شیمی کلید کشف اقیانوسهای بیگانه پنهان!!
دانشمندان ناسا میگویند که برای یافتن اقیانوسهای بیگانه پنهان در سیارات فراخورشیدی دور، از شیمی استفاده کنید. جهانهای اقیانوسی ترکیبات جوی متفاوتی از جمله کمبود آمونیاک با سیاراتی خواهند داشت که اقیانوس ندارند.
زیر نپتونها سیاراتی هستند که کوچکتر از نپتون اما بزرگتر از زمین هستند. آنها معمولاً بین 1.7 تا 3.5 برابر قطر زمین هستند. یک مطالعه جدید ناسا میگوید که ستارهشناسان میتوانند اقیانوسها را در برخی از این دنیاها با تجزیه و تحلیل شیمیایی جو آنها شناسایی کنند. تصویر از ناسا/ JPL-Caltech.
سیاره ما زمین تنها دنیای منظومه شمسی است که آب مایع در سطح آن وجود دارد. در این منظومه شمسی، اقیانوسهای زمین منحصر به فرد هستند. اما دانشمندان فکر میکنند که در جای دیگر از کهکشان راه شیری، جهانهای اقیانوسی بسیار بیشتری وجود دارد. در اواخر اکتبر 2021، ناسا مطالعه جدیدی را منتشر کرد که نشان میداد دانشمندان میتوانند اقیانوسهای بیگانه پنهان را در سیارات فراخورشیدی دور توسط شیمی آنها پیدا کنند. این مطالعه نشان داد که در جهانهایی که اقیانوس دارند، ترکیب شیمیایی جو در مقایسه با جهانهایی که اقیانوس بر روی سطح خود ندارند، بهطور مشخص متفاوت است.
استفاده از شیمی برای یافتن اقیانوسهای بیگانه پنهان
مطالعه جدید پیشنهاد میکند که اخترشناسان میتوانند اقیانوسها را در سیارات فراخورشیدی با تجزیه و تحلیل شیمیایی جو آنها شناسایی کنند. به طور کلی، این امر میتواند برای جهانهای به اندازه زمین، ابر زمینها یا حتی برخی از زیر نپتونها (هر سیارهای با شعاع کوچکتر از نپتون اما بزرگتر از زمین) صدق کند. این مقاله بر روی سیاراتی متمرکز است که بین 1.7 تا 3.5 برابر قطر زمین هستند. تلسکوپهای دارای طیفسنج، از جمله تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST)، میتوانند ترکیب شیمیایی جو برخی از این سیارات را شناسایی کنند. آنها میتوانند گازهایی مانند اکسیژن، دیاکسید کربن یا متان را پیدا کنند که میتواند نشانه هایی از حیات باشد.
این امر هیجانانگیز است، اما چنین تحلیلهای شیمیایی میتواند چیزهای دیگری را در مورد این سیارات نیز آشکار کند. این تحلیلها میتواند شواهدی برای اقیانوسها پیدا کند که البته پیامدهای بزرگی برای زیستپذیری نیز دارد.
حداقل در برخی موارد، تلسکوپها میتوانند به تعیین وجود آب مایع در سطح هر یک از این سیارات کمک کنند. به طور خاص، با تجزیه و تحلیل مواد شیمیایی موجود در جو، دانشمندان میتوانند تخمین بزنند که آیا دمای سطح برای آب مایع خیلی گرم است یا خیر.
بنابراین کدام مواد شیمیایی ممکن است نشان دهنده وجود اقیانوسی در زیر ابرها باشد؟ یکی از یافتهها دیاکسید کربن و نیتروژن در جو است که در آن مولکولهای نیتروژن از دو اتم نیتروژن تشکیل شده است. چرا این یافته مهم است؟ این امر میتواند شاهدی باشد که جو سیاره سردتر و نازکتر است، یعنی بیشتر شبیه سیارات زمینی مانند زمین است. این نشان میدهد که تعادل ترموشیمیایی (تعادل شیمیایی) در آن سیاره رخ نداده است.
