بأمان أن تلك النقاط الصغيرة الساطعة هي بالفعل كواكب.

ما الذي يسبب كل هذه الضوضاء؟ يعتمد ذلك على ما إذا كان تلسكوبك فضائيًا أم أرضيًا ، لكن كل نوع يجلب تحدياته الخاصة.

أعمل في مرصد ستيوارد بجامعة أريزونا. تخصصي هو البصريات التكيفية ، والتي هي أساسًا العلم الذي يشارك في جعل الصور أكثر وضوحًا. عند النظر إلى الأشياء البعيدة ، نحتاج إلى صور ذات دقة عالية حقًا. يعتقد معظم الناس أن الدقة هي عدد البكسل على الشاشة. لكن في علم الفلك ، لها تعريف محدد للغاية. أي: إذا كنت تنظر إلى كائنين مختلفين قريبين من بعضهما البعض من منظور الأرض ، فهل يمكنك تمييز هذين الكائنين عن بعضهما البعض؟ في الامتداد الشاسع للفضاء ، حتى الأشياء البعيدة جدًا عن بعضها البعض ، مثل الشمس وكواكبها ، قد يكون من الصعب حلها.

في الواقع ، عند رؤيتهما من الأرض بالعين المجردة ، فإن نجمي نظام Alpha Centauri يكونان خافتين وغالبًا ما يظهران كنجم واحد في السماء. يمكن لأي تلسكوب أن يوضح لك أن هذه النجوم منفصلة بالفعل ، ولكن لعمل كواكب تدور في مدار ، وهي مهمة أكثر صعوبة ، نحتاج إلى الحصول على صورة بدقة أعلى بكثير.

إذن ما هو التحدي هنا؟ بالنسبة للتلسكوب الأرضي ، فهو الاضطراب في الغلاف الجوي للأرض. هذا هو نفس سبب تألق النجوم. في الفضاء ، تظهر النجوم كنقاط ضوئية بسيطة فهي بعيدة جدًا لدرجة أن أكبرها ليس أكثر من نقطة. ولكن عندما يمر ضوءهم عبر الغلاف الجوي للأرض ، يتشوه هذا الضوء. بحلول الوقت الذي تصل فيه إلى عينك و [مدش] أو إلى تلسكوب و [مدش] ، إنها في الأساس نقطة متلألئة. من المستحيل تكوين كوكب يدور في مدار ما لم تصحح التدهور.

وهنا يأتي دور البصريات التكيفية. نستخدم شيئًا يسمى المرآة القابلة للتشوه. إنها مرآة نثنيها لتصحيح الاضطراب. هذا يسمح لنا برؤية الصورة أكثر أو أقل كما لو كنت في الفضاء. هدفنا في البصريات التكيفية هو الحصول على أدق صور ممكنة لأكبر تلسكوبات ممكنة. بسبب الاضطرابات الجوية ، فإن تلسكوب الفناء الخلفي الذي يبلغ قطره 10 سنتيمترات (4 بوصات) له نفس دقة تلسكوب Keck البالغ 10 أمتار (33 قدمًا) في هاواي (أحد أكبر التلسكوبات البصرية في العالم). ولكن مع البصريات التكيفية ، فإن التلسكوبات الأكبر والأكثر قوة هي أفضل بكثير في حل الأجسام البعيدة. [أكبر 10 تلسكوبات على الأرض: كيف تقيس]

إذن ماذا عن التلسكوبات في الفضاء؟ هناك ، المشكلة أدق. ليس لديك مشكلة التشويه من الغلاف الجوي ، وهذا يعني أنه يمكنك رؤية الأشياء بشكل أكثر وضوحًا. هذا أمر بالغ الأهمية إذا كنت تحاول حل كوكب صخري خافت جدًا وصغير في المنطقة الصالحة للسكن لنجم لامع ، مثل مبادرة التصوير Alpha Centauri التي يقوم بها Project Blue.

ولكن عندما تكون الجائزة صغيرة ، فإن العيوب الضئيلة في مرآة التلسكوب والعدسات يمكن أن تؤدي إلى تدهور الصورة. عندما يدور التلسكوب حول الأرض ، سوف تدفئه الشمس ويبرد مرة أخرى بواسطة ظل الأرض. سيؤدي هذا إلى توسيع أجزاء التلسكوب والتقلص بشكل طفيف و [مدش] مرة أخرى ، مما يتسبب في تغييرات طفيفة في البصريات التي يمكن أن تمنع المراقبين من رؤية بصيص خافت صغير لكوكب.

أعمل حاليًا مع تلسكوب ماجلان في تشيلي ، في محاولة لتحديد ما إذا كانت النجوم القريبة مثل Alpha Centauri A و B لديها عمالقة غاز في مدارات قريبة. إذا كان كوكب قريبًا بدرجة كافية من النجم و [مدش] داخل المنطقة الصالحة للسكن ، حيث يمكن أن توجد المياه السائلة على السطح و [مدش] سيكون مثل هذا العملاق الغازي دافئًا إلى حد ما. يمكننا أن نرى الحرارة من الكواكب الكبيرة الدافئة في ضوء الأشعة تحت الحمراء.

لكن هذا هو الشيء: عمالقة الغاز كبيرة جدًا لدرجة أن جاذبيتها تزيل الكواكب الصخرية بعيدًا ، نوعًا ما مثل منفاخ أوراق كونية عملاق. هذا يعني أنه إذا كانت هناك كواكب غازية عملاقة تدور بالقرب من Alpha Centauri A أو B ، لكانوا قد أزالوا أي كواكب شبيهة بالأرض من النظام منذ دهور.

لهذا السبب ، آمل أن نأتي فارغين. إذا تمكنا من إثبات عدم وجود عمالقة غاز في المنطقة الصالحة للسكن ، فهذا يعني أن أرضًا أخرى يمكن أن تكون كامنة هناك بدلاً من ذلك.


شاهد الفيديو: حرق أنمى Attack on Taitan هجوم العمالقة (شهر اكتوبر 2021).