الفلك

هل جميع نماذج كواكب المحيط مغطاة نظريًا بالغيوم؟

هل جميع نماذج كواكب المحيط مغطاة نظريًا بالغيوم؟


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.

خذ على سبيل المثال كوكب محيط أصغر قليلاً من الأرض. لنفترض أن لديها محيطًا على مستوى الكوكب يبلغ متوسط ​​عمقه 10 أميال. لنفترض من أجل الجدل ، أن هناك لبًا خارجيًا منصهرًا ودورًا ينتج مجالًا مغناطيسيًا وأن هناك تكتونية للصفائح (على الرغم من أنها ليست بنفس درجة الأرض). تخيل أيضًا أن هناك براكين يصل ارتفاعها إلى 5 أميال تحت مستوى سطح البحر. تشبه درجة حرارة الكوكب الفعالة درجة حرارة الأرض (دون احتساب الدفيئة). هل سيكون مثل هذا العالم بدون أرض مغطاة بالغيوم دائمًا؟ هل سيكون بالضرورة دفيئة جامحة؟ ماذا عن عالم بلا فلكنة؟


بعد التفكير في هذا الأمر ، إنه سؤال شرس يحتوي على بعض المتغيرات التي لم تذكرها. الميل الكوكبي الذي يسبب الفصول واحد. طول اليوم ، على سبيل المثال ، سيكون دوران مثل كوكب الزهرة 116 يومًا مختلفًا تمامًا عن دوران الأرض لمدة 24 ساعة ، كما سيكون الكوكب المقفل مدًا مختلفًا. الضغط الجوي شيء آخر. أفترض أن الأرض مثل الميل ، 24 ساعة في اليوم منذ لم تذكر ، و 1 ATM ، لكنني أعتقد ، إذا وعندما حصلنا أخيرًا على نظرة جيدة على الكواكب الخارجية الشبيهة بالأرض ، والتي ، منحت ، قد تكون عدة بعد عقود ، أعتقد أننا سنرى بعض الأشياء غير المتوقعة.

حسنًا ، المضي قدمًا. من المحتمل أن الأرض حصلت على الكثير من غلافها الجوي من المذنبات التي تشير إلى كميات صحية من ثاني أكسيد الكربون ، والميثان ، و NH3 ، وربما N2 ، وبعضها من عائلة NO ، وربما بعض الهيليوم ، والأرجون ، والنيون ، تلك 3 التي أعتقد أننا يمكن أن نتجاهلها في الغالب ، ربما بعض الهيدروجين من التوهجات الشمسية ، والتي قد يتم تجريدها مع الهيليوم من الكوكب بمرور الوقت.

يضيف الحجم الإجمالي لتأثيرات المذنبات والكويكبات ونسبة الغازات بعض التباين والعامل المهم حقًا هو ما إذا كان الكوكب لديه حياة أم لا ويخضع لعملية التمثيل الضوئي. سوف يضع التمثيل الضوئي O2 في الغلاف الجوي ويقلل من ثاني أكسيد الكربون وسيكون له أيضًا تأثير ، بمرور الوقت ، التفاعل مع وإزالة كل غاز الميثان تقريبًا من الهواء وأي حديد مذاب في المحيطات ، مما يؤدي إلى تحول المحيطات من اللون البني الموحل / الأحمر لمسح الأزرق. من المحتمل أن يكون التمثيل الضوئي قد لعب دورًا رئيسيًا في تحويل الأرض من كوكب ساخن إلى كرة ثلجية.

لذا ، هناك الكثير من المتغيرات ، لكنه سؤال تخميني ممتع ، لذا سأعطيه فرصة.

كم هو أصغر بكثير من الأرض؟ سأذهب مع حجم كوكب الزهرة ولكن إذا كان لديك رأي مختلف ، أخبرني ... 815 كتلة أرضية ، 6052 كم في نصف قطر وجاذبية 905 من الأرض. مصدر.

10 أميال من المحيطات العميقة (16.09 كم) ، المساحة السطحية ، 4 بي R ^ 2 حوالي 7.4 مليار كيلومتر مكعب من المياه. (الأرض ، بالمقارنة ، حوالي 1.37 مليار كيلومتر مكعب) المصدر. يحتوي كوكبك على حوالي 5.4 أضعاف كمية الماء الموجودة في الأرض (بدون احتساب الماء في القشرة الأرضية ، لكنك لم تذكر ذلك ، لذلك دعونا لا نذهب إلى هناك) - وحجم الكوكب لا يؤثر كثيرًا على التنبؤات.

أتساءل عن مقدار الغازات المنبعثة من غاز ثاني أكسيد الكربون وما إلى ذلك التي ستبقى مذابة في المحيط وكم ستتراكم في الغلاف الجوي؟ نتروجين؟

سأفترض أن النظرية صحيحة بأن الأرض (وعالمك المائي) تحصل على معظم غلافها الجوي والمياه من الكويكبات والمذنبات المصدر والمصدر ، على الرغم من أن المصدر الثاني يشير إلى أن بعضها قد يكون قد أتى من المادة البدائية للأرض . إذا كان عالمك المائي يحتوي على الكثير من الغاز المحبوس أسفل قشرته في مادته البدائية ، فإن الغازات الناتجة عن البراكين تصبح عاملاً أكبر والبراكين ، وليس الغلاف الجوي أعلاه سيبقي المحيطات مشبعة بالغاز. هذا ممكن ، لكنني سأفترض أن معظم الغاز موجود بالفعل في الغلاف الجوي بعد فترة قصف ثقيل متأخرة. سأتطرق أكثر قليلاً إلى التكتونية لاحقًا.

من المحتمل أن تيتان حصل على جو كثيف من إطلاق الغازات وربما الزهرة من حدث إطلاق غاز كبير مؤخرًا أيضًا - فقط رمي ذلك هناك.

أفترض أيضًا أن كوكبك لن يكون به جليد دائم فوق أقطاب محيطه بسبب درجة الحرارة الدافئة التي أشرت إليها ومن المحتمل أن دوران المحيطات الذي لا تحجبه الكتل الأرضية من شأنه أن يمنع تكوين الجليد.

هل سيكون بالضرورة دفيئة جامحة؟

غازات الاحتباس الحراري ، CO2 ، CH4 ، NO عائلة ، (H20 ، بشكل غير مباشر أكثر)

إذا كان كوكبك يحتوي على الكثير من ثاني أكسيد الكربون / الميثان ، بكميات مماثلة لمقدار H20 ، فمن غير المرجح أن تبدأ المحيطات في إذابة ما يكفي من الغاز وهذا سيؤدي إلى هروب غازات الاحتباس الحراري ، تقريبًا بلا شك.

إذا كان كوكبك يحتوي على المزيد من الأرض مثل مستويات ثاني أكسيد الكربون / الميثان ، ربما مدفوعة بعملية التمثيل الضوئي التي تلتقط الكربون وتطلق الأكسجين المتفاعل كيميائيًا مع CH4 ، فيمكن عندئذٍ تجنب الدفيئة الجامحة ويكون CH4 منخفض التركيز للغاية. يبلغ حجم غاز الميثان الموجود على الأرض حاليًا حوالي 1.8 جزء في المليون ، وقبل الزراعة والثروة الحيوانية والتنقيب عن النفط والتكسير الذي يمكن أن يطلق بعض الميثان ، ربما كان أقل من نصف هذا المقدار ، وأقل من 1 جزء في المليون. في عالم مائي ، من المحتمل أن يكون CH4 أقل لأنه لا يوجد تحلل حيوي أو هضم للكتلة النباتية التي تطلق CH4.

يعتبر ثاني أكسيد الكربون أكثر تعقيدًا وتعتمد الكمية الذائبة في المحيط على الكمية الإجمالية المتاحة. إذا لم يكن هناك الكثير من ثاني أكسيد الكربون لتشبع المحيطات ، فلديك توازن محيط / هواء يتأثر أيضًا بدرجة الحرارة. للحصول على إجابة أكثر تفصيلاً حول هذا الموضوع ، انظر إلى قانون هنري ، لكنني سأقوم بالغش وإجراء عملية حسابية سريعة وقذرة بدلاً من استخدام قانون هنري.

على الأرض ، تحتوي المحيطات على حوالي 50 ضعف ثاني أكسيد الكربون الموجود في الغلاف الجوي: المصدر. ويبلغ وزن المحيطات حوالي 265-270 مرة أكثر من الغلاف الجوي. (كتلة المحيط المذكورة أعلاه ، كتلة الغلاف الجوي هنا.)

لذلك إذا قدرنا هذا على أنه جزء في المليون (جزء في المليون) ، فإن تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي للأرض يبلغ حوالي 5 أضعاف التركيز في محيطات الأرض ، وفي درجات الحرارة المرتفعة ، ترتفع هذه النسبة ، وتنخفض درجات الحرارة ، لكنها لا تصل أبدًا إلى النقطة التي لا يوجد فيها ثاني أكسيد الكربون في الهواء ، لا تكون ممكنة في حالة التوازن. مع عمق 10 أميال من المحيطات ، يمكننا أن نفترض وجود المزيد من ثاني أكسيد الكربون في المحيطات ، ربما 99٪ مقابل حوالي 98٪ من نسبة المحيط إلى الهواء الموجودة حاليًا على الأرض ، لكن نسبة 1٪ في الهواء ستعتمد على الكتلة الكلية لثاني أكسيد الكربون في النظام البيئي العالمي للمياه. ، وتجاهل أي شيء محاصر بشكل دائم في أعماق قاع المحيط ، مثل أصداف البحر.

هل سيكون مثل هذا العالم بدون أرض مغطاة بالغيوم دائمًا؟

لنفترض أن لديك أرضًا مثل الغلاف الجوي للأكسجين / النيتروجين ، بار واحد ، كوكب مشابه جدًا للأرض ولكنه محيطات فقط. طقس مشابه (كنقطة انطلاق) ، يجب أن يحتوي هذا الكوكب على المزيد من السحب لأن الغيوم أكثر شيوعًا فوق المحيطات ، المصدر ، ولن يكون لديك رطوبة منخفضة / جيوب جافة من الأرض ، لكنني أعتقد ، ربما ليس 100٪ غيوم ، فقط المزيد من السحب. تأثير السحابة على درجة الحرارة له بعض عدم اليقين ، حيث تعكس كلا السحب أشعة الشمس مما يجعل الكوكب أكثر برودة أثناء النهار ويحتجزون الحرارة في الليل ، لذا فهم يلعبون لكل من فريق الاحتباس الحراري وفريق التبريد ، لكن ما قرأته ، التأثير الكلي صغير جدًا. يمكن أن تكون الأيام أكثر برودة والليالي أكثر دفئًا.

أيضًا ، يميل التبخر إلى تبريد الهواء على السطح ، ولهذا السبب لا تتعرض الجزر المحاطة بالمحيط أبدًا لدرجات الحرارة الحارقة التي تحصل عليها في وادي الموت على سبيل المثال ، حتى لو كانت أقرب إلى خط الاستواء ، لذلك لن '' لن تصاب بموجات حر ، لكنك لن تصاب بالبرد القارس أيضًا. (انا افكر).

أخيرًا ، تحتوي المحيطات على بياض منخفض ومن المحتمل ألا تحتوي أرض العالم المائي على أغطية جليدية ، لذلك ، بشكل عام ، أعتقد أنه من المحتمل أن تكون أرض العالم المائي أكثر دفئًا بسبب انخفاض البياض وهذا سيزيد من بخار الماء في الغلاف الجوي ( ليس الغيوم ولكن بخار الماء الشفاف ، وهو غاز دفيئة) ، لذلك من المحتمل أن تكون الأرض المائية أكثر دفئًا بعدة درجات في المتوسط ​​بدون أغطية جليدية. كم أدفأ - ليس لدي أي فكرة ولكن لا أعتقد أن الأرض المائية ستكون دفيئة هاربة.

يمكن لعالم الماء (الأرض) أيضًا أن يحتوي على كمية أقل من ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي بسبب زيادة نسبة ذوبانه في الماء ومن المحتمل أن يكون غاز الميثان أقل من المواد المتحللة على الأرض ، لذلك ، قد يكون في الواقع أكثر برودة ، ولكن من المرجح أن يعتمد هذا على دورة حياة O2 إلى نسبة ثاني أكسيد الكربون بدلاً من الامتصاص المحيطي لثاني أكسيد الكربون. هناك الكثير من المجهول ليقولها على وجه اليقين.

تأثير غريب آخر على كوكب الأرض المائي هو أنك قد تحصل على بعض الأعاصير التي تستمر لأسابيع ، وربما حتى شهور أو سنوات في الظروف المناسبة ، نوعًا ما مثل النسخ المصغرة من البقعة الحمراء الرائعة لكوكب المشتري. كل ما تحتاجه لكي يكتسب الإعصار قوته هو الماء الدافئ والهواء البارد وبدون أرض حتى يفقد الإعصار قوته ، يمكنك الحصول على بعض الجامبو الحقيقي. ربما فئة 7s ، ربما 8s. سيكون هذا رائعا.

الآن إذا (وأعتقد أن هذا هو جوهر سؤالك) ، فماذا يحدث إذا خفضت الضغط الجوي عن طريق خفض كمية O2 / N2 في الغلاف الجوي (أو زيادتها). يؤدي انخفاض الضغط الجوي إلى خفض درجة غليان الماء ، وإذا قمت بخفض الضغط الجوي بدرجة كافية ، يبدأ الماء في الغليان ، وتحصل على جو جزئي من بخار الماء نتيجة لانخفاض الضغط الجوي والكثير من الماء. أظن أنه من غير المحتمل أن يحدث هذا في الواقع لأن الكوكب يجب أن يحتوي دائمًا على أنواع أخرى كافية من الغاز لمنع هذه النتيجة غير المحتملة ولكن يمكن التعامل مع الغلاف الجوي لبخار الماء بشكل منطقي ، حتى لو لم يحدث ذلك بالفعل. الآن ، هذه ليست مجرد رطوبة عالية ، هذا جو بخار الماء الفعلي.

أتخيل أن الغلاف الجوي الغني ببخار الماء سيشكل قطرات ومطرًا بشكل منتظم إلى حد ما ويكون غطاء سحابيًا دائمًا أو شبه دائم ولكن هذا مجرد تخمين ، على الرغم من أنه قد يبدو وكأنه ضباب دخاني منخفض على الأرض أكثر من الغطاء السحابي ، فقد تحوم الغيوم كثيرًا أقرب إلى الأرض.

إذا قمت بزيادة الضغط الجوي ، فإن الماء يكون عنده نقطة غليان أعلى ويأخذ المزيد من الطاقة ليتبخر. قد يحافظ الجو الأكثر كثافة على الحرارة بشكل أفضل ويكون أكثر دفئًا قليلاً. قد تحتوي أيضًا على عدد أقل من السحب بسبب زيادة الهواء وربما اختلاف أقل في درجة الحرارة والدوران ، نظرًا لأن دورانها وتبريد الهواء الدافئ هو المحرك الأساسي في تكوين السحب.

سيظل بخار الماء يتشكل تحت ضغط جوي أعلى بفعل الرياح والفوتونات. يلعب ضوء الشمس دورًا مهمًا في التبخر ، وربما أكثر من درجة الحرارة بناءً على دراسات التبخر.

إذا كان لديك جو رقيق للغاية مصنوع بالكامل تقريبًا من الماء (نعود إلى مثالنا غير المحتمل). قد تغرق إذا حاولت أن تتنفسه ، ولكن فيما يتعلق بدرجة حرارة مثل هذا الكوكب ، على الأقل مع درجات حرارة الأرض ، يبقى الماء سائلاً حتى عند الضغط الجوي المنخفض جدًا.

عند 1/2 رطل لكل بوصة مربعة (1/29 من 1 ضغط جوي) تبلغ درجة غليان الماء 79.6 درجة مئوية. لست متأكدًا من مقدار الحرارة التي يمكن أن يحبسها 1/29 من الغلاف الجوي حتى لو كان الماء في الغالب هو أحد غازات الدفيئة ، لذلك يصعب التنبؤ بهذا. من المحتمل أن ترى تقلبات شديدة في درجات الحرارة ليلاً ونهارًا ، وغليانًا متكررًا للمحيطات أثناء النهار ، وهطول أمطار غزيرة جدًا في الليل ، ومطرًا أكثر بكثير مما نراه على الأرض ، مثل 1/29 من بخار الماء ATM عدة مرات أكثر من الماء الموجود في الغلاف الجوي للأرض في أي وقت.

إذا كان كوكب جو بخار الماء (غير مرجح) ، حصل على حرارة كافية من الشمس ، فمن المؤكد أنه يمكن أن يتحول إلى دفيئة هاربة ، لكنني لست متأكدًا مما إذا كان ذلك يحدث في إشعاع الأرض. لكن كوكبًا كهذا من المحتمل أن يخضع لتقلبات درجة حرارة أكبر مما نراه على الأرض ورياح سريعة جدًا.

ماذا عن عالم بلا فلكنة؟

(البراكين - كما في ، سبوك ، ... آسف).

نحن نفكر في الصفائح التكتونية والبراكين كعملية يتم من خلالها إعطاء الغاز للغلاف الجوي ، وهذا صحيح إلى حد ما. من المؤكد أن أي غاز محاصر داخل كوكب عند تكوينه يمكن إطلاقه من خلال البراكين ، ولكن ربما يكون الجانب الأكثر أهمية في حركة الصفائح التكتونية ليس إطلاق الغاز ولكن امتصاص الغاز. الأكسجين شديد التفاعل ويتحد مع الصخور البازلتية لصنع صخور أخف / أقوى مثل الجرانيت والصخور الأساسية التي تؤدي إلى القارات والسلاسل الجبلية وكل هذه الأشياء الجيدة. يمكن أن يرتبط النيتروجين بالبازلت أيضًا ، لكن أعتقد أن الأكسجين يرتبط بسهولة أكبر. بدون عملية التمثيل الضوئي وتكوين الأكسجين ، لن تبدو الحياة على الأرض فحسب ، بل ستبدو القارات مختلفة تمامًا وربما تكون أقل ديمومة.

لذلك إذا كانت جميع البراكين تحت الماء ، فإن ذلك يحد من امتصاص الغلاف الجوي للأكسجين والغازات الأخرى لما يتحلل في المحيطات والذي يمكن أن يكون كثيرًا من NH3 ، ولكن بكميات أقل نسبيًا من الغازات الأخرى.

تأثير آخر لكل النشاط التكتوني والبراكين تحت الماء هو أن الغازات البركانية مثل الكبريتات وجزيئات الغبار الصغيرة التي يمكن أن تبرد الكوكب بعد ثوران كبير ، من غير المحتمل أن تصل إلى الغلاف الجوي بأي حجم كبير ، لذلك من المحتمل أن تتجنب أي شيء التبريد البركاني مثلك في بعض الأحيان على الأرض.

أخيرًا ، قد تعتقد أن البراكين تحت المحيطات ستسخن المحيطات وستكون محليًا ، لكن ليس كثيرًا بشكل عام. توجد نسبة كبيرة من براكين الأرض تحت الماء ، ولكن بسبب دوران مياه المحيطات ، تظل معظم المحيطات العميقة في درجة حرارة باردة 4 درجات مئوية ، على عكس اليابسة التي تزداد دفئًا أثناء الحفر في الأرض. يوزع الحمل الحراري الحرارة أسرع بكثير من التوصيل.

يمكن أن تكون البراكين الموجودة تحت سطح البحر في عالمك المائي مفيدة جدًا في استمرار الحياة القاسية والحفاظ عليها بسبب تجديد العناصر الغذائية ولكن ليس كثيرًا في طريق تغير درجة الحرارة أو تكوين السحب.

