كشفت دراسة جديدة أن الكواكب الشبيهة بالأرض قد تكون شائعة في الكون. يقدم فريق من علماء الفيزياء الفلكية والكيمياء الجيولوجية أدلة جديدة على أن الأرض ليست فريدة من نوعها.
تشير دراسة جديدة لجامعة كاليفورنيا إلى أن الكواكب الشبيهة بالأرض قد تكون شائعة في الكون. يقدم فريق من علماء الفيزياء الفلكية والكيمياء الجيولوجية أدلة جديدة على أن الأرض ليست فريدة من نوعها. تم نشر الدراسة في مجلة Science في 18 أكتوبر.
وقال مؤلف مشارك ، إدوارد يونغ ، أستاذ الكيمياء الجيولوجية والكيمياء بجامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس: "لقد أثارنا للتو احتمال أن العديد من الكواكب الصخرية تشبه الأرض ، وهناك عدد كبير جدًا من الكواكب الصخرية في الكون".
طور العلماء ، بقيادة الكسندرا دويل ، طالبة الدراسات العليا في الكيمياء الجيولوجية والكيمياء الفلكية بجامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس ، طريقة جديدة لتحليل تفصيلي للكيمياء الجيولوجية للكواكب خارج نظامنا الشمسي. قام دويل بذلك عن طريق تحليل العناصر الموجودة في الصخور من الكويكبات أو شظايا الكوكب الصخري التي تدور حول ستة نجوم قزم أبيض.
وقال هيلك شليشتينج ، الأستاذ المشارك في الفيزياء الفلكية وعلوم الكواكب: "تعلم تكوين الكواكب خارج نظامنا الشمسي أمر صعب للغاية". "لقد استخدمنا الطريقة الوحيدة الممكنة - طريقة ابتكرناها - لتحديد الكيمياء الجيولوجية للصخور خارج النظام الشمسي".
النجوم القزمة البيضاء هي بقايا كثيفة محترقة من النجوم العادية. يؤدي شد الجاذبية القوي إلى غرق العناصر الثقيلة مثل الكربون والأكسجين والنيتروجين بسرعة في مناطقهم الداخلية ، حيث لا يمكن الكشف عن العناصر الثقيلة بواسطة التلسكوبات. يبعد أقرب نجم قزم أبيض يدرسه دويل حوالي 200 سنة ضوئية عن الأرض وأبعده 665 سنة ضوئية.
وقال دويل "بمراقبة هذه الأقزام البيضاء والعناصر الموجودة في جوها ، نلاحظ العناصر الموجودة في الجسم التي تدور حول القزم الأبيض". وقالت إن سحب الجاذبية الكبير للقزم الأبيض يمزق جزء الكويكب أو الكوكب الذي يدور حوله ، وتقع المادة على القزم الأبيض. "مراقبة قزم أبيض يشبه إجراء تشريح على محتويات ما التهمت في نظامها الشمسي."
تم جمع البيانات التي حللها دويل بواسطة التلسكوبات ، ومعظمها من مرصد دبليو كيك في هاواي ، والتي جمعها علماء الفضاء في السابق لأغراض علمية أخرى.
وقال دويل: "إذا نظرت فقط إلى نجم قزم أبيض ، أتوقع أن أرى الهيدروجين والهيليوم". "لكن في هذه البيانات ، أرى أيضًا مواد أخرى ، مثل السيليكون والمغنيسيوم والكربون والأكسجين - مواد تراكمت على الأقزام البيضاء من أجسام كانت تدور حولها".
وقال يونغ إنه عندما يتأكسد الحديد ، فإنه يشارك إلكتروناته بالأكسجين ، ويشكل رابطة كيميائية بينهما. وقال "هذا يسمى الأكسدة ، ويمكنك أن ترى ذلك عندما يتحول المعدن إلى صدأ". "الأكسجين يسرق الإلكترونات من الحديد ، وينتج أكسيد الحديد بدلاً من معدن الحديد. قمنا بقياس كمية الحديد التي تتأكسد في هذه الصخور التي ضربت القزم الأبيض. درسنا مقدار الصدأ المعدني".
