الفلك

هل يمكن أن يتشكل كوكب بدون حالة منصهرة؟

هل يمكن أن يتشكل كوكب بدون حالة منصهرة؟

بناءً على ما أعرفه ، تراكمت الأرض من السديم الشمسي ، وكانت قد مرت بفترة كانت فيها منصهرة تمامًا ، ثم بردت ببطء. هل يمكن أن يتشكل كوكب دون المرور بمرحلة منصهرة؟


إذا تراكمت كتلة من مليون دولار ستكون طاقة الربط الكلية 3GM ^ 2 / 5R دولار، والتي ستتحول جزئيًا على الأقل إلى حرارة. إذا كانت درجة حرارة الانصهار $ T $ والقدرة الحرارية النوعية $ C $ نحصل على الشرط $$ frac {3GM ^ 2} {5R} = CTM ، $$ أو $ M / R <5CT / 3G $. لذلك إذا استخدمنا درجة انصهار منخفضة من صخور السيليكات تبلغ 600 درجة مئوية والقدرة الحرارية البازلتية $ M / R <1.8313 cdot 10 ^ {16} $ كجم / م ، بينما يعطي النطاق الأعلى 1200 درجة مئوية 3.0899 دولارًا أمريكيًا cdot 10 ^ {16} دولارًا أمريكيًا كجم / م. لذلك إذا اعتبرنا كوكبًا بازلتيًا ، فسيبدأ بعض الذوبان عند التماسك في كرة واحدة نصف قطرها أكبر من 1000 كم. لذلك ، ليس الكثير من الكوكب.


هل يمكن أن يكون السيليكون أساسًا لأشكال الحياة الفضائية ، تمامًا كما يوجد الكربون على الأرض؟

في الواقع ، يشترك الكربون والسيليكون في العديد من الخصائص. لكل منها ما يسمى التكافؤ من أربعة - مما يعني أن الذرات الفردية تصنع أربع روابط مع عناصر أخرى في تكوين المركبات الكيميائية. كل عنصر يرتبط بالأكسجين. يشكل كل منها سلاسل طويلة تسمى البوليمرات ، حيث تتناوب مع الأكسجين. في أبسط الحالات ، ينتج الكربون بوليمر يسمى بولي أسيتال ، وهو بلاستيك يستخدم في الألياف الصناعية والمعدات. ينتج السيليكون سيليكونات بوليمرية ، والتي نستخدمها لمقاومة القماش أو تزييت الأجزاء المعدنية والبلاستيكية.

ولكن عندما يتأكسد الكربون - أو يتحد مع الأكسجين على سبيل المثال ، أثناء الاحتراق - فإنه يصبح غاز ثاني أكسيد الكربون يتأكسد السيليكون إلى ثاني أكسيد السيليكون الصلب ، والذي يسمى السيليكا. حقيقة أن السيليكون يتأكسد إلى مادة صلبة هو أحد الأسباب الأساسية لعدم قدرته على دعم الحياة. السيليكا ، أو الرمل مادة صلبة لأن السيليكون يحب الأكسجين جيدًا ، ويشكل ثاني أكسيد السيليكون شبكة محاطة بذرة سيليكون واحدة بأربع ذرات أكسجين. مركبات السيليكات التي تحتوي على SiO4 توجد -4 وحدات أيضًا في معادن مثل الفلسبار أو الميكا أو الزيوليت أو التلك. وتشكل هذه الأنظمة الصلبة مشاكل في التخلص من النظام الحي.

ضع في اعتبارك أيضًا أن شكل الحياة يحتاج إلى طريقة ما لجمع الطاقة وتخزينها واستخدامها. يجب أن تأتي الطاقة من البيئة. بمجرد امتصاصها أو ابتلاعها ، يجب إطلاق الطاقة بالضبط في المكان والزمان المطلوبين. خلاف ذلك ، قد تطلق كل الطاقة حرارتها دفعة واحدة ، مما يحرق شكل الحياة. في عالم قائم على الكربون ، يكون عنصر التخزين الأساسي هو الكربوهيدرات التي لها الصيغة Cx(HOH)ذ. يتأكسد هذا الكربوهيدرات إلى الماء وثاني أكسيد الكربون ، ثم يتم تبادله مع الهواء ، حيث يتم توصيل الكربون بواسطة روابط مفردة في سلسلة ، وهي عملية تسمى catenation. شكل الحياة القائم على الكربون "يحرق" هذا الوقود في خطوات محكومة باستخدام منظمات سرعة تسمى الإنزيمات.

تؤدي هذه الجزيئات الكبيرة والمعقدة وظيفتها بدقة كبيرة فقط لأن لها خاصية تسمى "التفرد". عندما "يتزاوج" أي إنزيم واحد مع المركبات فإنه يساعد على التفاعل ، يتلاءم الشكلين الجزيئيين معًا مثل القفل والمفتاح ، أو مصافحة الأيدي. في الواقع ، تستفيد العديد من الجزيئات القائمة على الكربون من الأشكال اليمنى واليسرى. على سبيل المثال ، اختارت الطبيعة نفس الكربوهيدرات المستقرة المكونة من ستة كربون لتخزين الطاقة في كل من أكبادنا (على شكل بوليمر يسمى الجليكوجين) وفي الأشجار (على شكل بوليمر سليلوز).

يختلف الجليكوجين والسليلوز بشكل أساسي في استخدام ذرة كربون واحدة ، والتي تتشكل عندما تتبلمر الكربوهيدرات ، أو تشكل سلسلة. يحتوي السليلوز على الشكل الأكثر استقرارًا من الاحتمالين ، الجليكوجين هو التالي الأكثر استقرارًا. نظرًا لعدم وجود إنزيمات لدى البشر لتفكيك السليلوز إلى الكربوهيدرات الأساسية ، لا يمكننا استخدامه كغذاء. لكن العديد من أشكال الحياة الدنيا ، مثل البكتيريا ، يمكنها ذلك.

باختصار ، إن استخدام اليد هو السمة التي تزود مجموعة متنوعة من الجزيئات الحيوية بقدرتها على التعرف على العمليات البيولوجية المتنوعة وتنظيمها. ولا يشكل السيليكون العديد من المركبات التي تستخدم اليد. وبالتالي ، سيكون من الصعب على شكل الحياة القائم على السيليكون تحقيق جميع وظائف التنظيم والتعرف الرائعة التي تؤديها الإنزيمات القائمة على الكربون بالنسبة لنا.

