یخ در جهان‌های مشابه زمین ممکن است نادر باشد!!

براساس مطالعه جدید محققان در ایالات متحده و سوئیس، در جهان‌های مشابه زمین که به دور ستاره‌های دیگر می‌چرخند، یخ ممکن است در قطبهای سیارات نسبتاً نادر باشد.

ایده هنری از Kepler 186f، یک سیاره فراخورشیدی سنگی تقریباً به اندازه زمین. در این تصویر، یخ در نزدیکی قطبهای سیاره قرار دارد. یک مطالعه جدید نشان می‌دهد که اکثر سیارات مشابه کلاهک یخی ندارند و یخ در جهانهای مشابه زمین ممکن است در واقع نادر باشد. تصویر  NASA/ NASA Ames/ SETI Institute/ JPL-Caltech/ University of Washington.

سیاره ما زمین یک دنیای آبی است که بیشتر آن از اقیانوسها پوشیده شده است. همچنین تا حدی پوشیده از ورقه‌های یخی در قطبهای خود است. بنابراین ممکن است تصور کنید که دیگر سیارات دوردست مانند زمین در کهکشان راه شیری ما کلاهکهای قطبی یخی مشابهی دارند. اما یک تیم بین‌المللی از دانشمندان اخیراً در مورد حضور گسترده یخ در سیارات فراخورشیدی ابراز تردید کرده‌اند. مطالعه جدید این تیم نشان می‌دهد که سیارات فراخورشیدی با قطبهای یخی مانند زمین نادر هستند.

یخ کم یا نبود یخ در جهانهای زمین‌مانند

محققان شرایط آب و هوایی احتمالی را در سیارات سنگی مانند زمین شبیه‌سازی کردند که به دور انواع مختلف ستارگان می‌چرخند. آنها دریافتند که در حدود 90 درصد موارد یخ در قطبهای این دنیاها وجود ندارد. وقتی یخ وجود داشت، اغلب در خط استوا بود. روری بارنز، دانشمند آزمایشگاه سیاره‌ای مجازی UW توضیح داد:

ما اساساً آب و هوای زمین را بر روی جهان‌های اطراف انواع مختلف ستارگان شبیه‌سازی کردیم و متوجه شدیم که در 90 درصد موارد با آب مایع روی سطح، هیچ صفحه یخی مانند کلاهکهای قطبی وجود ندارد. هنگامی که یخ وجود دارد، می‌بینیم که احتمال وجود کمربند یخی – یخ دائمی در امتداد استوا – بیشتر از کلاهکهای یخی است.

در 12 آوریل 2018، ماهواره NOAA با نگاه کردن به کلاهک یخی قطب شمال زمین، این تصویر را مشاهده کرد. کلاهک‌های یخی ممکن است اغلب در دیگر جهان‌های زمین‌مانند شکل نگیرند. تصویر از NOAA.

به گفته نویسنده اصلی کیتلین ویلهلم در UW:

نگاهی به پوشش یخ در سیاره‌ای شبیه به زمین می‌تواند به شما در مورد قابل سکونت بودن آن بگوید. ما می‌خواستیم تمام پارامترهایی را درک کنیم – شکل مدار، شیب محوری، نوع ستاره – که بر روی سطح یخ تأثیر می‌گذارد، و اگر چنین است، کجا است.

چگونه محققان میزان احتمالی پوشش یخ را تعیین کردند؟ آنها از یک مدل تعادل انرژی 1 بعدی استفاده کردند که جریان انرژی بین استوا و قطبهای سیاره را تقلید می‌کند. به این ترتیب، دانشمندان آب و هوای هزاران سیاره فراخورشیدی فرضی را در پیکربندی‌های مداری مختلف پیرامون ستاره‌های نوع F، G یا K شبیه‌سازی کردند. خورشید خود ما یک ستاره از نوع G است.

مدارهای شبیه‌سازی شده سیارات به طور قابل توجهی از دایره تا بیضی شکل متفاوت بود. آنها همچنین انحراف محوری سیارات را از 0 تا 90 درجه در نظر گرفتند.

مفهوم هنری از سیاره‌ای مانند زمین بدون کلاهک یخی. تصویر از  Vitalij Cerepok / EyeEm / Getty Images / ThoughtCo.

محققان یک بازه زمانی 1 میلیون ساله را برای هر سیاره شبیه‌سازی کردند. این امر منجر به ایجاد اقلیمهایی از “گلوله‌های برفی” در سطح سیاره (سیارات کاملاً پوشیده از یخ) تا جهان‌های “گلخانه ای مرطوب” شد. این سیارات ممکن است شبیه به وضعیت ناهید قبل از وقوع اثر گلخانه‌ای فراری باشند. بیشتر شبیه‌سازی‌ها بین این دو نقطه افراطی بود، اما یخ جزئی تنها در حدود 10 درصد از سیارات قابل سکونت وجود داشت.

