در چند دهه گذشته، تعداد سیارات کشف شده فراتر از منظومه شمسی به هزاران عدد رسیده است. در حال حاضر ما توانسته‌ایم ۴,۳۸۹ سیاره فراخورشیدی را در ۳,۲۶۰ منظومه کشف ثبت کنیم و ۵,۹۴۱ سیاره دیگر نیز در انتظار تأیید هستند. به لطف مشاهدات، مطالعات و پیگیری فراوان دانشمندان در مورد تشکیل انواع سیارات در جهان، اکنون ما چیزهای زیادی درباه نحوه شکل‌گیری و تکامل آنها می‌دانیم.
یک نکته اساسی در همه مطالعات این است که چگونه سیارات با گذشت زمان قابل سکونت و یا قابل میزبانی حیات می‌شوند (و البته می‌مانند). به طور کلی، متخصصان نجوم قابلیت سکونت را در فاصله مدار چرخش یک سیاره در داخل یک سیستم منظومه‌ای تفسیر می‌کنند و آنرا منطقه قابل سکونت از ستاره اصلی می‌نامند. با این حال، تحقیقات جدید تیمی از دانشگاه "رایس" نشان می‌دهد که چگونگی شکل‌گیری آن نیز به همان اندازه مهم است.
پیدایش زندگی به چگونگی و نیز مکان شکل‌گیری یک سیاره بستگی دارد
این مطالعه، که اخیراً توسط "دامانویر گروال" دانشجوی تحصیلات تکمیلی رایس انجام گرفته و در "نیچر جیوساینس" منتشر شده، حاصل همکاری وی با گروه علوم زمین، محیط زیست و سیاره‌شناسی این دانشگاه (از جمله "راجدیپ داسگوپتا" علوم سیستم‌های زمینی) است. آنها همگی با هم به این نتیجه رسیدند که باید در این باره به منطقه‌ای فراتر از منطقه طلایی قابل سکونت نگاه کرد، زیرا عوامل دیگر موجود در اطراف، در شکل‌گیری نهایی سیاره برای قابل سکونت بودن آن تأثیر می‌گذارند. اساسا این منطقه طلایی به منطقه‌ای گفته می‌شود که سیاره در حال چرخش در آن منطقه بتواند در سطح خود آب مایع، و در جو خود مواد اصلی و غنی برای زندگی را داشته باشد.
اما این گروه می‌گوید بعد از در نظر گرفتن خود عناصر و شکل‌گیری آنها می‌توان به این نتیجه رسید که چگونگی تشکیل سیاره در حفظ آن شرایط نیز تعیین کننده قابلیت سکونت آن است. نکته اصلی در این مبحث آنست که زمان لازم برای بوجود آمدن عناصر و مواد لازمه از دیسک مدور ستاره به سیاره اولیه، در زمانی که در حال تشکیل لایه‌های خود (هسته فلزی، گوشت، پوسته سیلیکات و خاک در آخر است) می‌باشد وجود دارد یا خیر. تعادل بین این دو فرآیند، یعنی فاصله و چگونگی در تعیین عناصر فراری مانند نیتروژن، کربن و آب، که لازمه حیات هستند، بسیار مهمند.
این گروه با انجام آزمایشاتی در آزمایشگاه تحت فشار این دانشگاه، نیتروژن را به عنوان "پراکسی" برای بررسی مواد فرار و نحوه شکل‌گیری آنها در مراحل اولیه تشکیل سیارات در نظر گرفته و روند تشکیل را شبیه‌سازی کردند. آنچه آنها دریافتند این بود که در طی این فرآیند، بیشتر نیتروژن یک سیاره از بخش گوشت سیاره خارج شده و به جو فرار می‌کند؛ و از آنجا که این سیاره در مراحل اولیه و یا مراحل بعدی خنک می‌شود و یا با سایر اجرام آسمانی برخورد می‌کند، این نیتروژن که برای حیات لازم است، به فضا رفته و از دست می‌رود.