أخيرًا - شيء ممتع جدير بالذكر. NH3 ، وهو غاز / جليد شائع جدًا في النظام الشمسي. إنه موجود في جميع الكواكب والمذنبات الخارجية والأقمار الخارجية. الشيء الرائع في NH3 هو أنه قابل للذوبان في الماء وهو مصدر طاقة للحياة البدائية ، لذلك ببساطة من خلال وجود محيطات نتنة ولكن مفيد NH3 يتم إزالته في الغالب من الغلاف الجوي ويذوب في المحيطات السائلة وإذا كانت هناك حياة ، فيمكن أن تكون كذلك مستهلك ، وبعضها يُطلق على أنه N2 أو NO-family والبعض الآخر يمكن بناؤه في الأحماض الأمينية. يمكن لبعض النيتروجين أن يرتبط بالصخور البازلتية والصهارة من البراكين الموجودة تحت سطح البحر مكونة أنواعًا مختلفة من الصخور ، لكنني لست جيولوجيًا ، لذلك لست متأكدًا من مقدار ما سيحدث.

لا توجد إجابة واحدة بسيطة على هذا ، ولكن هذا هو أفضل تخميني كشخص عادي. أنا أستمتع بالتفكير في أشياء مثل هذه.


قد تكون مجرة ​​درب التبانة مليئة بالكواكب ذات المحيطات والقارات كما هو الحال هنا على الأرض

لطالما بحث علماء الفلك في الكون الواسع على أمل اكتشاف الحضارات الفضائية. ولكن لكي يكون للكوكب حياة ، يجب أن يكون الماء السائل موجودًا. بدت فرص هذا السيناريو من المستحيل حسابها لأنه كان من المفترض أن تحصل كواكب مثل الأرض على مياهها عن طريق الصدفة إذا اصطدم كويكب جليدي كبير بالكوكب.

الآن ، نشر باحثون من معهد GLOBE بجامعة كوبنهاغن دراسة افتتاحية ، تشير إلى أن الماء قد يكون موجودًا أثناء تكوين كوكب ما. وفقًا لحسابات الدراسة ، ينطبق هذا على كل من الأرض والزهرة والمريخ.

"تشير جميع بياناتنا إلى أن الماء كان جزءًا من اللبنات الأساسية للأرض ، منذ البداية. ولأن جزيء الماء يحدث بشكل متكرر ، فهناك احتمال معقول أنه ينطبق على جميع الكواكب في مجرة ​​درب التبانة. النقطة الحاسمة فيما إذا كان جزيء الماء يقول البروفيسور أندرس يوهانسن من مركز تكوين النجوم والكواكب الذي قاد الدراسة التي نُشرت في المجلة ، إن وجود الماء هو المسافة بين الكوكب ونجمه. تقدم العلم.

باستخدام نموذج الكمبيوتر ، قام أندرس جوهانسن وفريقه بحساب مدى سرعة تشكل الكواكب ، ومن أي كتل بناء. تشير الدراسة إلى أنها كانت جزيئات غبار بحجم ملليمتر من الجليد والكربون - والمعروف أنها تدور حول جميع النجوم الشابة في مجرة ​​درب التبانة - والتي تراكمت قبل 4.5 مليار سنة في تكوين ما أصبح لاحقًا الأرض.

"حتى النقطة التي نمت فيها الأرض إلى واحد بالمائة من كتلتها الحالية ، نما كوكبنا من خلال التقاط كتل من الحصى المليئة بالجليد والكربون. ثم نمت الأرض بشكل أسرع وأسرع حتى ، بعد خمسة ملايين سنة ، أصبحت كبيرة مثلنا تعرف ذلك اليوم. على طول الطريق ، ارتفعت درجة الحرارة على السطح بشكل حاد ، مما تسبب في تبخر الجليد في الحصى في الطريق إلى السطح بحيث ، اليوم ، يتكون 0.1 بالمائة فقط من الكوكب من الماء ، على الرغم من 70 في المائة من سطح الأرض مغطى بالمياه "، كما يقول أندرس يوهانسن ، الذي طرح مع فريقه البحثي في ​​لوند قبل عشر سنوات النظرية التي تؤكدها الدراسة الجديدة الآن.

النظرية ، المسماة "تراكم الحصى" ، هي أن الكواكب تتكون من حصى تتجمع معًا ، وأن الكواكب تنمو بعد ذلك أكبر وأكبر.

يوضح أندرس جوهانسن أن جزيء الماء H2تم العثور على O في كل مكان في مجرتنا ، وبالتالي فإن هذه النظرية تفتح إمكانية أن تكون الكواكب الأخرى قد تشكلت بنفس الطريقة مثل الأرض والمريخ والزهرة.

"قد تتشكل جميع الكواكب في مجرة ​​درب التبانة من نفس لبنات البناء ، مما يعني أن الكواكب التي تحتوي على نفس كمية الماء والكربون مثل الأرض - وبالتالي الأماكن المحتملة التي قد توجد فيها الحياة - تحدث بشكل متكرر حول النجوم الأخرى في مجرتنا شريطة أن تكون درجة الحرارة مناسبة ".

إذا كانت الكواكب في مجرتنا تحتوي على نفس اللبنات الأساسية ونفس ظروف درجة الحرارة مثل الأرض ، فستكون هناك أيضًا فرص جيدة لامتلاكها نفس كمية المياه والقارات مثل كوكبنا.

يقول البروفيسور مارتن بيزارو ، المؤلف المشارك للدراسة: "باستخدام نموذجنا ، تحصل جميع الكواكب على نفس الكمية من الماء ، وهذا يشير إلى أن الكواكب الأخرى قد لا تحتوي على نفس الكمية من المياه والمحيطات فحسب ، بل تحتوي أيضًا على نفس الكمية من القارات كما هو الحال هنا على الأرض. إنه يوفر فرصًا جيدة لظهور الحياة ".

من ناحية أخرى ، إذا كان مقدار الماء الموجود على الكواكب عشوائيًا ، فقد تبدو الكواكب مختلفة تمامًا. قد تكون بعض الكواكب جافة جدًا بحيث لا يمكن تطوير الحياة ، في حين أن البعض الآخر سيكون مغطى بالكامل بالمياه

يقول أندرس جوهانسن: "إن الكوكب المغطى بالمياه سيكون بالطبع جيدًا للكائنات البحرية ، لكنه سيوفر ظروفًا أقل من مثالية لتكوين الحضارات التي يمكنها مراقبة الكون".

يتطلع أندرس جوهانسن وفريقه البحثي إلى الجيل القادم من التلسكوبات الفضائية ، والتي ستوفر فرصًا أفضل بكثير لمراقبة الكواكب الخارجية التي تدور حول نجم غير الشمس.

"التلسكوبات الجديدة قوية. فهي تستخدم التحليل الطيفي ، مما يعني أنه من خلال مراقبة نوع الضوء الذي يتم حظره من مدار الكواكب حول نجمها ، يمكنك رؤية كمية بخار الماء الموجودة. ويمكن أن تخبرنا شيئًا عن الرقم من المحيطات على هذا الكوكب ".


قد تكون مجرة ​​درب التبانة مليئة بالكواكب ذات المحيطات والقارات كما هو الحال هنا على الأرض

لطالما بحث علماء الفلك في الكون الواسع على أمل اكتشاف الحضارات الفضائية. ولكن لكي يكون للكوكب حياة ، يجب أن يكون الماء السائل موجودًا. بدت فرص هذا السيناريو من المستحيل حسابها لأنه كان من المفترض أن تحصل كواكب مثل الأرض على مياهها عن طريق الصدفة إذا اصطدم كويكب جليدي كبير بالكوكب.

الآن ، نشر باحثون من معهد GLOBE بجامعة كوبنهاغن دراسة افتتاحية ، تشير إلى أن الماء قد يكون موجودًا أثناء تكوين كوكب ما. وفقًا لحسابات الدراسة ، ينطبق هذا على كل من الأرض والزهرة والمريخ.

تشير جميع بياناتنا إلى أن الماء كان جزءًا من اللبنات الأساسية للأرض ، منذ البداية. ولأن جزيء الماء يحدث بشكل متكرر ، فهناك احتمال معقول بأنه ينطبق على جميع الكواكب في مجرة ​​درب التبانة. يقول البروفيسور أندرس يوهانسن من مركز تشكيل النجوم والكواكب الذي قاد الدراسة التي نُشرت في المجلة إن النقطة الحاسمة في وجود الماء السائل هي المسافة بين الكوكب ونجمه. تقدم العلم.

باستخدام نموذج الكمبيوتر ، قام أندرس جوهانسن وفريقه بحساب مدى سرعة تشكل الكواكب ، ومن أي كتل بناء. تشير الدراسة إلى أنها كانت جزيئات غبار بحجم ملليمتر من الجليد والكربون - والمعروف أنها تدور حول جميع النجوم الشابة في مجرة ​​درب التبانة - والتي تراكمت قبل 4.5 مليار سنة في تكوين ما أصبح لاحقًا الأرض.

حتى النقطة التي نمت فيها الأرض إلى واحد بالمائة من كتلتها الحالية ، نما كوكبنا من خلال التقاط كتل من الحصى المليئة بالجليد والكربون. ثم نمت الأرض بشكل أسرع وأسرع حتى أصبحت بعد خمسة ملايين سنة كبيرة كما نعرفها اليوم. على طول الطريق ، ارتفعت درجة الحرارة على السطح بشكل حاد ، مما تسبب في تبخر الجليد الموجود في الحصى في طريقه إلى السطح بحيث ، اليوم ، يتكون 0.1 بالمائة فقط من الكوكب من الماء ، على الرغم من أن 70 بالمائة من كوكب الأرض يقول أندرس يوهانسن ، الذي قدم بالتعاون مع فريقه البحثي في ​​لوند قبل عشر سنوات النظرية التي تؤكدها الدراسة الجديدة الآن: `` السطح مغطى بالمياه ''.

النظرية ، المسماة "تراكم الحصى" ، هي أن الكواكب تتكون من حصى تتجمع معًا ، وأن الكواكب تنمو بعد ذلك أكبر وأكبر.

يشرح أندرس جوهانسن أن جزيء الماء H2O موجود في كل مكان في مجرتنا ، وأن النظرية تفتح بالتالي إمكانية أن تكون الكواكب الأخرى قد تشكلت بنفس الطريقة مثل الأرض والمريخ والزهرة.

يمكن أن تتكون جميع الكواكب في مجرة ​​درب التبانة من نفس لبنات البناء ، مما يعني أن الكواكب التي تحتوي على نفس كمية الماء والكربون مثل الأرض - وبالتالي الأماكن المحتملة التي قد توجد فيها الحياة - تحدث بشكل متكرر حول النجوم الأخرى في مجرتنا ، بشرط يقول إن درجة الحرارة مناسبة.

إذا كانت الكواكب في مجرتنا تحتوي على نفس اللبنات الأساسية ونفس ظروف درجة الحرارة مثل الأرض ، فستكون هناك أيضًا فرص جيدة لامتلاكها نفس كمية المياه والقارات مثل كوكبنا.

يقول البروفيسور مارتن بيزارو ، المؤلف المشارك للدراسة:

مع نموذجنا ، تحصل جميع الكواكب على نفس الكمية من الماء ، وهذا يشير إلى أن الكواكب الأخرى قد لا تحتوي فقط على نفس كمية المياه والمحيطات ، ولكن أيضًا نفس القارات الموجودة هنا على الأرض. إنه يوفر فرصًا جيدة لظهور الحياة '، كما يقول.

من ناحية أخرى ، إذا كان مقدار الماء الموجود على الكواكب عشوائيًا ، فقد تبدو الكواكب مختلفة تمامًا. قد تكون بعض الكواكب جافة جدًا بحيث لا يمكن تطوير الحياة ، في حين أن البعض الآخر سيكون مغطى بالكامل بالمياه

يقول أندرس جوهانسن: "إن الكوكب المغطى بالمياه سيكون بالطبع جيدًا للكائنات البحرية ، لكنه سيوفر ظروفًا أقل من مثالية لتكوين الحضارات التي يمكنها مراقبة الكون".

يتطلع أندرس جوهانسن وفريقه البحثي إلى الجيل القادم من التلسكوبات الفضائية ، والتي ستوفر فرصًا أفضل بكثير لمراقبة الكواكب الخارجية التي تدور حول نجم غير الشمس.

التلسكوبات الجديدة قوية. يستخدمون التحليل الطيفي ، مما يعني أنه من خلال مراقبة نوع الضوء الذي يتم حظره من مدار الكواكب حول نجمهم ، يمكنك رؤية كمية بخار الماء الموجودة. يمكن أن يخبرنا شيئًا عن عدد المحيطات على هذا الكوكب '، كما يقول.

تنصل: AAAS و EurekAlert! ليست مسؤولة عن دقة النشرات الإخبارية المرسلة إلى EurekAlert! من خلال المؤسسات المساهمة أو لاستخدام أي معلومات من خلال نظام EurekAlert.


قد تكون عوالم المياه وفيرة في مجرتنا

مفهوم الفنان & # 8217s لوفرة من عوالم المياه ، ربما بعضها مشابه للأرض. تشير دراسة جديدة إلى أن & # 8211 بدلاً من القدوم إلى الأرض عن طريق الخطأ ، بعد لقد شكلت & # 8211 المياه قد تكون مكونًا رئيسيًا في الكواكب مثل أنها تشكل. إذا كان الأمر كذلك ، فقد تكون المحيطات سمات منتظمة على الكواكب عبر مجرتنا درب التبانة. الصورة عبر جامعة كوبنهاغن / ناسا / وكالة الفضاء الأوروبية / جي بيكون (STScI).

قال علماء في جامعة كوبنهاغن في 17 فبراير 2021 ، إن نماذجهم الحاسوبية الجديدة تؤكد نظرية تراكم الحصاة & # 8211 أي أن الكواكب في نظامنا الشمسي تشكلت من خلال تراكمات أجزاء صغيرة من الغبار والجليد & # 8211 وذلك ماء كان مكونًا شائعًا في هذه اللبنات الكوكبية. الماء ضروري للحياة كما نعرفها. في الماضي ، كان يُعتقد أن مياه الأرض و # 8217 قد وصلت إليها بعد عن طريق الصدفة ، على سبيل المثال عن طريق ضرب المذنبات الجليدية الأرض. إذا تشكلت الأرض بمياهها بدلاً من ذلك ، فربما تكون الزهرة والمريخ قد تشكلتا بالماء أيضًا. من خلال العمل على مبدأ رئيسي في العلم & # 8211 ، يجب ألا نفترض أبدًا أننا & # 8217 حالة خاصة & # 8211 يقترح هؤلاء العلماء أن الماء قد يكون وفيرًا على كواكب بحجم الأرض في جميع أنحاء مجرة ​​درب التبانة.

هل هناك عدد لا يحصى من العوالم في مجرتنا مع القارات والمحيطات؟ الدراسة الجديدة تشير إلى هذا الاحتمال. إذا كان الأمر كذلك ، فقد تشير هذه الحقيقة أيضًا إلى وفرة الحياة في مجرتنا.

دراسة نُشرت في 17 فبراير 2021 ، في المجلة التي يراجعها الأقران تقدم العلم تفاصيل الفريق & # 8217s تراكم الحصاة النظرية وكيف يمكن للمياه أن تكون مفيدة في بناء الكواكب عبر المجرة. لاحظ العلماء أقراصًا حول النجوم الفتية تتكون من عدة مئات من كتل الحصى الأرضية. تشكل الاصطدامات والتكتلات في هذه الأقراص كواكب أولية وكواكب في النهاية. كان الماء أحد الجزيئات الموجودة حيث تراكمت الكواكب الصغيرة المواد ونمت.

في هذا الرسم البياني ، تُظهر الرسومات من A إلى E تطور الكواكب الداخلية والخارجية في نظامنا الشمسي بسبب عملية تراكم الحصى. الصورة عبر جامعة كوبنهاغن / Science Advances.

إذا كانت مكونات الماء موجودة في جميع الكواكب ، فإن الظرف الحاسم لإيجاد الماء السائل على كوكب ما سيكون إذا كان الكوكب داخل المنطقة الصالحة للسكن لنجمه. كما قال أندرس جوهانسن من جامعة لوند وجامعة كوبنهاغن:

تشير جميع بياناتنا إلى أن الماء كان جزءًا من لبنات بناء Earth & # 8217 ، منذ البداية. ولأن جزيء الماء يحدث بشكل متكرر ، فهناك احتمال معقول بأنه ينطبق على جميع الكواكب في مجرة ​​درب التبانة. النقطة الحاسمة في وجود الماء السائل هي المسافة بين الكوكب ونجمه & # 8230 يمكن أن تتكون جميع الكواكب في مجرة ​​درب التبانة من نفس لبنات البناء ، مما يعني أن الكواكب التي تحتوي على نفس كمية الماء والكربون مثل الأرض & # 8211 وبالتالي الأماكن المحتملة حيث قد تكون الحياة موجودة & # 8211 تحدث بشكل متكرر حول النجوم الأخرى في مجرتنا ، بشرط أن تكون درجة الحرارة مناسبة.

نظرية تراكم الحصى لتكوين الكواكب ليست جديدة. يعمل يوهانسن وفريقه على النظرية منذ عقد. ساعدت نماذج الكمبيوتر الحديثة في تأكيد نظريتهم من خلال إظهار أن جزيئات الغبار من الجليد والكربون بحجم ملليمترات التي تحيط بالنجوم الفتية تتجمع معًا لتكوين الحصى والصخور وفي النهاية الكواكب. عندما يتكثف الكوكب ويسخن ، يتبخر الكثير من الماء قبل أن يندمج في مكياج الكوكب. كما أوضح يوهانسن:

حتى النقطة التي نمت فيها الأرض إلى 1٪ من كتلتها الحالية ، نما كوكبنا من خلال التقاط كتل من الحصى المليئة بالجليد والكربون. ثم نمت الأرض بشكل أسرع وأسرع حتى أصبحت بعد خمسة ملايين سنة كبيرة كما نعرفها اليوم. على طول الطريق ، ارتفعت درجة الحرارة على السطح بشكل حاد ، مما تسبب في تبخر الجليد الموجود في الحصى في طريقه إلى السطح بحيث لا يتكون اليوم سوى 0.1٪ من الكوكب من الماء ، على الرغم من أن 70٪ من الأرض و # 8217s السطح مغطى بالمياه.

لاستنباط النتائج التي توصلوا إليها عبر المجرة ، إذا كان للكواكب الأخرى نفس وحدات البناء وظروف درجة الحرارة مثل الأرض ، فستكون هناك أيضًا فرصة جيدة لامتلاكها وفرة مماثلة من المياه والقارات مثل كوكبنا.

قاد أندرس جوهانسن دراسة تراكم الحصى وآثاره على عوالم المياه عبر المجرة. الصورة عبر جامعة كوبنهاغن.

الفريق متحمس للجيل القادم من التلسكوبات التي ستساعدهم على معرفة المزيد عن الماء على الكواكب. قال جوهانسن:

التلسكوبات الجديدة قوية. يستخدمون التحليل الطيفي ، مما يعني أنه من خلال مراقبة نوع الضوء الذي يتم حظره من الكواكب & # 8217 مدار حول نجمهم ، يمكنك معرفة مقدار بخار الماء الموجود. يمكن أن تخبرنا شيئًا عن عدد المحيطات على هذا الكوكب.

