الفلك

هل تأخذ المنطقة الصالحة للسكن أجسامًا مغلقة مدًا في الاعتبار؟

هل تأخذ المنطقة الصالحة للسكن أجسامًا مغلقة مدًا في الاعتبار؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

تخيل كوكبًا مغلقًا مداريًا يدور حول قزم أحمر ، حيث لا تقع قابلية السكن بالقرب من منطقة النهاية ، ولكن على غطاء "صغير" عادي لضوء النجوم الساقط (ذروة) بمتوسط ​​دائم +15 درجة مئوية على مدار العام ، والاختلافات خلال العام اعتمادًا على المدار شذوذ.

إذا كان هناك جسم واحد (ربما ليس كرويًا) في نظامنا الشمسي يدور حول بعض المدارات القريبة من مدار دائري حول الشمس ، إلى أي مدى سيكون بعيدًا عن الشمس لمقابلة درجة حرارة ذروة ذروة +15 درجة مئوية؟ هل تجعل المنطقة الصالحة للسكن أكبر مما هي عليه؟


هل تأخذ المنطقة الصالحة للسكن أجسامًا مغلقة مدًا في الاعتبار؟ - الفلك

بينما نعلم أن النجوم القزمية الصفراء مثل شمسنا قادرة على دعم الحياة ، هناك نوع آخر من النجوم يمثل أرضًا رئيسية للبحث عن الكواكب الخارجية التي يحتمل أن تكون صالحة للسكن.

النجوم القزمية M شائعة للغاية في الكون والنجوم النموذجية صغيرة وخافتة نسبيًا ، مما يجعل من السهل على علماء الفلك اكتشاف كوكب عابر. إذا كانت الكواكب التي تدور في مدارات قريبة بما يكفي من القزم M ، فمن الممكن نظريًا أن تقع داخل المنطقة الصالحة للسكن حيث المياه السطحية السائلة ، وبالتالي الحياة ، ممكنة.


انطباع الفنان عن نجم قزم M محاط بالكواكب.

ومع ذلك ، فإن المنطقة الصالحة للسكن في M-dwarf غير مفهومة جيدًا. ليس من الواضح إلى أي مدى يجب أن تدور الكواكب حول النجم حتى يصبح الماء السائل على السطح ممكنًا. قال رافي كومار كوبارابو Ravi Kumar Kopparapu ، وهو عالم أبحاث مساعد في مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا في ماريلاند ، نظرًا لأن الكواكب الموجودة في هذا النطاق المدار قريبة جدًا من القزم M ، فقد تكون مقفلة بشكل مدّي.

قال: "إنهم دائمًا ما يواجهون نفس الجانب من النجم ، تمامًا كما يواجه القمر حول الأرض".

يمكن أن يؤدي هذا الوضع إلى استقرار المناخ مدى الحياة ، ولكن من ناحية أخرى ، قد يكون الجانب المواجه للنجم شديد الحرارة بينما يكون الجانب المواجه بعيدًا شديد البرودة.

قال Kopparapu إن فهم المناطق الصالحة للسكن حول M-dwarfs يجب أن يأتي بسرعة بسبب المهمات القادمة في أبحاث الكواكب الخارجية. من المقرر إطلاق القمر الصناعي الاستقصائي للكواكب الخارجية العابرة (TESS) التابع لوكالة ناسا في العام المقبل لمراقبة المزيد من الكواكب ولتكون بمثابة دليل إرشادي لتلسكوب جيمس ويب الفضائي التابع لناسا في عام 2018. يمكن أن يوفر جيمس ويب بيانات عالية الدقة يمكن أن تخبرنا عن نوع الغازات. موجود في الغلاف الجوي لكوكب يدور حول نجم قزم M. يمكن أن تبرز هذه البيانات تفاصيل مثل درجة حرارة الكوكب ، وتكشف عن إمكانية وجود الظروف المناسبة للحياة.

نُشرت مؤخرًا ورقة تستند إلى بحث Kopparapu ، "الحافة الداخلية للمنطقة الصالحة للسكن للكواكب التي تدور بشكل متزامن حول النجوم منخفضة الكتلة باستخدام نماذج الدوران العامة" في مجلة الفيزياء الفلكية.


سيبحث القمر الصناعي العابر لمسح الكواكب الخارجية (TESS) عن الكواكب حول النجوم القريبة الساطعة.

نموذج مناخي مصقول

جاء Kopparapu سابقًا بنموذج مناخي أحادي البعد للمناطق الصالحة للسكن حول جميع النجوم ، بما في ذلك الأقزام M. لم يأخذ هذا النموذج في الحسبان انغلاق المد والجزر حول النجم ، ولكن بدلاً من ذلك وجد نوعين من حدود القابلية للسكن. الأول هو الحد من الاحتباس الحراري الرطب ، حيث يكون كوكب قريب بما يكفي من نجم به بخار ماء يغلب عليه الغلاف الجوي مما يجعل الكوكب غير صالح للسكن بسبب درجات الحرارة المرتفعة. الحد الثاني هو تأثير الاحتباس الحراري الجامح ، حيث تكون الطاقة من النجم شديدة جدًا (أعلى من الطاقة الممتصة في حد الاحتباس الحراري الرطب) بحيث تتسبب في تبخر المحيطات.

النموذج الجديد ، الموضح في أحدث ورقة ، يحاكي كوكبًا غنيًا بالمياه (حجم الأرض تقريبًا). وجدت الأبحاث السابقة باستخدام هذا النموذج نفسه أن مناخ مثل هذا الكوكب سيعتمد على دوران الغلاف الجوي ، والذي يعتمد بدوره على قوة كوريوليس (الناتجة عن دوران الكوكب). في الكواكب التي تدور ببطء بالقرب من الحافة الداخلية للمنطقة الصالحة للسكن ، تكون قوة كوريوليس ضعيفة ، وتبقى الغيوم ثابتة إلى حد ما ، ويكون للكوكب درجات حرارة أقل مما تنبأت به النماذج أحادية البعد لأن السحب تعكس ضوء النجم. ينتج عن هذا أن تكون المنطقة الصالحة للسكن أقرب بكثير إلى النجم لمراعاة تأثير التبريد هذا.

تمكن فريق كوبارابو من إعادة إنتاج تلك النتائج ، ولكن كان هناك اختلاف رئيسي واحد.

قال: "المناطق الصالحة للسكن لدينا أبعد قليلاً عن النجم مما تحصل عليه من نموذجهم لأن الكواكب تزداد دفئًا بشكل أسرع". "هذا يعني أن عرض المنطقة الصالحة للسكن حول النجوم M-dwarf ليس عريضًا كما كان يُعتقد سابقًا."


تتم مقارنة المناطق الصالحة للسكن المقدرة للنجوم A و G و M في هذا الرسم التخطيطي. هناك حاجة إلى مزيد من الصقل لفهم حجم هذه المناطق بشكل أفضل.

قال كوبارابو إن فريقه أخذ في الاعتبار قانون كبلر الثالث للحركة ، والذي يعد جزءًا أساسيًا من الفيزياء وعلم الفلك. القانون ، ببساطة ، يقول إن الوقت الذي يستغرقه كوكب ما للدوران حول نجمه يتناسب تقريبًا مع حجم مداره. افترضت الدراسة الأقدم فترة مدارية ثابتة تبلغ 60 يومًا على الحافة الداخلية للمنطقة الصالحة للسكن ، لكن الفترة المدارية والدورانية لم تتطابق مع ما يتوقعه قانون كبلر.