وقال يونج إن الصخور من الأرض والمريخ وأماكن أخرى في نظامنا الشمسي متشابهة في تركيبها الكيميائي وتحتوي على مستوى عالٍ بشكل مدهش من الحديد المؤكسد. وقال "لقد قمنا بقياس كمية الحديد التي تتأكسد في هذه الصخور التي ضربت القزم الأبيض".
تتكون الشمس في معظمها من الهيدروجين ، الذي يفعل عكس المؤكسد - يضيف الهيدروجين الإلكترونات.
وقال الباحثون إن أكسدة كوكب صخري له تأثير كبير على غلافه الجوي وجوهره ونوع الصخور التي ينتجها على سطحه. وقال يونج: "كل الكيمياء التي تحدث على سطح الأرض يمكن أن تُعزى في النهاية إلى حالة تأكسد الكوكب". "حقيقة أن لدينا محيطات وجميع المكونات الضرورية للحياة يمكن إرجاعها إلى الكوكب الذي يتأكسد كما هو. الصخور تتحكم في الكيمياء".
حتى الآن ، لم يعرف العلماء بأي تفاصيل ما إذا كانت كيمياء الكواكب الخارجية الصخرية تشبه أو تختلف تمامًا عن كيمياء الأرض.
"مشابه جدا" ، قال دويل. "إنها تشبه الأرض ومثل المريخ من حيث الحديد المؤكسد لها. نجد أن الصخور هي صخور في كل مكان ، مع الجيوفيزياء والكيمياء الجيولوجية مماثلة جدا".
وقال يونغ "لقد كان دائما لغزا لماذا تتأكسد الصخور في نظامنا الشمسي". "ليس هذا ما تتوقعه. كان السؤال هو ما إذا كان هذا سيكون صحيحًا أيضًا حول النجوم الأخرى. دراستنا تقول نعم. هذا يبشر بالخير حقًا للبحث عن كواكب شبيهة بالأرض في الكون."
درس الباحثون العناصر الستة الأكثر شيوعًا في الصخور: الحديد والأكسجين والسيليكون والمغنيسيوم والكالسيوم والألمنيوم. لقد استخدموا الحسابات الرياضية والصيغ لأن العلماء غير قادرين على دراسة الصخور الفعلية من الأقزام البيضاء. وقال دويل ، الذي تكمن خلفيته في الجيولوجيا والرياضيات: "يمكننا تحديد الكيمياء الجيولوجية لهذه الصخور رياضيا ومقارنة هذه الحسابات بالصخور الموجودة لدينا من الأرض والمريخ". "فهم الصخور أمر بالغ الأهمية لأنها تكشف عن الجيوكيمياء والجيوفيزياء في الكوكب."
وقال شليتشينج: "إذا كانت الصخور خارج كوكب الأرض تحتوي على كمية مماثلة من الأكسدة مثل الأرض ، فيمكنك استنتاج أن الكوكب له تكتونيات الصفائح المتشابهة وإمكانات مماثلة للحقول المغناطيسية مثل الأرض ، والتي يُعتقد على نطاق واسع أنها مكونات أساسية للحياة". "هذه الدراسة هي قفزة إلى الأمام في أن تكون قادرة على جعل هذه الاستدلالات لهيئات خارج نظامنا الشمسي وتشير إلى أنه من المحتمل جدًا وجود نظائر الأرض".
وقال: "النتيجة هي أننا نقوم بعمل كيمياء جيولوجية حقيقية على صخور من خارج نظامنا الشمسي. معظم علماء الفيزياء الفلكية لن يفكروا في القيام بذلك ، ولا يعتقد معظم علماء الجيولوجيا في تطبيق هذا على قزم أبيض".
تم تمويل البحث من قبل ناسا.