خلاصة القول: يشتمل نموذج تراكم الحصى لتكوين الكواكب على الماء كأحد اللبنات الأساسية. يمكن أن يكون الماء ، وهو أمر شائع في المجرة ، شائعًا أيضًا على الكواكب التي تقع على مسافة مناسبة من نجوم موطنهم.


دراسة جديدة تسلط الضوء على أهمية المحيطات لسكن الكواكب خارج المجموعة الشمسية

مفهوم الفنان & # 8217s للروبوتات في محيط كوكب المشتري & # 8217s قمر أوروبا. رصيد الصورة: ناسا.

تعتمد القابلية المحتملة لسكن كوكب خارج المجموعة الشمسية بشكل حاسم على كيفية نقل الغلاف الجوي ودوران المحيطات الحرارة من المناطق الأكثر دفئًا إلى المناطق الأكثر برودة. ركزت الدراسات السابقة على نمذجة ديناميكيات الغلاف الجوي ، مع تبسيط معالجة المحيطات بشكل كبير.

"نحن نعلم أن العديد من الكواكب الخارجية غير صالحة للسكن على الإطلاق لأنها إما قريبة جدًا أو بعيدة جدًا عن شمسها. تعتمد المنطقة الصالحة للسكن على كوكب خارج المجموعة الشمسية على بعده عن الشمس ودرجات الحرارة التي يمكن عندها أن يحتوي الكوكب على مياه سائلة. أوضح البروفيسور ديفيد ستيفنز من جامعة إيست أنجليا في نورويتش بالمملكة المتحدة ، وهو مؤلف مشارك في الدراسة ، "حتى الآن ، أهملت معظم نماذج القابلية للسكن تأثير المحيطات على المناخ.

ابتكر البروفيسور ستيفنز وزملاؤه نموذجًا يحاكي الكمبيوتر لدوران المحيطات على كوكب افتراضي يشبه كوكب خارج المجموعة الشمسية مغطى بالمحيط.

نظروا في كيفية تأثير معدلات دوران الكواكب المختلفة على انتقال الحرارة مع أخذ وجود المحيطات في الاعتبار.

تتمتع المحيطات بقدرة هائلة على التحكم في المناخ. إنها مفيدة لأنها تجعل درجة حرارة السطح تستجيب ببطء شديد للتغيرات الموسمية في التسخين الشمسي. وقال البروفيسور ستيفنز إنهم يساعدون في ضمان إبقاء تقلبات درجات الحرارة عبر الكوكب عند مستويات مقبولة.

"لقد وجدنا أن الحرارة التي تنقلها المحيطات سيكون لها تأثير كبير على توزيع درجة الحرارة عبر الكوكب ، ومن المحتمل أن تسمح بمساحة أكبر من الكوكب لتكون صالحة للسكن.

"كوكب المريخ على سبيل المثال موجود في المنطقة الصالحة للسكن في الشمس ، ولكن ليس له محيطات - مما يتسبب في تأرجح درجات حرارة الهواء على مدى 100 درجة مئوية."

"تساعد المحيطات في جعل مناخ كوكب ما أكثر استقرارًا ، لذا فإن إدراجها في نماذج مناخية أمر حيوي لمعرفة ما إذا كان الكوكب قادرًا على تطوير الحياة والحفاظ عليها."

واختتم البروفيسور ستيفنز حديثه قائلاً: "سيساعدنا هذا النموذج الجديد على فهم كيف يمكن أن تكون مناخات الكواكب الأخرى بتفاصيل أكثر دقة من أي وقت مضى".

كولوم ج وآخرون. أهمية فترة دوران الكواكب لنقل حرارة المحيط. علم الأحياء الفلكي، تم النشر على الإنترنت في 20 يوليو 2014 doi: 10.1089 / ast.2014.1171


قد يكون كوكب بروكسيما ب "كوكب محيط" صالحًا للسكنى

كشفت دراسة جديدة أن السطح الكامل لـ Proxima b - الكوكب الذي يحتمل أن يكون شبيهًا بالأرض ويدور حول أقرب نجم للشمس ، Proxima Centauri - قد يكون مغطى بمحيط سائل.

بينما لا يزال هناك الكثير لنتعلمه عن الجار الجديد للنظام الشمسي ، وجدت الأبحاث السابقة أن Proxima b له سمتان رئيسيتان مشتركتان مع الأرض: يدور داخل المنطقة الصالحة للسكن لنجمه - مما يعني أنه يمكن أن يكون لديه درجة حرارة سطح مناسبة للسماح بذلك. وجود الماء السائل - وتبلغ كتلته 1.3 ضعف كتلة الأرض.

باستخدام هذه المعلومات ، طور فريق بقيادة باحثين في مختبر مرسيليا للفيزياء الفلكية في فرنسا ، نماذج مختلفة للمساعدة في اكتشاف الظروف التي قد تكون عليها على كوكب خارج المجموعة الشمسية ، وفقًا لبيان صادر عن وكالة ناسا. [Proxima b: أقرب اكتشاف للكواكب شبيهة بالأرض بالصور]

تشير النتائج الجديدة إلى أن Proxima b يمكن أن يحتوي على محيط سائل كبير يغطي سطحه بالكامل ويمتد على عمق 124 ميلاً (200 كيلومتر) ، بالإضافة إلى غلاف جوي رقيق للغاز يشبه إلى حد كبير الغلاف الجوي الموجود على الأرض. ووفقًا للبيان ، فإن هذه الميزات تدعم إمكانات الكوكب في دعم الحياة.

قال مسؤولو ناسا في البيان إن العلماء اقترحوا أفكارًا مختلفة حول تكوين Proxima b وظروف سطحه ، وتوفر النماذج الجديدة مزيدًا من المعلومات التي يمكن أن تساعد في إطلاع هذه الأفكار. وبحسب البيان ، فإن بعض هذه الأفكار "تتعلق بكوكب جاف تمامًا ، بينما يسمح البعض الآخر بوجود كمية كبيرة من الماء في تركيبته".

باستخدام الكتلة المعروفة للكوكب (1.3 ضعف كتلة الأرض) ، قام مؤلفو البحث الجديد بمحاكاة التركيبات المحتملة المختلفة لـ Proxima b ثم قدروا نصف قطر الكوكب لكل من هذه السيناريوهات. كشفت الدراسة أن نصف قطر بروكسيما ب يمكن أن يتراوح نصف قطره بين 0.94 و 1.4 مرة من الأرض ، وفقًا لبيان ناسا.

بالنسبة لأحد نماذج التكوين المحتملة ، وجد الباحثون أن Proxima b قد يكون "كوكب محيطي" مشابه لبعض الأقمار الجليدية حول كوكب المشتري وزحل التي تؤوي محيطات تحت السطح. في سيناريو العالم المائي هذا ، سيكون نصف قطر الكوكب 5،543 ميلاً (8،920 كم) ، أي 1.4 ضعف نصف قطر الأرض. سيتكون من حوالي 50 في المائة من الصخور و 50 في المائة من الماء. وفقًا لبيان ناسا ، سيكون الضغط تحت هذا المحيط الهائل العميق قويًا لدرجة أن طبقة من الجليد عالي الضغط ستتشكل.

يقترح نموذج آخر تم تطويره في الدراسة أن Proxima b سيكون له تركيبة داخلية مماثلة لكوكب عطارد ، بحد أدنى لنصف قطر يبلغ 3722 ميلاً (5990 كم) ، أو 0.94 ضعف نصف قطر الأرض. في هذا السيناريو ، سيكون الكوكب كثيفًا بشكل لا يُصدق ، مع قلب معدني يمثل 65٪ من كتلة الكوكب. سيتكون باقي الكوكب من عباءة صخرية من السيليكات ، وتشكل المحيطات المائية السائلة أقل من 0.05 في المائة من كتلة الكوكب (مماثلة لتلك التي نراها على الأرض) ، وفقًا للبيان.

ومع ذلك ، يمكن للأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية من بروكسيما سنتوري أن تترك الماء على بروكسيما ب عرضة للتبخر. لحساب ذلك ، قام الباحثون أيضًا بحساب نصف قطر Proxima b بتركيبة جافة تمامًا.

وقال مسؤولو ناسا في البيان إن "الملاحظات المستقبلية لبروكسيما سنتوري ستحسن هذه الدراسة". على وجه الخصوص ، من خلال قياس وفرة بعض العناصر الثقيلة في النظام النجمي ، يمكن للعلماء استنتاج التركيب المحتمل للكوكب ونصف قطره.

سيتم نشر نتائج الدراسة في مجلة The Astrophysical Journal Letters.


5 ملخص

تم تلخيص القضايا الرئيسية الموجودة في هذه الدراسة على النحو التالي:

كانت النتيجة المذهلة أنه حتى في المحيط الخالي من الجليد ، فإن تباين LWD يتم تفسيره بشكل سيئ من خلال خصائص قاع السحب النموذجية (الشكلان 9 و 11: الارتفاع ودرجة الحرارة والمرحلة). نجحت بعض النماذج في تمثيل سحب الطبقة الحدودية الثابتة بكميات صغيرة نسبيًا من الماء السائل (على سبيل المثال ، HIRHAM و MAR و METUM) ، بينما أنتجت النماذج الأخرى قدرًا أكبر من المياه السحابية مع انحياز درجة حرارة منخفضة في طبقة التروبوسفير السفلى (أي ، CAFS و WRF). تم العثور على حدوث سحابة منخفضة أيضًا في بعض الحالات (CCLM). بناءً على هذا التباين في التفاعل بين السحابة والإشعاع ، انحرف SSEB أيضًا إلى حد ما (الشكل 7). على وجه الخصوص ، تم العثور على المواقف ذات الحدوث الأقل للسحب (CCLM) ، وكمية المياه السحابية الأقل (HIRHAM) ، والكثير من فقدان الحرارة بسبب تدفقات الحرارة المضطربة (CAFS ، و MAR ، و WRF) تسبب أكبر قدر من التناقض من الملاحظات.

كان أكثر من 80 ٪ من أحداث السحابة المرصودة مصحوبة بسقف منخفض (أقل من 400 متر) مع ارتفاع ذروة متكرر عند 200 متر فوق سطح البحر (الشكل 5). هذا يعني أن هناك تكرارا متكررا لطبقة خالية من السحب فوق سطح البحر مباشرة ، ومع ذلك ، لا يتم إعادة إنتاج مثل هذا الهيكل الرأسي في نماذج RCM ، باستثناء CCLM و MAR. أحد الأسباب هو أن معظم النماذج تفضل الظروف المحايدة و / أو المستقرة ، على الرغم من أن تبريد LWN الأكثر ملاحظة على سطح البحر يتراوح بين -30 إلى -20 واط / م 2 مع تردد 35٪ في ظل التقسيم الطبقي غير المستقر (الشكل 8 أ). كانت كل من CCLM5 و HIRHAM-v2 و MAR قادرة جزئيًا على إعادة إنتاج الظروف غير المستقرة نسبيًا مع نطاق LWN مناسب على الرغم من أن السرعة العمودية الأقوى في MAR تظل مشكلة الدقة الرأسية والأفقية الدقيقة (CCLM5) أو تمثيل المياه السحابية المناسب في قد تساهم الطبقة السفلى (HIRHAM-v2) في تمثيل أفضل لعلاقة LWN-LTS.

أبرزت المقارنة بين جهازي HIRHAM مع مخططات الفيزياء الدقيقة السحابية المختلفة أن المياه السحابية تتكاثر بشكل أفضل بواسطة مخطط Tompkins المستخدم في HIRHAM-v2 (الشكل 12f). على الرغم من أن كمية المياه السحابية في الطبقة الحدودية الدنيا كانت أصغر مقارنة بتلك الموجودة في CAFS و WRF ، فقد حفز هذا المخطط بشكل كاف مياه السحب فائقة التبريد في منتصف طبقة التروبوسفير في بيئة -20 درجة مئوية (الشكلان 10 د و 12 و). تتمتع نماذج RCM الأخرى بسمات محددة أخرى ، على سبيل المثال ، غياب الجليد السحابي (MAR) ، ومياه السحب الأقل (CCLM و METUM) ، والمياه السحابية الكبيرة (CAFS و WRF). قد تكون عمليات التحويل من الجليد السحابي / الماء إلى هطول الأمطار الصلبة / السائلة مسؤولة عن هذه التناقضات ، بالإضافة إلى التحيزات في تحديد مرحلة السحب (Furtado & Field ، 2017). من منظور لحظات مخططات السحابة ، تم العثور على مخطط العزم المزدوج (Morrison et al. ، 2009) المطبق في CAFS و WRF متفوقًا في إعادة إنتاج العلاقة بين LWD وخصائص المياه السحابية (ارتفاع ودرجة حرارة قاعدة السحابة: الشكلان 9 و 11).

فيما يتعلق بتركيز عدد جزيئات نواة الجليد بين CAFS-bsl (0.16 لتر -1) و CAFS-ini (1.0 لتر L1) ، تم استنساخ علاقة LWN-LTS جيدًا في CAFS-bsl (الشكل 8 ب) لأن تلعب مياه السحب دورًا حيويًا في تحديد LWD في هذه الفترة. ومع ذلك ، في ظل حالة أكثر برودة فوق المنطقة المغطاة بالجليد ، يمكن لـ CAFS-ini محاكاة السحب بشكل كافٍ ، كما ورد في Sedlar et al. (2020). بهذا المعنى ، يجب ضبط جسيمات نواة الجليد بعناية للمواسم / المواقع المستهدفة.

في METUM ، يتم تشخيص تقسيم المياه السحابية والجليد باستخدام مخطط لحظة واحدة (Wilson et al. ، 2008) ، والذي عادة ما يبالغ في تقدير الجليد السحابي (الشكل 12 ب) ويقلل من تقدير سائل السحب (الشكل 12 ح) (جيلبرت وآخرون ، 2020) - يتجلى في النسخ الضعيفة العلاقة (الشكل 8 ط). تتوافق هذه التحيزات مع النتائج التي توصل إليها METUM بأقل من LWD (الشكل 6 ب).ومع ذلك ، من الجدير بالذكر أنه على الرغم من ذلك ، فقد بالغ METUM أيضًا في تقدير SWD (الشكل 6 أ) ، والذي نتوقع أنه قد يكون بسبب عجز في سحب الطبقة العليا السائلة فائقة التبريد ، والتي يمكن أن تعكس أيضًا SW الواردة (Barrett et al. ، 2017). بشكل عام ، كان تمثيل SSEB (الشكل 7) في METUM معقولًا لأن التحيزات في تدفق الإشعاع الهابط والتدفق المضطرب الصاعد تم تعويضهما بشكل أو بآخر (الجدول 3).

على الرغم من الاختلافات العديدة بين CCLMi و CCLM5 ، كان من الصعب تفسير السبب في أن اختيار شروط الحدود (ERA-Interim أو ERA5) قد يؤدي إلى هذه الاختلافات (على سبيل المثال ، SWD في الشكل 6 أ LTS في الشكلين 8 د و 8 هـ وقاعدة السحابة درجة الحرارة في الشكل 9 ب). يُظهر ERA5 في الأصل أفضل أداء لمعظم المعلمات ، على الرغم من أنه يستوعب العديد من منتجات الأقمار الصناعية المتعلقة بالسحب (Yao et al. ، 2020) ، لا يوفر CCLM5 دائمًا أداءً أفضل مقارنةً بـ CCLMi. قد يوفر تحليل استخدام قيود ديناميكية مختلفة واسعة النطاق (على سبيل المثال ، دفع نقطة الشبكة) بدلاً من وضع التنبؤ و / أو فترات مختلفة لتحديث شروط الحدود الجانبية (كل ساعة لـ CCLM5 وكل 6 ساعات لـ CCLMi) مزيد من الفهم.

CAFS هو النموذج الوحيد الذي لديه نظامه الخاص به في القطب الشمالي. على سبيل المثال ، يحتوي CAFS على تحيز بارد ملحوظ في درجة حرارة الهواء (الشكل 4 أ) بسبب التحيز البارد في درجة حرارة سطح الجلد (الشكل 3 أ) المرتبط بالغطاء الجليدي الجزئي (10٪ - 80٪ في SIC: الشكل S1). التكثيف الإضافي لمياه السحب في الطبقة السفلى من التروبوسفير (الشكلان 12 أ و 12 ب) ، والذي يقوي التبريد الإشعاعي فوق السحابة ويضعف SWD على السطح ، من شأنه أن يقدم تغذية مرتدة لتبريد السطح الإضافي. ومع ذلك ، فإن التقسيم الطبقي للمحيطات وتنوعه يمكن أن يؤثر أيضًا على طبقة سطح البحر (SST) وطبقة التروبوسفير السفلى. يشير هذا إلى أنه بمجرد فشل إعادة إنتاج النظام السحابي ، يمكن أن ينحرف النظام المقترن بالهواء (الجليد) بأكمله عن الواقع إلى حد كبير.

بشكل عام ، يعمل ERA5 جيدًا على الرغم من الدقة الأفقية والرأسية الخشنة من نماذج RCM. قد يكون استيعاب البيانات الساتلية مفيدًا للغاية في تمثيل العلاقات بين السحابة والإشعاع. الأهم من ذلك ، أن مخطط الفيزياء الدقيقة في ERA5 (Forbes & Ahlgrimm ، 2014) يعالج السحب السائلة والجليدية بشكل منفصل كمتغيرات تنبؤية ، مما يزيل الطور التشخيصي للسائل / الجليد المعتمد على درجة الحرارة المنفصلة عن المخطط السابق (كانت العتبة 23 درجة مئوية) . لذلك ، يزيد هذا المخطط من فرصة وجود السحابة السائلة فائقة التبريد بين 0 درجة مئوية إلى -38 درجة مئوية. بالنظر إلى المبالغة في تقدير المياه السحابية في CAFS و WRF (الأشكال 12 أ و 12 ب و 12 ط) والتقليل من تقديرها في CCLM و HIRHAM و MAR و METUM (الأشكال 12c-h) مقابل ERA5 (الشكل 12 ي) ، هناك مجال للتحسين في تمثل السحب فائقة التبريد كجزء من السحب مختلطة الأطوار.