تم التخطيط لمزيد من الدراسة لتحسين حجم هذه المناطق الصالحة للسكن. حصل كوبارابو على تمويل من برنامج العوالم الصالحة للسكن التابع لوكالة ناسا. يشتمل برنامج العوالم الصالحة للسكن التابع لوكالة ناسا على عناصر من برنامج علم الأحياء الفلكية ، وبرنامج استكشاف المريخ ، وبرنامج الكواكب الخارجية. سيعمل اقتراحه على تحديث فهمنا لكيفية امتصاص بخار الماء للإشعاع القادم من النجم. يمكن أن يؤثر هذا على دفء الكوكب ويقلل بشكل أكبر من عرض المنطقة الصالحة للسكن.

تشمل مصادر التمويل للعمل مختبر الكواكب الافتراضي التابع لمعهد ناسا للبيولوجيا الفلكية ، وبرنامج الغلاف الجوي الكوكبي التابع لوكالة ناسا ، ومركز الكواكب الخارجية والعوالم الصالحة للسكن ، ومؤسسة العلوم الوطنية ، ومركز أبحاث علم الأحياء الفلكي التابع لولاية بنسلفانيا.


المناطق الصالحة للسكن بالقرب من النجوم القزمة الحمراء أصغر مما كان يعتقد سابقًا

كشفت دراسة منشورة حديثًا أن المناطق الصالحة للسكن بالقرب من النجوم القزمة الحمراء قد تكون أصغر مما كان يعتقد سابقًا. يعتقد الباحثون أن الكواكب الخارجية التي تدور حول الأقزام الحمراء قد تكون مغطاة في الغالب بقشور جليدية ، باستثناء المحيطات على شكل سرطان البحر إلى حد ما على جوانبها اليومية.

يقول باحثون في الصين إن الكواكب الغريبة التي تدور حول النجوم الأكثر شيوعًا في الكون قد يكون لها في الغالب محيطات غريبة على شكل سرطان البحر على أسطحها.

وأضاف العلماء أن هذه النتائج تشير إلى المناطق الصالحة للسكن حيث تكون الحياة كما نعرفها حول هذه النجوم أصغر مما كان يعتقد سابقًا.

أكثر أنواع النجوم شيوعًا في الكون هو القزم الأحمر. هذه النجوم ، المعروفة أيضًا باسم M dwarfs ، صغيرة وخافتة ، حوالي خُمس كتلة كتلة الشمس وأقل خفوتًا حتى 50 مرة. إنهم يشكلون ما يصل إلى 70 في المائة من النجوم في الكون ، وهو عدد هائل يحتمل أن يجعلهم أماكن قيمة للبحث عن حياة خارج كوكب الأرض. في الواقع ، كشفت النتائج الأخيرة من مرصد الفضاء التابع لناسا ورسكووس كبلر أن نصف هذه النجوم على الأقل تستضيف كواكب صخرية تعادل نصف إلى أربعة أضعاف كتلة الأرض.

تركز الأبحاث حول ما إذا كان كوكب بعيد قد يستضيف الحياة كما نعرفها عادةً على ما إذا كان يحتوي على مياه سائلة أم لا ، حيث توجد حياة تقريبًا في كل مكان توجد فيه مياه سائلة على الأرض ، حتى أميال تحت الأرض. يركز العلماء عادةً على المناطق الصالحة للسكن ، والمعروفة أيضًا باسم مناطق Goldilock و [مدش] المنطقة المحيطة بالنجم حيث لا يكون الجو حارًا جدًا ولا باردًا بدرجة كافية بحيث يمتلك الكوكب مياهًا سائلة على سطحه.

الشكل الذي قد يبدو عليه الجانب النهاري من كوكب خارج المجموعة الشمسية مغلق مداريًا يدور حول قزم أحمر ، بالنظر إلى مستويات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي المشابهة للأرض في العصر الحديث. في الإطار العلوي ، يمثل اللون الأبيض الجليد بينما يمثل اللون الأزرق المياه المفتوحة على الإطار السفلي ، وتمثل الألوان درجات حرارة الهواء السطحي. تمثل الصورة العلوية في كل إطار نموذجًا للكمبيوتر لا يأخذ في الاعتبار تدفق حرارة المحيطات ، حيث تأخذ الصورة السفلية في كل إطار هذا التدفق الحراري في الاعتبار. الائتمان: Yongyun Hu

المناطق الصالحة للسكن حول الأقزام الحمراء قريبة من هذه النجوم بسبب قوتها ، وغالبًا ما تكون أقرب من المسافة التي يدور حولها عطارد حول الشمس. هذا يجعل من السهل نسبيًا على علماء الفلك اكتشاف عوالم في منطقة قزم أحمر و rsquos صالحة للسكن نظرًا لأن مدارات هذه الكواكب الخارجية صغيرة ، فهي تكمل مداراتها بسرعة وبشكل متكرر ، ويمكن للعلماء من حيث المبدأ اكتشاف الطريقة التي تخفت فيها هذه العوالم ضوء هذه النجوم. بالمرور أمامهم.

عندما يدور كوكب حول نجم قريبًا جدًا ، يمكن لجاذبية النجم و rsquos أن تجبر العالم على الانغلاق عليه. عندما يكون الكوكب مقيدًا بشكل مدّي لنجمه ، فإنه سيظهر دائمًا نفس الجانب لنجمه تمامًا كما يظهر القمر دائمًا نفس الجانب من الأرض ، بحيث يكون للكوكب جانب نهاري دائم وجانب ليلي دائم.

يمكن أن تجعل التسخين غير المتكافئ الذي تتعرض له الكواكب المغلقة تدريجيًا اختلافًا عميقًا عن الأرض. على سبيل المثال ، توقعت الأبحاث السابقة أن تصبح الجوانب المظلمة للكواكب المنغلقة تدريجيًا باردة جدًا لدرجة أن غلافها الجوي سيتجمد ، مما يترك حتى الجوانب المضاءة بنور الشمس مع القليل من الهواء. ومع ذلك ، فقد أظهرت النماذج الحديثة لدوران الغلاف الجوي أن الرياح على هذه الكواكب قد تتسبب في تدفق الحرارة بدرجة كافية لتجنب هذا الانهيار الجوي للكواكب الأرضية في المناطق الصالحة للسكن حول الأقزام الحمراء.

اقترح علماء الأحياء الفلكية مؤخرًا أن الكواكب الخارجية المغلقة تدريجيًا حول الأقزام الحمراء قد تشبه مقل العيون العملاقة. ستكون جوانبها الليلية مغطاة بقذائف جليدية متجمدة ، بينما ستستضيف جوانبها النهارية محيطات عملاقة من المياه السائلة التي تتشمس باستمرار في دفء نجومها.

ومع ذلك ، أشار عالما الكواكب يونغ يون هو وجون يانغ في جامعة بكين في بكين إلى أن الأبحاث السابقة حول كيفية ظهور الكواكب الخارجية المغلقة المدارية حول الأقزام الحمراء لم تأخذ في الاعتبار الطريقة التي يمكن أن تنتشر بها الحرارة داخل محيطات مثل هذه العوالم.

وجد هؤلاء الباحثون الآن أنه عندما تفسر نماذج الكمبيوتر الدور الذي يمكن أن يلعبه نقل حرارة المحيط ، فإن الكواكب الخارجية المغلقة تدريجيًا حول الأقزام الحمراء قد لا تشبه مقل العيون العملاقة على الإطلاق. بدلاً من ذلك ، قد تكون مغطاة في الغالب بقشور جليدية ، باستثناء المحيطات على شكل سرطان البحر إلى حد ما على جوانبها اليومية.

