منذ أن تم تأكيد أول كوكب خارجي في عام 1992 ، وجد الفلكيون آلاف العوالم خارج نظامنا الشمسي. مع حدوث المزيد والمزيد من الاكتشافات طوال الوقت ، بدأ تركيز أبحاث الكواكب الخارجية يتحول ببطء من اكتشاف الكواكب الخارجية إلى توصيف الكواكب الخارجية. بشكل أساسي ، يتطلع العلماء الآن إلى تحديد تركيبة الكواكب الخارجية لتحديد ما إذا كان يمكنهم دعم الحياة أم لا.
جزء أساسي من هذه العملية هو معرفة كمية المياه الموجودة على الكواكب الخارجية ، وهو أمر ضروري للحياة كما نعرفها. خلال مؤتمر علمي حديث ، قدم فريق من العلماء بحثًا جديدًا يشير إلى أن الماء من المحتمل أن يكون مكونًا رئيسيًا في تلك الكواكب الخارجية التي يتراوح حجمها بين ضعفين إلى أربعة أضعاف حجم الأرض. سيكون لهذه النتائج آثار خطيرة عندما يتعلق الأمر بالبحث عن حياة خارج نظامنا الشمسي.
كان البحث موضوع عرض تقديمي بعنوان "تفسير نموذج النمو لتوزيع حجم الكوكب" ، والذي تم في مؤتمر Goldschmidt لعام 2018 في بوسطن. خلال جلسة بعنوان "دور الهروب الجوي المتطرف من الكواكب الخارجية الساخنة" ، قدم الفريق نتائج تشير إلى أن عوالم المياه قد تكون أكثر شيوعًا مما كان يعتقد سابقًا.
واستندت هذه النتائج على بيانات من تلسكوب كيبلر الفضائي و جايا المهمة ، التي تم تحليلها من قبل فريق دولي من العلماء بقيادة الدكتور لي زنغ - باحث من قسم علوم الأرض والكواكب في جامعة هارفارد. كما أشاروا ، فإن كبلر قامت المهمة بدقة بقياس نصف قطر أكثر من 4000 مرشحًا من الكواكب الخارجية ، إلى جانب الفترات المدارية وغيرها من المعلمات.
يمكن تقسيم مرشحي الكواكب الخارجية هذه إلى فئتين الحجم: تلك التي لديها 1.5 ضعف نصف قطر الأرض ، وتلك التي يبلغ متوسطها حوالي 2.5 نصف قطر الأرض. جنبا إلى جنب مع قياسات الكتلة والقطر الأخيرة من جايا المهمة ، تمكن الفريق من تطوير نموذج للبنية الداخلية لهذه الكواكب. في حين يُعتقد أن الكواكب التي تقع في الفئة الأولى صخرية ، يُعتقد عمومًا أن الكواكب الأخيرة تتراوح من الأرض الفائقة إلى عمالقة الغاز بحجم نبتون.
ومع ذلك ، وفقًا للنموذج الذي طوره لي وزملاؤه ، فإن العديد من الكواكب الخارجية المؤكدة التي يتراوح حجمها بين ضعفين إلى أربعة أضعاف حجم الأرض قد تكون في الواقع عوالم مائية. على هذه الكواكب ، يتكون ما يقرب من 50٪ من الكتلة من الماء ، بينما تشكل المياه 0.2٪ فقط من كتلة الأرض. كما أوضح د. زنغ أثناء العرض التقديمي:
"لقد كانت مفاجأة كبيرة أن ندرك أنه يجب أن يكون هناك الكثير من العوالم المائية ... لقد نظرنا في كيفية ارتباط الكتلة بنصف القطر ، وطورنا نموذجًا قد يفسر العلاقة. يشير النموذج إلى أن تلك الكواكب الخارجية التي يبلغ قطرها حوالي نصف قطر الأرض x1.5 تميل إلى أن تكون كواكب صخرية (عادة من كتلة الأرض x5) ، في حين أن تلك التي يبلغ نصف قطرها 2.5x الأرض (مع كتلة حول x10 تلك الموجودة في الأرض) هي على الأرجح عوالم مائية ".