على الرغم من ذلك ، عمل الكيميائيون بلا كلل لإنشاء مركبات جديدة من السيليكون ، منذ أن أظهر فريدريك ستانلي كيبينج (1863-1949) أنه يمكن صنع بعض المركبات المثيرة للاهتمام. أعلى جائزة دولية في مجال السيليكون تسمى جائزة كيبينغ. ولكن على الرغم من سنوات العمل - وعلى الرغم من جميع الكواشف المتاحة للكيميائي الحديث - لا يمكن تشكيل العديد من نظائر السيليكون لمركبات الكربون. تؤكد البيانات الديناميكية الحرارية أن هذه النظائر غالبًا ما تكون غير مستقرة أو شديدة التفاعل.

من الممكن التفكير في الهياكل الدقيقة والمتناهية الصغر لأشكال السيليكون التي تعمل بالطاقة الشمسية من أجل الطاقة ورؤية سائل السيليكون الذي يمكن أن يحمل المؤكسدات إلى عناصر شبيهة بالعضلات مصنوعة من مواد هيكلية من السيليكون الأخرى من أغشية السيليكون وحتى تجاويف في زيوليت السيليكات التي لها يد. حتى أن بعض هذه الهياكل تبدو حية. لكن الكيميائيات اللازمة لإنشاء شكل من أشكال الحياة ليست موجودة ببساطة. تتطلب رقصة الحياة المعقدة سلاسل متشابكة من ردود الفعل. ويمكن أن تحدث هذه التفاعلات فقط ضمن نطاق ضيق من درجات الحرارة ومستويات الأس الهيدروجيني. بالنظر إلى هذه القيود ، لا يستطيع الكربون والسيليكون ذلك.

هناك شيء واحد يمكن أن يفعله السيليكون. تتكون الحياة على الأرض في الغالب من الكربوهيدرات اليمنى والأحماض الأمينية اليسرى. لماذا لا يتمتعان بالعقوبة المعاكسة ، أو أن كلاهما لهما نفس الشيء؟ يعتقد العديد من الكيميائيين أن أول مركبات الكربون "المتسلسلة" تكونت في حوض صخري "شوربي" له سطح سيليكا "يدوي". وقد شجع استخدام هذا السطح على تكوين مركبات الكربون المفضلة الآن في أشكال الحياة على الأرض.


التراكم المفترض

ظل هذا السؤال لفترة طويلة لغزًا للعلماء العلمانيين الذين يعتقدون أن علم الكونيات والانفجار العظيم والفرضية السدمية يفسران وجود نظامنا الشمسي. تنص الفرضية السدمية على أن الجسيمات سريعة الحركة تتراكم معًا لتشكل كواكب صغيرة ، مما يؤدي في النهاية إلى نشوء كواكب. ومع ذلك - إلى جانب العديد من المشكلات الأخرى 1 مع هذا السيناريو المفترض - فشلت هذه الآلية الافتراضية في تفسير كيف يمكن للحديد أن يفصل نفسه عن معادن السيليكات التي تشكل الوشاح ، والذي يكون صلبًا في الجزء السفلي منه بسبب الضغط الشديد.


اكتشف عالم الفلك أن عطارد له لب منصهر

يستخدم جان لوك مارغو ، الأستاذ المساعد في علم الفلك بجامعة كورنيل ، بيضة نيئة (يمينًا ، ثابتة) وبيضة مطبوخة (يسارًا ، تدور) لتوضيح كيف يمكن لحالة دوران جسم ما أن تكشف عن معلومات حول باطنه. الائتمان: Lindsay France / Cornell University Photography

لطالما استخدم الطهاة حيلة بسيطة للتمييز بين بيضة نيئة وبيضة مسلوقة. من خلال تدوير البيضة ومشاهدة كيف تتصرف عند تعطلها ، من السهل معرفة ما إذا كان الجزء الداخلي منها صلبًا أم سائلًا.

بتطبيق اختبار مماثل على كوكب عطارد ، وجد علماء الفلك دليلًا قويًا على أن الكوكب الأقرب إلى الشمس له قلب سائل. نُشر البحث ، الذي قاده جان لوك مارغو ، الأستاذ المساعد لعلم الفلك في جامعة كورنيل ، هذا الأسبوع على الموقع الإلكتروني للمجلة. علم.

أجرى مارجوت والمتعاونون معه سلسلة من الملاحظات على مدى خمس سنوات باستخدام تقنية جديدة لاكتشاف التقلبات الدقيقة في دوران عطارد أثناء دورانه حول الشمس. تحدث التقلبات ، التي تسمى الاهتزازات الطولية ، عندما تمارس جاذبية الشمس عزم دوران متناوب على شكل الكوكب غير المتماثل قليلاً.

ووجدوا أن حجم الاهتزازات كان ضعف ما هو متوقع لجسم صلب تمامًا - ولكن يمكن تفسيره لجسم منصهر جوهره ولم يُجبر على الدوران مع غلافه.

يُعتقد أن عطارد يتكون من عباءة سيليكات تحيط بنواة حديدية ، ولكن نظرًا لأن الكواكب الصغيرة مثل عطارد تبرد بسرعة ، يجب أن يكون اللب قد تجمد منذ فترة طويلة. يتطلب الحفاظ على لب منصهر على مدى بلايين السنين أن يحتوي أيضًا على عنصر أخف ، مثل الكبريت ، لخفض درجة حرارة انصهار المادة الأساسية. يدعم وجود الكبريت فكرة أن الخلط الشعاعي ، أو الجمع بين العناصر القريبة من الشمس والبعيدة ، كان متورطًا في عملية تكوين عطارد.

يعطي اللب المنصهر أيضًا وزنًا لفكرة أن المجال المغناطيسي لعطارد ، والذي يبلغ قوته حوالي 1 في المائة مثل الأرض ، ناتج عن دينامو كهرومغناطيسي.

استخدم الباحثون ثلاثة تلسكوبات - هوائي NASA / JPL بطول 70 مترًا في جولدستون بولاية كاليفورنيا ومرصد Arecibo التابع لمؤسسة العلوم الوطنية في بورتوريكو وتلسكوب روبرت سي بيرد جرين بانك في ولاية فرجينيا الغربية - لقياس التغيرات الطفيفة في دوران عطارد. . تضمن النظام إرسال إشارة رادار قوية إلى الكوكب ، ثم استقبال صدى الإشارة ، والذي ظهر كنمط فريد من البقع التي تعكس خشونة سطح الكوكب ، في موقعين يفصل بينهما حوالي 2000 ميل.

سمح قياس المدة التي يستغرقها نمط بقع معين للتكاثر في الموقعين (حوالي 10 ثوانٍ) لمارجوت بحساب معدل دوران عطارد بدقة تبلغ جزء واحد في 100000.

تضمنت التجربة 21 قياسًا من هذا القبيل ، تم ضبط توقيتها بعناية شديدة لأن عطارد والأرض هما فقط في المحاذاة اللازمة لفترات 20 ثانية في كل مرة. قالت مارجوت: "كل شيء يجب أن يحدث خلال تلك النافذة الزمنية التي تبلغ 20 ثانية".

