عند البحث عن كواكب خارج نطاق الطاقة الشمسية يمكن أن تكون قابلة للسكن ، فإن العلماء مقيدون إلى حد ما بحقيقة أننا نعرف كوكب واحد فقط حيث توجد الحياة (أي الأرض). لهذا السبب ، يبحث العلماء عن الكواكب الأرضية (أي الصخرية) ، والمدار داخل مناطق النجم الصالحة للسكن ، ويظهرون علامات التوقيعات الحيوية مثل ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي - وهو أمر أساسي للحياة كما نعرفها.
هذا الغاز ، الذي هو نتيجة إلى حد كبير للنشاط البركاني هنا على الأرض ، يزيد من حرارة السطح من خلال تأثير الاحتباس الحراري والدورات بين سطح الأرض والغلاف الجوي من خلال العمليات الطبيعية. لهذا السبب ، يعتقد العلماء منذ فترة طويلة أن تكتونية الصفائح ضرورية للسكن. ومع ذلك ، وفقًا لدراسة جديدة أجراها فريق من جامعة ولاية بنسلفانيا ، قد لا يكون هذا هو الحال.
نُشرت الدراسة مؤخرًا في المجلة العلمية بعنوان "ركوب الكربون واستدامة الكواكب الراكدة ذات الحجم الأرضي". علم الأحياء الفلكية. أجرى الدراسة برادفورد فولي وأندرو جيه. سماي ، أستاذان مساعدان من قسم علوم الأرض في جامعة ولاية بنسلفانيا.
على الأرض ، البراكين هي نتيجة تكتونية الصفائح وتحدث حيث تتصادم صفحتان. هذا يسبب الاندساس ، حيث يتم دفع لوحة واحدة تحت الأخرى وأعمق في باطن الأرض. يغير هذا الاندساس الوشاح الكثيف إلى الصهارة الطافية ، التي ترتفع عبر القشرة إلى سطح الأرض وتخلق البراكين. يمكن أن تساعد هذه العملية أيضًا في تدوير الكربون عن طريق دفع الكربون إلى الوشاح.
يعتقد أن تكتونيات الصفائح والبراكين كانتا محوريتين لظهور الحياة هنا على الأرض ، حيث ضمنت أن كوكبنا لديه حرارة كافية للحفاظ على الماء السائل على سطحه. لاختبار هذه النظرية ، ابتكر الأستاذان فولي و Smye نماذج لتحديد مدى قابلية كوكب شبيه بالأرض للسكن دون وجود تكتونيات الصفائح.
أخذت هذه النماذج في الاعتبار التطور الحراري وإنتاج القشرة الأرضية وثاني أكسيد الكربون2 ركوب الدراجات لتقييد صلاحية الكواكب الصخرية ذات الغطاء الراكد بحجم الأرض. هذه هي الكواكب حيث تتكون القشرة من لوحة كروية عملاقة واحدة تطفو على الوشاح ، بدلاً من قطع منفصلة. يُعتقد أن مثل هذه الكواكب أكثر شيوعًا بكثير من الكواكب التي تعاني من تكتونية الصفائح ، حيث لم يتم تأكيد وجود كواكب خارج الأرض تحتوي على صفائح تكتونية حتى الآن. كما أوضح البروفيسور فولي في بيان صحفي بنسلفانيا:
تطلق البراكين الغازات في الغلاف الجوي ، ومن ثم من خلال التجوية ، يتم سحب ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي ويتم حجزه في الصخور السطحية والرواسب. موازنة هاتين العمليتين تحافظ على ثاني أكسيد الكربون عند مستوى معين في الغلاف الجوي ، وهو أمر مهم حقًا فيما إذا كان المناخ سيظل معتدلًا ومناسبًا للحياة.
بشكل أساسي ، أخذت نماذجهم في الاعتبار مقدار الحرارة التي يمكن أن يحتفظ بها مناخ الغلاف الراكد للكوكب بناءً على كمية الحرارة والعناصر المنتجة للحرارة الموجودة عندما تشكل الكوكب (المعروف أيضًا بميزانيته الحرارية الأولية). على الأرض ، تشمل هذه العناصر اليورانيوم الذي ينتج الثوريوم والحرارة عندما يتحلل ، ثم يتحلل لإنتاج البوتاسيوم والحرارة.
بعد تشغيل المئات من عمليات المحاكاة ، التي غيرت حجم الكوكب والتركيب الكيميائي ، وجدوا أن كواكب الغطاء الراكدة ستكون قادرة على الحفاظ على درجات حرارة دافئة بما يكفي يمكن أن توجد المياه السائلة على أسطحها لمليارات السنين. في الحالات القصوى ، يمكنهم الحفاظ على درجات حرارة تدعم الحياة لمدة تصل إلى 4 مليار سنة ، وهو ما يقرب من عمر الأرض.
كما أشار Smye ، يرجع ذلك جزئيًا إلى حقيقة أن تكتونيات الصفائح ليست ضرورية دائمًا للنشاط البركاني:
"لا يزال لديك بركانية على كواكب الغطاء الراكدة ، لكنها أقصر عمراً من الكواكب ذات الصفائح التكتونية لأنه لا يوجد الكثير من ركوب الدراجات. تؤدي البراكين إلى تعاقب تدفقات الحمم البركانية ، التي يتم دفنها مثل طبقات الكعكة بمرور الوقت. وتسخن الصخور والرواسب أكثر كلما دفنوا بشكل أعمق. "
ووجد الباحثون أيضًا أنه بدون تكتونية الصفائح ، لا يزال بإمكان كواكب الغطاء الراكدة ما يكفي من الحرارة والضغط لتجربة التفريغ ، حيث يمكن لثاني أكسيد الكربون الهروب من الصخور وشق طريقه إلى السطح. قال سماي ، على الأرض ، تحدث نفس العملية مع الماء في مناطق صدع الاندساس. تزداد هذه العملية بناءً على كمية العناصر المنتجة للحرارة الموجودة في الكوكب. كما أوضح فولي:
"هناك نطاق بقعة حلوة حيث يطلق كوكب ما يكفي من ثاني أكسيد الكربون لمنع الكوكب من التجمد ، ولكن ليس كثيرًا بحيث لا يمكن للعوامل الجوية سحب ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي والحفاظ على المناخ معتدلًا."
وفقًا لنموذج الباحثين ، كان وجود وكمية العناصر المنتجة للحرارة مؤشرين أفضل بكثير على قدرة الكوكب على الحفاظ على الحياة. واستناداً إلى عمليات المحاكاة الخاصة بهم ، وجدوا أن التكوين الأولي أو حجم الكوكب مهم جدًا لتحديد ما إذا كان سيصبح صالحًا للسكن أم لا. أو كما وضعوا ، يتم تحديد قابلية العيش المحتملة لكوكب عند الولادة.
من خلال إثبات أن كواكب الغطاء الراكدة لا تزال قادرة على دعم الحياة ، فإن هذه الدراسة لديها القدرة على توسيع نطاق ما يعتبره العلماء قابلاً للسكن بشكل كبير. عندما تم نشر تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) في عام 2021 ، فحص أجواء كواكب الغطاء الراكدة لتحديد وجود التواقيع الحيوية (مثل ثاني أكسيد الكربون2) سيكون هدفا علميا رئيسيا.
إن معرفة أن المزيد من هذه العوالم يمكن أن تحافظ على الحياة هي بالتأكيد أخبار جيدة لأولئك الذين يأملون في أن نجد دليلاً على الحياة خارج الأرض في حياتنا.