هل جميع نماذج كواكب المحيط مغطاة نظريًا بالسحب؟ - الفلك

محيط في أوروبا؟
تمت المراجعة في 3 فبراير 2002

في السنوات الأخيرة ، كان هناك اهتمام كبير بأوروبا - أحد أقمار المشتري الأربعة في الجليل. قدمت مهمة جاليليو أدلة مشجعة على أن أوروبا قد يكون بها محيط من الماء السائل تحت طبقة من الجليد ، وقد أثار هذا التكهنات بأن الحياة قد تكون موجودة في مثل هذه البيئة. لا تزال المهمة المستقبلية لإرسال مركبة فضائية إلى مدار حول أوروبا تنتظر التمويل. (راجع مهمة أوروبا: ضائع في ميزانية ناسا). سيكون الهدف هو تحديد ما إذا كان مثل هذا المحيط موجودًا بالفعل. إذا كانت النتيجة إيجابية ، فإن مهمة لاحقة سترسل نوعًا من الغواصة الآلية لتذوب عبر الجليد وتستكشف البحر أدناه. سأحاول في هذه الصفحة تتبع أصل فكرة وجود محيط تحت القشرة الجليدية في أوروبا. ثم سأصف بعض التكهنات المبكرة حول كيفية تطور الحياة في مثل هذه البيئة. لا تناقش العديد من المقالات والكتب والمحاضرات التي سيتم ذكرها أوروبا فحسب ، بل تناقش أيضًا قمرين آخرين من جاليليو - جانيميد وكاليستو ، اللذان كان يُعتقد في السبعينيات أنه يحتمل أيضًا أنهما يمتلكان محيطًا من الماء السائل (لا يزال احتمالًا حقيقيًا) . فقط لإعطاء نكهة البحث والتكهنات حول هذا الموضوع ، سأقوم بتضمين اقتباسات غزيرة ، والسماح للمؤلفين بالتحدث عن أنفسهم. سيجد القارئ أيضًا روابط عديدة لمختلف الموضوعات ذات الصلة وبعض الصور الجميلة المتوفرة على الإنترنت (المشار إليها بعلامة النجمة *).
كوكب المشتري * لديه ستة عشر قمرا معروفا. الأربعة الأكبر هم Io * و Europa * و Ganymede * و Callisto * التي اكتشفها غاليليو في عام 1610. سيمون ماريوس ، الذي ربما اكتشفهم في نفس الوقت مع جاليليو ، أطلق عليهم اسم عشاق المشتري غير الشرعيين في الأساطير اليونانية والرومانية . يطلق عليها عادة أقمار جاليليو ويشار إليها في العديد من الأوراق العلمية مثل JI و JII و JIII و JIV بالترتيب أعلاه (وهو ترتيب مسافاتهم إلى كوكب المشتري). حتى وصل بايونير 10 و 11 إلى نظام المشتري * في 1973-1974 ، درس علماء الفلك هذه الأقمار باستخدام التلسكوبات الأرضية. في وقت مبكر من عام 1951 ، اقترح عالم الجيوفيزياء هـ.جيفريز احتمال أن يكون كاليستو مكونًا جزئيًا أو كليًا من الماء على شكل جليد. تم اقتراح ذلك من خلال كثافة Callisto المنخفضة جدًا ، وكذلك بياضها. في محاضرة ألقيت في عام 1957 في اجتماع للجمعية الفلكية الأمريكية ، قام عالم الفلك جي. ناقش كايبر دراسته للطيف المنعكس من ضوء الشمس من أقمار الجليل والتي استندت إلى الملاحظات التي تم إجراؤها في مرصد ماكدونالد. بعد ذكر الاختلاف الملحوظ بين يوروبا وجانيميد ، صرح بذلك : "يمكن تفسير ذلك بسهولة أكبر من خلال افتراض أن JII و JIII مشمولان بواسطة H. 2 يا ثلج." في منتصف الستينيات ، وجد عالم الفلك السوفيتي في. موروز الذي كتب ذلك: "يمكن تغطية أوروبا وجانيميد بالجليد ، إن لم يكن بالكامل ، على الأقل في جزء كبير منه. يُظهر أوروبا أعمق امتصاص للجليد وأدنى درجة حرارة." استند هذا مرة أخرى إلى دراسة أطياف الضوء [أ ، ب]. ثم ، في أوائل السبعينيات ، تمكن العديد من علماء الفلك من تقديم تأكيد قوي لوجود صقيع الماء أو الجليد على هذه الأقمار من خلال تحليل امتصاص ترددات الأشعة تحت الحمراء لأشعة الشمس المنعكسة من أسطحها .. أصبح هذا ممكنًا لأنه في ذلك الوقت ، وقد أجريت مؤخرًا دراسات معملية حول طيف الجليد المائي لتلك الترددات. على سبيل المثال ، في ورقتهم الأقمار الصناعية الجليل: تحديد صقيع الماء (في علم، المجلد. 178 ، 1972) ، سي بي بيلشر ، إس تي. ريدجواي ، وت. أبلغ ماكورد عن نتائج قياساتهم لانعكاس الأشعة تحت الحمراء التي لوحظت من التلسكوب الشمسي في مرصد كيت بيك الوطني. لقد قرروا أن ما بين 50 و 100 ٪ من سطح أوروبا ، و 20 إلى 65 ٪ من سطح جانيميد ، و 5 إلى 25 ٪ من كاليستو مغطاة بالصقيع المائي. هذه واحدة من عدد من الأوراق من نفس الفترة التي حاولت فهم التفاصيل حول أسطح الأقمار الصناعية الجليل من خلال الفحص الدقيق لخصائص الضوء المنعكس من الشمس ومن مصادر أخرى.
اقترح جون إس لويس فكرة أن يوروبا والأجسام الأخرى المغطاة بالجليد في نظامنا الشمسي قد تمتلك محيطًا من الماء السائل تحت قشرة جليدية في ورقته البحثية أقمار الكواكب الخارجية: طبيعتها الفيزيائية والكيميائية (التي ظهرت في إيكاروس، المجلد 15 ، 1971). إنها ورقة نظرية تقترح نماذج لبنية الأقمار المختلفة للكواكب الخارجية لنظامنا الشمسي بناءً على بعض الافتراضات المبسطة وبعض الفرضيات حول التركيب الكيميائي لهذه الأجسام المغطاة بالجليد. كانت البيانات المتاحة المتعلقة بتكوينها محدودة للغاية في ذلك الوقت ولذا كتب لويس: "لذلك يجب أن نعتمد إلى حد كبير على معرفتنا بتكوين الشمس والسلوك الكيميائي للمواد المتطايرة [مثل H 2 0] عند درجات حرارة منخفضة في عمل تخمينات معقولة فيما يتعلق بالتركيب الكتلي للمواد الصلبة في النظام الشمسي الخارجي." يبدأ لويس الورقة بملخص موجز: "يتم إنشاء النماذج الحرارية الثابتة للأقمار الصناعية الجليدية حيث يتم موازنة الطاقة المنبعثة من التحلل الإشعاعي [A ، B] في الأجزاء الداخلية للأقمار الصناعية تمامًا من خلال صافي الخسارة الإشعاعية من أسطحها. يتضح أن الأقمار الصناعية الجليل لكوكب المشتري والأقمار الصناعية الكبيرة لزحل وأورانوس ونبتون قد ذابت على نطاق واسع على الأرجح وتحتوي على الأرجح على نواة من السيليكات المائية ، وعباءة واسعة من الماء السائل الغني بالأمونيا ، وغطاء رقيق نسبيًا. قشرة الجليد." قلب الورقة عبارة عن تحليل رياضي لتدفق الحرارة من اللب إلى السطح بسبب ظاهرة تُعرف بالحمل الحراري [A ، B ، C]. يعتمد هذا التحليل على تقديرات درجة حرارة سطح هذه الأجسام الجليدية وكمية الحرارة التي يمكن أن تنتجها العناصر المشعة في اللب. يُفترض أن يكون معدل التسخين في القلب هو المعدل المتوسط ​​لانحلال اليورانيوم والثوريوم والبوتاسيوم المشع. في نهاية هذه الورقة ، يقترح لويس أنه في حالة وجود محيط في هذه الأجسام المغطاة بالجليد ، فقد يكون هناك مجال مغناطيسي يمكن اكتشافه للبحث عنه: "قد يؤدي وجود عباءة كبيرة موصلة كهربائيًا إلى الحمل بواسطة مدخل حرارة من الأسفل إلى إنتاج مجال مغناطيسي قابل للقياس."
في مقال سابق بقليل بعنوان أقمار الكواكب الخارجية: النماذج الحرارية (في علم، المجلد. 172 ، 1971) ، أعلن لويس نظريته ، وناقش كاليستو على وجه التحديد: "تشير النماذج الحرارية الثابتة للأقمار الصناعية الكبيرة للكواكب الخارجية بقوة إلى أن الأجزاء الداخلية منها يتم الحفاظ عليها حاليًا في درجات حرارة أعلى بكثير من درجة حرارة الأمونيا الجليدية سهلة الانصهار عن طريق اضمحلال النظائر المشعة طويلة العمر للبوتاسيوم واليورانيوم والثوريوم. يتضح أن الهيكل الحراري الثابت للحالة الحالية لقمر صناعي تمثيلي ، JIV (Callisto) يتميز بوجود قشرة جليدية رقيقة فوق عباءة سائلة عميقة ، مع قلب كثيف من السيليكات المائية وأكاسيد الحديد." بعد بضع سنوات ، في عام 1974 ، ألقى لويس واحدة من تسع محاضرات غوغنهايم في سلسلة تسمى الإنسان والكون في معهد سميثسونيان. محاضرته بعنوان الكواكب الخارجية، يتضمن مناقشة حول الأقمار الصناعية الكبيرة في نظامنا الشمسي يصف فيها نظريته على النحو التالي: "مزيج من المواد الجليدية والصخرية ، يتم تجميعه في جسم بحجم عطارد ، يسخن نفسه عن طريق تحلل العناصر المشعة التي تحدث بشكل طبيعي في داخله ، مما يؤدي إلى ذوبانه. سوف تستقر السيليكات الكثيفة لتشكل نواة ، والتي قد نعتقد أنها مصنوعة من الطين. سيؤدي ذلك إلى ترك قشرة جليدية رقيقة جدًا تطفو على غطاء سميك يتكون من محلول الأمونيا في الماء. لم يتم رصد هذا النوع من الهياكل من خلال المركبات الفضائية أو من خلال الملاحظات المباشرة ، ولكنه اقتراح لما قد نلاحظه يومًا ما أثناء استكشاف الأقمار الصناعية للكواكب الخارجية."
تستند أوراق لويس المذكورة للتو والعديد من الأوراق النظرية الأخرى التي ستتم مناقشتها هنا على نظريات حول التكوين والتاريخ المبكر للنظام الشمسي [أ ، ب ، ج]. ربما نشأ كوكب المشتري ونظام أقماره في المدار بطريقة مماثلة لتشكيل شمسنا والكواكب التي تدور حولها. ستكون تفاصيل هذا التاريخ المبكر مسؤولة عن العديد من خصائص هذه الأقمار كما هي اليوم - مداراتها ، وتركيبتها الكيميائية ، وكثافتها ، وما إلى ذلك. الآثار المترتبة على تاريخ انكماش المشتري المبكر لتكوين الأقمار الصناعية الجليل بقلم جي بي بولاك و آر تي رينولدز في عام 1974 (باللغة إيكاروس ، المجلد. 21) ، واستكشاف عواقب النظريات حول تكوين كوكب المشتري وأقماره. يكتب المؤلفون: "تشير الحسابات الحديثة لتاريخ الانكماش الثقالي لكوكب المشتري إلى أن لمعان المشتري كان أكبر خلال حياته المبكرة مما هو عليه اليوم. نتيجة لذلك ، قد يتكهن المرء بأن تكاثف المواد المتطايرة الجليدية لتشكيل الأقمار الصناعية سيتم منعه على مسافات قريبة من كوكب المشتري وقد تتولد الاختلافات التركيبية بين أقمار المشتري. نقترح أن الاختلاف المنهجي الملحوظ لمتوسط ​​كثافة الأقمار الصناعية الجليل مع المسافة من المشتري هو نتيجة للظروف المذكورة أعلاه." استنادًا إلى تلك الحسابات الأخيرة ، يجادلون بأن الأقمار الصناعية الجليل لديها وفرة من المياه السائلة على الأقل لملايين السنين في تاريخها المبكر وأن "يبدو أن الجليد المائي هو الجليد الوحيد المحتمل أن يتكثف بنسب كبيرة ، أي أن الأقمار الصناعية في غاليليو هي [حاليًا] خليط من المواد الصخرية والجليد المائي." تقدم نظريتهم أيضًا تفسيرًا لحقيقة أن كثافة الأقمار الصناعية الجليل تتناقص مع بعدهم عن المشتري. أي أن Io لديها أعلى كثافة و Callisto هي الأقل.
قام الاتحاد الفلكي الدولي برعاية مؤتمر في جامعة كورنيل في عام 1974 يسمى الأقمار الصناعية الكوكبية. نُشر مجلد كبير يحمل نفس العنوان في عام 1977 ، حرره جيه إيه بيرنز ، والذي يحتوي على 27 ورقة تلخص حالة المعرفة في منتصف السبعينيات فيما يتعلق بالأقمار المختلفة في نظامنا الشمسي. نشأت معظم هذه الأوراق كمحاضرات ألقيت في ذلك المؤتمر. ورقة بقلم ج. كونسولماغنو وجي. لويس بعنوان نماذج التاريخ الحراري الأولي للأقمار الصناعية الجليدية، الخطوط العريضة للأفكار العامة والافتراضات الكامنة وراء النماذج الحرارية التي كان المؤلفون يطورونها ، بناءً على الأفكار الواردة في أوراق لويس عام 1971. تتناول أوراق أخرى في المجلد حلقات زحل ، وجو تيتان ، وأسطح بعض الأقمار الصناعية ، ونظريات حول تكوين الكواكب الخارجية وأقمارها الصناعية. تناقش العديد من الأوراق مدارات الأقمار الصناعية ، وكيف تتطور المدارات بمرور الوقت ، وظاهرة الرنين المداري التي تبين أنها مثيرة للاهتمام ومهمة بشكل خاص للأقمار الصناعية الجليل.
ورقة أخرى من مؤتمر الأقمار الصناعية بعنوان سطح أيو وتاريخ الأقمار الصناعية الجليل ، بواسطة F.P. يناقش Fanale و T.V.Johnson و DL Matson ، بتفصيل كبير الطبيعة المحتملة لسطح Io وكيف يمكن أن يكون قد حدث. أظهرت الملاحظات من الأرض ومن بايونير 10 و 11 بوضوح أن آيو يختلف تمامًا عن يوروبا وجانيميد وكاليستو. يجادل المؤلفون بأن Io بدأ بكمية أقل بكثير من الماء والتي تم سحبها بعد ذلك إلى السطح وربما تبخرت تمامًا من ذلك الجسم إلى الفضاء تاركة السطح مغطى بالأملاح الناتجة: "بعد النظر في البيانات الحالية والفرضيات التركيبية المختلفة ، نستنتج أن خصائص Io يمكن تفسيرها بشكل أفضل إذا افترضنا أن سطح Io مغطى إلى حد كبير بأملاح "تتبخر" ناتجة عن نزع السوائل من داخل Io ، وترحيل الحلول المشبعة بالملح إلى Io السطح واللاحقة H 2 يا خسارة في الفضاء." "يبدو أن سطح أيو يمثل النتيجة النهائية لعملية جفاف السطح. على سطح يوروبا ، هذا الجفاف لم يكتمل ، ويبدو أن H "نظيف" 2 تمت إضافة O ice إليها مؤخرًا بمعدل أسرع من معدل الفقد. يبدو أن لدى جانيميد وكاليستو (خاصة كاليستو) قشور جليدية سميكة جدًا (> 100 كم) تعلو سائلة ضخمة (> 600 كم) H 2 يا عباءات." حصل المؤلفون على هذه الاستنتاجات من خلال تطوير نماذج للتاريخ الحراري للأقمار الصناعية الجليلية من خلال نهج يختلف نوعًا ما رياضيًا عن نهج كونسولماجنو ولويس. فيما يتعلق بأوروبا ، يشير نموذجهم إلى قشرة جليدية أرق بكثير وإمكانية وجود غطاء مائي سائل فقط.
وصل بايونير 10 إلى نظام كوكب المشتري وبدأ في إرسال البيانات القيمة في نهاية عام 1973. أثار هذا اللقاء اهتمامًا متزايدًا بالمشتري وأقماره وأدى إلى التخطيط لمجلد مخصص لآخر الأبحاث. المجلد ، الذي أصبح خلاصة وافية من 1200 صفحة تسمى المشتري: دراسات داخلية ، الغلاف الجوي ، الغلاف المغناطيسي ، والأقمار الصناعية (حرره ت. جيريلز) ، ظهر في عام 1976. ورقة واحدة طويلة كتبها أ. يناقش كاميرون وجي بي بولاك أصل كوكب المشتري وأقماره. تناقش العديد من الأوراق الأخرى بالتفصيل أسئلة مختلفة حول الغلاف الجوي لكوكب المشتري ، والأيونوسفير ، والمجال المغناطيسي ، وأحزمة الإشعاع. أكثر من 200 صفحة مخصصة لأقمار المشتري. هناك ورقة كتبها لويس وكونسولماجنو بعنوان النماذج الإنشائية والحرارية للأقمار الصناعية الجليدية الجليلية، والذي يعطي نماذج مفصلة إلى حد ما لأوروبا وجانيميد وكاليستو. تقدم الورقة مجموعات مختلفة من الفرضيات حول التاريخ المبكر لهذه الأقمار الصناعية ، وتستند النماذج إلى عمليات محاكاة حاسوبية نفذتها شركة Consolmagno في وقت سابق. في ختام هذه الورقة ، يقترح المؤلفون على أساس نماذجهم أنه في الوقت الحالي قد يكون لدى كاليستو محيط مائي سائل بعمق 1000 كيلومتر مغطى بقشرة بسمك 200 كيلومتر تتكون من الصخور والجليد ، قد يكون لدى جانيميد 400- محيط من المياه السائلة بعمق 800 كيلومتر وقشرة جليدية بسمك 100 كيلومتر ، وقد يكون لدى أوروبا محيط بعمق 100 كيلومتر من المياه السائلة تحت قشرة جليدية يبلغ سمكها 70 كيلومترًا.
فيما يلي بعض الاقتباسات من ورقة Lewis-Consolmagno: "يتم تقديم نماذج التاريخ الحراري لمجموعة من الهياكل الأولية المحتملة. من المتوقع حدوث ذوبان تام وتمايز لمكون الجليد في أوروبا وجانيميد بسبب مصادر الحرارة الداخلية." في القسم الذي يصف نماذجهم الخاصة بأوروبا بعد فترات زمنية مختلفة (يرجع تاريخها إلى أصل نظام المشتري) ، كتبوا: "بعد 250 مليون سنة ، حدث ذوبان كبير بالفعل ، مما أدى إلى تمايز الماء والسيليكات. لقد استمر الذوبان على السطح تقريبًا ، وتوجد الآن قشرة من الجليد النقي." "بعد 4.5 مليار سنة ، قد يوجد هيكل مشابه لما نتوقعه في الوقت الحاضر. تغطي القشرة الرقيقة من الجليد منطقة الحمل الحراري من الماء ، والتي تعمل على تبريد الطبقات العليا من قلب السيليكات. انخفض أيضًا إنتاج الحرارة في القلب ، حيث تتحلل النويدات المشعة. ومع ذلك ، لا يزال المركز معزولًا بشكل فعال عن السطح ويستمر في التسخين حتى تصل درجات الحرارة إلى 2800 درجة مئوية." "يبدو أن مصادر الحرارة الداخلية كافية لأن يذوب أوروبا وجانيميد تمامًا في وقت ما من تاريخهما (على الأقل في حدود 30 كم من السطح)." "أوروبا ذات المحتوى المائي 10٪ سيكون لها قشرة جليدية بطول 70 كم في الوقت الحاضر ، وغطاء مائي بطول 100 كم ، ولب صخري يبلغ نصف قطره 1400 كم." "تتنبأ نماذجنا بتمدد حراري كبير ، وقد ينتج عن ذلك تشققات كبيرة في القشرة ، مما يؤدي إلى ارتداد المواد السائلة الأقل كثافة تحتها ، وفي النهاية إلى الانقلاب الكارثي لطبقات القشرة. لكن يبدو أن التمدد الحراري يتم على نطاق زمني بطيء بدرجة كافية بحيث يجب أن يعالج التدفق البلاستيكي للجليد مثل هذه الشقوق أثناء تطورها." "يوروبا وجانيميد ، مع قشور جليدية رقيقة كما نتوقع ، سيكون من السهل ثقبها عن طريق الصدمة: يمكن أن يتدفق الماء السائل بعد ذلك من الوشاح إلى السطح لتشكيل سهل مسطح ونظيف. "
وصلت مهمتا Voyager إلى نظام كوكب المشتري في عام 1979. وخلال نفس العام ، تم نشر ثلاث أوراق بحثية مهمة غيرت الصورة النظرية إلى حد كبير. الورقة الأولى بعنوان حول الهيكل الداخلي للأقمار الصناعية الرئيسية للكواكب الخارجية بقلم آر تي رينولدز وبي إم كاسن (إن رسائل البحث الجيوفيزيائي، المجلد. 6) ، تمت كتابته في أواخر عام 1978. ألقت هذه الورقة بعض الشكوك حول النماذج النظرية للداخلية للأقمار الصناعية الجليل التي تم اقتراحها مسبقًا. يجادل المؤلفون بأن قشرة الجليد التي تغطي طبقة من الماء السائل بسمك لا يقل عن 30 كم ستكون غير مستقرة. وهذا يعني أنه على الرغم من تسخين طبقة الماء السائلة من الأسفل عن طريق التحلل الإشعاعي في اللب ، إلا أنها ستتجمد تدريجياً بسبب القشرة الباردة الجليدية أعلاه. يكتبون: "يعتبر الحمل الحراري في هذه الطبقة الجليدية الكوكبية فعالاً وسوف يصلب القشرة السائلة الكامنة في وقت قصير مقارنة بعمر الجسم." يعتمد تحليلهم الرياضي على دراسة الحمل الحراري للحالة الصلبة في القشرة الجليدية. إذا كانت القشرة الجليدية سميكة بدرجة كافية ، فستتجاوز كمية تسمى رقم رايلي قيمة حرجة معينة وهذا يعني أن القشرة الجليدية غير مستقرة. تشير النماذج الحرارية التي تنبأ بها Consolmagno و Lewis إلى أن قشور الجليد في Ganymede و Callisto و Europa أكثر سمكًا من 30 كم. ثم يكتب المؤلفون ما يلي: "تنطبق اعتبارات هذا التحقيق بشكل خاص على Ganymede و Callisto ، مع تطبيق محتمل على Europa و Titan و Triton ، وكلها من المتوقع أن تحتوي على أجزاء كبيرة من H 2 س." وهكذا يبدو أن جانيميد ، وكاليستو ، وربما يوروبا ، يجب أن يكون لديهم قشرة جليدية متجمدة تغطي قلبًا ساخنًا بواسطة الاضمحلال الإشعاعي ، وبدون عباءة من الماء السائل بينهما.
ومع ذلك ، كما اتضح ، هناك مصدر آخر محتمل للحرارة - قوة الجاذبية الهائلة للمشتري. بعد شهرين فقط ، كتب رينولدز وكاسن مع SJ Peale ورقة بعنوان ذوبان آيو عن طريق تبديد المد والجزر الذي تم نشره في علم، المجلد. 203 ، وظهرت قبل أيام قليلة من تحليق فوييجر 1 من آيو في الخامس من مارس 1979. وفقًا لمقال مسح سودربلوم في عدد يناير 1980 من Scientific American، سببت هذه الورقة قدرًا كبيرًا من الإثارة في وكالة ناسا بسبب توقعها المفاجئ بأنه يجب أن يكون هناك نشاط بركاني واسع النطاق على سطح آيو. في غضون أسابيع قليلة ، تم تأكيد هذا التنبؤ من خلال دراسة صور Io * التي أرسلتها Voyager 1. والفكرة هي أن قوة الجاذبية التي يمارسها المشتري على Io يجب أن تختلف بما يكفي عندما يسافر Io حول المشتري لإحداث تأثير المد والجزر القوي [A ، ب ، ج]. الأقمار الصناعية الجليل لها مدارات دائرية تقريبًا. لكن ليس دائريًا تمامًا! هذه المدارات بيضاوية الشكل ويقاس التناقض عن كونها دائرية تمامًا برقم يسمى الانحراف. مدار Io لديه أكبر انحراف مركزي. يستغرق Io 42.5 ساعة فقط لإكمال ثورة واحدة حول المشتري. هذا يعني أن Io يصل إلى النقطة في مداره والتي هي الأقرب إلى المشتري بعد أكثر من 21 ساعة بقليل من الوصول إلى أبعد نقطة. خلال تلك الفترة الزمنية ، تختلف قوة الجاذبية التي يمارسها المشتري على Io بحوالي 17٪. ينتج عن الدفع والسحب على سطح Io حرارة احتكاكية وانصهارًا كبيرًا تحت السطح ، وبالتالي نشاطًا بركانيًا.
بالنسبة إلى أوروبا ، يجب أن يكون هناك تأثير مد وجزر مماثل. يستغرق الأمر ما يزيد قليلاً عن 85 ساعة ليوروبا لإكمال مدار واحد. إن الانحراف اللامركزي لهذا المدار أصغر من انحراف Io ، وستتفاوت قوة جاذبية المشتري على أوروبا بنحو 4٪ خلال دورة واحدة ، مما يخلق مرة أخرى تأثيرًا كبيرًا للمد والجزر خلال فترة زمنية قصيرة جدًا. يتابع كاسن ورينولدز وبييل هذه الفكرة في مقال كتب قبل شهر تقريبًا من رحلة طيران أوروبا فوييجر 2 في 9 يوليو 1979. كان عنوان هذا المقال هل توجد مياه سائلة على أوروبا وظهرت في رسائل البحث الجيوفيزيائي، المجلد. 6 في سبتمبر من ذلك العام. يكتب المؤلفون: "من الممكن أن يكون تبديد المد والجزر في قشرة جليدية على أوروبا قد حافظ على طبقة ماء سائلة تحتها ، بشرط أن يكون الرنين المداري ثلاثي الأجسام لكل من Io و Europa و Ganymede قديمًا. يمكن أن تكون طبقة الماء السائلة مصدرًا مستمرًا للصقيع السطحي الملحوظ. إذا تم تجميد عباءة يوروبا المائي تمامًا ، فإن التسخين عن طريق تبديد المد والجزر لن يتجاوز ذلك الناتج عن العناصر المشعة ، وسيظل الوشاح متجمدًا."
تشير عبارة "الرنين المداري" إلى حقيقة أن الفترة التي يكمل فيها Io مدارًا واحدًا حول كوكب المشتري هي تقريبًا نصف الفترة التي يكمل فيها أوروبا مدارًا حول المشتري ، وهذه الفترة بدورها تقريبًا نصف الفترة الزمنية لـ Ganymede إلى أكمل مدارًا [A ، B]. هذا الإيقاع هو المسؤول عن الانحراف في مدار Io و Europa. يجادل المؤلفون بأنه إذا كان هذا الرنين المداري موجودًا في وقت مبكر بما فيه الكفاية في تاريخ أوروبا ، فإن تأثير المد والجزر على القشرة الجليدية ربما يكون قد ولّد حرارة احتكاكية كافية لمنع تجمد عباءة الماء السائل. يكتبون: "لكن لنفترض أن H 2 تم ذوبان O mantle في وقت واحد من خلال عملية أخرى ، ربما أثناء تكوين القمر الصناعي. ومن ثم فإن التسخين عن طريق تبديد المد والجزر في قشرة جليدية متنامية قد يمنع تجمد الوشاح بأكمله. معدل التسخين في القشرة الجليدية أكبر منه في الجسم الصلب تمامًا لأن القشرة غير المدعومة تخضع لتشوه أكبر ، على الرغم من أن قوى المد والجزر هي نفسها. مع الانحراف الحالي ، فإن السعة القصوى للمد المتغير على أوروبا ستقترب من 50 مترًا لقشرة جليدية رقيقة فوق الماء." قاد التحليل الرياضي في هذه الورقة لتأثير قوى المد والجزر وتأثير الحمل الحراري في القشرة الصلبة المؤلفين إلى احتمالين للوضع الحالي على أوروبا: "شريطة أن يكون الانحراف المداري قريبًا من قيمته الحالية لمعظم تاريخ أوروبا ، يمكن أن يوجد تكوين توازن يتم فيه موازنة الحرارة الناتجة عن تبديد المد والجزر في قشرة جليدية رفيعة (& lt10 كم) بالتوصيل الحراري إلى السطح. سوف يتجاوز تبديد المد والجزر بشكل كبير الحرارة الناتجة عن العناصر المشعة. عميق (