تدور أحداث عطارد حول موضوع المؤلف الثاني للورقة ، وهو أستاذ الفيزياء الفخري بجامعة كاليفورنيا سانتا باربرا ، ستان بيل ، الذي درس لأول مرة كطالب دراسات عليا في جامعة كورنيل منذ عقود.

في السنوات التي تلت ذلك ، أظهر بيل أن باطن عطارد يمكن تمييزه بالتفصيل إذا أمكن تحديد أربع خصائص: اتساع اهتزاز ميل الكوكب ، أو زاوية ميل محور دورانه بالنسبة إلى مستواه المداري ، وقيمتان تدعى معاملات الجاذبية التوافقية . تتطلب صيغة بيل أيضًا أن يكون عطارد في حالة كاسيني ، وهو تكوين مداري مستقر يميز نهاية تطور المد والجزر.

كان يُعتقد منذ فترة طويلة أن العثور على تلك الخصائص من الأرض أمر مستحيل. لكن هذه التقنية الرادارية غير العادية (تم اقتراح الطريقة لأول مرة لتحديد معدل الدوران في الستينيات من القرن الماضي ، وقد اقترح المؤلف المشارك IV Holin بعد حوالي عقدين من الزمن أن استخدامها لإيجاد اتجاه الدوران) سمحت للباحثين بقياس اهتزازات الكوكب وانحرافه - - ولإثبات أن عطارد يكاد يكون مؤكدًا في حالة كاسيني المطلوبة.

لا يزال لدى عطارد نصيبه من الألغاز. قد يتم حل بعضها باستخدام مركبة الفضاء ماسنجر التابعة لوكالة ناسا ، على الرغم من إطلاقها في عام 2004 ومن المتوقع أن تقوم بأول رحلة طيران على عطارد في عام 2008. وستبدأ المركبة الفضائية في الدوران حول الكوكب في عام 2011.

قالت مارغو: "نأمل أن يتصدى الرسول للأسئلة المتبقية التي لا يمكننا معالجتها على الأرض".


الكربون & # 8220 الأرض الفائقة & # 8221 & # 8211 الكواكب الماس

[/ caption] أثناء تجربة معملية في جامعة ولاية أوهايو ، كان الباحثون يحاكيون الضغوط والظروف اللازمة لتشكيل الماس في عباءة الأرض عندما صادفوا مفاجأة & # 8230 A Carbon & # 8220Super Earth & # 8221. أثناء السعي لفهم كيف يمكن أن يتصرف الكربون في الأنظمة الشمسية الأخرى ، تساءلوا عما إذا كان يمكن ضغط الكواكب المرتفعة في هذا العنصر إلى درجة إنتاج هذا الحجر الكريم القيم. تشير النتائج التي توصلوا إليها إلى احتمال أن تكون مجرة ​​درب التبانة بالفعل موطنًا للنجوم حيث قد تتكون الكواكب من ما يصل إلى 50٪ من الماس.

يرأس فريق البحث ويندي بانيرو ، الأستاذة المشاركة في كلية علوم الأرض في ولاية أوهايو ، وطالب الدكتوراه كايمان أونتربورن. كجزء من بحثهم قاموا بدمج النتائج التي توصلوا إليها من التجارب السابقة في محاكاة نمذجة الكمبيوتر. ثم تم استخدام هذا لإنشاء سيناريوهات حيث توجد كواكب ذات محتوى كربوني أعلى من الأرض ..

النتيجة: "من الممكن أن تكون الكواكب التي يزيد حجمها عن خمسة عشر ضعف كتلة الأرض نصف مصنوعة من الألماس" ، قال أنتربورن. قدم الدراسة يوم الثلاثاء في اجتماع الاتحاد الجيوفيزيائي الأمريكي في سان فرانسيسكو.

وأضاف بانيرو: "نتائجنا مذهلة ، حيث تشير إلى أن الكواكب الغنية بالكربون يمكن أن تتكون من لب وغطاء ، تمامًا كما فعلت الأرض". "ومع ذلك ، من المحتمل أن تكون النوى غنية جدًا بالكربون - مثل الفولاذ - وسيهيمن الكربون أيضًا على الوشاح ، على شكل ماس."

يوجد في مركز كوكبنا نواة من الحديد المنصهر ، مغطاة بغطاء من معادن أساسها السيليكا. هذه اللبنة الأساسية للأرض هي ما تتكثف من المواد الموجودة في سحابتنا الشمسية. في حالة بديلة ، يمكن أن يتشكل كوكب في بيئة غنية بالكربون ، وبالتالي يكون له هيكل كوكب مختلف & # 8211 وإمكانات مختلفة للحياة. (لحسن الحظ بالنسبة لنا ، يوفر باطننا المنصهر الطاقة الحرارية الأرضية!) على كوكب ماسي ، ستتبدد الحرارة بسرعة & # 8211 مما يؤدي إلى لب متجمد. على هذا الأساس ، لن يكون للكوكب الماسي موارد حرارية أرضية ، ويفتقر إلى الصفائح التكتونية ولن يكون قادرًا على دعم الغلاف الجوي أو المجال المغناطيسي.

قال بانيرو: "نعتقد أن كوكب الماس يجب أن يكون مكانًا شديد البرودة ومظلمًا".

كيف توصلوا إلى النتائج التي توصلوا إليها؟ أخذ بانيرو وطالب الدراسات العليا السابق جيسون كابس عينة مصغرة من الحديد والكربون والأكسجين وعرضاها لضغط 65 جيجا باسكال ودرجات حرارة 2400 كلفن (ما يقرب من 9.5 مليون رطل لكل بوصة مربعة و 3800 درجة فهرنهايت - ظروف مماثلة للأرض. داخلي عميق). عندما لاحظوا التجربة مجهريًا ، رأوا ارتباط الأكسجين بالحديد لتكوين الصدأ & # 8230 ولكن ما تبقى تحول إلى كربون نقي وشكل الماس في النهاية. قادهم هذا إلى التساؤل عن الآثار المترتبة على تكوين الكواكب.

& # 8220 حتى الآن ، تم اكتشاف أكثر من خمسمائة كوكب خارج نظامنا الشمسي ، لكننا لا نعرف سوى القليل جدًا عن تركيباتها الداخلية ، "قال أونتربورن ، وهو عالم فلك من خلال التدريب.

قال بانيرو: "نحن نبحث في كيفية تفاعل العناصر المتطايرة مثل الهيدروجين والكربون داخل الأرض ، لأنه عندما ترتبط بالأكسجين ، تحصل على الغلاف الجوي ، وتحصل على المحيطات - تحصل على الحياة". "الهدف النهائي هو تجميع مجموعة من الشروط الضرورية لتكوين محيط على كوكب ما."