تشير دراسة جديدة لجامعة كاليفورنيا إلى أن الكواكب الشبيهة بالأرض قد تكون شائعة في الكون. يقدم فريق من علماء الفيزياء الفلكية والكيمياء الجيولوجية أدلة جديدة على أن الأرض ليست فريدة من نوعها. تم نشر الدراسة في مجلة Science في 18 أكتوبر.
وقال مؤلف مشارك ، إدوارد يونغ ، أستاذ الكيمياء الجيولوجية والكيمياء بجامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس: "لقد أثارنا للتو احتمال أن العديد من الكواكب الصخرية تشبه الأرض ، وهناك عدد كبير جدًا من الكواكب الصخرية في الكون".
طور العلماء ، بقيادة الكسندرا دويل ، طالبة الدراسات العليا في الكيمياء الجيولوجية والكيمياء الفلكية بجامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس ، طريقة جديدة لتحليل تفصيلي للكيمياء الجيولوجية للكواكب خارج نظامنا الشمسي. قام دويل بذلك عن طريق تحليل العناصر الموجودة في الصخور من الكويكبات أو شظايا الكوكب الصخري التي تدور حول ستة نجوم قزم أبيض.
وقال يونج "نحن ندرس الكيمياء الجيولوجية في صخور النجوم الأخرى ، وهو أمر لم يسمع به أحد تقريبا".
وقال هيلك شليشتينج ، الأستاذ المشارك في الفيزياء الفلكية وعلوم الكواكب: "تعلم تكوين الكواكب خارج نظامنا الشمسي أمر صعب للغاية". "لقد استخدمنا الطريقة الوحيدة الممكنة - طريقة ابتكرناها - لتحديد الكيمياء الجيولوجية للصخور خارج النظام الشمسي".
النجوم القزمة البيضاء هي بقايا كثيفة محترقة من النجوم العادية. يؤدي شد الجاذبية القوي إلى غرق العناصر الثقيلة مثل الكربون والأكسجين والنيتروجين بسرعة في مناطقهم الداخلية ، حيث لا يمكن الكشف عن العناصر الثقيلة بواسطة التلسكوبات. يبعد أقرب نجم قزم أبيض يدرسه دويل حوالي 200 سنة ضوئية عن الأرض وأبعده 665 سنة ضوئية.
وقال دويل "بمراقبة هذه الأقزام البيضاء والعناصر الموجودة في جوها ، نلاحظ العناصر الموجودة في الجسم التي تدور حول القزم الأبيض". وقالت إن سحب الجاذبية الكبير للقزم الأبيض يمزق جزء الكويكب أو الكوكب الذي يدور حوله ، وتقع المادة على القزم الأبيض. "مراقبة قزم أبيض يشبه إجراء تشريح على محتويات ما التهمت في نظامها الشمسي."
تم جمع البيانات التي حللها دويل بواسطة التلسكوبات ، ومعظمها من مرصد دبليو كيك في هاواي ، والتي جمعها علماء الفضاء في السابق لأغراض علمية أخرى.
وقال دويل: "إذا نظرت فقط إلى نجم قزم أبيض ، أتوقع أن أرى الهيدروجين والهيليوم". "لكن في هذه البيانات ، أرى أيضًا مواد أخرى ، مثل السيليكون والمغنيسيوم والكربون والأكسجين - مواد تراكمت على الأقزام البيضاء من أجسام كانت تدور حولها".
وقال يونغ إنه عندما يتأكسد الحديد ، فإنه يشارك إلكتروناته بالأكسجين ، ويشكل رابطة كيميائية بينهما. وقال "هذا يسمى الأكسدة ، ويمكنك أن ترى ذلك عندما يتحول المعدن إلى صدأ". "الأكسجين يسرق الإلكترونات من الحديد ، وينتج أكسيد الحديد بدلاً من معدن الحديد. قمنا بقياس كمية الحديد التي تتأكسد في هذه الصخور التي ضربت القزم الأبيض. درسنا مقدار الصدأ المعدني".