به گفته راسل دیتریک یکی از نویسندگان در دانشگاه برن، تغییرات طبیعی در شیب محوری و مدار نیز نقش داشته است:

مدارها و شیبهای محوری همیشه در حال تغییر هستند. در زمین، این تغییرات چرخه‌های میلانکوویچ نامیده می‌شوند و از نظر دامنه بسیار کوچک هستند. اما برای سیارات فراخورشیدی، این تغییرات می‌تواند بسیار بزرگ باشد که می‌تواند یخ را به طور کلی از بین ببرد یا حالتهای “گلوله برفی” را ایجاد کند.

توزیع یخ

محققان دریافتند که توزیع یخ در یک سیاره بسته به نوع ستاره‌ای متفاوت است که سیاره به دور آن می‌چرخد​​. کلاهکهای یخی، مانند زمین، در سیاراتی که به دور ستاره‌های نوع F می‌چرخند، سه برابر بیشتر دیده می‌شود. با این حال، کمربندهای یخی در اطراف استوا در سیاره‌هایی که به دور ستاره‌های نوع G و K می‌چرخند، دو برابر رایج‌تر بودند.

سیاراتی که به دور کوتوله‌های F می‌چرخند سه برابر بیشتر از سیارات دارای کمربند یخی کلاهک یخی دارند، اما برای سیاراتی که به دور کوتوله‌های K و G می‌چرخند، احتمال کمربند یخی دو برابر بیشتر از کلاهک است.

سیاراتی با محورهای کج نیز به جای کلاهکهای یخی، کمربند یخی دارند. محققان می‌گویند که این امر به دلیل افراط‌های فصلی است که آب و هوای قطبی را نسبت به مناطق استوایی ناپایدارتر نگه می‌دارد.

تاثیر بر قابلیت سکونت

نبود یخ یا وجودش به تنهایی تعیین‌کننده قابلیت سکونت نیست. همانطور که ویلهلم اشاره کرد:

قابلیت سکونت شامل بسیاری از موارد است (نه فقط وجود یا عدم وجود یخ).

با این حال، شبیه‌سازی‌ها به دانشمندان کمک می‌کند بدانند چه چیزی می‌توانند در سیارات سنگی مختلف پیدا کنند. ویلهلم گفت:

یخ سطحی بسیار منعکس کننده است و می‌تواند نحوه «نگاه» ما به یک سیاره فراخورشیدی را توسط ابزار شکل دهد. وجود یا نبودن یخ می‌تواند چگونگی تغییر آب و هوا را در درازمدت، خواه به سمت افراط باشد – مانند یک “زمین گلوله برفی” یا یک گلخانه فراری – یا چیزی معتدل‌تر شکل دهد.

مفهوم هنری از گلوله برفی زمین. این تصویر شامل دوره‌هایی از تاریخ سیاره بود که سطح کاملاً پوشیده از یخ و برف بود. تصویر از ناسا / دانشگاه واشنگتن

.

سیارات گلوله برفی

برخی از سیارات نیز ممکن است تغییرات قابل توجهی را در طول زمان تجربه کنند، همانطور که زمین خودمان نیز چنین کرده است. زمین در تاریخ خود دوره‌های گلوله برفی خاص خود را داشته است، جایی که بیشتر توسط یخ و برف پوشیده شده است. با این حال همانطور که می‌دانیم، زندگی هنوز در اینجا شکوفا شده است. بارنز گفت:

سیاره خود ما برخی از این افراط‌ها را در تاریخ خود دیده است. امیدواریم این مطالعه زمینه را برای ماموریت‌های آینده برای جستجوی نشانه‌های قابل سکونت در جو سیاره‌های فراخورشیدی – و حتی تصویربرداری مستقیم از سیاره‌های فراخورشیدی ایجاد کند – با نشان دادن آنچه ممکن است، آنچه رایج است و آنچه نادر است.

مطالعه‌ای در سال 2018 نشان داد که دوره‌های گلوله برفی زمین ممکن است با ظهور تکتونیک صفحه‌ای مرتبط باشد.

ترجمه: سارا سیدحاتمی

منبع:

Ice on Earth-like worlds might be rare

Posted by Paul Scott Anderson January 4, 2022

https://earthsky.org/space/ice-on-earth-like-worlds-exoplanets-rare/