لكن لا تخلط بين نتائجهم والدراسات الحديثة غير ذات الصلة والتي تتضمن بقايا نجم منتهي الصلاحية من نظام ثنائي. يشير اكتشاف فريق OSU & # 8217s ببساطة إلى أن هذا النوع من الكواكب يمكن أن يتشكل في مجرتنا ، ولكن لا يزال عدد الكواكب أو مكان وجودها مفتوحًا جدًا للتفسير. إنه & # 8217s سؤال يتم التحقيق فيه من قبل أونتربورن وعالمة الفلك بولاية أوهايو جينيفر جونسون.


هل من الممكن أن يكون لكوكب بالحجم المناسب تمامًا ليكون له سطح صلب ، وله قلب منصهر يحافظ على درجة حرارة السطح مناسبة للحياة بدون شمس؟

هذا سؤال يصعب الإجابة عليه لأن لدينا عددًا قليلاً جدًا من الكواكب التي يجب مراقبتها. لقد لاحظنا الآلاف من الكواكب الخارجية ، ولكن معظمها بعيد بما يكفي بحيث يصعب التأكد من البيانات التفصيلية ، ولا نعرف سوى عدد قليل من الكواكب المارقة (الكواكب خارج الأنظمة الشمسية).

باختصار ، أنا & # x27ll أقول نعم ، إنه & # x27s ممكن. هناك بعض الاحتمالات حول كيفية قيام كوكب مارق بتوليد حرارة كافية لسطحه ليكون صالحًا للسكن. أعتقد أن الخيار الأكثر ترجيحًا سيكون نظامًا من جسمين (كوكب - كوكب أو كوكب - قمر) حيث يؤدي تسخين المد والجزر إلى تدفئة الجزء الثانوي. (تسخين المد والجزر هو في الأساس تسخين بسبب تشوه الكوكب من المد والجزر. إنه مشابه لكيفية تسخين علاقة المعطف المعدنية عند ثنيها ، إلا على نطاق أكبر بكثير.)

الاحتمال الآخر هو الاضمحلال الإشعاعي. هذا هو المكان الذي يأتي منه الكثير من حرارة الأرض و # x27s. لست على دراية كافية بالقول عن مدى قابلية ذلك / احتمال حدوثه ، أو ما إذا كانت هناك آثار جانبية أخرى من كوكب به تسوس إشعاعي قوي أم لا.

الاحتمال الثالث هو أن الكوكب بحجم قزم شبه بني. في هذه الحالة ، سيكون الكوكب غازيًا ، لذا فهو غير مؤهل تمامًا ، لكن عملاقًا غازيًا كبيرًا جدًا / قزمًا بنيًا منخفض الكتلة سيكون قادرًا على الحفاظ على درجة حرارة الحياة. بالطبع ، بدون سطح صلب ، لا يُعرف ما إذا كانت الحياة ممكنة أو كيف ستبدو ، لكن العلماء وكتاب الخيال العلمي تكهنوا حول الحياة على عملاق غازي.

يقترح المؤلف أن طبقة جليدية سميكة ستعزل الكوكب بدرجة كافية للاحتفاظ بالحرارة الداخلية. اقترح باحثون آخرون أن الجليد أو الغلاف الجوي الكثيف سيوفر عزلًا مناسبًا.

يقترح المؤلف أن طبقة جليدية سميكة ستعزل الكوكب بدرجة كافية للاحتفاظ بالحرارة الداخلية.

أليس & # x27t أحد أقمار المشتري & # x27s به ماء سائل لأن السطح مغطى بطبقة من الجليد؟

ولا نعرف سوى عدد قليل من الكواكب المارقة (كواكب خارج الأنظمة الشمسية).

& # x27ve اكتشفنا كواكب مارقة؟ لم اكن اعلم ابدا ان.

بالنسبة للنشاط الإشعاعي ، كنت أفكر قليلاً في هذا الأمر. بشكل أساسي ، يجب أن يكون الكوكب غنيًا بمادة ذات عمر نصف مناسب. يجب أن يكون نصف العمر طويلًا بما يكفي حتى تظل درجة حرارة الكوكب ثابتة تقريبًا على مدى فترة زمنية طويلة بما يكفي لتطور الحياة. استغرق تطور الحياة على الأرض حوالي مليار سنة ، لذلك ربما تحتاج & # x27d إلى مادة ذات نصف عمر أكبر بكثير من هذا: أقول 10 مليارات سنة على الأقل. هناك بعض النظائر المعروفة التي تندرج ضمن هذه الفئة ، على سبيل المثال Thorium-232 (نصف عمر 14 مليار سنة). حتى اليورانيوم 238 القديم الجيد ، وهو شائع إلى حد ما على الأرض ، قد يصلح فقط لعمر نصف يبلغ 4.5 مليار سنة.

سيكون الشرط التالي هو أن كثافة المادة (من حيث مدى ثراء الكوكب في الخامات) يجب أن تكون مثل معدل إطلاق الطاقة من الانحلال وامتصاصها من قبل الكوكب (وتحويلها إلى سوف تضطر إلى موازنة الطاقة المشعة في الفضاء الخارجي (فكر في تأثير الاحتباس الحراري). يعتمد هذا على أشياء كثيرة مثل الغلاف الجوي للكوكب ، ونسبة مساحة السطح إلى الحجم ، ونوع الإشعاع المنبعث من المادة. يمثل النشاط الإشعاعي أقل من 1٪ من إمداد طاقة Earth & # x27s ، لذلك أود أن أضع الكمية المطلوبة في

100-1000 مرة أكثر من الأرض ، بافتراض كوكب يشبه الأرض. لا أرى أي سبب يجعل هذا مستحيلاً.

ستتعرض الحياة على هذا الكوكب لكمية كبيرة من الإشعاع ، لكنني لا أرى أي سبب لعدم قدرة الحياة على التطور لتكون أكثر مقاومة للضرر الإشعاعي منا.


هل يمكن أن يتشكل كوكب بدون حالة منصهرة؟ - الفلك

مقارنة بين التصميمات الداخلية

gel36 / Compar.html)

نحن نعلم أن الأرض بها نواة من المعدن المنصهر ، وبينما تدور الأرض هناك حركات يتم إعدادها في هذا اللب المنصهر الذي يولد مجالًا مغناطيسيًا. هذا المجال المغناطيسي هو الذي يجعل البوصلات تعمل لإظهار اتجاه الشمال. من المحتمل أيضًا أن يحتوي كوكب الزهرة على لب منصهر ، ولكن نظرًا لأنه يدور ببطء شديد (مرة واحدة كل 243 يومًا من أيام الأرض) ، فإنه لا يولد مجالًا مغناطيسيًا. عطارد والمريخ والقمر لها نوى صلبة ، لذا فهي أيضًا لا تحتوي على الكثير من المجال المغناطيسي.