تضمنت عمليات المحاكاة نموذجًا حاسوبيًا يراعي بشكل شامل كل من دوران الغلاف الجوي والدورة المحيطية وكيف يمكن أن يؤثر كل منهما على الآخر على كوكب يدور حول قزم أحمر حوالي 5660 درجة فهرنهايت (3،125 درجة مئوية). استخدم النموذج نفس المعلمات الكوكبية مثل تلك الخاصة بكوكب خارج المجموعة الشمسية يسمى Gliese 581g يقع على بعد حوالي 20 سنة ضوئية ، والذي قد يكون أول عالم فضائي معروف يمكن أن يسكنه و [مدش] هذا العالم هو & ldquosuper-Earth ، & rdquo كوكب صخري أكبر 1.5 مرة من الأرض . افترض الباحثون أن الكوكب سيكون له محيط عالمي يبلغ عمقه حوالي 13125 قدمًا (4000 متر) ، وهو متوسط ​​عمق الأرض ومحيطات rsquos.

بسبب الطريقة التي تتدفق بها حرارة المحيط ، قد تكون كمية المياه المفتوحة على جوانب النهار من هذه الكواكب أكبر بكثير مما كان يعتقد من قبل. كما أنه يسخن جوانبها الليلية بكفاءة ، مما يمنع انهيار الغلاف الجوي. إذا كان ضوء النجوم ساطعًا بدرجة كافية ، أو إذا كانت هناك مستويات عالية بدرجة كافية من غازات الاحتباس الحراري مثل ثاني أكسيد الكربون ، فقد يؤدي تدفق حرارة المحيط في الواقع إلى نقص كامل في الجليد على سطح الكوكب وسطح rsquos ، حتى في الجانب الليلي.

& ldquo هذا هو العمل الأول لإظهار كيف يمكن للمحيط الديناميكي أن يغير الحالة المناخية للكواكب الخارجية الشبيهة بالأرض.

بافتراض أن هذا الكوكب الخارجي المغلق تدريجيًا يحتوي على ما يقرب من ثاني أكسيد الكربون في غلافه الجوي مثل الأرض الحديثة ، فسيكون له محيط على جانبه النهاري محاطًا بالجليد. ومع ذلك ، اقترح نموذج الكمبيوتر أن هذا المحيط لن يكون مستديرًا تمامًا مثل مقلة العين وقزحية rsquos ، ولكنه يفضل أن يكون له شكل غامض يشبه سرطان البحر ، مع اثنين من & ldquoclaws & rdquo على جانبي خط الاستواء و ldquotail & rdquo طويل على طول خط الاستواء.

& ldquo قال هو جين تاو إن شكل الكركند تم إنشاؤه بواسطة تيارات المحيطات.

وأضاف أنه قد يكون من الممكن معرفة ما إذا كانت هذه الكواكب تمتلك بالفعل محيطات على شكل سرطان البحر في المستقبل ، على الرغم من أن التلسكوبات الحالية لا يمكنها فعل ذلك.

تحدث المخالب بسبب التيارات المحيطية التي تدور مثل الأعاصير ، في حين أن الذيل الطويل هو نتيجة لشيء يسمى موجة كلفن ، والتي يمكن فهمها ببساطة كنتيجة لتيار نفاث محيطي استوائي ، & rdquo قال هو.

نظرًا لأن التيار النفاث باتجاه الشرق ، فإنه ينقل الماء الدافئ من جانب النهار إلى الجانب الليلي ، وينقل الماء البارد من الجانب الليلي إلى جانب النهار ، موضحًا سبب عدم تناسق المحيط عندما ينظر المرء من الشرق إلى الغرب.

على الرغم من أن تدفق حرارة المحيط يشير إلى أن الكواكب الخارجية المغلقة المدارية التي تدور حول أقزام حمراء قد تحتوي على مياه مفتوحة على أسطحها أكثر مما كان يعتقد من قبل ، فقد يعني ذلك أيضًا أن مناطق القزم الأحمر الصالحة للسكن هي في الواقع أضيق مما كان مقترحًا سابقًا.

وجد العلماء أن المحيط الديناميكي من المرجح أن يجبر الكواكب على دخول ما يعرف باسم تأثير الاحتباس الحراري الجامح. في هذا السيناريو ، يمتص كوكب ما حرارة كافية من نجمه لتسبب تبخر الكثير من الماء. البخار هو أحد غازات الدفيئة ، وبالتالي فإن هذا الكوكب يحبس المزيد من الحرارة من نجمه ، مما يتسبب في تبخر المزيد من المياه. في النهاية ، تغلي كل المياه الموجودة على هذا العالم ، مما يجعلها غير صالحة للسكن و [مدش] ظاهرة يمكن أن تفسر سبب جفاف كوكب الزهرة اليوم.

يقترح الباحثون أن هذه القابلية المتزايدة للتأثر بتأثير الاحتباس الحراري الجامح تعني أن الحافة الداخلية لمناطق القزم الأحمر الصالحة للسكن قد تكون بعيدة قليلاً عن هذه النجوم مما كان يعتقد سابقًا ، على الرغم من أن هو أشار إلى أنهم غير متأكدين تمامًا من مدى صغر المناطق الصالحة للسكن.

لاحظ عالم الأحياء الفلكية جيم كاستينغ في جامعة ولاية بنسلفانيا في يونيفرسيتي بارك بولاية بنسلفانيا ، والذي لم يشارك في هذه الدراسة ، أنه يود أن يرى الباحثون يحسبون حواف المناطق الصالحة للسكن بالنسبة للكواكب الخارجية المغلقة المد والجزر حول الأقزام الحمراء. كما يود أن يرى العلماء نموذجًا للتأثيرات التي قد تحدثها مجموعة أكبر من السطوع من النجوم على هذه الكواكب.

النشر: Yongyun Hu and Jun Yang، & ldquo دور نقل حرارة المحيطات في مناخات الكواكب الخارجية المغلقة المدارية حول النجوم القزمة M ، و rdquo PNAS، 2014، vol. 111 ، لا. 2، 629 & ndash634: دوى: 10.1073 / pnas.1315215111


Gliese 581: كوكب واحد قد يكون بالفعل صالحًا للسكن

بعد أكثر من 10 سنوات من اكتشاف أول كوكب خارج المجموعة الشمسية ، اكتشف علماء الفلك الآن أكثر من 250 من هذه الكواكب. حتى سنوات قليلة ماضية ، كانت معظم الكواكب الخارجية المكتشفة حديثًا عبارة عن كواكب ذات كتلة كوكب المشتري ، وربما تكون غازية. أعلن علماء الفلك مؤخرًا عن اكتشاف العديد من الكواكب التي من المحتمل أن تكون أصغر بكثير ، وكتلة دنيا أقل من 10 كتل أرضية: ما يسمى الآن بالأرض الفائقة.

في أبريل ، أعلن فريق أوروبي في مجلة علم الفلك والفيزياء الفلكية عن اكتشاف كوكبين جديدين يدوران حول النجم M Gliese 581 (قزم أحمر) ، بكتل لا تقل عن 5 و 8 كتل أرضية. نظرًا لبعدهم عن نجمهم الأم ، كانت هذه الكواكب الجديدة (المعروفة الآن باسم Gliese 581c و Gliese 581d) أول مرشحين محتملين للكواكب الصالحة للحياة.

على عكس الكواكب العملاقة الشبيهة بالمشتري والتي هي غازية بشكل أساسي ، من المتوقع أن تكون الكواكب الأرضية شديدة التنوع: سيكون بعضها جافًا وبلا تهوية ، بينما سيكون لدى البعض الآخر مياه وغازات أكثر بكثير من الأرض. فقط الجيل القادم من التلسكوبات سيسمح لنا بمعرفة ما تتكون منه هذه العوالم الجديدة وغلافها الجوي والبحث عن مؤشرات محتملة للحياة على هذه الكواكب. ومع ذلك ، فإن التحقيقات النظرية ممكنة اليوم ويمكن أن تساعد بشكل كبير في تحديد أهداف هذه الملاحظات المستقبلية.