در تعادل ترموشیمیایی، شیمی اتمسفر تغییر میکند. این امر زمانی اتفاق میافتد که جو سیاره عمدتاً از هیدروژن تشکیل شده باشد که برای جهانهای زیر نپتونی رایج است. در این موارد، کربن و نیتروژن به شکل متان و آمونیاک هستند و اتمسفر به میزان قابل توجهی ضخیمتر است.
در این سناریوها، جو غلیظ، مانند جو غولهای گازی و یخی در منظومه شمسی، گرما را به دام میاندازد. تعادل ترموشیمیایی زمانی اتفاق می افتد که دما به 1430 درجه فارنهایت (770 درجه سانتیگراد) برسد که برای پشتیبانی از اقیانوسهای آب مایع خیلی گرم است.
یکی دیگر از شاخصهای کلیدی برای اقیانوسهای احتمالی این است که آمونیاک در جو وجود ندارد. از آنجایی که آمونیاک در آب بسیار محلول است، تقریباً در سیارات اقیانوسی وجود ندارد. بنابراین سیاراتی با اقیانوسهای عظیم نباید در اتمسفر خود عملاً آمونیاک داشته باشند. با این حال، سطح pH (اسیدیته) اقیانوس بر میزان آمونیاک موجود در آن، در صورت وجود، نیز تأثیر میگذارد.
همچنین، باید دیاکسیدکربن بیشتری نسبت به مونوکسیدکربن در جهانهای اقیانوسی وجود داشته باشد. اگر هم کمبود آمونیاک و هم دیاکسید کربن زیاد در جو سیاره وجود داشت، شواهد قانع کنندهای برای وجود یک جهان اقیانوسی بود. همانطور که رنیو هو در آزمایشگاه پیشرانه جت ناسا (JPL) که مطالعه جدید را رهبری کرد، اظهار داشت:
اگر نشانههای تعادل ترموشیمیایی را ببینیم، به این نتیجه میرسیم که سیاره بیش از حد گرم است که قابل سکونت نیست. بالعکس، اگر نشانه تعادل ترموشیمیایی را نبینیم و همچنین نشانههایی از گاز حل شده در اقیانوس مایع-آب را مشاهده کنیم، آنها را به عنوان نشانهای قوی از قابلیت سکونت در نظر میگیریم.
ما شواهد رصدی مستقیمی نداریم که به ما بگوید ویژگیهای فیزیکی مشترک زیر نپتونها چیست. بسیاری از آنها ممکن است دارای اتمسفر هیدروژنی عظیم باشند، اما تعداد کمی از آنها هنوز میتوانند “سیارههای اقیانوسی” باشند. امیدوارم این مقاله مشاهدات بسیاری را در آینده نزدیک برای یافتن انگیزه ایجاد کند.
مفهوم هنری از یک سیاره زیرنپتونی با یک اقیانوس جهانی. تصویر از آماندا اسمیت/ دانشگاه کمبریج.
مشاهدات آینده
تلسکوپ فضایی جیمز وب ناسا (JWST) که قرار است در 18 دسامبر به فضا پرتاب شود، دارای طیفسنج است که قادر به تجزیه و تحلیل جو برخی از این دنیاها است. همانطور که در مقاله اشاره شد:
این گازها به ویژگیهای متمایزی در طیف انتقال سیاره منجر میشوند و تعداد متوسطی از مشاهدات گذر مکرر با تلسکوپ فضایی جیمز وب باید یک جو کوچک را در مقابل یک جو عظیم در سیاراتی مانند K2-18 b متمایز کند. بنابراین، این روش راهی برای استفاده از امکانات کوتاهمدت برای محدود کردن جرم جوی و قابلیت سکونت سیارات فراخورشیدی معتدل زیر نپتونی فراهم میکند.
به عبارت دیگر، JWST قادر خواهد بود نشانههایی را در اتمسفر شناسایی کند که میتوانند سیارات حامی اقیانوس را آشکار کنند. دیدن آنچه که JWST در ماهها و سالهای آینده مییابد، هیجانانگیز خواهد بود!
ترجمه: سارا سیدحاتمی
منبع:
Revealing hidden alien oceans, with chemistry
Posted by Paul Scott Anderson November 5, 2021
https://earthsky.org/space/hidden-alien-oceans-sub-neptunes-exoplanets-chemistry/