نحن نعلم أن الأرض لها لب منصهر من خلال دراسة الزلازل. يوجد نوعان من الموجات الصوتية في الزلزال - موجات ضغط أو موجات ضغط (p) ، وموجات انتقالية أو ثانوية (موجات). اتضح أن السوائل لا يمكنها نقل الموجات ، ونلاحظ أن موجات s لا تنتقل عبر لب الأرض ، لذلك نعلم أن هناك سائلًا. كيف حصلت الأرض على قلب سائل؟ ربما بدأت جميع الكواكب في غير متمايز الدولة ، مع الصخور والمعدن مختلطة معًا. ولكن في مرحلة ما ، ارتفعت درجة حرارة كل من الكواكب بدرجة كافية لتبدأ في التحول إلى سائل ، فقط من قصف الكواكب الصغيرة أثناء تكوين الكواكب. بمجرد حدوث ذلك ، يمكن أن تغرق المعادن الكثيفة في اللب بينما تطفو القشرة الأخف على السطح الخارجي. نقول أن الكواكب هي الآن متباينة . عطارد والمريخ والقمر صغيرة جدًا لدرجة أنها بردت وأصبحت صلبة طوال الطريق. لا تزال الأرض ، وربما الزهرة ، بها مساحات داخلية سائلة وكذلك براكين نشطة.

بسبب الداخل المنصهر ، من الممكن أن تتحرك قشرة الأرض بسبب الحركات في الداخل - تحديثات الحرارة والطاقة التي تحدث في أحواض المحيط. لا يبدو أن كوكب الزهرة والمريخ لهما صفائح تكتونية ، على الرغم من أن كلاهما يظهر دليلًا على المحاولة. هناك براكين درع تنمو بشكل كبير جدًا ، لأن القشرة فوق "النقاط الساخنة" تبقى في مكان واحد. توجد مناطق صدع ضخمة حيث تم تفكيك القشرة وتقسيمها ، لكنها لا تتسبب في تحريك القشرة - لا يمكن أن تبدأ حركة الصفائح التكتونية. لماذا تختلف الأرض بهذه الطريقة؟ قد تكمن الإجابة في أصل القمر.

يبدو أن القمر مصنوع بالكامل من مادة القشرة الأرضية من نفس نوع سطح الأرض. الغريب أنه لا يحتوي على معادن في جوهره. يُعتقد أنه في وقت متأخر من تكوين الأرض ، اصطدم مصادم عملاق (كوكبي) بالأرض. كان من الممكن أن يؤدي مثل هذا التصادم إلى تدمير المصادم ، وستغرق معادن المصادم في مركز الأرض ، وكان من الممكن أن يتمزق الكثير من القشرة الخارجية للأرض لتتجمع فيما بعد لتشكيل القمر. قد يفسر هذا القشرة الرقيقة بشكل غير عادي لمحيطات الأرض. بدون التأثير ، قد لا تحتوي الأرض على الصفائح التكتونية.

سؤال المحاضرة # 3

تطور الغلاف الجوي للأرض والزهرة والمريخ

أرض

عندما تشكلت الأرض لأول مرة منذ 4.5 مليار سنة ، كان لديها غلاف جوي أولي مصنوع من الغازات الخفيفة مثل الهيدروجين والهيليوم والميثان والأمونيا وبخار الماء. في وقت مبكر جدًا من حياته ، بعد بضع مئات من ملايين السنين فقط ، كان كل هذا الغلاف الجوي تقريبًا قد ضاع ، إما عن طريق الهروب إلى الفضاء أو عن طريق الاندماج مع القشرة الصخرية. في وقت لاحق ، أدى إطلاق الغازات من الداخل (بسبب النشاط البركاني) إلى إضافة جو جديد ، ربما يكون مكملاً بقصف المذنبات ، والذي كان من شأنه أن يجلب الكثير من الماء. في البداية ، كان الغلاف الجوي يتكون في الغالب من ثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكبريت والنيتروجين.

لقد أدى ظهور الحياة (التي كانت في البداية لاهوائية ولم تستخدم الأكسجين) إلى تغيير الغلاف الجوي عن طريق تقسيم ثاني أكسيد الكربون إلى كربون وأكسجين حر. بمرور الوقت ، ارتفعت مستويات الأكسجين إلى المستوى الذي لدينا اليوم. في البداية ، كانت الحياة ستبقى في المحيطات ، لأنه بدون الأكسجين (والأوزون) ، كانت الأشعة فوق البنفسجية على السطح ستكون ضارة جدًا للحياة. بعد ظهور كمية كافية من الأكسجين في الغلاف الجوي ، يمكن للحياة أن تخرج إلى الأرض ، منذ حوالي 500 مليون سنة.

كوكب الزهرة

كان للزهرة تاريخ مبكر مشابه جدًا للأرض ، مع الغلاف الجوي الأولي المبكر ، يليه الغلاف الجوي الثانوي الذي يتكون في الغالب من ثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكبريت. لسوء الحظ بالنسبة لكوكب الزهرة ، لم يطور المحيطات والحياة ، لذا فإن ثاني أكسيد الكربون (غاز الدفيئة) لم يترك الغلاف الجوي أبدًا. نتيجة لذلك ، استمرت درجة حرارة كوكب الزهرة في الارتفاع حتى أصبح الغلاف الجوي نفسه ساخنًا لدرجة أنه يمكن أن يشع الطاقة التي يتلقاها من الشمس بعيدًا. إذا أردنا وضع الأرض على مسافة كوكب الزهرة ، فمن المحتمل أن تتطور أيضًا تأثير الاحتباس الحراري الجامح . ستتضاعف درجة الحرارة تقريبًا وستبدأ المحيطات في التبخر. يعد بخار الماء أيضًا غازًا من غازات الدفيئة ، وسيؤدي تأثير الاحتباس الحراري المتزايد إلى جعل الأرض أكثر سخونة ، مما يتسبب في مزيد من التبخر ، وما إلى ذلك. اهرب ، وإعطاء الأرض غلافًا جويًا كثيفًا بدرجة حرارة مماثلة تبلغ 700 درجة.

المريخ

يبدو أن المريخ كان له غلاف جوي سميك نسبيًا ، وكان تأثير الاحتباس الحراري كافيًا لتدفئة الكوكب ، على الرغم من بعده عن الشمس ، إلى متوسط ​​درجة حرارة قريبة من الصفر (32 فهرنهايت). من الواضح أن هذا سمح بوجود مياه سائلة ، ربما على شكل محيط ، ولا بد أنها أمطرت من حين لآخر لتشكل قيعان الأنهار التي نراها اليوم. ولكن قبل حوالي 3.5 مليار سنة ، فقد ثاني أكسيد الكربون على شكل صخور ، ربما عن طريق الذوبان في المحيطات. أدى هذا إلى تقليل تأثير الاحتباس الحراري ، وتبريد الكوكب ، وفي النهاية فقد الماء أيضًا من خلال الجمع بين الصخور (وهذا هو سبب ظهور المريخ باللون الأحمر - إنه صدئ!). قد يبقى بعض الماء على شكل جليد كما قلنا.