في هذا الإطار ، علم الفلك والفيزياء الفلكية تنشر الآن دراستين نظريتين لنظام الكواكب Gliese 581. يقوم فريقان دوليان ، أحدهما بقيادة فرانك سلسيس والآخر بقيادة فيرنر فون بلوه ، بالتحقيق في إمكانية السكن لهذين الأرضين الفائقين من وجهتي نظر مختلفتين. للقيام بذلك ، قاموا بتقدير حدود المنطقة الصالحة للسكن حول Gliese 581 ، أي مدى قرب وبعد هذا النجم عن الماء السائل على سطح الكوكب.

يحسب F. Selsis وزملاؤه خصائص الغلاف الجوي للكوكب على مسافات مختلفة من النجم. إذا كان الكوكب قريبًا جدًا من النجم ، فإن خزان الماء يتبخر ، وبالتالي لا يمكن لأشكال الحياة الشبيهة بالأرض أن توجد. يتوافق الحد الخارجي مع المسافة التي يكون فيها ثاني أكسيد الكربون الغازي غير قادر على إنتاج تأثير الاحتباس الحراري القوي المطلوب لتدفئة سطح كوكب فوق نقطة تجمد الماء. يأتي عدم اليقين الرئيسي بشأن الموقع الدقيق لحدود المنطقة الصالحة للسكن من السحب التي لا يمكن حاليًا نمذجتها بالتفصيل. تحدث هذه القيود أيضًا عندما ينظر المرء إلى حالة الشمس: تشير دراسات المناخ إلى أن الحدود الداخلية تقع في مكان ما بين 0.7 و 0.9 AU ، والحد الخارجي بين 1.7 و 2.4 AU. يوضح الشكل 1 حدود المنطقة الصالحة للسكن في الشمس ، مقارنةً بحالة Gliese 581 كما تم حسابها بواسطة كل من Selsis و von Bloh.

يقوم و. فون بلوه وزملاؤه بدراسة منطقة أضيق من المنطقة الصالحة للسكن حيث يكون التمثيل الضوئي شبيهًا بالأرض ممكنًا. يعتمد إنتاج الكتلة الحيوية الضوئية على تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي ، بقدر ما يعتمد على وجود الماء السائل على الكوكب. باستخدام نموذج التطور الحراري للأرض الفائقة ، قاموا بحساب مصادر ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي (المنطلق من خلال التلال والبراكين) ومصارفه (استهلاك ثاني أكسيد الكربون الغازي عن طريق عمليات التجوية). يتمثل الجانب الرئيسي لنموذجهم في التوازن المستمر (الموجود على الأرض) بين امتصاص ثاني أكسيد الكربون في نظام الغلاف الجوي والمحيطات وإطلاقه من خلال الصفائح التكتونية. في هذا النموذج ، تعتمد القدرة على الحفاظ على الغلاف الحيوي الضوئي بشدة على عمر الكوكب ، لأن الكوكب القديم جدًا قد لا يكون نشطًا بعد الآن ، أي لن يطلق ما يكفي من غاز ثاني أكسيد الكربون. في هذه الحالة ، لن يكون الكوكب صالحًا للسكنى. لحساب حدود المنطقة الصالحة للسكن كما هو موضح في الشكل 1 ، افترض فون بلوه أن مستوى ثاني أكسيد الكربون يبلغ 10 أشرطة.

يوضح الشكل 1 حدود المنطقة الصالحة للسكن كما تم حسابها باستخدام كلا النموذجين ، وللمقارنة ، حدود المنطقة الصالحة للسكن في الشمس. وجد كلا الفريقين أنه في حين أن Gliese 581 c قريب جدًا من النجم ليكون صالحًا للسكن ، فإن كوكب Gliese 581 d قد يكون صالحًا للسكن. ومع ذلك ، قد تكون الظروف البيئية على الكوكب د قاسية جدًا بحيث لا تسمح بظهور الحياة المعقدة. الكوكب d مغلق تدريجيًا ، مثل القمر في نظامنا الأرضي والقمري ، مما يعني أن جانبًا واحدًا من الكوكب مظلم بشكل دائم. وبالتالي ، قد تكون الرياح القوية ناجمة عن اختلاف درجات الحرارة بين جانبي الكوكب ليلاً ونهارًا. نظرًا لأن الكوكب يقع على الحافة الخارجية للمنطقة الصالحة للسكن ، يجب أن تنمو أشكال الحياة مع تقليل الإشعاع النجمي ومناخ غريب للغاية.

يوضح الشكل 1 أيضًا أن مسافة الكواكب c و d إلى النجم المركزي لها اختلافات قوية بسبب انحراف مداراتها. بالإضافة إلى ذلك ، كونها قريبة من النجم ، فإن فتراتها المدارية قصيرة: 12.9 يومًا للكوكب ج و 83.6 يومًا للكوكب د. يوضح الشكل 1 أن الكوكب d قد يغادر مؤقتًا ويعود إلى المنطقة الصالحة للسكن أثناء رحلته. ومع ذلك ، حتى في ظل هذه الظروف الغريبة ، فقد تظل صالحة للسكن إذا كان غلافها الجوي كثيفًا بدرجة كافية. على أي حال ، يجب أن تكون الظروف الصالحة للسكن على الكوكب د مختلفة تمامًا عما نواجهه على الأرض.

أخيرًا وليس آخرًا ، تعد قابلية السكن المحتملة لأحد هذه الكواكب مثيرة للاهتمام بشكل خاص بسبب النجم المركزي ، وهو قزم أحمر ، نجم من النوع M. حوالي 75٪ من جميع النجوم في مجرتنا هم من فئة M من النجوم. فهي معمرة (من المحتمل أن تصل إلى عشرات المليارات من السنين) ومستقرة وتحرق الهيدروجين. لطالما اعتبرت النجوم M على أنها مرشحة سيئة لإيواء كواكب صالحة للسكن: أولاً لأن الكواكب الموجودة في المنطقة الصالحة للسكن من النجوم M مقفلة تدريجيًا ، مع جانب مظلم دائم ، حيث من المحتمل أن يتكثف الغلاف الجوي بشكل لا رجوع فيه. ثانيًا ، تمتلك النجوم M نشاطًا مغناطيسيًا مكثفًا مرتبطًا بالتوهجات العنيفة وتدفقات X العالية وتدفق الأشعة فوق البنفسجية الشديدة ، خلال مرحلتها المبكرة التي قد تؤدي إلى تآكل الغلاف الجوي للكواكب. أظهرت الدراسات النظرية مؤخرًا أن بيئة النجوم M قد لا تمنع هذه الكواكب من إيواء الحياة. أصبحت النجوم M مثيرة جدًا لعلماء الفلك لأن الكواكب الصالحة للسكن التي تدور حولها يسهل اكتشافها باستخدام السرعة الشعاعية وتقنيات العبور أكثر من الكواكب الصالحة للسكن حول النجوم الشبيهة بالشمس.

تؤكد كلتا الدراستين بالتأكيد أن Gliese 581c و Gliese 581d سيكونان هدفين رئيسيين لمهمة الفضاء المستقبلية ESA / NASA Darwin / Terrestrial Planet Finder (TPF) ، المخصصة للبحث عن الحياة على الكواكب الشبيهة بالأرض. ستجعل هذه المراصد الفضائية من الممكن تحديد خصائص الغلاف الجوي.

تم مؤخرًا قبول ورقة ثالثة حول نظام الكواكب Gliese 581 للنشر في علم الفلك والفيزياء الفلكية. في هذه الورقة ، يدرس هـ. بيوست وفريقه الاستقرار الديناميكي للنظام الكوكبي Gliese 581. مثل هذه الدراسات مثيرة للاهتمام للغاية في إطار القابلية المحتملة للسكن لهذه الكواكب لأن التطور طويل المدى لمدارات الكواكب قد ينظم مناخ هذه الكواكب. توجد اضطرابات الجاذبية المتبادلة بين الكواكب المختلفة في أي نظام كوكبي يحتوي على أكثر من كوكب واحد. في نظامنا الشمسي ، وتحت تأثير الكواكب الأخرى ، يتطور مدار الأرض بشكل دوري من دائري بحت إلى غريب الأطوار قليلاً.