90 كم) من المحيط تحت القشرة الجليدية." أو "يوجد تكوين توازن آخر حيث يوجد H بالكامل 2 يتم تجميد عباءة O ، وفيها يزيد تبديد المد والجزر (ولكن ربما لا يتجاوز) التسخين الإشعاعي." "
ينظر المؤلفون أيضًا في التصدع المحتمل للقشرة الجليدية. يكتبون: "في الحالة التي يكون فيها تبديد المد والجزر قادرًا على الحفاظ على قشرة رقيقة ومستقرة ، قد يتساءل المرء عما إذا كانت هذه القشرة ستبقى سليمة أم لا." بناءً على تحليل رياضي يقارن قوة الشد للقشرة الجليدية مع الإجهاد الذي تتعرض له بواسطة قوى المد والجزر ، استنتجوا ما يلي: " قد تكون ضغوط المد والجزر كبيرة بما يكفي لكسر قشرة جليدية رقيقة ، وبالتالي السماح للماء بالتبخر والترسيب في مكان آخر على القمر الصناعي." كما أوضحوا ، فإن مثل هذه الكسور من شأنها أن تعرض المياه الأساسية لظروف الفراغ القريبة على السطح وستؤدي إلى غليان قوي للماء. ومع ذلك ، فقد أشاروا إلى أنه إذا تجمد عباءة الماء السائل ، فإن القشرة ستضطر إلى التمدد ، وهذا سيؤدي أيضًا إلى حدوث كسور على السطح.
نشر العلماء الذين درسوا الصور التي حصلت عليها فوييجر 2 ملخصًا لنتائجهم وتفسيراتهم في عدد نوفمبر 1979 من علم (في الأقمار الصناعية الجليل لكوكب المشتري ، فوييجر 2 Imaging Science، بقلم ب. سميث و 21 عضوًا آخر في فريق التصوير). صفحتان مكرستان ليوروبا. بعد مناقشة النماذج النظرية الافتراضية لداخل يوروبا والتي تتنبأ بطبقة من الماء السائل ، يقترح المؤلفون أن المناطق الأكثر قتامة على سطح يوروبا * قد تكون مناطق يكون فيها اللب الصخري قريبًا إلى حد ما من سطح الجليد (داخل

10 كم). إذا كان الأمر كذلك ، فإنهم يجادلون بأن العمق الكلي لطبقة الماء السائل يجب أن يكون أقل من ذلك الذي تنبأت به النماذج النظرية (

50 كم) لأنه بخلاف ذلك ستكون تضاريس القلب كبيرة بشكل غير عادي لجسم بأبعاد يوروبا. هذا يقودهم إلى استنتاج أن كثافة اللب ستكون منخفضة وبالتالي قد تحتوي على كميات كبيرة من الماء. ناقش المؤلفون أيضًا العلامات الخطية المظلمة في المناطق الأكثر إشراقًا من سطح يوروبا * ، مما يشير إلى أنها قد تكون ناجمة عن توسع القشرة الجليدية بسبب تجمد المحيط المبكر ، مما تسبب في حدوث كسور في الجليد يمكن ملؤها بالسوائل من أدناه والتي تظهر الآن كعلامات داكنة. تشير عروض هذه العلامات كما تم تقديرها من صور Voyager 2 إلى أن مقدار التمدد يجب أن يكون حوالي 5 إلى 15 بالمائة من مساحة السطح. من أجل شرح هذا القدر الكبير من التوسع ، يقترحون أن (

قد يكون قد تم إنتاج 50 كم) من المحيط خلال فترة زمنية من المياه المتدفقة من القلب وأن القشرة المتجمدة اضطرت للتكيف مع الحجم المتزايد لذلك المحيط.
في عدد يناير 1980 من ناشيونال جيوغرافيك، هناك مقال رائع بقلم ريك جور بعنوان ما رآه فوييجر: عالم المشتري المبهر. إنها مقالة طويلة مليئة بصور فوييجر الجميلة والعديد من الاقتباسات من مختلف العلماء المشاركين في مهمة فوييجر حول ما توقعوا رؤيته وما تعلموه من المهمة ، وتمكنت من نقل الإثارة المحيطة بالاكتشافات الجديدة. فيما يتعلق بأوروبا: "لكن أوروبا كانت نجمة فوييجر 2. كان العلماء يتوقعون أن يوروبا الغني بالمياه يمكن تسخينه بنفس نوع السحب مثل Io - وإن كان بدرجة أقل بكثير. قال الجيولوجي هال ماسورسكي: "كنا نأمل أن نرى أولد فيثفول ينطلق". لم يرَ فوييجر 2 أي نوافير ماء - لكن دقة عرضه كانت جيدة بما يكفي لاكتشاف الماموث." تعليقًا على التسطح الملحوظ في يوروبا ونقص الحفر ، مما دفع العلماء إلى استنتاج أن سطح أوروبا صغير نسبيًا: "قد يكون تسخين المد والجزر الشبيه بـ Io هو بالفعل يحافظ على قشرة بلاستيك Europa والمحيط تحت الجليد السائل أو الناعم. لكن لا أحد يستطيع أن يفعل أكثر من تخمين الآليات التي يستخدمها أوروبا لمحو حفره."