وقال يونج إن الصخور من الأرض والمريخ وأماكن أخرى في نظامنا الشمسي متشابهة في تركيبها الكيميائي وتحتوي على مستوى عالٍ بشكل مدهش من الحديد المؤكسد. وقال "لقد قمنا بقياس كمية الحديد التي تتأكسد في هذه الصخور التي ضربت القزم الأبيض".
تتكون الشمس في معظمها من الهيدروجين ، الذي يفعل عكس المؤكسد - يضيف الهيدروجين الإلكترونات.
وقال الباحثون إن أكسدة كوكب صخري له تأثير كبير على غلافه الجوي وجوهره ونوع الصخور التي ينتجها على سطحه. وقال يونج: "كل الكيمياء التي تحدث على سطح الأرض يمكن أن تُعزى في النهاية إلى حالة تأكسد الكوكب". "حقيقة أن لدينا محيطات وجميع المكونات الضرورية للحياة يمكن إرجاعها إلى الكوكب الذي يتأكسد كما هو. الصخور تتحكم في الكيمياء".
حتى الآن ، لم يعرف العلماء بأي تفاصيل ما إذا كانت كيمياء الكواكب الخارجية الصخرية تشبه أو تختلف تمامًا عن كيمياء الأرض.
ما مدى تشابه الصخور التي حللها فريق جامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس مع صخور الأرض والمريخ؟
"مشابه جدا" ، قال دويل. "إنها تشبه الأرض ومثل المريخ من حيث الحديد المؤكسد لها. نجد أن الصخور هي صخور في كل مكان ، مع الجيوفيزياء والكيمياء الجيولوجية مماثلة جدا".
وقال يونغ "لقد كان دائما لغزا لماذا تتأكسد الصخور في نظامنا الشمسي". "ليس هذا ما تتوقعه. كان السؤال هو ما إذا كان هذا سيكون صحيحًا أيضًا حول النجوم الأخرى. دراستنا تقول نعم. هذا يبشر بالخير حقًا للبحث عن كواكب شبيهة بالأرض في الكون."
النجوم البيضاء القزمة هي بيئة نادرة للعلماء لتحليلها.
درس الباحثون العناصر الستة الأكثر شيوعًا في الصخور: الحديد والأكسجين والسيليكون والمغنيسيوم والكالسيوم والألمنيوم. لقد استخدموا الحسابات الرياضية والصيغ لأن العلماء غير قادرين على دراسة الصخور الفعلية من الأقزام البيضاء. وقال دويل ، الذي تكمن خلفيته في الجيولوجيا والرياضيات: "يمكننا تحديد الكيمياء الجيولوجية لهذه الصخور رياضيا ومقارنة هذه الحسابات بالصخور الموجودة لدينا من الأرض والمريخ". "فهم الصخور أمر بالغ الأهمية لأنها تكشف عن الجيوكيمياء والجيوفيزياء في الكوكب."
وقال شليتشينج: "إذا كانت الصخور خارج كوكب الأرض تحتوي على كمية مماثلة من الأكسدة مثل الأرض ، فيمكنك استنتاج أن الكوكب له تكتونيات الصفائح المتشابهة وإمكانات مماثلة للحقول المغناطيسية مثل الأرض ، والتي يُعتقد على نطاق واسع أنها مكونات أساسية للحياة". "هذه الدراسة هي قفزة إلى الأمام في أن تكون قادرة على جعل هذه الاستدلالات لهيئات خارج نظامنا الشمسي وتشير إلى أنه من المحتمل جدًا وجود نظائر الأرض".
وقال يونغ إن وزارته تعمل على حد سواء مع علماء الفيزياء الفلكية والكيمياء الجيولوجية.
وقال: "النتيجة هي أننا نقوم بعمل كيمياء جيولوجية حقيقية على صخور من خارج نظامنا الشمسي. معظم علماء الفيزياء الفلكية لن يفكروا في القيام بذلك ، ولا يعتقد معظم علماء الجيولوجيا في تطبيق هذا على قزم أبيض".
تم تمويل البحث من قبل ناسا.