هذا يكفي في الواقع لإطلاق تناوب العصور الدافئة والجليدية. كان من الممكن أن تكون التغييرات المدارية الأكثر جذرية قد حالت دون تطور الحياة. قام Beust وزملاؤه بحساب مدارات نظام Gliese 581 فوق 100 Myr ووجدوا أن النظام يبدو مستقرًا ديناميكيًا ، مما يُظهر تغيرات مدارية دورية مماثلة لتلك الموجودة على الأرض. من المتوقع أن يكون المناخ على الكواكب مستقرًا ، لذا فهو على الأقل لا يمنع الحياة من التطور ، على الرغم من أنه لا يثبت حدوث ذلك أيضًا.


ما هي المناطق الصالحة للسكن الأفضل للبحث عن الحياة بالفعل؟

الائتمان: ناسا

بالنظر إلى المستقبل ، فإن وكالة ناسا ووكالات الفضاء الأخرى لديها آمال كبيرة في مجال أبحاث الكواكب خارج الطاقة الشمسية. في العقد الماضي ، وصل عدد الكواكب الخارجية المعروفة إلى ما يقرب من 4000 ، ومن المتوقع العثور على العديد من الكواكب الأخرى بمجرد تشغيل تلسكوبات الجيل التالي. ومع وجود عدد كبير من الكواكب الخارجية المراد دراستها ، تحولت أهداف البحث ببطء بعيدًا عن عملية الاكتشاف ونحو التوصيف.

لسوء الحظ ، لا يزال العلماء يعانون من حقيقة أن ما نعتبره "منطقة صالحة للسكن" يخضع للعديد من الافتراضات. لمعالجة هذا الأمر ، نشر فريق دولي من الباحثين مؤخرًا ورقة بحثية أشاروا فيها إلى كيف يمكن لمسوح الكواكب الخارجية المستقبلية أن تنظر إلى ما وراء الأمثلة التناظرية للأرض كمؤشرات على قابلية السكن ، وتبني نهجًا أكثر شمولاً.

ظهرت الورقة ، التي تحمل عنوان "تنبؤات المناطق الصالحة للسكن وكيفية اختبارها" ، مؤخرًا على الإنترنت وتم تقديمها كورقة بيضاء إلى Astro 2020 Decadal Survey on Astrophysics و Astro 2020. قاد الفريق الذي يقف وراءه رمسيس إم راميريز ، الباحث في معهد علوم الأرض والحياة (ELSI) ومعهد علوم الفضاء (SSI) ، الذي انضم إليه مؤلفون مشاركون وموقعون مشاركون من 23 جامعة ومؤسسة.

الغرض من المسح العقدي هو النظر في التقدم السابق في مختلف مجالات البحث وتحديد الأولويات للعقد القادم. على هذا النحو ، يوفر المسح إرشادات مهمة لوكالة ناسا ومؤسسة الفضاء الوطنية (NSF) ووزارة الطاقة أثناء تخطيطهم لأهداف أبحاث علم الفلك والفيزياء الفلكية للمستقبل.

في الوقت الحاضر ، تركز العديد من هذه الأهداف على دراسة الكواكب الخارجية ، والتي ستستفيد في السنوات القادمة من نشر تلسكوبات الجيل التالي مثل تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) وتلسكوب الفضاء واسع المجال بالأشعة تحت الحمراء (WFIRST) ، بالإضافة إلى المراصد الأرضية مثل التلسكوب الكبير للغاية (ELT) وتلسكوب الثلاثين مترًا وتلسكوب ماجلان العملاق (بتوقيت جرينتش).

من أهم أولويات أبحاث الكواكب الخارجية البحث عن الكواكب التي يمكن أن توجد فيها حياة خارج المجموعة الشمسية. في هذا الصدد ، يصنف العلماء الكواكب على أنها "يحتمل أن تكون صالحة للسكن" (وبالتالي تستحق متابعة الملاحظات) بناءً على ما إذا كانت تدور أم لا داخل المناطق الصالحة للسكن لنجومها (HZ). لهذا السبب ، من الحكمة إلقاء نظرة على ما يدخل في تحديد HZ.

كما أشار راميريز وزملاؤه في ورقتهم البحثية ، فإن إحدى القضايا الرئيسية المتعلقة بصلاحية الكواكب الخارجية للسكن هي عدد الافتراضات الموضوعة. لتقسيمها ، تفترض معظم تعريفات HZ وجود الماء على السطح لأن هذا هو المذيب الوحيد المعروف حاليًا لاستضافة الحياة. تفترض هذه التعريفات نفسها أن الحياة تتطلب كوكبًا صخريًا به نشاط تكتوني يدور حول نجم لامع ودافئ بشكل مناسب.

ومع ذلك ، ألقت الأبحاث الحديثة بظلال من الشك على العديد من هذه الافتراضات. يتضمن ذلك الدراسات التي تشير إلى أن الأكسجين الجوي لا يعني تلقائيًا وجود الحياة - خاصةً إذا كان هذا الأكسجين ناتجًا عن التفكك الكيميائي وليس عملية التمثيل الضوئي. أظهرت أبحاث أخرى أن وجود غاز الأكسجين خلال الفترات المبكرة لتطور الكوكب يمكن أن يمنع ظهور أشكال الحياة الأساسية.

أيضًا ، كانت هناك دراسات حديثة تُظهر أن الصفائح التكتونية قد لا تكون ضرورية لظهور الحياة ، وأن ما يسمى بـ "عوالم الماء" قد لا يكون قادرًا على دعم الحياة (ولكن لا يزال من الممكن). علاوة على كل ذلك ، لديك عمل نظري يقترح أن الحياة يمكن أن تتطور في بحار الميثان أو الأمونيا على الأجرام السماوية الأخرى.

المثال الرئيسي هنا هو تيتان ، قمر زحل ، الذي يتميز ببيئة غنية بظروف البريبايوتك والكيمياء العضوية ، والتي يعتقد بعض العلماء أنها يمكن أن تدعم أشكال الحياة الغريبة. في النهاية ، يبحث العلماء عن مؤشرات حيوية معروفة مثل الماء وثاني أكسيد الكربون لأنها مرتبطة بالحياة على الأرض ، المثال الوحيد المعروف لكوكب يحمل الحياة.

منطقة "المعتدل" حول النجم هي المكان الذي لا يكون فيه الكوكب حارًا جدًا ولا باردًا جدًا بحيث لا يدعم الماء السائل. الائتمان: Petigura / UC Berkeley ، Howard / UH-Manoa ، Marcy / UC Berkeley.

ولكن كما أوضح راميريز لـ Universe Today عبر البريد الإلكتروني ، فإن هذه العقلية (حيث تعتبر نظائر الأرض مناسبة للحياة) لا تزال محفوفة بالمشاكل:

"التعريف الكلاسيكي للمنطقة الصالحة للسكن معيب لأن بنائه يعتمد أساسًا على الحجج المناخية المتمركزة حول الأرض والتي قد تنطبق أو لا تنطبق على الكواكب الأخرى التي يحتمل أن تكون صالحة للسكن. على سبيل المثال ، يفترض أنه يمكن دعم أغلفة جوية متعددة القضبان من ثاني أكسيد الكربون على أساس إمكانية السكن الكواكب القريبة من الحافة الخارجية للمنطقة الصالحة للسكن ، ومع ذلك ، فإن مستويات ثاني أكسيد الكربون المرتفعة سامة لنباتات وحيوانات الأرض ، وبالتالي بدون فهم أفضل لحدود الحياة ، لا نعرف مدى معقولية هذا الافتراض.