با این حال، اگر هسته فلزی نیتروژن کافی را در خود نگه دارد، هنوز هم با گذشت زمان می‌تواند به اندازه کافی به شکل‌گیری یک جو "مانند جو زمین" منجر گردد. بدین شکل محققان توانستند ترمودینامیک و چگونگی روند توزیع نیتروژن در لایه‌های یک سیاره از هسته، گوشت، پوسته، خاک تا جو را مدل‌سازی نمایند.
اظهارات گروه گروال
این گروه در بیانیه مطبوعاتی دانشگاه رایس چنین توضیح داده است: "ما شرایط دما و فشار بالا را با قرار دادن مخلوطی از پودرهای فلز و نیتروژن و پودرهای سیلیکات تحت تقریباً ۳۰,۰۰۰ برابر فشار اتمسفر و گرم کردن آنها به بالاتر از نقطه ذوب، شبیه‌سازی کردیم. حباب‌های فلزی کوچکی در شیشه‌های سیلیکاتی ما پدیدار شدند که مربوطه به هسته و گوشت سیاره پیش از تشکیل آن می‌شد. ما فهمیدیم که تقسیم نیتروژن بین این مخازن بسیار حساس است. با استفاده از این ایده، ما می‌توانیم محاسبه کنیم که چگونه نیتروژن در طول زمان بین لایه‌های مختلف سیاره جدا شده و در نهایت یک سیاره قابل سکونت مانند زمین ساخته می‌شود".
آنها سپس افزوده‌اند که طبیعتا، این تحقیق منجر به درک بهتر ما از چگونگی شکل‌گیری زمین در بیش از ۴.۵ میلیارد سال پیش می‌شود. از نتایج این تحقیق می‌توانیم به این اشاره کنیم که مواد از شکل صفحات (دیسک) پیش سیاره‌ای به سرعت جمع می‌شوند تا جنین یک سیاره به اندازه ماه یا مریخ را تشکیل دهند. این فرایند قبل از آنی‌ست که هسته فلزی، گوشت، پوسته سیلیکاتی، خاک و پوشش گازی بوجود آیند.
برای کل یک منظومه که دور یک سیاره می‌گردند، این گروه تخمین می‌زند که جنین‌های سیاره‌ها طی ۱ تا ۲ میلیون سال پس از ستاره تشکیل می‌شوند، پس از آنی که عناصر و مواد گاز و غباری تبدیل به صفحاتی می‌شوند که دور ستاره می‌گردند. این تئوری جدید آنها، تغییر زیادی از نظر زمانی نسبت به آنچه پیشتر دانشمندان به آن معتقد بودند را مطرح می‌کند، بسیار بسیار زودتر از قبل. اگر سرعت فرار عناصر و مواد از در این صفحه گردان سریعتر از سرعت جمع شدن آنها به دور یکدیگر و تشکیل یک جنین باشد، امکان تشکیل سیاره سنگی وجود نخواهد داشت و نتیجتا شرایط لازم برای زندگی را نیز بدست نخواهد آورد.
این یافته‌ها می‌توانند پیامدهای قابل توجهی در تحقیقات آینده در مورد چگونگی شکل‌گیری، تکامل و در نهایت توسعه سیستم‌هایی نگاهداری حیات روی دیگر سیارات برای پشتیبانی از اقامت انسان در آنها داشته باشند. در سال‌های آینده، مأموریت‌های ربات‌ها با کاوش در قدیمی‌ترین اجرام منظومه شمسی (از سیارات نزدیک زمین گرفته تا ستارگان دنباله‌دار) می‌توانند اطلاعات بیشتری در مورد چگونگی زمین شدن این سیاره که به روی آن زندگی می‌کنیم، و یا دیگر سیارات، همراه با زمانی که بذر عناصر حیات‌بخش روی آن کاشته شده را بدست آوریم.
