معظم الكواكب الخارجية الشبيهة بالأرض جافة جدًا بحيث لا تكون مناسبة للحياة، لكن الأرض تتمتع "بميزة مائية" فريدة

تشير أحدث الأبحاث التي أجرتها جامعة واشنطن في الولايات المتحدة إلى أن العديد من الكواكب الخارجية التي كانت تعتبر في السابق "مرشحة صالحة للسكن"، حتى لو كانت تقع في المنطقة الصالحة للسكن لنجومها ولها درجات حرارة سطحية مناسبة لوجود الماء السائل، من المحتمل جدًا أن تكون غير مناسبة تمامًا للحياة إذا كانت قاحلة جدًا.

وجد فريق البحث أنه بالنسبة لكوكب صخري مماثل في الحجم للأرض، ومن أجل الحفاظ على بيئة سطحية مستقرة وصالحة للسكن على مدى فترة زمنية جيولوجية طويلة، يجب أن يكون حجم المياه السطحية على الأقل حوالي 20% إلى 50% من إجمالي حجم سطحه. محيطات الأرض. وهذا يعني أن عددا كبيرا مما يسمى "الكواكب الصحراوية" - حتى لو كانت مداراتها في الموقع "الصحيح" - من المرجح أن تكون بعيدة عن أن تكون مناسبة لدعم الحياة من حيث الموارد المائية.

حتى الآن، أكد علماء الفلك وجود أكثر من 6000 كوكب خارج المجموعة الشمسية، ومن المتوقع وجود مليارات من الأجسام المماثلة في جميع أنحاء مجرة ​​درب التبانة. ويقع جزء كبير منه ضمن المنطقة الصالحة للسكن للنجم، حيث تسمح درجات الحرارة نظريًا بوجود الماء السائل. ومع ذلك، يؤكد فريق جامعة واشنطن أن وجودك "في المكان المناسب" ليس سوى جزء من المعادلة؛ لا يزال الكوكب بحاجة إلى آلية تنظيم مناخية مستقرة وطويلة المدى، وهذا يعتمد إلى حد كبير على كيفية تفاعل الماء مع الغلاف الصخري والغلاف الجوي.

وقال هاسكل وايت جيانيلا، المؤلف الأول للورقة وطالب الدكتوراه في علوم الأرض والفضاء، إنه عند البحث عن الحياة في الكون الواسع وموارد المراقبة المحدودة، يجب علينا أن نتعلم "غربلة" بعض الأهداف الكوكبية بطريقة مستهدفة. تركز هذه الدراسة على الكواكب القاحلة ذات احتياطيات المياه السطحية المنخفضة للغاية، أقل بكثير من محيط الأرض بأكمله، لتقييم ما إذا كانت صالحة للسكن بالفعل.

تم نشر نتائج البحث في مجلة Planetary Science Journal. يكمن الجوهر في العملية الرئيسية لدورة الكربون الجيولوجية الكوكبية. على الأرض، تعمل هذه الدورة التي يحركها الماء على نقل الكربون بين الغلاف الجوي وباطن الكوكب على مدى ملايين السنين، مما يساعد على تنظيم درجات حرارة السطح العالمية.

على الأرض، تطلق البراكين ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، والذي يذوب بعد ذلك في مياه الأمطار. تتفاعل مياه الأمطار كيميائيًا مع الصخور السطحية، وتحمل الأنهار المواد الكربونية إلى المحيط، حيث تترسب في قاع البحر. جنبا إلى جنب مع الحركات التكتونية للصفائح، انغرست قشرة المحيط الغنية بالكربون تحت القارات، وخلال عمليات مثل بناء الجبال، تم إرجاع الكربون إلى السطح على مدى فترة طويلة من الزمن.

ومع ذلك، إذا كان الكوكب يفتقر إلى ما يكفي من الماء للحفاظ على هطول أمطار ثابتة وواسعة النطاق، فإن "منظم الحرارة" لدورة الكربون ينهار. ومع ضعف هطول الأمطار والعوامل الجوية، تنخفض كفاءة "سحب" ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي بشكل ملحوظ، بينما يستمر الإطلاق البركاني. والنتيجة هي أن ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي يستمر في التراكم، وتتعزز ظاهرة الاحتباس الحراري، وترتفع درجة الحرارة بشكل أكبر، ويتبخر الماء المتبقي بمعدل متسارع، مما يشكل في نهاية المطاف حلقة مفرغة تجعل سطح الكوكب ساخناً للغاية وغير صالح للسكن.