"يفترض HZ الكلاسيكي أيضًا أن ثاني أكسيد الكربون و H2O هما غازات الدفيئة الرئيسية التي تحافظ على الكواكب الصالحة للسكن ، ولكن العديد من الدراسات في السنوات الأخيرة طورت تعريفات بديلة لـ HZ باستخدام مجموعات مختلفة من غازات الدفيئة ، بما في ذلك تلك التي ، على الرغم من أنها صغيرة نسبيًا على الأرض ، مهم للكواكب الأخرى التي يحتمل أن تكون صالحة للسكن ".

في دراسة سابقة ، أوضح الدكتور راميريز أن وجود غاز الميثان والهيدروجين يمكن أن يسبب أيضًا تحذيرًا عالميًا ، وبالتالي يمتد HZ الكلاسيكي إلى حد ما. جاء ذلك بعد عام واحد فقط من قيامه مع ليزا كالتينيجر (أستاذ مشارك في معهد كارل ساجان في جامعة كورنيل) بإنتاج دراسة تظهر أن النشاط البركاني (الذي يطلق غاز الهيدروجين في الغلاف الجوي) يمكن أن يؤدي أيضًا إلى تمديد HZ للنجم.

لحسن الحظ ، ستتاح للباحثين الفرصة لاختبار هذه التعريفات ، وذلك بفضل نشر تلسكوبات الجيل التالي. لن يتمكن العلماء فقط من اختبار بعض الافتراضات القديمة التي تستند إليها المناطق السكنية ، بل سيكونون قادرين على مقارنة التفسيرات المختلفة. وفقًا للدكتور راميريز ، هناك مثال جيد يتم تقديمه من خلال مستويات غاز ثاني أكسيد الكربون التي تعتمد على مسافة الكوكب من نجمه:

سيحتاج كوكب خارج المجموعة الشمسية Kepler 62f إلى غلاف جوي غني بثاني أكسيد الكربون ليكون الماء في صورة سائلة. حقوق الصورة: NASA Ames / JPL-Caltech / T. بايل

"يمكن أن تختبر تلسكوبات الجيل التالي المنطقة الصالحة للسكن من خلال البحث عن زيادة متوقعة في ضغط ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي كلما كانت الكواكب التي يحتمل أن تكون صالحة للسكن بعيدة عن نجومها. وهذا سيختبر أيضًا ما إذا كانت دورة الكربونات والسيليكات ، وهو ما يعتقد الكثيرون أنه أبقى إن كوكبنا الصالح للسكنى لجزء كبير من تاريخه هو عملية عالمية أم لا ".

في هذه العملية ، يتم تحويل صخور السيليكات إلى صخور كربونية من خلال التجوية والتعرية ، بينما يتم تحويل صخور الكربون إلى صخور السيليكات من خلال النشاط البركاني والجيولوجي. تضمن هذه الدورة الاستقرار طويل المدى للغلاف الجوي للأرض عن طريق الحفاظ على ثبات مستويات ثاني أكسيد الكربون بمرور الوقت. كما يوضح أيضًا أن حركة الماء والصفائح التكتونية ضرورية للحياة كما نعرفها.

ومع ذلك ، لا يمكن أن يوجد هذا النوع من الدورات إلا على الكواكب التي لها أرض ، مما يستبعد فعليًا "عوالم المياه". يُعتقد أن هذه الكواكب الخارجية - التي قد تكون شائعة حول النجوم من النوع M (القزم الأحمر) - تصل إلى 50 في المائة من الماء بالكتلة. مع وجود هذه الكمية من الماء على أسطحها ، من المحتمل أن تحتوي "العوالم المائية" على طبقات كثيفة من الجليد عند حدودها الأساسية ، وبالتالي منع النشاط الحراري المائي.

ولكن كما لوحظ بالفعل ، هناك بعض الأبحاث التي تشير إلى أن هذه الكواكب لا تزال صالحة للسكن. في حين أن وفرة المياه ستمنع امتصاص الصخور لثاني أكسيد الكربون وتثبط النشاط البركاني ، فقد أظهرت عمليات المحاكاة أن هذه الكواكب لا تزال قادرة على تدوير الكربون بين الغلاف الجوي والمحيطات ، وبالتالي الحفاظ على استقرار المناخ.

يقول الدكتور راميريز إنه في حالة وجود هذه الأنواع من عوالم المحيطات ، يمكن للعلماء اكتشافها من خلال الكثافة الكوكبية المنخفضة والضغط الجوي المرتفع. ثم هناك مسألة غازات الدفيئة المختلفة ، والتي لا تعد دائمًا مؤشرًا على الغلاف الجوي الدافئ للكواكب ، اعتمادًا على نوع النجم.

تصوير فنان لعالم مائي. تشير دراسة جديدة إلى أن الأرض تمثل أقلية عندما يتعلق الأمر بالكواكب ، وأن معظم الكواكب الصالحة للسكن قد تكون أكبر من 90٪ من المحيطات. الائتمان: David A. Aguilar (CfA)

وقال: "على الرغم من أن الميثان يسخن كوكبنا ، إلا أننا وجدنا أن الميثان في الواقع يبرد أسطح كواكب المنطقة الصالحة للسكن التي تدور حول النجوم القزمة الحمراء". "إذا كان الأمر كذلك ، فإن ارتفاع كميات الميثان في الغلاف الجوي على مثل هذه الكواكب قد يعني ظروفًا متجمدة ربما تكون غير مناسبة لاستضافة الحياة. سنكون قادرين على رصد ذلك في أطياف الكواكب."

Speaking of red dwarfs, the debate rages on as to whether or not planets that orbit these stars would be capable of maintaining an atmosphere. In the past few years, multiple discoveries have suggested that rocky, tidally locked planets are common around red dwarf stars, and that they orbit within their stars' respective HZs.

However, subsequent research has reinforced the theory that the instability of red dwarf stars would likely result in solar flares that would strip the atmospheres of any planets orbiting them. Lastly, Ramirez and his colleagues raise the possibility that habitable planets could be found orbiting main sequence type-A stars, which have until recently been considered unlikely candidates. Main sequence type-A stars Sirius A, Altair, and Vega were thought to be too bright and hot to be habitable.

Ramirez says, "I am also interested in finding out if life exists on habitable zone planets orbiting A-stars. There has not been a lot of published assessments of A-star planetary habitability, but some next-generation architectures plan to observe them. We will soon learn more about the suitability of A-stars for life."

Ultimately, studies like this one, which question the definition of the "habitable zone," will come in handy when next-generation missions commence science operations. With higher-resolution, more sensitive instruments, they will be able to test and validate many of the predictions that have been made by scientists.

Artist’s concept of Earth-like exoplanets, which (according to new research) need to strike the careful balance between water and landmass. Credit: NASA

These tests will also confirm whether or not life could exist out there only as we know it, or also beyond the parameters that we consider to be "Earth-like." Ramirez says the study that he and his colleagues conducted also highlights just how important it is that we continue to invest in advanced telescope technology:

"Our paper also stresses the importance of a continued investment in advanced telescope technology. We need to be able to find and characterize as many habitable zone planets as possible if we wish to maximize our chances of finding life. However, I also hope that our paper inspires people to dream beyond just the next 10 years so. I really believe that there will eventually be missions that will be far more capable than anything that we are currently designing. Our current efforts are just the beginning of a much more committed endeavor for our species."

The 2020 Decadal Survey meeting is being hosted jointly by Board of Physics and Astronomy and the Space Studies Board of the National Academy of Sciences, and will be followed by a report to be released roughly two years from now.