یک نکته اساسی در همه مطالعات این است که چگونه سیارات با گذشت زمان قابل سکونت و یا قابل میزبانی حیات می‌شوند (و البته می‌مانند). به طور کلی، متخصصان نجوم قابلیت سکونت را در فاصله مدار چرخش یک سیاره در داخل یک سیستم منظومه‌ای تفسیر می‌کنند و آنرا منطقه قابل سکونت از ستاره اصلی می‌نامند. با این حال، تحقیقات جدید تیمی از دانشگاه "رایس" نشان می‌دهد که چگونگی شکل‌گیری آن نیز به همان اندازه مهم است.
لطفا روی عکس تبلیغات زیر کلیک کنید؛ ادامه مطلب پس از این تبلیغات
پیدایش زندگی به چگونگی و نیز مکان شکل‌گیری یک سیاره بستگی دارد
این مطالعه، که اخیراً توسط "دامانویر گروال" دانشجوی تحصیلات تکمیلی رایس انجام گرفته و در "نیچر جیوساینس" منتشر شده، حاصل همکاری وی با گروه علوم زمین، محیط زیست و سیاره‌شناسی این دانشگاه (از جمله "راجدیپ داسگوپتا" علوم سیستم‌های زمینی) است. آنها همگی با هم به این نتیجه رسیدند که باید در این باره به منطقه‌ای فراتر از منطقه طلایی قابل سکونت نگاه کرد، زیرا عوامل دیگر موجود در اطراف، در شکل‌گیری نهایی سیاره برای قابل سکونت بودن آن تأثیر می‌گذارند. اساسا این منطقه طلایی به منطقه‌ای گفته می‌شود که سیاره در حال چرخش در آن منطقه بتواند در سطح خود آب مایع، و در جو خود مواد اصلی و غنی برای زندگی را داشته باشد.
لطفا روی عکس تبلیغات زیر کلیک کنید؛ ادامه مطلب پس از این تبلیغات
لطفا روی عکس بنر تبلیغاتی کلیک کنید تا برایتان شماره بگیرد
لطفا روی عکس تبلیغاتی کلیک کنید تا برای شما شماره بگیرد؛ ادامه مطلب پس از این تبلیغات
اظهارات گروه گروال
این گروه در بیانیه مطبوعاتی دانشگاه رایس چنین توضیح داده است: "ما شرایط دما و فشار بالا را با قرار دادن مخلوطی از پودرهای فلز و نیتروژن و پودرهای سیلیکات تحت تقریباً ۳۰,۰۰۰ برابر فشار اتمسفر و گرم کردن آنها به بالاتر از نقطه ذوب، شبیه‌سازی کردیم. حباب‌های فلزی کوچکی در شیشه‌های سیلیکاتی ما پدیدار شدند که مربوطه به هسته و گوشت سیاره پیش از تشکیل آن می‌شد. ما فهمیدیم که تقسیم نیتروژن بین این مخازن بسیار حساس است. با استفاده از این ایده، ما می‌توانیم محاسبه کنیم که چگونه نیتروژن در طول زمان بین لایه‌های مختلف سیاره جدا شده و در نهایت یک سیاره قابل سکونت مانند زمین ساخته می‌شود".
آنها سپس افزوده‌اند که طبیعتا، این تحقیق منجر به درک بهتر ما از چگونگی شکل‌گیری زمین در بیش از ۴.۵ میلیارد سال پیش می‌شود. از نتایج این تحقیق می‌توانیم به این اشاره کنیم که مواد از شکل صفحات (دیسک) پیش سیاره‌ای به سرعت جمع می‌شوند تا جنین یک سیاره به اندازه ماه یا مریخ را تشکیل دهند. این فرایند قبل از آنی‌ست که هسته فلزی، گوشت، پوسته سیلیکاتی، خاک و پوشش گازی بوجود آیند.