وأشار وايت-جيانيلا إلى أن هذا يعني أنه حتى الكواكب الجافة الشبيهة بالأرض الموجودة في المنطقة الصالحة للسكن هي على الأرجح ليست أهدافًا مثالية للبحث عن الحياة. وتذكر الدراسة أيضًا أنه في العمل النظري السابق، كانت آلية دورة الكربون على الكواكب القاحلة تفتقر نسبيًا إلى الفحص المنهجي، مما قد يجعل الناس متفائلين بشكل مفرط بشأن الإمكانات الصالحة للسكن لـ "الكواكب الخارجية الصحراوية".

نظرًا لأن المراقبة المباشرة للكواكب الخارجية الصخرية لا تزال صعبة للغاية، غالبًا ما يعتمد العلماء على عمليات المحاكاة العددية لاستكشاف تطور مناخها على المدى الطويل وخصائص دورة المياه. في هذا العمل، قام فريق البحث بتحسين نموذج دورة الكربون الحالي، وإعادة توصيف العمليات الرئيسية مثل التبخر وهطول الأمطار خاصة في البيئات القاحلة، وإدخال العوامل التي غالبًا ما تم تجاهلها في الماضي، مثل تأثير حقول الرياح على توزيع بخار الماء وكفاءة التبخر.

قال جوشوا كريسانسون توتن، المؤلف المشارك للورقة البحثية والأستاذ المساعد في قسم علوم الأرض والفضاء بجامعة واشنطن، إن هذا النوع من نموذج دورة الكربون المكرر "القائم على الآلية" كان يُستخدم في الأصل لفهم تطور المناخ وتنظيم درجة حرارة الأرض في تاريخها الجيولوجي الطويل، ويتم توسيعه الآن ليشمل دراسة الكواكب الخارجية. وتظهر النتائج الجديدة أنه حتى لو كان الكوكب القاحل يحتوي على كمية معينة من المياه السطحية في المراحل المبكرة، فسيكون هناك احتمال كبير لفقدان المياه بسبب خلل في دورة الكربون في المراحل اللاحقة، ليتطور من عالم يحتمل أن يكون صالحًا للسكن إلى "كوكب غير متوازن" حار وغير صالح للسكن.

حوّل البحث أيضًا انتباهه إلى "تجربة طبيعية" قريبة جدًا: كوكب الزهرة. يشبه كوكب الزهرة حجم الأرض، وقد تشكل في نفس الوقت تقريبًا، وتشير بعض النماذج إلى أنه ربما كان يحتوي على كمية من الماء تعادل كمية المياه الموجودة على الأرض في أيامه الأولى. ومع ذلك، فإن درجة حرارة سطح كوكب الزهرة اليوم مماثلة لدرجة حرارة فرن البيتزا الذي يعمل بالحطب، والضغط السطحي مرتفع للغاية لدرجة أنه "يبدو وكأن عشرة حيتان زرقاء تضغط عليه في نفس الوقت".

لقد ناقش المجتمع العلمي منذ فترة طويلة سبب شروع الأرض والزهرة في مسارات تطورية مختلفة تمامًا. اقترح وايت-جيانيلا وكريسانسون-توتن أن كوكب الزهرة ربما تسبب في خلل في دورة الكربون وعملية دفيئة جامحة في وقت مبكر لأنه كان أقرب إلى الشمس وكان لديه كمية أولية أقل قليلاً من الماء. ومع استمرار تراكم ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي وارتفاع درجة الحرارة تدريجيًا، يتم فقدان كمية كبيرة من الماء في النهاية، وتفقد الحياة، إذا كانت موجودة من قبل، موطنها.

في السنوات القادمة، من المتوقع أن تجيب البعثات القادمة المتعددة إلى كوكب الزهرة على هذا "لغز الكوكب الشقيق" واختبار الاستنتاجات الرئيسية لنموذج دورة الكربون المذكور أعلاه. يعتقد وايت جيانيلا أنه على الرغم من أنه يكاد يكون من المستحيل على البشر الهبوط على سطح أي كوكب خارجي حقيقي في الوقت المنظور، إلا أن كوكب الزهرة - "أقرب نظير للكواكب الخارجية الشبيهة بالأرض" - يوفر نافذة فريدة من نوعها.

يتوقع فريق البحث أن تساعد البيانات الواردة من هذه المهمات في التحقق من الإطار النظري لاختلال دورة الكربون على الكواكب القاحلة، ويمكن استخدامها لتفسير خصائص الغلاف الجوي والحالات التطورية للكواكب الخارجية البعيدة. وأشار كريسانسون توتن إلى أن هذا البحث له آثار مهمة على كيفية تقييم "المخزون الحقيقي" للكواكب التي يحتمل أن تكون صالحة للحياة في الكون. من المرجح أن يتم إعادة تصنيف العديد من الأهداف التي تم تصنيفها تقريبًا على أنها "مرشحة صالحة للسكن" وفقًا لمعايير المحتوى المائي ودورة الكربون الأكثر صرامة.