Title: STABILIZING CLOUD FEEDBACK DRAMATICALLY EXPANDS THE HABITABLE ZONE OF TIDALLY LOCKED PLANETS

The habitable zone (HZ) is the circumstellar region where a planet can sustain surface liquid water. Searching for terrestrial planets in the HZ of nearby stars is the stated goal of ongoing and planned extrasolar planet surveys. Previous estimates of the inner edge of the HZ were based on one-dimensional radiative-convective models. The most serious limitation of these models is the inability to predict cloud behavior. Here we use global climate models with sophisticated cloud schemes to show that due to a stabilizing cloud feedback, tidally locked planets can be habitable at twice the stellar flux found by previous studies. This dramatically expands the HZ and roughly doubles the frequency of habitable planets orbiting red dwarf stars. At high stellar flux, strong convection produces thick water clouds near the substellar location that greatly increase the planetary albedo and reduce surface temperatures. Higher insolation produces stronger substellar convection and therefore higher albedo, making this phenomenon a stabilizing climate feedback. Substellar clouds also effectively block outgoing radiation from the surface, reducing or even completely reversing the thermal emission contrast between dayside and nightside. The presence of substellar water clouds and the resulting clement surface conditions will therefore be detectable with the Jamesmore » Webb Space Telescope. وقوو أقل


Habitable Conditions

Students use an interactive model to explore the zone of liquid water possibility around different star types and determine the characteristics of stars and planets that are most favorable for habitability.

This lists the logos of programs or partners of NG Education which have provided or contributed the content on this page. Content Created by

1. Engage students in a discussion about conditions that are necessary for life.

Introduce the idea that there is a variety of living things on Earth that live in a wide variety of environments—from organisms that live in hot springs to organisms that live in the Antarctic ice. Ask:

  • What conditions are necessary for life to exist on a planet? (Scientists think that liquid water is necessary for life. They also think that a habitable planet should have an atmosphere.) 
  • Do you think that a planet should be exactly like Earth to be able to support life? (Student answers will vary. Students should recognize that there is a wide variety of conditions on Earth that have life, so there could be planets that are very different from Earth that still have some habitable regions. Humans would not survive at the bottom of the ocean, but there are many organisms that thrive there. Some organisms use sulfur compounds for respiration, instead of oxygen humans would die without oxygen.) 

Tell students that scientists look for certain characteristics of planets to assess their potential habitability.

2. Discuss the role of uncertainty in the scientific process.

Introduce students to the concept of uncertainty in the scientific process. Explain that science is a process of learning how the world works and that scientists do not know the “right” answers when they start to investigate a question. Tell students that they can see examples of scientists' uncertainty in determining whether or not the data collected from telescopes show the presence of planets.

Show the Kepler Planet Candidates graph from the NASA Exoplanet Archive. Tell students that the red dots indicate potential planets the Kepler telescope has detected and the blue dots indicate the planets the Kepler telescope detected and have been confirmed by other means. Ask:

  • Why do you think there are more red dots than blue dots (more potential planets than confirmed planets)? (The telescope may detect planets that are not there. The technology may not be good enough to tell the difference between a planet and some other phenomenon.)
  • Why do scientists need to independently confirm the presence of planets? (Scientists need to check the accuracy of the telescope's predictions of a planet. If the telescope shows a planet and the scientists confirm that it is a planet, then the scientists can spend more time trying to learn about the planet.)

Let students know that they will be asked questions about the certainty of their predictions and that they should think about what scientific and model-based data are available as they assess their certainty with their answers. Encourage students to discuss the scientific evidence with each other to better assess their level of certainty with their predictions.

3. Introduce and discuss the use of computational models. 

Explain the concept of computational models, and give students an example of a computational model that they may have seen, such as forecasting the weather. Project the NOAA Weather Forecast Model, which provides a good example of a computational model. Tell students that scientists use planetary models to predict the motion and apparent brightness of stars if planets are present and to predict the habitability of planets. Explain that there are many different types of models and that they will be using simple models of planetary motion in this activity.

Provide students with the link to the Habitable Conditions interactive. Divide students into groups of two or three, with two being the ideal grouping to allow students to share computer workstations. Tell students they will be working through a series of pages of data with questions related to the data. Ask students to work through the activity in their groups, discussing and responding to questions as they go. 

NOTE: You can access the Answer Key for students' questions—and save students' data for online grading—through a free registration on the  High-Adventure Science portal page .

5. Discuss the issues.

After students have completed the activity, bring the groups back together and lead a discussion focusing on the following questions:

  • Why does the habitable zone change around different star types? (The habitable zone, roughly defined as the area where liquid water can exist on a planet's surface, is different around different star types because different stars have different temperatures. Around a cool star, the habitable zone will be closer to the star. Around a hot star, the habitable zone will be farther from the star.)
  • Show the model on page 4 of the activity.

According to this model, what characteristics make a planet suitable for life? (A planet should be rocky, orbit entirely in the liquid water zone, and orbit a M, K, G, or F class star.)

  • Do you think that a planet needs to orbit completely within the zone of liquid water possibility to be able to have life? (Student answers will vary. Students should note that the zone of liquid water possibility means that water can be liquid on the planet's surface. There can still be liquid water below the surface that could support living things. In this case, with liquid water under the surface, life could exist on a planet that orbits in-and-out of the zone of liquid water possibility.)

Informal Assessment

1. Check students' comprehension by asking students the following questions:

  • Why is the habitable zone around an F-class star different than the habitable zone around an M-class star?
  • What type of planet is most suitable for life: a rocky planet, or a gaseous planet?
  • Which type of planet and solar system would you want to explore further for life?

2. Use the answer key to check students' answers on embedded assessments.


Why are the planets of red dwarf stars so commonly tidally locked?

I am an aspiring science fiction writer, and I was wondering if it would be possible to have a planet which was in the habitable zone, was very roughly earth-sized, and wasn't tidally locked.

If anyone has an explanation or thoughts on this, please share!

The habitable zone of red dwarfs is very, very small, and very close to the parent star. Because it's so close it generally means that any body in that zone is going to be tidally locked.

There is a pretty neat thing that can happen with a tidally locked planet in orbit of a red dwarf they can be habitable along the terminator. So you have a blazing hot side facing the star, a freezing cold side facing away from the star, but along the terminator it could be comfortable and would allow for some pretty unique scenery.

Dumb question here as a followup:

Let's assume a planet the size of the Earth were the one in question. How wide would this habitable zone be? Would a city be able to fit into its width?

Because of current detection methods available, you're going to have a bias toward objects close to the star, which corresponds to the temperature range of liquid water at 1 earth atmosphere of pressure with red dwarf stars. That proximity promotes relatively fast tidal synchronization between objects in orbit around each other. For an exact explanation of the mechanics of tidal locking, try this excerpt from "Solar System Dynamics": https://books.google.com/books?id=aU6vcy5L8GAC&lpg=PP1&pg=PA184&hl=en#v=onepage&q&f=false

Iɽ guess that the main problem with habitability around red dwarfs is the instability of their magnetic fields, not surface temperatures. My understanding of current models is that any atmosphere will equalize temperature differences- I don't know if that holds true for terrestrial style planets. Red dwarf stars tend to have frequent outbursts, similar to sun-like stars in the T-Tauri phase of development. Aside from blasting away the atmosphere, the ionizing radiation is going to make it tough for biological macromolecules to stay around long enough for life to get a foothold before tidal locking takes place. If you're looking for some more background on the subject, explained in layman's terms, Iɽ suggest reading "Rare Earth" by Peter Ward.

The planets of red dwarf stars in the habitable zone are likely to be tidally locked because they are much closer to their sun than a planet in the habitable zone of a bright star like ours. Tidal force is inversely proportional to distance cubed, so getting closer to a massive body greatly increases tidal forces. That's why the Moon, despite being much less massive than the Sun, raises higher tides on the Earth than the Sun does.

if it would be possible to have a planet which was in the habitable zone, was very roughly earth-sized, and wasn't tidally locked.