ومع ذلك ، عندما ينظر المرء في الخصائص المدارية لهذه الكواكب (أي مدى قرب مدارها إلى نجومها) ، تبدأ صورة مثيرة للاهتمام في الظهور. كما أوضح لي ، فإن هذه "العوالم المائية" ليست الكثير من الكواكب الصخرية المغطاة في المحيطات العميقة ، ولكنها نوع جديد تمامًا من الكوكب لا يوجد مكافئ له في النظام الشمسي.
"هذا ماء ، ولكن ليس كما هو شائع هنا على الأرض. من المتوقع أن تتراوح درجة حرارة سطحها بين 200 و 500 درجة مئوية ”. "قد يكون سطحها محاطًا في جو يهيمن عليه بخار الماء ، مع طبقة مياه سائلة تحته. عند التعمق أكثر ، يتوقع المرء أن يجد هذا الماء يتحول إلى ثلج عالي الضغط قبل أن نصل إلى النواة الصخرية الصلبة. جمال النموذج هو أنه يشرح فقط كيفية ارتباط التكوين بالحقائق المعروفة حول هذه الكواكب. "
ولعل الأمر الأكثر إثارة للدهشة هو مدى شيوع هذه الكواكب. وفقًا لدراستهم ، أشار لي وزملاؤه إلى أن حوالي 35 ٪ من جميع الكواكب الخارجية المعروفة الأكبر من الأرض يجب أن تكون غنية بالمياه. والأكثر من ذلك ، أنهم يفترضون أنهم من المحتمل أن يتشكلوا بطريقة تشبه الطريقة التي يُعتقد أن نوى عمالقة الغاز بها - نواة صخرية محاطة بطبقات من المواد المتطايرة المصنوعة من الضغط.
وبطبيعة الحال ، فإن هذا الاكتشاف له آثار مهمة عندما يتعلق الأمر بالبحث عن الحياة خارج نظامنا الشمسي. حتى الآن ، كانت فكرة أن الماء ضروري للحياة كما نعلم أنه استنتاج مفروض للعلماء. ولكن إذا كانت هذه الدراسة صحيحة ، فيبدو أن الماء أكثر وفرة بكثير على الكواكب الخارجية مما كان عليه من قبل ، ويمكن أن يكون عائقا للحياة كما نعرفها.
إذا كانت العوالم المائية تتكون بالفعل من أجواء ساخنة وبخار وطبقات جليدية كثيفة أقرب إلى نوىها ، فسيكون من الصعب ظهور الحياة على هذه العوالم. في الأساس ، فإن الحرارة الشديدة وعدم الوصول إلى أشعة الشمس الكافية والنشاط الحراري المائي والكتل الأرضية ستجعل بيئة معادية للغاية. ومع ذلك ، تقدم الدراسة بعض الاحتمالات المثيرة للاهتمام عندما يتعلق الأمر بتوصيف الكواكب الخارجية ورؤية ما هو موجود.
بالنظر إلى المستقبل ، يأمل لي وزملاؤه في إطلاقه حديثًا ساتل مسح الكواكب الخارجية العابر (TESS) ستجد المزيد من هذه العوالم المائية. وسيتبع ذلك بعد ذلك التلسكوبات الأرضية - وسيتم إطلاقها قريبًا تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) - والتي ستوفر قياسات طيفية تساعد العلماء على تمييز تركيبات هذه الكواكب وأجواءها.
كما قالت الأستاذة سارة سيجر ، أستاذة علوم الكواكب في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) ونائب مدير العلوم في بعثة TESS:
"إنه لأمر مدهش أن نعتقد أن الكواكب الخارجية المتوسطة الحجم الغامضة يمكن أن تكون عوالم مائية بكميات هائلة من الماء. نأمل أن تساعد عمليات رصد الغلاف الجوي في المستقبل - للأجواء البخارية الكثيفة - على دحض النتائج الجديدة أو دحضها. "
في هذه الأثناء ، لا يزال هناك الكثير من العوالم الصخرية التي يمكن استكشافها بحثًا عن علامات الحياة!