برای کل یک منظومه که دور یک سیاره می‌گردند، این گروه تخمین می‌زند که جنین‌های سیاره‌ها طی ۱ تا ۲ میلیون سال پس از ستاره تشکیل می‌شوند، پس از آنی که عناصر و مواد گاز و غباری تبدیل به صفحاتی می‌شوند که دور ستاره می‌گردند. این تئوری جدید آنها، تغییر زیادی از نظر زمانی نسبت به آنچه پیشتر دانشمندان به آن معتقد بودند را مطرح می‌کند، بسیار بسیار زودتر از قبل. اگر سرعت فرار عناصر و مواد از در این صفحه گردان سریعتر از سرعت جمع شدن آنها به دور یکدیگر و تشکیل یک جنین باشد، امکان تشکیل سیاره سنگی وجود نخواهد داشت و نتیجتا شرایط لازم برای زندگی را نیز بدست نخواهد آورد.
قدمی که پس از گروال، دسگوپتا برداشت
علاوه بر توضیحات، دسگوپتا که پروژه دیگری با بودجه ناسا را به پیش می‌برد بطور خلاصه می‌گوید چگونگی ترکیب و نسبت عناصر ضروری برای حیات نیز در سیاره مهم است: "محاسبات ما نشان می‌دهد که تشکیل یک سیاره در اندازه زمین از طریق جنین یک سیاره باید به شکلی باشد که بسیار بسرعت بزرگ شود قبل از آنکه لایه‌های فلزی – سیلیکونی آن از هم جدا گردد، به این ترتیب نیتروژن کافی تأمین می‌گردد. این تحقیقات نشان می‌دهد که نقش نیتروژن در مایع فلزی هسته‌ساز بسیار بیشتر از آنی است که قبلا تصور می‌شد". تحقیقات دسگوپتا براساس یافته‌های گروه گروال برپا گردیده است.
در سال ۲۰۱۹ نیز یک مطالعه دیگر نشان داد که چه مقدار از مواد کره زمین بر اثر یک برخورد از آن جدا شده و ماه را ایجاد کرده است. در پی این تحقیق بود که در سال ۲۰۲۱ دانشمندان توانستند محاسبه کنند که نیتروژن موجود در زمین، بیشتر از میزانی‌ست که می‌توانسته از اطرافش کسب کرده باشد. گروال در ۲۱ ژانویه ۲۰۲۱ و در اظهاراتی که بعدا در مجله نیچر منتشر شده است گفت: "ما نشان دادیم كه سیاره‌های اولیه‌ای که در هر دو ناحیه داخلی و خارجی یک منظومه تشکیل می‌شوند نیتروژن دفع می‌كنند؛ و زمین می‌توانسته از هر دوی این نواحی {یا از طریقی دیگر} نیتروژن کنونی خود را بدست آورده باشد. با این حال مشخص نیست که نیتروژن بیشتر زمین چگونه تامین شده است".
لطفا روی عکس تبلیغاتی کلیک کنید؛ ادامه مطلب پس از این تبلیغات
این یافته‌ها می‌توانند پیامدهای قابل توجهی در تحقیقات آینده در مورد چگونگی شکل‌گیری، تکامل و در نهایت توسعه سیستم‌هایی نگاهداری حیات روی دیگر سیارات برای پشتیبانی از اقامت انسان در آنها داشته باشند. در سال‌های آینده، مأموریت‌های ربات‌ها با کاوش در قدیمی‌ترین اجرام منظومه شمسی (از سیارات نزدیک زمین گرفته تا ستارگان دنباله‌دار) می‌توانند اطلاعات بیشتری در مورد چگونگی زمین شدن این سیاره که به روی آن زندگی می‌کنیم، و یا دیگر سیارات، همراه با زمانی که بذر عناصر حیات‌بخش روی آن کاشته شده را بدست آوریم.
لطفا روی عکس تبلیغات زیر کلیک کنید؛ ادامه مطلب پس از این تبلیغات
 |