في السنوات الأخيرة ، كانت هناك تكهنات كبيرة حول إمكانية الحياة على أوروبا أو داخلها. وقد حفز ذلك الأدلة المتزايدة على أن المحيط قد يكون موجودًا بالفعل تحت القشرة الجليدية في أوروبا. إحدى الأفكار التي تم اقتراحها بشكل متكرر هي أن الطاقة الحرارية الأرضية ، وهي المصدر الأساسي للطاقة التي تدعم الحياة في بعض مناطق أعماق البحار هنا على الأرض ، قد توفر أيضًا مصدر الطاقة المطلوب للحياة في قاع المحيط الأوروبي. كان أول اكتشاف لمجتمعات أعماق البحار للحياة على الأرض في عام 1977 - رحلة روبرت بالارد الاستكشافية في ألفين إلى منطقة الصدع في أعماق المحيط الهادئ بالقرب من جزر غالاباغوس. كان هذا الاكتشاف موضوع مقال في عدد أكتوبر 1977 من ناشيونال جيوغرافيك (واحات الحياة في الهاوية الباردة، بقلم جيه كورليس وبالارد) ، وأدت رحلة استكشافية لاحقة إلى مقال آخر في عدد نوفمبر 1979 (العودة إلى واحات العمق، بواسطة بالارد وج. جراسل). كلتا المقالتين مليئة بالصور المثيرة للاهتمام التي تظهر أنواعًا معينة من الديدان العملاقة والمحار ، وغيرها من الكائنات الغريبة التي تزدهر في تلك المناطق ، على ما يبدو دون أي اعتماد على ضوء الشمس. (أ ، ب ، ج).
هذه الاكتشافات على الأرض ، جنبًا إلى جنب مع نظريات المحيطات المحتملة في أوروبا ، وجانيميد ، وكاليستو ، ألهمت بعض الأفراد لإنشاء الرابط بالفعل في أواخر السبعينيات. أحد الأمثلة البارزة هو الفيزيائي جيرالد فينبرغ ، الذي توصل إلى هذه الفكرة في وقت مبكر من عام 1979 ، وأدرك أن النظرية التي طورها مع عالم الكيمياء الحيوية روبرت شابيرو (تم تقديمها في كتابهم) الحياة خارج الأرض، المنشور في عام 1980) قد يشرح كيف يمكن للحياة أن تتطور في أعماق تلك المحيطات الجليل. الشرط الأساسي لنظريتهم هو أن الحرارة الداخلية من اللب الصخري لتلك الأجسام تصل إلى المحيط في شكل مركّز ، كما هو الحال في ثوران بركاني أو تصاعد الغاز الساخن ، مما قد يخلق "الانحراف الضروري عن التوازن. "
في 19 و 20 يونيو 1979 ، انعقد مؤتمر "الحياة في الكون" في مركز أبحاث أميس التابع لوكالة ناسا. ألقى بنتون كلارك محاضرة الكبريت: ينبوع الحياة في الكون في ذلك المؤتمر الذي ناقش فيه الكيمياء الحيوية لمجتمعات فتحات أعماق البحار المكتشفة على الأرض ، مشيرًا إلى أنها تعتمد بشكل غير مباشر على ضوء الشمس: ينتج التمثيل الضوئي بالقرب من سطح المحيطات الأكسجين الذي تحتاجه تلك المجتمعات. ثم أوضح كلارك كيف يمكن للكبريت أن يلعب دور الأكسجين ، وأن الانبعاثات البركانية في أعماق البحار يمكن أن توفر جميع المكونات الضرورية لنظام بيئي مستدام ذاتيًا. في الجزء الأخير من محاضرته ، أثار كلارك احتمال وجود الحياة في المحيطات تحت السطح على الأقمار الصناعية الجليدية في نظامنا الشمسي ، بما في ذلك أوروبا وجانيميد وكاليستو على وجه الخصوص.
في يناير 1980 ، نشر ريتشارد هوغلاند مقالاً طويلاً بعنوان يوروبا إنجما في المجلة نجمة السماء. يركز على وجه التحديد على أوروبا ، وقد استوحى من صور يوروبا التي قدمتها مهمة فوييجر في يوليو 1979 ، ومن النظرية القائلة بأن تسخين المد والجزر قد يحافظ على محيط على ذلك الجسم تحت قشرة الجليد. في نهاية المقال ، يربط هوغلاند أيضًا باكتشافات النظم البيئية للحياة في قاع المحيط بالقرب من فتحات أعماق البحار ، ويقترح أن يوروبا "يحتوي على جميع المكونات التي تسمح بوجود واحات حياة مماثلة يتم رعايتها داخليًا".
سنناقش أفكار هؤلاء الأفراد بمزيد من التفصيل أدناه ، وكذلك بعض التكهنات السابقة حول الحياة في محيطات الجليل التي تعود إلى عام 1975 ، قبل الاكتشافات التي قامت بها بعثة بالارد الاستكشافية في عام 1977. احتمالية وجود بعض الأقمار الصناعية لكوكب المشتري. أصبح المحيط معروفًا إلى حد ما على نطاق واسع في السبعينيات. يذكر إسحاق أسيموف أن جانيميد وكاليستو قد يكون لديهما محيطات تحت قشرة سميكة من الجليد في كتابه حضارات خارج كوكب الأرض، تم نشره عام 1979. In عوالم جديدة للقديم (نُشر أيضًا في عام 1979) ، كرّس Duncan Lunan جزءًا كبيرًا من فصله عن كوكب المشتري لأقمار الجليل. يكتب ذلك "قد يكون سطح آيو يحتوي على طبقات ملح ممتدة ، ربما ترسبت عن طريق تبخر المياه من تحت الأرض في الماضي. إذا كان الأمر كذلك ، فقد لا يزال يوروبا وجانيميد بهما "محيطات" تحت السطح. (يبدو أن كل من جانيميد ويوروبا يمتلكان سطح - المظهر الخارجي جليد الماء.) " بعد ذلك بقليل كتب ذلك "في 4 مايو 1976 ، أرسل لنا مركز أبحاث Ames أكثر إصدار مذهل حتى الآن. يبدو أن جانيميد قد يكون تقريبًا الكل الماء - قطرة واحدة أكبر من عطارد ، مغطاة بالصخور والجليد." . أثار أسيموف في كتابه المذكور أعلاه هذا السؤال الطبيعي: هل يمكن أن تتطور الحياة في "منطقة من الظلام الأبدي ، محصورة بعيدًا عن بقية الكون بطبقة جليدية غير منقطعة بسماكة أميال؟ "
أدرج جاي كونسولماغنو ، الذي عمل على النماذج النظرية للمحيطات في أوروبا وجانيميد وكاليستو مع جون لويس في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، ملحقًا في أطروحة الماجستير لعام 1975 نماذج التاريخ الحراري للأقمار الصناعية الجليدية حيث اقترح أن أوروبا يمكن أن تكون بدايات الكيمياء العضوية إذا كان اللب الصخري غنيًا بالكربون مثل بعض النيازك البدائية. وأشار إلى أن اللب سيكون على اتصال وثيق مع عباءة الماء الكبيرة وأن التطور الجيولوجي ، مثل تدفقات الحمم البركانية ، قد يحدث ، مما ينتج عنه بهجة عالم الكيمياء الجيولوجية للتفاعلات المحتملة ، والتي يمكن مقارنتها بسهولة بتعقيد محيطات الأرض المالحة. أنهى أطروحته بالكتابة ". نتوقف عن افتراض أشكال الحياة في هذه العباءات ، نتركها للآخرين أكثر خبرة منا في مثل هذه التكهنات." في كتابه الأخ الفلكي - مغامرات عالم الفاتيكان، الذي نُشر في عام 2000 ، يقدم Consolmagno سردًا للمحادثة التي أجراها مع Carl Sagan قبل أن يقدم عمله على نماذج المحيطات على أقمار Galilean في مؤتمر حول كوكب المشتري في عام 1975. واقترح Consolmagno على Sagan أن مثل هذه المحيطات قد تكون أماكن للبحث عن الحياة. رد ساجان متشككًا جدًا ، قائلاً ذلك "الحياة تحتاج إلى طاقة وأشعة الشمس. كيف ستحصل على ضوء الشمس من خلال قشرة سميكة من الجليد." في جلسة الأسئلة والأجوبة بعد عرضه ، ذكر كونسولماغنو فكرته أن هناك إمكانية للحياة في محيطات الجليل ، مضيفًا على الفور: "لكن الدكتور ساجان أشار إلى أنه لا يوجد مصدر للطاقة لهم - لا يوجد ضوء شمس هناك."
ومن المثير للاهتمام في مقالته الطويلة النظام الشمسي خارج المريخ: مسح خارجي، والتي ظهرت في مراجعات علوم الفضاء، المجلد. 111 ، في عام 1971 ، أدرج ساجان نفسه أوروبا ، وجانيميد ، وكاليستو في قائمة الأجسام في النظام الشمسي الخارجي التي يعتقد أنها تقدم "فرص خارجية مثيرة للاهتمام.". مجرد وجود الماء على شكل جليد أو ثلج على أسطح تلك الأجسام دفع ساجان إلى الإدلاء بهذه الملاحظة. أدلى آرثر سي كلارك بتعليق مماثل حول يوروبا وجانيميد في عام 1974 في مقالته الختام في الحياة في الفضاءوالكتابة التي يمتلكونها "على الأقل أحد الشروط المسبقة للحياة: وجود الماء " [على شكل صقيع أو جليد].
كتاب دنكان لونان عوالم جديدة للقديم يعتمد على المناقشات والمحاضرات العامة التي رعتها في منتصف السبعينيات أسترا - الرابطة في اسكتلندا للبحث في الملاحة الفضائية. تأسست هذه المجموعة عام 1953 وما زالت نشطة للغاية. كتاب لونان مليء بشكل كثيف بالتكهنات الواعية والمستنيرة حول نظامنا الشمسي. الفصل 9 ، المخصص لكوكب المشتري ، لديه الكثير ليقوله عن أقمار الجليل. تُركت التكهنات حول الكيفية التي يمكن أن تبدأ بها الحياة في التطور في الجليل للصفحتين الأخيرتين من ذلك الفصل - فقط بضع فقرات استفزازية. فيما يلي بعض الاقتباسات: "في أسترا ، اقترح روبرت شو أن الحياة قد تتطور بعد مرور مذنب عبر نظام جوفيان: الآن بعد أن علمنا أن المذنبات بها هالات هيدروجين هائلة ، قد نتوقع أنه عندما يتفاعل المرء مع الأغلفة الجوية الرقيقة لجزر الجليل ، فإنه يولد قوة عواصف كهربائية ، ربما تخليق جزيئات معقدة كما فعل البرق على الأرض البدائية. " "مع العواصف والتجميد والذوبان المتتاليين للغلاف الجوي أثناء الكسوف ، قد تجد مثل هذه المركبات طريقها إلى الخزانات السائلة تحت الأرض - أو تتفاعل بشكل أبطأ في الثلج. أي حياة تنشأ يجب أن تبقى على قيد الحياة في الأحزمة الإشعاعية ، ولكن إذا كانت محمية بشق ، يجب أن تحتوي على بعض مصادر الطاقة مثل البراكين لتحل محل ضوء الشمس."
يقدم Lunan تكهناته الخاصة بناءً على فرضية A.T. قدم لوتون في أسترا: " . . . في المناقشة ، اقترح [لوتون] أنه قد تكون هناك حلقة من الغبار تحيط بالنظام الشمسي ، تتسرب منه بشكل مطرد. وبهذه الطريقة ، كان من الممكن أن تتعرض أقمار الجليل ، على مدى فترة طويلة ، لغبار بين النجوم [1 ، 2 ، 3] غني بالعناصر الثقيلة من انفجارات المستعر الأعظم.قد يعطي هذا الغبار السطحي كيمياء معقدة للجليليين ثم يعتمد كل شيء ، مرة أخرى ، على ما إذا كانت العواصف تنقل هذه المركبات إلى شقوق - للحماية من الإشعاع ، وربما لتتدفق إلى المناطق الأكثر دفئًا." "ستزيد المياه الجوفية بشكل كبير من فرص تطور الحياة. في الوسط السائل ، تزداد احتمالية حدوث التفاعلات الكيميائية المطلوبة ، وتتمتع الكائنات البدائية بفرص أفضل للانتشار والبقاء والتطور. يوجد جليد مائي في جانيميد وكاليستو ، على الأقل كثافتهما منخفضة ، فهل من المضاربات تخيل الحرارة الداخلية والبحيرات الجوفية ، حتى البحار؟ "
بعد الإشارة إلى أن غانيميد قد يكون مائيًا بالكامل تقريبًا ، كتب لونان: "تخيل أن تنظر من نافذة إلى ذلك ، وتدور حوله ، وتهبط عليه. . . . تخيل أنك تخترق القشرة ، مرسلاً أول قبة أعماق للأسفل. . . . هل سيكون الماء صافياً أم غائماً؟ إلى أي مدى ستحمل الأضواء؟ هل يمكن أن تكون هناك حياة في ذلك السواد الذي لا يمكن تصوره ، والتي تتشبث بجيوب من الحرارة المشعة على الجانب السفلي من تلك القشرة غير العادية؟" ينهي دنكان لونان الفصل بكتابة ذلك "بمجرد إنشاء الصناعة الأرضية في مدار الأرض ، هناك. . . ربما لن يمر أكثر من مائة عام قبل أن يكون هناك علماء أحياء بحرية في جانيميد."
الكتاب الحياة خارج الأرض: دليل الأرض الذكي للحياة في الكون مختلف تمامًا. يتخذ المؤلفان جيرالد فينبرج وروبرت شابيرو مقاربة منهجية ، في محاولة لتطوير منظور واسع جدًا حول كيف وأين يمكن أن تنشأ الحياة في الكون. تم تخصيص فصل طويل للظروف العامة الضرورية للحياة ، بينما يبحث فصل آخر في مجموعة متنوعة من الكيمياء الممكنة التي يمكن أن تكون بمثابة أساس للحياة. وقدمت أفكارهم في محاضرة بعنوان أشكال الحياة الممكنة في بيئات مختلفة جدًا عن الأرض قدمه فينبرغ في المؤتمر الكائنات الفضائية: أين هم؟ التي عقدت في جامعة ميريلاند في نوفمبر 1979. يقدم المؤلفون التعريف التالي للحياة الذي تستند إليه مناقشتهم بأكملها: "الحياة هي في الأساس نشاط المحيط الحيوي. المحيط الحيوي هو نظام عالي التنظيم من المادة والطاقة يتميز بدورات معقدة تحافظ على ترتيب النظام أو تزيده تدريجياً من خلال تبادل الطاقة مع بيئتها." على سبيل المثال ، يعتبرون أن المحيط الحيوي للأرض يشمل مجمل كل الكائنات الحية جنبًا إلى جنب مع جميع الأشياء غير الحية التي تدخل في نشاطها الأيضي. يقترح المؤلفون الشروط الثلاثة التالية لتنشأ الحياة وتتطور: "تدفق الطاقة الحرة. " "نظام مادة قادر على التفاعل مع الطاقة واستخدامها في الترتيب." "يكفي الوقت لبناء التعقيد الذي نربطه بالحياة." على الأرض ، يتم توفير هذه الظروف من خلال الطاقة الضوئية والكيميائية ، والأحماض النووية والبروتينات ، ودهور من الزمن لبيئة مستقرة نسبيًا.
تم تخصيص الثلث الأخير من الكتاب لأخذ القارئ في جولة في النظام الشمسي وما وراءه من وجهة نظر المبادئ العامة التي وصفها المؤلفون بالفعل بشكل كامل. تستند نقاشاتهم حول الأقمار الصناعية الجليلية إلى النماذج النظرية التي اقترحها كونسولماجنو ولويس في عام 1976. ويذكرون أن أوروبا وجانيميد وكاليستو متشابهة إلى حد ما مع بعضها البعض ، ولذا ركزوا المناقشة على جانيميد لأنها الأكبر. . فيما يلي بعض الاقتباسات من تلك المناقشة.
"تحت القشرة الجليدية ، التي يبلغ سمكها من خمسين إلى مائة كيلومتر ، يوجد محيط هائل ، بعمق خمسمائة كيلومتر. يشبه الوضع الوضع في محيطنا المتجمد الشمالي ، لكن محيط جانيميد أوسع. يوجد خمسة وعشرون ضعف كمية الماء السائل تحت جليد جانيميد كما هو الحال على الأرض كلها. يوجد أسفل هذا المحيط اللب الصخري ، عند درجة حرارة تتراوح من 25 درجة مئوية في قاع المحيط إلى عدة آلاف درجة في وسط جانيميد" "ليس سطح غانيميد الجليدي ولا محيطه مياه نقية. يحتوي الماء على شوائب ذائبة من أنواع عديدة ، تمامًا مثل محيطات الأرض. الشكل الكيميائي الدقيق لهذه الشوائب غير معروف ، لكنها قد تحتوي على نفس العناصر والمركبات البسيطة الموجودة في المحيطات البدائية لكوكبنا. علاوة على ذلك ، ربما كان محيط جانيميد موجودًا في شكله الحالي لعدة مليارات من السنين. لذلك ، فإن هذا المحيط يلبي شرطين من الشروط الضرورية للحياة - قاعدة مادية مناسبة ووقت كافٍ لحدوث تطور البريبايوتك والتطور الدارويني."
"العامل الحاسم الذي قد يحدد ما إذا كانت الحياة موجودة في محيط غانيميد هو ما إذا كان هناك مصدر طاقة مناسب لإبعاد المادة عن التوازن. تحجب القشرة الجليدية المياه من أشعة الشمس الضعيفة لجانيميد. من الصعب تخيل أي طاقة مفيدة تصل إلى المحيط من الأعلى. ومع ذلك ، هناك اتجاه آخر يمكن أن تصل منه الطاقة إلى المحيط - أسفل اللب الصخري الساخن. نفس التحلل الإشعاعي الذي ذاب غانيميد في الأصل لا يزال ينتج حرارة في القلب ، وهذه الحرارة تشق طريقها إلى المحيط بأشكال مختلفة. لكي تكون مفيدة كمصدر للطاقة للحياة ، يجب أن تصل الحرارة الداخلية إلى المحيط بشكل مركّز ، كما هو الحال في ثوران بركاني أو تصاعد الغاز الساخن. وإلا فإن الحرارة سترفع درجة الحرارة الكلية في قاع المحيط قليلاً ولن تكون متاحة كطاقة مجانية مدى الحياة. في حالة معرفتنا الحالية بالأعمال الداخلية لـ Ganymede ، لا يمكننا التأكد مما إذا كانت مصادر الطاقة المركزة الغنية ستوجد تحت محيطها. تشير المقارنات مع الأرض إلى أن جزءًا كبيرًا من الطاقة سيظهر في صورة مركزة في النقاط الساخنة المحلية ، وفي تلك البقع ، قد تحدث الانحرافات عن التوازن الذي يمثل بداية الحياة. (الأماكن الموجودة في قاع المحيط على الأرض حيث تظهر الينابيع الساخنة هي مواقع غنية بالكائنات الحية. تستمد هذه المناطق مصدر طاقتها الأساسي من المعادن الموجودة في الينابيع الساخنة ، وليس من الشمس)." بالطبع ، كما أشار المؤلفون ، تنطبق هذه التخمينات بشكل جيد على أوروبا وكاليستو ، بافتراض صحة نماذج Consolmagno-Lewis لهذه الهيئات. يشير آخر الاقتباس الوراثي إلى اكتشافات رحلة بالارد في عام 1977 لمجتمعات الحياة المزدهرة في فتحات أعماق المحيط في منطقة غالاباغوس المتصدعة.
انعقد مؤتمر "الحياة في الكون" في مركز أبحاث أميس التابع لوكالة ناسا في يونيو 1979. وكان مؤتمرًا كبيرًا نسبيًا حضره حوالي 150 شخصًا ، من بينهم علماء من ناسا ومن العالم الأكاديمي. غطت المحاضرات مجموعة واسعة من الموضوعات ، من الأسئلة الخارجية الأساسية إلى SETI ، وتم نشرها في عام 1981 في مجلد حرره جي بيلينجهام ، والذي سمي أيضًا الحياة في الكون. ذكرت محاضرتان من المحاضرات التي ألقيت في ذلك المؤتمر على وجه التحديد Europa و Ganymede و Callisto. لقد ذكرنا بالفعل محاضرة بينتون سي كلارك بعنوان الكبريت: ينبوع الحياة في الكون. كتب كلارك في الملخص الأول للنسخة المكتوبة من محاضرته: "الكبريت موجود في كل مكان في الكون وهو ضروري لجميع أشكال الحياة التي نعرفها. وهو يدعم طريقة الحياة ذات التغذية الكيميائية و التمثيل الضوئي. قد يسكن في مجالات لا يمكننا تخيلها ، وبالتالي قد تكون منطقة الحياة حول النجم أوسع مما هو مقدّر الآن." "على الرغم من أنه يبدو على الأرجح أن الماء السائل والمركبات العضوية هي مكونات أساسية للغالبية العظمى (إن لم يكن كل) الأنظمة الحيوية في الكون ، سيكون موضوعي أن مركبات الكبريت قد تكون ذات رتبة معادلة وقد تسمح بتكاثر الحياة في بيئات معينة لا تعتبر مضيافة."
في وقت مبكر من الورقة ، ناقش المؤلف الاكتشافات التي تم إجراؤها في عام 1977 مع الغواصة المأهولة ألفين: "كانت المهمة هي الاستكشاف الجيولوجي للينابيع الحرارية في قاع المحيط على عمق 2.5 كم وسط منطقة صدع غالاباغوس. تم العثور بالفعل على فتحات حرارية مائية ، وعلى الرغم من أن هذه الفتحات ذات أهمية جيوكيميائية وجيوفيزيائية كبيرة ، كان الاكتشاف الأكثر أهمية هو وجود أنواع غير معروفة سابقًا من الحيوانات التي تعتمد حياتها الجماعية على الإنتاجية الأولية للبكتيريا المؤكسدة للكبريت." يصف الكثير من الورقة بشيء من التفصيل دور الكبريت في كيمياء الكون ونظامنا الشمسي ، ودوره في تطور الكواكب وخاصة في كيمياء الحياة. كتب لاحقًا في قسم بعنوان "اكتشاف غالاباغوس": "إن العثور على أنظمة بيئية صغيرة ومعزولة وكاملة إلى حد ما عند مصب فتحات الغواصات الحرارية المائية النشطة أمر مهم لأن هذه الأنظمة لا تعتمد على التمثيل الضوئي لإنتاجيتها الأولية." ويشير إلى أن مجتمعات فتحات أعماق البحار تلك تتطلب بالفعل أكسجينًا مذابًا في مياه البحر ، والذي يتولد أساسًا عن طريق التمثيل الضوئي بالقرب من السطح. ثم يكتب: "من المثير للاهتمام التكهن ، مع ذلك ، أن الانبعاثات البركانية تحت سطح البحر يستطع توفير جميع المكونات الضرورية لنظام بيئي مستدام ذاتيًا." يقترح بعض الكيمياء البديلة التي يمكن أن تدعمها مثل هذه الانبعاثات البركانية ، بما في ذلك مجموعة محددة من التفاعلات الكيميائية المرتبطة بالكبريت والتي تنتج الطاقة والتي يمكن أن تكون أساسًا لنظام بيولوجي.
القسم الأخير بعنوان "عوالم أخرى". فيما يلي بعض الاقتباسات: "الافتراض بأن البيئات الشبيهة بالأرض هي الوحيدة المؤهلة لتكون مناطق سكن مشترك [المناطق الصالحة للسكن بشكل مستمر] ليست آمنة. لقد انحازنا بفكرة أن التمثيل الضوئي له أهمية أساسية لدرجة أن الأنظمة الحيوية المتقدمة لا يمكن أن تستمر إلا في البيئات المقترنة بالإضاءة. ومع ذلك ، فإن وجود منافذ مقترنة بشكل غير مباشر فقط بتدفق الفوتون الشمسي ، مثل مجتمعات تنفيس غالاباغوس ، والأنظمة البيئية الطينية القاعية والبحرية الأخرى ، وبيئات المستنقعات المالحة ، يؤكد أن المطلب الأساسي هو تدفق الطاقة لتوفير إعادة التدوير ، أو إمداد جديد للطاقة الكامنة الكيميائية." "قد تكون المتطلبات الأساسية للحياة ببساطة (1) تدفقًا للطاقة ، (2) نظام درجة حرارة ثابتًا متوافقًا مع الكيمياء الحيوية للكائنات ، (3) بيئة سائلة ، وبالطبع ، (4) إمداد أولي من عناصر لبنة البناء ، مثل C و H و N و O و P و S والمعادن الانتقالية. لا تحتاج هذه العناصر ، من حيث المبدأ ، إلى التجديد حيث يمكن إعادة تدويرها. في ظل هذه الظروف ، قد لا تكون بعض البيئات غير الشبيهة بالأرض مواتية للحياة فحسب ، بل قد تكون متاحة بكثرة في الكون."
"ضع في اعتبارك H 2 أجسام ثرية. في نظامنا الشمسي ، لا يشمل ذلك الأرض فحسب ، بل يشمل أيضًا المريخ وتريتون ، وبالتأكيد جانيميد وكاليستو وأوروبا. لا توجد المياه السائلة على سطح أي من هذه الأجسام باستثناء الأرض ، لكن لا ينبغي استبعاد وجود خزانات مياه سائلة "مدفونة". " يلخص كلارك باختصار المصادر المحتملة لخزانات المياه السائلة تحت السطح ، بما في ذلك تأثيرات المد والجزر مثل تلك المسؤولة عن التأثير البركاني على Io. "بغض النظر عن الطريقة التي تتشكل بها ، هناك سبب وجيه لاعتبار خزانات المياه السائلة المدفونة كبيئات محتملة لدعم الحياة. إن التوافر المحتمل للأملاح الذائبة ، بما في ذلك مركبات الكبريت ، ووجود تدفق للطاقة ، في شكل تدفق حراري كوكبي ، يلبي متطلبات دعم الحياة المذكورة أعلاه. قد يكون الاقتران باللمعان النجمي أو الكوكبي غير ضروري تمامًا."
"الكبريت موجود في كل مكان وربما يلعب عدة أدوار مهمة في أي منظمة خارجية. على الرغم من أنه يمكن أن يشارك في عملية التمثيل الضوئي ، إلا أنه يسمح أيضًا بطريقة كيميائية التغذية. لا تشمل المناطق الصالحة للسكن بيئة المحيط السطحية فحسب ، بل تشمل أيضًا مناطق المحيطات الجوفية الأكثر احتمالًا. قد تكون البيئات الشبيهة بالأرض كمسكن للحياة هي الاستثناء وليس القاعدة. من الممكن احتلال المناطق المدفونة الأكثر وفرة ، ويجب أن تصبح في نهاية المطاف موضوعًا للاستكشاف. ما إذا كانت مثل هذه البيئات يمكن أن تدعم الحياة لفترة كافية وعلى مستوى كافٍ من النشاط للسماح بتطور أشكال عالية الدماغ (الحياة الذكية) هو تخميني. " يختتم كلارك ورقته البحثية بذكر مجالات البحث التي سيكون لها تأثير على التكهنات التي قدمها ، بما في ذلك على وجه الخصوص دراسة الأقمار الصناعية الكواكب الكبيرة مثل الأقمار الصناعية الجليل لكوكب المشتري ، وتاريخها الحراري ، ومسألة المدة التي قد يستغرقها الماء السائل تحت السطح. كانت موجودة على مثل هذه الأقمار الصناعية. السؤال الآخر الذي يؤكده هو ما إذا كان من المحتمل أن يعيش النظام البيئي الكيميائي الكيميائي بالكامل على نطاق واسع بما يكفي ولفترات زمنية طويلة بما يكفي للسماح بتطور أعلى.
مقالة ريتشارد سي هوغلاند يوروبا إنجما يمكن العثور عليها بالكامل على موقع Enterprise Mission. تم نشرها على نطاق واسع في ذلك الوقت من قبل محرر المجلة تيرينس ديكنسون نجمة السماء الذي ظهر فيه المقال. أصدر بيانًا صحفيًا أثار تقارير حول أفكار Hoagland في العديد من الصحف. ألهمت هذه المقالة آرثر سي كلارك لجعل يوروبا وإمكانية وجود الحياة هناك أحد موضوعات روايته 2010: أوديسي 2. يقدم Hoagland نظريته الخاصة حول مدى تعقيد الكيمياء العضوية ، التي يمكن أن تكون مقدمة للحياة ، في محيط محتمل على أوروبا. نقطة انطلاقه هي التشابه الذي يُقال غالبًا بين كوكب المشتري ونظام الأقمار التي تدور حوله والشمس مع نظام الكواكب التي تدور حولها. يسرد أفكاره وهو يشاهد الصور من فوييجر على شاشات التلفزيون في مختبر الدفع النفاث ، يكتب: "ولكن في تلك الليلة ، عندما اجتاحنا نظام جوفيان ، أعاد فوييجر صورة تلو الأخرى لعوالم مختلفة تمامًا - كل قمر صناعي لجوفيان أكثر روعة ، كل منها أكثر إثارة للاهتمام من الأخير ، كل مكان سيكون مكانًا رئيسيًا كوكب إذا كانت تدور حول الشمس - عندها قفز الخطاب الأكاديمي الجاف حول "أنظمة الكواكب المصغرة" فجأة من الشاشات وأصبحت مجموعة من الاحتمالات التي توسع العقل." ثم يتابع: "في وقت من الأوقات ، كما يخبرنا المنظرون ، كانت تلك الصورة أكثر دقة بكثير. كوكب المشتري حديث التكوين ، المتراكم من السديم الشمسي البدائي من الغبار والهيدروجين والهيليوم وآثار عناصر أخرى ، يشبه في جميع الجوانب الأساسية نجمًا حديث التكوين. يتوهج - بضوء ياقوتي شرس - يشع قدرًا من الطاقة مثل التسلسل الرئيسي التقليدي لنجم قزم أحمر ، حوالي واحد على عشرة آلاف من الشمس الحالية. "" كان الاختلاف الجوهري ، بالطبع ، هو أن الشمس تشرق بمصادر الطاقة النووية وأن كوكب المشتري كان يعتمد على احتياطيات محدودة للغاية ، وتحويل طاقة الجاذبية الناتجة عن انهياره إلى حرارة مهدرة." "ولكن بين لحظة "اشتعال" كوكب المشتري و "تلاشي" لا بد أنه كانت هناك نافذة ، وهي فترة وجيزة من الوقت عندما كان يوروبا ينعم بطاقة غنية مثل أي تدفق عبر مدار الأرض. . . أو المريخ." "في ذلك الوقت كان يجب أن يكون لدى يوروبا حقيقة المحيطات والسماء المليئة بالغيوم مع هطول أمطار خفيفة أو أعاصير متقطعة لتحويل تلك البحار المتلألئة إلى رغوة قبل حدوث عاصفة." "ومع ذلك فقد حُدد مصير يوروبا. مات بينما كانت الأرض نفسها لا تزال باردة في اللحظة التي يمكن أن تولد فيها محيطاتها الأولى. استمر كوكب المشتري في التطور ، وأصبح صغيرًا وخافتًا." "في لحظة جيولوجية ، تجمدت المياه التي تناثرت عبر يوروبا الصغير هذا ، وتحول المحيط الواسع الذي يمتد عبر الأقمار الصناعية فجأة إلى فسحة متلألئة من الجليد ، مما يعكس إلى الأبد "الشمس" الباهتة من اندفاعها القصير في الحياة. كوكب المشتري الآن ممسك بحركة أقل فوق نصف كرة ساطع بواسطة دوران يوروبا المتزامن المغلق المد والجزر الآن." ثم يناقش هوغلاند بإسهاب طريقة واحدة يمكن من خلالها تصنيع الجزيئات العضوية في الغلاف الجوي المبكر لأوروبا ، والتي يقترح أنها ربما كانت مشابهة لتلك الخاصة بالأرض في تاريخها المبكر. يجادل بأن هذا الغلاف الجوي المبكر كان سيتأين بشدة وأنه سيضيع في الفضاء على مدى ملايين السنين ، مكونًا حلقة على طول مداره من الأيونات الثقيلة. ثم كتب أنه نتيجة لذلك ، فإن التفاعل مع المجال المغناطيسي البدائي للمشتري من شأنه أن يخلق تيارات كهربائية مكثفة بين قطبي أوروبا والفوتوسفير لجوفيان. هذا من شأنه أن يؤدي إلى "تسخين الغلاف الجوي فوق القطبين", "صواعق هائلة من البرق ، حتى في الهواء النقي." "وهناك شيئ اخر: تفاعلات التوليف العضوي بين المكونات الرئيسية والصغرى في هذا الجو!" كما يذكر عدة مصادر أخرى للتوليف العضوي. "يجب أن تكون النتيجة حقيقية تمطر من الجزيئات المتساقطة من السماء فوق هذا الكوكب الشاب ، كل شيء من الكحوليات إلى ما قبل الأخير أحماض أمينية." بهذه الطريقة ، قبل أن تغطي القشرة المتجمدة سطح أوروبا ، يمكن إنتاج محيط غني بالمركبات العضوية.
بعد تلخيص أفكار كاسن وبييل ورينولدز فيما يتعلق باحتمالية أن قوى المد والجزر التي تمارس على أوروبا قد تحافظ على بحر من الماء السائل تحت قشرتها الجليدية ، يتابع هوغلاند: "إذا كان هذا صحيحًا ، فإن الوجود المستمر لأعمق محيط كوكبي في النظام الشمسي - عبر 4.5 مليار سنة - يقدم لنا مجموعة مذهلة من الاحتمالات ، بما في ذلك التطور المستقل وراء تلك المواد الكيميائية والأحماض ما قبل العضوية في موضوع سعينا الذي دام قرونًا: عالم الحياة الثاني للنظام الشمسي." ثم يناقش الشقوق الواسعة والمظلمة التي تغطي سطح أوروبا ، مما يشير إلى أن وجود هذه العلامات يشير إلى أن قشرة الجليد رقيقة وأن الظلام قد يكون بسبب "الجزيئات العضوية المبلمرة بالإشعاع التي تم إحضارها من أسفل بعيدًا ، تلطخ القشرة السطحية لأميال وراء الكسر الفعلي للجليد." "حتى لو كانت الجزيئات بسيطة نسبيًا ، فإن التعرض المفاجئ للأشعة فوق البنفسجية الشمسية الخام وخلفية الإشعاع عالية الطاقة للسطح سيؤدي حتمًا إلى تقاطع هذه المركبات في مجموعات مختلفة ، مما ينتج عنه على الأرجح بقع بنية على طول الشق متطابقة في الكيمياء مع تلك التي يتم إنتاجها في جميع قوارير المختبر!" اقتراح وصف يوروبا باعتباره أ "كوكب الضغط ،" يوضح هوغلاند: "كان حظ يوروبا الهائل هو كوكب المشتري فعلت تموت مما يتركها مع ختم جوي مثالي ضد فقدان جميع المواد المتطايرة. مع إنشاء القشرة الجليدية بسمك أميال ، فإن النشاط البركاني من قاع المحيط سيستمر لعدة ملايين ، إن لم يكن مليارات السنين ، غير مهتم تمامًا بالمنتجات - بخار الماء ، وثاني أكسيد الكربون ، والأمونيا ، والنيتروجين ، والسرفور ، إلخ. - محاصرون الآن تحت غطاء ، تمثله القشرة التي تعلوها خمسون ميلاً." "كان من الممكن أن يستمر التطور الكيميائي والعضوي لتلك الجزيئات العضوية التي تم إنتاجها خلال ملايين السنين الأولى من أوروبا تحت مظلة الجليد تلك ، مدعومًا بمجموعة متنوعة من موارد الطاقة ، وبمساعدة تلك السلعة التي يتفق عليها كل عالم في علم الأحياء الخارجية ، فهي ضرورية للغاية: الوقت - حوالي 4.5 مليار سنة منه." "والدليل الأكثر إثارة للاهتمام هو أن هذه العملية في هذه الأمt يحدث ، هل تلك العلامات السطحية الغريبة التي تغطي أوروبا مثل أي كوكب آخر في النظام الشمسي."
"أخيرًا ، ماذا لو التطور على أوروبا فعلت تواصل ، الميكروبات الماضية التي تعيش في محيطها اللاهوائي ، كائنات الماضي باستخدام طاقة التخمير فقط؟ لنفترض مزيجًا من عدة مليارات من السنين والبيئة الفريدة التي تم تعزيزها - قسري - تطور كائنات أكثر تعقيدًا؟ يمكن أن يكون هناك ، في الواقع ، ما يعادل بليزوصورات تسبح في الظلام إلى الأبد تحت مشهد يوروبا المسبب للعمى: أبناء العمومة التطوريين للحوت الأزرق العظيم المكافئ الفكري للدلافين ، أو نحن ، المحبوسين في ذلك السجن الجليدي ، المحاصرون إلى الأبد في مدار حولهم ما يقرب من النجم ، الذين لم يروا النجوم الحقيقية مطلقًا وليس لديهم طريقة لمعرفة أي شيء يتجاوز مياههم السائلة العميقة والمظلمة؟" بالقرب من نهاية مقالته ، يناقش Hoagland اكتشافات النظم البيئية للحياة في قاع المحيط بالقرب من فتحات أعماق البحار ، والتي تستند إلى التوليف الكيميائي بدلاً من ضوء الشمس ، وأهمية هذه الاكتشافات بالنسبة لأوروبا: "من المحتمل أن يحتوي محيط أوروبا ، وفقًا لخط التفكير في هذه المقالة ، على جميع المكونات التي تسمح بوجود واحات حياة مماثلة يتم رعايتها داخليًا."