سؤال المحاضرة رقم 4


مخطط للحياة

لأن الأرض ، على حد علمنا ، هي الكوكب الوحيد الذي يؤوي الحياة ، فإن الأرض هي "مخططنا الوحيد للحياة". لذلك ، تستند جميع افتراضاتنا حول الكواكب الصالحة للحياة إلى خصائص الأرض. على سبيل المثال ، يلعب الماء "دورًا حاسمًا في وجودنا" ، لذلك بطبيعة الحال ، سنهتم بالكواكب التي تحتوي على الماء السائل.

منطقة المعتدل

على الرغم من وجود العديد من العوامل المختلفة التي يجب مراعاتها عند الحديث عما يجعل الأرض ، أو أي كوكب آخر ، صالحًا للسكن ، فإن أول ما يظهر عادةً هو ما يسمى منطقة Goldilocks. في الأساس ، منطقة الخيوط الذهبية هي المسافة التي يجب أن يكون الكوكب من نجمه من أجل دعم الماء السائل. إذا كان الكوكب قريبًا جدًا من الشمس ، فسيكون حارًا جدًا - وسيتبخر الماء. إذا كان بعيدًا جدًا ، فسيكون باردًا جدًا وسيتجمد الكوكب. الأرض ، كما يحدث تمامًا ، تقع في تلك المنطقة المعتدلة حيث يمكن أن توجد المياه في حالتها السائلة. يلعب موقع أي كوكب في هذه المنطقة الصالحة للسكن دورًا كبيرًا في الشكل الذي سيبدو عليه الكوكب & # 8211 سواء كان ذلك كوكبًا جافًا يشبه الصحراء أو كوكبًا جليديًا رطبًا.

أجواء

غلافنا الجوي مسؤول أيضًا عن الحياة على الأرض كما نعرفها. بادئ ذي بدء ، يحبس غلافنا الجوي ويحتوي على غازات تحتاجها أشكال الحياة المعقدة للبقاء على قيد الحياة ، مثل الأكسجين والنيتروجين. يحمينا غلافنا الجوي أيضًا من غالبية الإشعاع الشمسي الضار. بدون غلافنا الجوي ، كان الإشعاع الصادر عن الشمس قد قتل الحياة منذ زمن طويل. الغلاف الجوي مضغوط أيضًا ، وبدون هذا الضغط ، لن تتمكن المياه السائلة من التواجد على سطح الأرض. علاوة على ذلك ، تعمل الغازات الموجودة في الغلاف الجوي على عزل كوكبنا عن طريق حبس بعض طاقة الشمس. إذا كنت مهتمًا بالفضول ، فإليك قائمة بالأشياء التي يمكن أن تحدث إذا اختفى الغلاف الجوي للأرض فجأة. لكن لا تقلق ، فهذه مجرد تجربة فكرية بسيطة.

في حين أن العديد من الكواكب لديها نوع من الغلاف الجوي ، إلا أن القليل منها يوفر بالفعل ظروفًا صالحة للسكن. على سبيل المثال ، الغلاف الجوي لعطارد رقيق جدًا لدرجة أنه قد يكون أيضًا فراغًا ، كما أن الغلاف الجوي لكوكب الزهرة شديد الحموضة وسميك.

النجم والمدار

العلاقة بين الكوكب ونجمه هي أيضًا عامل مهم في تحديد ما إذا كان هذا الكوكب صالحًا للسكن أم لا. يجب أن يكون النجم قادرًا على توفير مصدر ثابت ومستقر للطاقة ، حتى تتمكن النباتات من التمثيل الضوئي. في الوقت نفسه ، يجب أن يكون للنجم فئة طيفية مناسبة: & # 8220 مبكرًا F أو G ، إلى mid-K & # 8221. تشير هذه التصنيفات إلى الخصائص المهمة للنجم ، مثل: درجة حرارته ، لمعانه ، وكمية الأشعة فوق البنفسجية ، وطول موجة الإشعاع ، وعمره.

ميزة أخرى ينظر إليها الباحثون عند البحث عن كواكب صالحة للسكن هي مدار الكوكب حول الشمس. يجب أن يكون المدار مستقرًا ولكن ليس بيضاوي الشكل ، وإلا فإن تغيرات الحالة على مدار عام قد تكون شديدة للغاية. تدور الأرض أيضًا حول محور ، مما يسمح بكميات ثابتة نسبيًا من ضوء الشمس لتدفئة سطحها. هذا يمنع جانبًا واحدًا من الكوكب من أن يكون ساخنًا ومشرقًا باستمرار ، بينما النصف الآخر عبارة عن لبنة مجمدة.

جوهر المنصهر

إضافة إلى القائمة الطويلة للغاية بالفعل للأشياء التي تساهم في جعل كوكب ما صالحًا للسكن ، فأنت بحاجة إلى التفكير في ما يحدث في باطنه. للأرض نواة منصهرة ، وهي مسؤولة عن إنتاج الغلاف المغناطيسي للأرض. يحمينا غلافنا المغناطيسي من أشعة الشمس المميتة (المادة الشمسية) ، والتي من شأنها أن تتسبب في كارثة لأي حياة على الأرض. لهذا السبب ، لعب المجال المغناطيسي للأرض دورًا حيويًا في جعل الأرض كوكبًا صالحًا للسكنى.

ET؟

من تعرف؟ ربما في يوم من الأيام ، سيقوم العلماء باكتشاف رائد بوجود كائنات فضائية في الواقع. سواء كان هذا أمرًا جيدًا أو سيئًا ، فهو سؤال مختلف تمامًا ، وسأناقشه في مدونتي التالية.


كيف يمكن للكواكب أن تنجو من مستعر أعظم

تشير النماذج الجديدة إلى وجود عدد كبير من الكواكب التي تتجول بحرية.

توصلت دراسة جديدة إلى أنه عندما يموت نجم في مستعر أعظم عنيف ، فإن بعض كواكبه قد تنجو من الانفجار ، لكنها تُطرد من المدار وتتجول في المجرة.

تقدم النظرية تفسيرًا لعدد قليل من الكواكب الحرة التي تم العثور عليها حتى الآن ، وقد تعني وجود العديد من هذه العوالم المارقة عبر مجرة ​​درب التبانة.

قال قائد الدراسة ديميتري فيراس ، عالم الفلك في المملكة المتحدة: "نظرًا لأن كل نجم يموت ، وكثير من هذه النجوم ضخمة بما يكفي لتحفيز طرد الكواكب ، فهناك فرصة كبيرة في جميع أنحاء المجرة لوفيات النجوم للمساهمة في العوم الحر للسكان". جامعة كامبريدج.