It's possible, yes, but the planet would need to be fairly young. If it was only, say, a billion years old, there might not have been enough time for the planet to become tidally locked. But such a young planet is less likely to have multicellular life than an older planet.

If you want a planet around a red dwarf star that has complex life and is not tidally locked, Iɽ recommend:

Make the star on the massive end of the red dwarf spectrum. Like M0 or M1. The more massive the star, the brighter it is, and the farther out its habitable zone which means smaller tidal forces.

Make it as young as possible. Something like 3 billion years is probably old enough to reasonably have complex life if it developed a bit faster than Earth's did, yet still young enough that the planet might not be locked yet.

Put it toward the outer edge of the habitable zone. Earth is near the inner edge of its habitable zone, and could be maybe 40% farther away and still be habitable. Earthlike planets regulate their temperature with CO2, so such a planet would have a higher percentage of CO2 in its atmosphere and more even temperatures thanks to the greenhouse effect (less difference between daytime and nighttime, and between tropical and polar zones than Earth).

The above would also help to avoid potentially an even bigger hazard for habitable red dwarf planets than tidal locking: the young red dwarf. Unlike brighter stars like the Sun, red dwarfs start out brighter for their first few hundred million years. This means that an older planet that's currently in the habitable zone may have been interior of the habitable zone when it was young, and may have lost its water. Such a planet may have an atmosphere rich in abiotic oxygen from its lost ocean, but no water or life. Making the star a bright red dwarf and putting the planet toward the outer edge of the habitable zone minimizes the chance of that happening.


Do Atmospheres Spin Worlds to Habitability?

By: Shannon Hall January 22, 2015 0

Get Articles like this sent to your inbox

The best place to look for nearby Earth-size planets are around the smallest, coolest stars. New research shows that any exoplanets tightly circling their stars might have a better chance of being habitable than previously thought.

This artist's conception shows the planet GJ 581g, which has a 37-day orbit right in the middle of the star's habitable zone and is only three to four times the mass of Earth, circling its red dwarf star.
Lynette Cook

In the hunt for Earth 2.0, many astronomers are pointing their telescopes toward smaller, cooler stars. Not only are these so-called red dwarfs the most abundant type of star in the galaxy, but they’re also roughly one-quarter the Sun’s mass, bringing their habitable zones closer in and making it easier to spot any Goldilocks planets, either via their gravitational tugs on the star or when the planet passes in front of the star from our perspective.

There’s just one catch. A planet that orbits close enough to its dim star to be in the habitable zone could become tidally locked. Just as our planet sees one side of the Moon at all times, red dwarfs will only see one side of a close-in planet at all times. So one side of the planet will likely see continuous day and the other perpetual darkness, potentially destabilizing chemical exchanges between the atmosphere and surface or even (in extreme instances) causing the atmosphere to collapse. In short, tidally locked planets are likely uninhabitable.

New research, however, suggests not all is lost for tightly orbiting planets. Jérémy Leconte (University of Toronto and Pierre Simon Laplace Institute, France) and his colleagues think that an atmosphere’s effect might be strong enough to break any tidal locking, allowing the planet to rotate freely and exhibit a day-night cycle similar to Earth’s.

Leconte and his colleagues created a three-dimensional climate model (similar to those used in analyzing climate change on Earth) to predict the effect of a given planet’s atmosphere on the speed of its rotation.

It all goes back to the amount of starlight able to penetrate the planet’s atmosphere and reach the surface. Any temperature differences at the surface — between day and night and between the equator and the poles — drive winds. Those winds constantly push against the planet by running into mountains or creating waves on the ocean. Such friction then influences the rotation rate of the planet, helping to speed it up or slow it down.

“While gravitational tides and their associated torques tend to tidally lock the planet, thermal tides, produced by the star heating the atmosphere of the planet, tend to oppose the gravitational tides, and prevent the planets from becoming tidally locked,” says coauthor Norm Murray (University of Toronto).

Astronomers have long seen this effect on the planet Venus, where the atmosphere’s influence is so powerful that it forces the planet out of synchronous rotation into a slow retrograde rotation: to a Venusian, the Sun rises in the west and sets in the east. But Venus’s large atmosphere weighs in about 90 times heavier than our own, and planetary scientists didn’t think thinner atmospheres like Earth’s could throw their weight around as effectively.

Leconte’s simulations show that thinner atmospheres actually have a larger rotational effect on their planets. With less scattered sunlight, extra heat reaches the deepest atmospheric layer and creates stronger winds. If Venus were to have an atmosphere like Earth’s, it would spin 10 times faster. This is radically different from previous research, which suggested that it would spin 50 times slower.

An unlocked planet should have strong atmospheric mixing and relatively stable temperatures. “This greatly increases the chances for atmospheric stability — and, hence, for life — on any of these bodies, provided they are Earth-like in terms of mass, water content, and maybe their atmospheres,” says exoplanet expert René Heller (McMaster University, Canada).

In addition, it avoids many problems created on tidally locked planets, Take the cold trap, for example. “Liquid water on the sunny side tends to evaporate, and is thence transported by winds (driven by the temperature gradient) to the dark side, where it precipitates as snow and forms large-scale ice sheets,” says Murray. “Since the back side never sees the light of the host star, the ice sheets may well be permanent.” Eventually all the liquid water would move to the dark side, making life impossible.

Although the researchers show that a large number of known terrestrial exoplanets should have a day-night cycle, potentially rendering them habitable, the duration of their days could last between a few weeks and a few months. So Heller cautions that these planets would still be far from Earth-like, with only a few days per year.

Hopefully the theoretical results don’t remain in the observational dark for too long. Astronomers can determine the temperature of exoplanets when they pass behind their host stars. But it won’t be easy to do this for Earth-size worlds. Leconte thinks it might be within reach of the James Webb Space Telescope (slated to launch in 2018) if there is a particularly favorable planet to observe. If not, astronomers might have to wait for the European Extremely Large Telescope, whose first light is tentatively scheduled for 2024.

Learn more about the weird weather on alien worlds in a special report featured in our May 2014 issue.


In the Zone: How Scientists Search for Habitable Planets

This artist's concept shows a Super Venus planet on the left, and a Super Earth on the right. Researchers use a concept known as the habitable zone to distinguish between these two types of planets, which exist beyond our solar system.

Super Venuses and Super Earths are similar to Venus and Earth, respectively, but larger in mass. Similar to our solar system's worlds, a Super Venus would most likely be a dry, toxic wasteland while a Super Earth might host oceans.

The habitable zone is the region around a star where liquid water -- an essential ingredient for life as we know it -- can pool on the surface. Earth lies within the habitable zone around our star. A recent study looked at the planet Kepler-69c, discovered by NASA's Kepler mission and originally thought to lie in its star's habitable zone. The planet is 1.7 times the size of Earth and lies 2,700 light-years away. The analysis showed that this planet lies just outside the inner edge of the zone, making it more of a Super Venus than a Super Earth. That means the planet is not a tropical paradise, but more likely scorching hot, with volcanic eruptions.

The search for planets as small as Earth, situated in the habitable zones of stars like our sun, is ongoing.


شاهد الفيديو: ЛУЧШИЙ КОМБЕК В ИСТОРИИ ДОТЫ!!! OG НЕПОБЕДИМЫ?! OG VS TUNDRA, LIQUID VS CHIKEN FIGHTERS НОВОСТИ ДОТЫ (سبتمبر 2022).


تعليقات:

  1. Omari

    إنه دقيق

  2. Domingo

    أنا آسف لأنني لا أستطيع المشاركة في المناقشة الآن. القليل جدا من المعلومات. لكنني سأكون سعيدًا باتباع هذا الموضوع.



اكتب رسالة