مع ثروة الاكتشافات والبيانات التي حصلت عليها بعثتا Voyager لعام 1979 ، سرعان ما تم تنظيم مؤتمر بعنوان "The Satellites of Jupiter" وعقد في مايو 1980 برعاية معهد علم الفلك بجامعة هاواي وبدعم من ناسا والاتحاد الفلكي الدولي والعديد من المنظمات العلمية الأخرى. هناك مقال ممتاز في وقائع هذا المؤتمر لكاسن وبييل ورينولدز بعنوان الهيكل والتطور الحراري للأقمار الصناعية الجليل، الذي يناقش بالتفصيل الأفكار الحالية آنذاك حول الهيكل الداخلي لأقمار الجليل ، ويقدم وصفًا شاملاً إلى حد ما لتاريخ تلك الأفكار. فيما يتعلق بإمكانية وجود محيطات في جانيميد وكاليستو ، كتب المؤلفان: "من المحتمل أن تكون الأغطية المائية لكلا القمرين صلبة تمامًا ، إلا إذا كانت ملوثة بشكل كبير بالأملاح الذائبة أو الأمونيا. ترجع أوجه عدم اليقين الرئيسية في النماذج الحرارية لهذه الأجسام إلى عدم اليقين في خصائص زحف الجليد ودرجة تلوث عباءات المياه. " فيما يتعلق بأوروبا: "ساهم تسخين المد والجزر بلا شك بشكل كبير في تاريخ أوروبا الحراري ، ولكن ما إذا كان كافياً للحفاظ على الماء السائل يعتمد على لزوجة الجليد ، وتاريخ الرنين المداري ، وكميات الشوائب في الجليد." لكن من الواضح أن المؤلفين أقل تفاؤلاً إلى حد ما بشأن احتمالية بقاء غطاء الماء السائل في أوروبا مقارنة بما ورد في بحثهم السابق عام 1979 (هل يوجد ماء سائل في أوروبا؟). خطأ رياضي صغير ولكنه حاسم في تلك الورقة يضعف إلى حد كبير الحجة المقدمة هناك. يناقش المؤلفون هذا الخطأ وتداعياته في ورقة أخرى في عدد نوفمبر 1980 من رسائل البحث الجيوفيزيائي، مخول تبديد المد والجزر في أوروبا: تصحيح.
ومع ذلك ، في ورقة مختصرة بعنوان ماء سائل وظهور نشط على سطح أوروبا، والتي ظهرت في عدد يناير 1983 من طبيعة، كاسن ، بيل ، رينولدز ، مع S.W. تقدم Squyres بعض الحجج الإضافية الجديدة التي عززت بعد ذلك قضية وجود محيط من الماء السائل على أوروبا. يقومون أولاً بإعادة فحص مصادر الحرارة الرئيسية التي يمكن أن تؤثر على درجة حرارة السطح ، أي الحرارة الناتجة عن الاضمحلال الإشعاعي في اللب ، عن طريق قوى المد والجزر التي تعمل على القشرة الجليدية ، وقوى المد والجزر التي تعمل على اللب نفسه. لم يتم النظر في هذا المصدر الأخير في الورقة السابقة لعام 1979 من قبل المؤلفين الثلاثة الأوائل. في ظل فرضيات معينة ، يجادل المؤلفون بأن حساباتهم متوافقة على الأقل مع H. 2 طبقة O (الماء السائل والجليد) يبلغ سمكها عشرات الكيلومترات ولها قشرة جليدية يبلغ سمكها حوالي 16 كم. لكنهم أشاروا إلى أن الحسابات حساسة للغاية حتى للتغييرات الطفيفة في الفرضيات ، ثم ناقشوا بعض أدلة الملاحظة. استنادًا إلى ندرة الحفر في أوروبا ، توصل المؤلفون إلى تقدير لزوجة الجليد السطحي. ثم يجادلون بأن هذه اللزوجة تتطلب نوعًا من البطانية العازلة ، مثل طبقة واسعة من الصقيع على السطح. ثم يكتب المؤلفون: "يمكن أن يوفر تكسير قشرة جليدية رفيعة فوق الماء السائل مثل هذه البطانية. المياه المعرضة للتصدع لن تغمر السطح ، بسبب طفو القشرة ، ولكنها ستغلي ، منتجة بخارًا يتكثف كصقيع على مساحة كبيرة. عادةً ما يكون للصقيع كثافة منخفضة جدًا وموصلية حرارية ، ويمكن أن توفر العزل المطلوب. يمكن أن تؤدي الطبقة العازلة أيضًا إلى متوسط ​​سمك القشرة أقل بكثير من متوسط ​​القيمة