وأضاف "لا نعرف حتى الآن مدى شيوع هذه الكواكب ، لكن أدلة الرصد تشير إلى أنه قد يكون هناك المزيد من الكواكب التي تطفو بين النجوم أكثر من التي تدور حولها".

يشير النموذج الجديد أيضًا إلى أنه - في حالات نادرة جدًا - قد تظل بعض الكواكب الباقية مرتبطة ببقايا المستعر الأعظم ، لتجد مدارات جديدة حول النجوم النيوترونية أو الثقوب السوداء التي خلفتها الانفجارات. (شاهد صور بقايا المستعر الأعظم.)

تجعد في مشكلة الجسد

تستند النظرية الجديدة إلى مجموعة معقدة من نماذج الكمبيوتر التي تأخذ في الاعتبار شيئًا معروفًا في الفيزياء باسم مشكلة الجسمين.

تساعد هذه الصيغة في الميكانيكا الكلاسيكية في تحديد مدارات جسمين متفاعلين ، من إلكترون حول نواة ذرية إلى كوكب يدور حول نجم.

طالما أن علماء الفلك يستطيعون قياس كتل وموضع وسرعات الجسمين ، فيمكنهم تحديد مداراتهم الماضية والحالية والمستقبلية باستخدام معادلات رياضية بسيطة.

ومع ذلك ، فإن الدراسة الجديدة تطبق التجاعيد على مشكلة الجسمين ، كما قال فيراس ، لأن النجوم تفقد الكتلة أثناء مرورها بآلام الموت.

وقال "في هذه الحالة ، لا نعرف ما إذا كان هناك حل كامل من خلال المعادلات البسيطة وحدها ، لذلك في كثير من الحالات يتعين علينا استخدام أجهزة الكمبيوتر لمحاكاة مداراتهم".

وفقًا للنموذج ، عندما تتحول النجوم على الأقل من 7 إلى 10 أضعاف كتلة شمسنا إلى مستعر أعظم ، فإن الانفجار يبتلع أي كواكب داخلية ، تلك التي تدور حول عدة أضعاف المسافة بين الأرض والشمس.

وبدلاً من ذلك ، فإن الكواكب التي تدور في مدار مئات المرات عن المسافة بين الأرض والشمس ستتقطع مداراتها وتستطيل بطريقة تجعلها في النهاية تتدفق في الفضاء بين النجوم.

في بعض الحالات ، سيتم دفع الكواكب المعطلة إلى مدارات بعيدة ولكنها مستقرة حول بقايا المستعر الأعظم.

قد تستمر هذه الكواكب في الدوران حول بقايا نجمية مثل النجوم النابضة وحتى الثقوب السوداء على مسافة بعيدة بما يكفي بحيث لا تبتلعها جاذبيتها الشديدة - لكن الناجين سيكونون عوالم متفحمة وميتة.

علاوة على ذلك ، يمكن بسهولة تجريد هذه العوالم الموجودة على الحافة من النظام وتحويلها إلى شريرة من خلال سحب الجاذبية للنجوم القريبة الأخرى.

بلايين الكواكب المارقة هناك؟

In May 2011 a different team of astronomers described observational evidence of up to ten planets that appear to be wandering independently through interstellar space.

The new expulsion mechanism may account for how those newfound planets escaped their star systems, said Steinn Sigurdsson, an astronomer at Pennsylvania State University not connected to the study. (Read a commentary on the paper on Sigurdsson's blog Dynamics of Cats.)

But Sigurdsson cautions that there may be another method at play for how planets get kicked out of their star systems.

"The other possibly dominant mechanism is planet-planet scattering, where massive planets knock other planets out of their orbits, and some fraction are thrown into outer space as unbound rogues," Sigurdsson said.

It's even possible the two mechanisms are working together, Sigurdsson added, with the scattering effect putting planets in wider orbits and the supernova then ejecting them from the system.

Either way, he believes the possibilities add up to a lot of free-floating planets.

"The numbers [with both ejection mechanisms] are broadly consistent, and both imply billions of rogue planets in total," he added.

Ejected Worlds May Host Underground Life

One big question raised by the new study is whether any life could survive expulsion from its planetary clan.

The answer may be yes, if the planet had enough internal heat and already supported subsurface life, said John Debes, a planet hunter not affiliated with Veras' team.

"Moons like Europa, which is tidally heated by Jupiter because of constant interactions with other moons, would probably be the best bets for life surviving an ejection," said Debes, a postdoctoral fellow at NASA's Goddard Space Flight Center in Maryland.

"An Earth might remain habitable in certain conditions, if it had a moon survive the ejection as well," since that moon would provide tidal heating.

Life could also find a way to take hold on planets without host stars under the right conditions, Debes added. (See "Earth-Size 'Lone Wolf' Planets May Host Life.")

There have been studies showing that climatological, geodynamical, and biogeochemical processes might be able to sustain life on starless planets, specifically those with underground oceans with thermal vents, where free-energy flow may still be enough to run a biosphere.

Actual Planet Ejection Hard to Spot

The ultimate goal for Veras and his team would be to actually catch a star in the act of kicking out its planets—which may prove difficult if not impossible.

That's because, with current technology, odds are low of finding planets around a dying star about to explode.

For now, there is observational evidence of what happens to stars when they die, of wide-orbit planets, and of free-floating planets, Veras said.

"All the ingredients are there," he said. "However, the time scale to actually observe a planet being ejected, in most cases, is longer than a human lifetime."


الحياة على كوكب الزهرة؟ Astronomers See a Signal in Its Clouds

The detection of a gas in the planet’s atmosphere could turn scientists’ gaze to a planet long overlooked in the search for extraterrestrial life.

High in the toxic atmosphere of the planet Venus, astronomers on Earth have discovered signs of what might be life.

If the discovery is confirmed by additional telescope observations and future space missions, it could turn the gaze of scientists toward one of the brightest objects in the night sky. Venus, named after the Roman goddess of beauty, roasts at temperatures of hundreds of degrees and is cloaked by clouds that contain droplets of corrosive sulfuric acid. Few have focused on the rocky planet as a habitat for something living.

Instead, for decades, scientists have sought signs of life elsewhere, usually peering outward to Mars and more recently at Europa, Enceladus and other icy moons of the giant planets.

The astronomers, who reported the finding on Monday in a pair of papers, have not collected specimens of Venusian microbes, nor have they snapped any pictures of them. But with powerful telescopes, they have detected a chemical — phosphine — in the thick Venus atmosphere. After much analysis, the scientists assert that something now alive is the only explanation for the chemical’s source.