16 كم محسوبة للتوصيل في الجليد الصلب وحده." يختتم المؤلفون بتقديم أدلة رصدية لصالح وجود طبقة صقيع واسعة النطاق.
أحد المتطلبات الحاسمة لوجود الحياة في محيط تحت السطح على أوروبا هو مصادر كافية للطاقة. تمت دراسة هذا السؤال بالتحديد في الورقة حول صلاحية يوروبا للسكنى بقلم ر. رينولدز ، إس دبليو. سكويرز ، دي إس كولبيرن ، وسي. مكاي ، والتي ظهرت في إيكاروس ، المجلد. 56 ، في عام 1983. في مقدمتهم ، كتب المؤلفون: "بالنظر إلى مؤشرات وجود محيط مائي سائل كبير على أوروبا ، وتقارب أشكال الحياة على الأرض لبيئة مائية ، ربما يكون من المناسب التحقيق في إمكانية سكن يوروبا. في هذه الورقة ، نأخذ في الاعتبار نوع البيئة التي قد توجد في محيط على أوروبا ومدى ملاءمة تلك البيئة باعتبارها مسكنًا للحياة. إن وصف نظام بيئي افتراضي على أوروبا يستلزم معرفة بالبيئة تتجاوز بكثير أي شيء متاح حاليًا. ومع ذلك ، من الممكن معالجة مسألة محدودة للغاية تتعلق بتوافر المتطلبات الأساسية لنظم المعيشة. وتشمل هذه (1) بيئة مادية مناسبة (درجة الحرارة المناسبة والضغط وما إلى ذلك) ، (2) الاستقرار طويل الأجل لتلك البيئة ، (3) العناصر الحيوية الضرورية ، و (4) مصادر الطاقة الكافية." يشير المؤلفون بعد ذلك إلى أن وجود محيط مائي سائل يعني أن الظروف (1) و (2) مُرضية ، ويجادلون بأن الافتراضات المعقولة تمامًا حول تكوين يوروبا تعني أن (3) راضٍ أيضًا. لهذه الأسباب ، تركز الورقة بشكل خاص على مسألة ما إذا كان ينبغي وجود مصادر طاقة مفيدة بيولوجيًا في أوروبا ، وفحص بدورها الطاقة الحرارية والطاقة الشمسية والطاقة الكهربائية.
طاقة حرارية. سوف يتم تسخين المحيط في أوروبا نتيجة الاضمحلال الإشعاعي في القلب ، وقوى المد والجزر على كل من اللب والقشرة الجليدية ، وإطلاق الطاقة المخزنة من فترة سابقة من ارتفاع درجة الحرارة. يجادل المؤلفون بأن هذه الطاقة ربما لن تكون مفيدة لدعم الحياة. على الرغم من وجود فروق في درجات الحرارة في مثل هذا المحيط (على سبيل المثال زيادة درجة الحرارة مع العمق) ، فإن أشكال الحياة التي تعتمد على تدرجات درجة الحرارة كمصدر للطاقة من المحتمل أن تكون بطول كيلومترات. ثم ناقش المؤلفون إمكانية وجود مصادر مركزة للحرارة موجودة على أوروبا ، على غرار فتحات أعماق البحار والينابيع الساخنة التي تم اكتشافها في أواخر السبعينيات هنا على الأرض. إن حساب كمية الطاقة الحرارية الناتجة في قلب سيليكات يوروبا عن طريق الاضمحلال الإشعاعي وقوى المد والجزر لا يعني في حد ذاته أن النشاط البركاني في قاع المحيط محتمل للغاية. ومع ذلك ، جنبًا إلى جنب مع عوامل أخرى ، يكتب المؤلفون أن مثل هذا النشاط هو على الأقل احتمال وأن البيانات الحالية وتقنيات النمذجة ليست جيدة بما يكفي لتقييم فرصة وجود مصادر الطاقة المركزة هذه.
طاقة شمسية. "نفترض أن الطاقة الشمسية ستصل فقط إلى الماء السائل حيث تكسر القشرة الجليدية مؤخرًا. وبالتالي فإن الكمية المهمة هي المقدار السنوي لمساحة سطح يوروبا التي يتعرض الماء السائل فوقها لأشعة الشمس من خلال تكسير القشرة." قد ينتج عن هذا الكسر طبقة من الصقيع على السطح. أيضًا ، سيبدأ الماء السائل المكشوف في التجمد بسرعة. من خلال إجراء بعض التقديرات المعقولة لسماكة وكثافة طبقة الصقيع ، توصل المؤلفون إلى تقدير يبلغ 5 كيلومترات مربعة لإجمالي مساحة سطح يوروبا حيث ستتعرض المياه السائلة الكامنة لأشعة الشمس خلال عام واحد. ثم يمكنهم تقدير كمية الطاقة الشمسية التي يمكن أن يوفرها هذا التعرض للمحيط تحت السطحي في أوروبا ، ليصل إلى رقم 2 × 10 22 إرجس سنويًا.
طاقة كهربائية. "يمكن أن ينتج مصدر آخر محتمل للطاقة المفيدة بيولوجيًا عن حركة يوروبا عبر الغلاف المغناطيسي لكوكب المشتري." يجادل المؤلفون بأن التيار الكهربائي المستحث سوف يميل إلى التدفق عبر المحيط المائي السائل (إن وجد) من أحد قطبي أوروبا إلى الآخر ويعتمد حجم هذا التيار على موصلية القشرة الجليدية عند القطبين. وخلصوا إلى أن مصدر الطاقة هذا لن يكون مهمًا إلا عندما يتعرض محيط الماء السائل الكامن في الواقع عند القطبين. يثير المؤلفون احتمال أن مثل هذا التيار الكهربائي يمكن أن يولد حرارة كافية للحفاظ بشكل دائم على مناطق من المياه المكشوفة عند القطبين ، مما سيسمح أيضًا بوصول المزيد من الطاقة الشمسية بشكل كبير إلى الماء السائل.
لا يزال هناك الكثير من الأدبيات التي ستأتي بعد عام 1983. وهناك دليل ممتاز لمقالات وروابط أكثر حداثة حول أوروبا ، والإمكانيات التي يقدمها قمر المشتري هذا ، وجميع القضايا ذات الصلة هو مقال تشارلز تريت: إمكانية الحياة على أوروبا. بالنسبة لبعض المراجع والروابط المتعلقة بالموقف كما يبدو في الوقت الحاضر ، يجب على القارئ الاطلاع على تعليق .

للترجمة إلى اللغة اللاتفية ، بفضل Arija Liepkalnietis ، انتقل إلى الرابط التالي:

حقوق النشر والنسخ 1999 RALPH GREENBERG
حقوق النشر ونسخ 2002 رالف جرينبيرج


6. الاستنتاجات

باستخدام محاكاة المناخ ثنائية الأبعاد وثلاثية الأبعاد ، أوضحنا أن الكواكب التي تدور حول نجوم أكثر برودة وأكثر احمرارًا عند مسافات تدفق مكافئة تُظهر متوسط ​​درجات حرارة سطح عالمية أعلى من الكواكب التي تدور حول نجوم ذات ناتج إشعاع أكثر وضوحًا وقريبًا من الأشعة فوق البنفسجية. ترجع زيادة درجات حرارة السطح في جزء كبير منه إلى امتصاص غازات الغلاف الجوي لنسبة أعلى بكثير من الأشعة القريبة من الأشعة تحت الحمراء المنبعثة من النجوم القزمة M. ومع ذلك ، فقد أظهرنا أن الاعتماد الطيفي للجليد المائي والثلج البياض يلعب دورًا في التأثير على المناخ. يبدو أن التغييرات في مناخ الكواكب أقل حساسية لـ M-dwarf SED من G- و F-dwarf SED ، كما يتضح من التغيير الأصغر في مدى الجليد لتغير معين في التدفق النجمي للكواكب M-dwarf. عند مستوى ثابت من أول أكسيد الكربون2، تظل الكواكب المائية M-dwarf خالية من الغطاء الجليدي العالمي مع تدفق نجمي أقل بنسبة 25 ٪ من الكواكب المائية F-dwarf و 19 ٪ أقل في التدفق النجمي من الكواكب المائية G-dwarf. لذلك ، قد تكون الكواكب M-dwarf أكثر استقرارًا ضد التجلد في خطوط العرض المنخفضة على مدار تاريخها من الكواكب التي تدور حول النجوم ذات ناتج أعلى من الأشعة المرئية والقريبة من الأشعة فوق البنفسجية. نظرًا لأنه تم ربط التجلد في خطوط العرض المنخفضة بظهور حياة معقدة على الأرض ، فإن الكواكب الأقل استعدادًا لمثل هذه الحلقات الجليدية ستحتاج إلى الاعتماد على وسائل أخرى للمساعدة في التطور البيولوجي. قد تظهر الكواكب M-dwarf أيضًا خطوطًا جليدية أكثر استقرارًا في خطوط العرض المنخفضة نتيجة لجليد منخفض البياض على أسطحها. في OHZ ، حيث CO2 من المتوقع أن تزداد مع انخفاض درجة حرارة السطح وتجوية السيليكات ، والاعتماد الطيفي للجليد السطحي والثلج البياض أقل أهمية ولا يؤدي إلى تمديد OHZ التقليدي الناتج عن الحد الأقصى من ثاني أكسيد الكربون2 البيت الأخضر. ومع ذلك ، نظرًا لانخفاض حساسيتها المناخية للتغيرات في عملية التقطير ، فمن المحتمل أن تحتوي الكواكب M-dwarf على كميات أقل من CO2 في غلافها الجوي بعيدًا في المناطق الصالحة للسكن لنجومها عن الكواكب التي تدور حول نجوم ذات ناتج مرئي أعلى وقريب من الأشعة فوق البنفسجية على مسافة تدفق مكافئة ، وستتطلب كمية أقل من ثاني أكسيد الكربون2 للحفاظ على ظروف clement للماء السائل السطحي.


البحث عن كواكب صالحة للسكن

الذي جاء أولاً: الحياة أم القابلية للسكن؟ على الرغم من أن هذا السؤال يبدو متناقضًا للوهلة الأولى ، إلا أن ورقة بحثية جديدة أعدها باحثون كولومبيون تلفت انتباه علماء الأحياء الفلكية إلى معضلة كلاسيكية: هل الحياة مطلوبة أيضًا لصلاحية السكن؟ على الأرض ، يكاد يكون من الحقائق الواقعية أنه بنفس الطريقة التي تكون فيها الظروف الصالحة للسكن على كوكبنا إلزامية للحياة ، يمكن أن يكون وجود الحياة أيضًا عاملاً محددًا في جعل عالمنا صالحًا للسكنى بشكل دائم. وإذا كان هذا هو الحال بالنسبة للأرض ، فيجب أن يكون كذلك بالنسبة للكواكب الأخرى الصالحة للسكن في أماكن أخرى. وبالتالي ، إذا كان هدفنا هو إيجاد الحياة في الكون ، فلا يجب أن نستبعد الحياة نفسها عند توقع الكواكب التي يمكن أن تزدهر عليها.

"يجب أن نجعل الأمور أبسط ما يمكن ، ولكن ليس أبسط". هذا هو اقتباس أينشتاين الشهير الذي يفتح ورقة جديدة كتبها مجموعة من العلماء الكولومبيين وتم قبولها للنشر في المجلة. العلوم الحيوية مناقشة. تستشهد الورقة بعنوان "المنطقة الصالحة للسكنى للكواكب المأهولة" ، بقلم Jorge I. Zuluaga ، باحثو FACom وغيرهم ، بالاقتباس لتسليط الضوء على حقيقة أن معظم النماذج المستخدمة اليوم للتنبؤ بالظروف التي سيكون فيها الكوكب صالحًا للسكن ربما أبسط مما ينبغي. وفقًا للمؤلفين ، تم استبعاد الحياة بشكل منهجي عند حساب الظروف البيئية المعقولة في الكواكب الصالحة للسكن. الوضع متناقض ، لأن الحياة هي الهدف النهائي لبحثنا عن عوالم صالحة للسكن في المجرة.

"يشبه محاولة تصميم نظام تكييف الهواء للمركبة باستثناء تأثير الحرارة والتوازن الشامل للركاب داخل المقصورة ، ما هو الغرض من نظام تكييف الهواء إذا احتجنا ، لتصميمه ، إلى افتراض أن السيارة فارغ؟" يسأل البروفيسور خورخي زولواغا ، المؤلف الرئيسي للورقة. على الرغم من أن الدور المحدد للحياة في الحالة الحالية والماضية لبيئة الأرض لم يتم التحقيق فيه بشكل قاطع ، إلا أن هناك قدرًا متزايدًا من الأدلة التي تدعم فكرة أن كوكبنا لن يكون هو نفسه إذا أزلنا كل شكل من أشكال الحياة من سطحه. .

"بيئة الأرض ، وبشكل عام ، بيئة أي كوكب يسكنه حي واسع الانتشار ، يتألف من أنظمة معقدة للغاية قوية ، على الرغم من أن التفاعلات الدقيقة أحيانًا بين مكوناتها تحافظ باستمرار على النظام في حالة توازن منظمة" ، يوضح البروفيسور خوان ف. سالازار ، مؤلف مشارك في البحث والمؤلف الأول لعمل سابق ألهم هذا التطور الجديد. "في مثل هذه الأنظمة المعقدة ، يمكن أن يؤدي استبعاد أي مكون رئيسي إلى ظروف نهائية مختلفة تمامًا ، وبالتالي ، فإن تقييم قابلية الأرض للسكنى أو أي كوكب افتراضي آخر بافتراض أنها خالية من الحياة (قابلية السكن اللاأحيائية) يمكن أن يؤدي إلى نتيجة مختلفة تمامًا عن افتراض أن الكوكب يسكنها ".

درجة الحرارة في سطح كوكب افتراضي كدالة على كمية الإشعاع النجمي الوارد (S). نقارن حالات الكوكب الجاف والميت (الخط الأحمر) ، والكوكب الرطب ولكن غير المأهول (الخط الأزرق) والكوكب الرطب والمسكن (الخط الأخضر). عندما تكون مأهولة ، فإن الحافة الخارجية للمنطقة الصالحة للسكن (يمينًا) تمتد إلى أبعد مما في حالة كوكب غير مأهول.

لكن فكرة أن الحياة مهمة لصلاحية السكن ليست جديدة ، كما أدرك المؤلفون في ورقتهم البحثية. يعود تاريخه إلى الأعمال الأصلية للفيزيائي الروسي فلاديمير فيرنادسكي حوالي عام 1920 ، الذي قدم لأول مرة مفهوم "المحيط الحيوي".

في النصف الثاني من القرن العشرين ، ذهب عالم البيئة الإنجليزي جيمس لوفلوك إلى أبعد من ذلك في اقتراح "فرضية غايا". وفقًا لهذه الفرضية ، يتصرف النظام المعقد الذي تشكله الحياة وبيئتها ككائن حي واحد تقريبًا. هذا "الكائن الحي العالمي" قادر على التنظيم الذاتي للبيئة والحفاظ على الظروف الصالحة للسكن على كوكب الأرض. في الآونة الأخيرة ، طور مؤلفون آخرون نظريات بديلة تؤدي إلى استنتاجات مماثلة. هذه هي حالة ما يسمى "التنظيم الحيوي للبيئة" (BRE) ، وهو إطار نظري طوره الفيزيائيان الروسيان فيكتور جورشكوف وأناستاسيا ماكارييفا. تنص BRE على أن الحياة وخصائصها الفريدة تنتج تأثيرًا مهيمنًا على البيئة التي تنظمها على فترات زمنية جيولوجية. ولكن إذا كانت فكرة أن الحياة تؤثر على قابلية السكن هي في الواقع فكرة معترف بها ، فما الجديد في الورقة البحثية الأخيرة؟

يبدو أن عدة عقود من ملاحظات نظام الأرض ، جنبًا إلى جنب مع التطورات النظرية المذكورة أعلاه التي تدرس التفاعل بين الحياة وبيئتها ، لم يكن لها تأثير كبير على دراسات قابلية الكواكب الخارجية للسكن. النماذج الحالية المستخدمة لحساب الظروف التي يكون فيها الكوكب صالحًا للسكن (أي المنطقة الصالحة للسكن) لا تشمل الحياة بين التأثيرات المحتملة التي تحدد الحالة النهائية للكوكب. على الرغم من أن العديد من المؤلفين قد طوروا في الماضي نماذج "حيوية" لإمكانية السكن ، إلا أن هذه النماذج كانت الاستثناء بدلاً من القاعدة. ما يحاول زولواجا ومعاونوه القيام به في ورقتهم هو أولاً إثبات أن استبعاد الحياة من "معادلة السكن" أمر غير طبيعي وربما يضلل البحث عن كواكب مأهولة بالفعل. في المقام الثاني ، يقدم المؤلفون أساسًا مفاهيميًا عامًا يدعم تطوير نماذج القابلية للسكن التي تشمل الحياة.

Zuluaga وآخرون. تقدم مثالاً بارعًا عن كيف يمكن لبيئة افتراضية معقدة أن تكون صالحة للسكن في ظل ظروف قد تكون قاتلة لولا ذلك. ماذا سيحدث إذا كان الكوكب مغطى نصفه بالغيوم بطريقة تجعل نصف الكرة الأرضية المضاء بنور الشمس غائمًا دائمًا بينما كان نصف الكرة المظلم دائمًا صافٍ؟ يمكن أن يتحمل الكوكب مستويات عالية من التشمس النجمي وربما يكون "جديدًا" حتى على مسافات داخل الحافة الداخلية للمنطقة الصالحة للسكن. لكن كيف سيحافظ كوكب ما على مثل هذه الحالة الغريبة؟ كيف ستكون الغيوم "مُلزمة" بالدوران بشكل متزامن مع الكوكب فقط لضمان ظروف صالحة للسكن؟

يقول البروفيسور زولواغا بحماس: "ربما تكون الحياة هي الجواب". "على عكس العمليات اللاأحيائية ، تحتوي الأنظمة الحية وتحافظ على كميات هائلة من المعلومات التي تمنحها قدرات تنظيمية لا مثيل لها."

المنطقة الصالحة للسكنى للكواكب المأهولة وفقًا لنماذج Daisyworld المختلفة. في جميع الحالات ، يتم تمديد الحواف الداخلية و / أو الخارجية فيما يتعلق بالحالة "المحايدة" (غير المأهولة).

يستشهد Zuluaga بعدة أمثلة على هذه الحالة في كوكبنا الصالح للسكن. على الأرض ، على سبيل المثال ، تدفع الحياة أساسًا كمية ثاني أكسيد الكربون2 في الغلاف الجوي ويؤثر بطرق قوية على تكوين السحب. ويخلص إلى أن "كل ما تحتاجه هو تضمين تأثير الحياة في بيئة كوكب ما ، وقد تظهر خصائص وسلوكيات غير متوقعة وربما مفاجئة".

أخيرًا ، تقدم الورقة نتائج نموذج رقمي بسيط ، يدعم حدس الباحثين حول قدرة الحياة على تعديل قيود المنطقة الصالحة للسكن. استنادًا إلى "نموذج لعبة" مشهور جدًا يسمى "Daisyworld" ، نموذج Zuluaga et al. يحاكي ديناميكيات كوكب يسكنه نوعان من النباتات المظلمة والواضحة (الإقحوانات السوداء والبيضاء).يُغطى الكوكب أيضًا بغطاء سحابة ديناميكي ، وهي ميزة جديدة بين نماذج Daisyworld وحتى بين نماذج قابلية السكن على كوكب الأرض. تتفاعل الإقحوانات والغيوم من خلال التبخر والنتح ، وتحدد ديناميكياتهما المتبادلة أخيرًا درجة حرارة سطح الكوكب. النموذج ، الذي أُطلق عليه أيضًا اسم "Daisyworld الهيدرولوجي" ، تم ابتكاره واستكشافه لأول مرة بواسطة Salazar و Poveda ، وهما أيضًا مؤلفان مشاركان لهذا العمل ، اللذان وجدا خصائص ناشئة مثيرة للاهتمام للغاية وغير مرئية من قبل ناتجة عن التفاعل بين الحياة والدورة الهيدرولوجية.

يتصرف عالم Daisyworld الهيدرولوجي تمامًا كما يتصرف Zuluaga et al. توقع: حتى مع وجود محيط حيوي بسيط ، يمكن أن يكون الكوكب المأهول صالحًا للسكن (يمكن أن يكون له درجات حرارة سطح دافئة) حتى عندما يكون التشمس النجمي أعلى أو أقل من المستويات القصوى والدنيا المتوقعة في معظم النماذج التقليدية للسكن.

Zuluaga et al. ذهبت أبعد من ذلك وجمعت نتائج من أكثر من عشرة نماذج Daisyworld التي أظهرت أيضًا نفس السلوك. على الرغم من أن نتائج نماذج Daisyworld بعيدة كل البعد عن كونها نهائية (وحتى موثوقة ، وفقًا لجزء بسيط من مجتمع علم الأحياء الفلكي) ، إلا أن نتائج نماذج Daisyworld توضح بوضوح النقطة المركزية للعمل الذي كتبه الباحثون الكولومبيون: كوكب صالح للحياة وكوكب صالح للسكن بدون حياة. ليست نفس الكواكب.

سواء أكان علماء الكواكب الذين يطورون نماذج القابلية للسكن سيتبعون توصيات المؤلفين الكولومبيين أم لا ، فمن المحتمل أن تكون مسألة نقاش علمي أو فلسفي داخل المجتمع. القرار النهائي سيكون حتى مسألة "الراحة العددية" ، لأن محاكاة الحياة أكثر تعقيدًا وغير مؤكد من محاكاة الهواء أو الماء أو الصخور. في النهاية ، الحقيقة هي أن العثور على عوالم مأهولة ، وليس مجرد عوالم صالحة للسكنى ، هو الهدف الفعلي لبحثنا العلمي النهائي عن الحياة خارج نقطتنا الزرقاء الباهتة.


شاهد الفيديو: انشاء استمارة عضوية اوريفليم (يونيو 2022).


تعليقات:

  1. Pulan

    هذه العبارة الجيدة يجب أن تكون بالتحديد عن قصد

  2. Loc

    هذه ليست النكتة!

  3. Espen

    ما هي الكلمات ... سوبر ، فكرة عظيمة

  4. Rikkard

    هذا لا يناسبني.هل هناك متغيرات أخرى؟

  5. Bursone

    .. نادرا .. يمكن قول هذا الاستثناء: ط) من القواعد

  6. Allred

    ما هي الكلمات الصحيحة ... سوبر ، جملة رائعة

  7. Kajigal

    هذا لم يسمع



اكتب رسالة