Some researchers question this hypothesis, and they suggest instead that the gas could result from unexplained atmospheric or geologic processes on a planet that remains mysterious. But the finding will also encourage some planetary scientists to ask whether humanity has overlooked a planet that may have once been more Earthlike than any other world in our solar system.

“This is an astonishing and ‘out of the blue’ finding,” said Sara Seager, a planetary scientist at the Massachusetts Institute of Technology and an author of the papers (one published in Nature Astronomy and another submitted to the journal Astrobiology). “It will definitely fuel more research into the possibilities for life in Venus’s atmosphere.”

“We know that it is an extraordinary discovery,” said Clara Sousa-Silva, a molecular astrophysicist at Harvard University whose research has focused on phosphine, and another of the authors. “We may not know just how extraordinary without going back to Venus.”

Sarah Stewart Johnson, a planetary scientist and head of the Johnson Biosignatures Lab at Georgetown University who was not involved in the work, said, “There’s been a lot of buzz about phosphine as a biosignature gas for exoplanets recently,” referring to the search for life on worlds that orbit other stars. “How cool to find it on Venus.”

She added: “Venus has been ignored by NASA for so long. It’s really a shame.”

David Grinspoon of the Planetary Science Institute in Tucson, Ariz., who was not part of the work but has long promoted the possibility of life in Venus’s clouds, said, “That is pretty damn exciting!”

The work needs to be followed up, he said, “but this could be the first observation we’ve made which reveals an alien biosphere and, what do you know, it’s on the closest planet to home in the entire cosmos.”

Jim Bridenstine, the administrator of NASA, responded to the finding on Twitter, saying, “It’s time to prioritize Venus.”

Venus is one of the most beautiful objects in Earth’s sky. But at a closer glance, the less lovely it becomes.

Often called Earth’s twin, Venus is roughly the same mass as Earth. Many scientists think that Venus was once covered in water and possessed an atmosphere where life as we know it could have flourished.

In earlier days of the solar system, Earth was not so hospitable to the likes of us. There was life here then, even an entire biosphere that did not survive in the oxygen-rich environment that later developed. And much as Earth over time became a home for jellyfish, ferns, dinosaurs and Homo sapiens, Venus was transformed by something into a hell.

Today, the second planet from the sun has an atmosphere stifled by carbon dioxide gas, and surface temperatures that average more than 800 degrees Fahrenheit. The dense atmosphere of Venus exerts a pressure of more than 1,300 pounds per square inch on anything at the surface. That is more than 90 times the 14.7 pounds per square inch at sea level on Earth, or the equivalent to being 3,000 feet underwater in the ocean.

It is hardly a place that makes visiting or research easy, although that doesn’t mean people haven’t tried. Space programs have tried dozens of robotic missions to Venus, many of them in the Soviet Union’s Venera series. But the planet eats metal, within minutes melting down and crushing spacecraft that have landed there. Of all those attempts, only two managed to directly capture images of the planet’s surface.

Whereas frigid Mars is currently ringed by orbiters and prowled by NASA rovers, Venus is being studied by only one probe, the lonely Japanese spacecraft Akatsuki. Future missions to the planet are still mere concepts.

Although the surface of Venus is like a blast furnace, a cloud layer just 31 miles below the top of its atmosphere may reach temperatures as low as 86 degrees Fahrenheit, and has a pressure similar to that at ground level on Earth. Many planetary scientists, including Carl Sagan and Harold Morowitz, who proposed the idea 53 years ago, have hypothesized life may exist there.

Jane Greaves, an astronomer at Cardiff University in Wales, set out in June 2017 to test that hypothesis using the James Clerk Maxwell Telescope in Hawaii, looking for signs of various molecules on Venus. Different species of molecules will absorb radio waves coming through the clouds at different characteristic wavelengths. One of the chemicals was phosphine. She did not expect to find it.

“I got intrigued by the idea of looking for phosphine, because phosphorus might be a bit of a sort of go-no-go for life,” Dr. Greaves said.

Chemists compare phosphine to a pyramid — one atom of phosphorus topping a base of three hydrogen atoms. The NASA spacecraft Cassini detected it in the atmospheres of Jupiter and Saturn. In that setting, Dr. Sousa-Silva said, life is not necessary to form phosphine. The immense heat and pressures can jam the phosphorus and hydrogen atoms together to form the molecule.

Phosphine is shaped like a pyramid with three atoms of hydrogen bonded to a single atom of phosphorus.


Why doesn't Venus have any water?

This month, scientists at the University of Tokyo have presented a compelling new model of planet formation that may explain why Earth's 'twin', Venus, has such a hellish environment.

By most measures, Venus closely resembles Earth, and once lead to the hope that it too might host life. But Venusian probes in recent decades have told a different story. At roughly 460 degrees Celsius, Venus has the hottest surface temperature of any of the rocky planets, and more importantly for life, Venus lacks water, a fact that continues to puzzle planetary scientists.

Maybe Venus had no water to begin with? But then how did Earth get its water? Or, perhaps Venus had liquid oceans in the past but, over time, extreme heat has slowly evaporated the water and strong solar winds have stripped the molecules from the planet?

In a recent letter to Nature, Keiko Hamano and his team present a different theory: they believe that Earth and Venus represent two unique examples of rocky planet formation, where the crucial difference is their distance from the Sun. The research predicts that Earth-like planets will cool from an original molten state within a few million years and retain much of their initial water as oceans.

On the other hand, the Venus-like planets might retain a largely-magma state for up to a 100 million years. Why the drastic difference in cooling times? It's all about energy balance. Hamano's model finds that, as a planet cools, a hot steam atmosphere is formed from the degassing molten surface.

This atmosphere, full of carbon dioxide and water vapour, regulates heat loss such that there is a lower limit to how quickly the planet can cool (think greenhouse effect). But we have to also take into account the Sun's radiation as an external heat source. At a certain distance from the Sun, the heat coming in can balance the heat loss and prevent cooling.

Interestingly, this distance is about the same distance as Venus from the Sun. Earth, being further away, has less heating from the Sun and can cool in a few million years rather than a hundred million.

A quick cooling time is vital for retaining water on Earth-like planets. Once a cool, solid surface has formed, water oceans can develop and start absorbing carbon dioxide from the atmosphere. This reduces greenhouse heating and allows the planet to cool even faster.

But it seems likely that Venus, with an extremely long cooling period, lost nearly all of its water vapour due to solar wind stripping before oceans ever have a chance to form. What's left is a lifeless, desiccated planet with extreme greenhouse heating. If only Venus had been a little bit further from the Sun, it too might have water.

The results of this research should aid our understanding of exoplanet evolution. Once we know how hot an alien atmosphere is (due to the types of gaseous species detected), then we should be able to predict whether that planet is molten or solidified and, based on the distance from its star, whether it is the hell of Venus or haven of Earth.