يركز البحث عن الحياة خارج كوكب الأرض خارج نظامنا الشمسي حاليًا على الكواكب خارج المجموعة الشمسية ضمن "المناطق الصالحة للسكن" للأنظمة الكواكب الخارجية حول النجوم المشابهة للشمس. إن العثور على كواكب تشبه الأرض حول النجوم الأخرى هو الهدف الأساسي لمهمة وكالة كيبلر التابعة لوكالة ناسا.
تُعرَّف المنطقة الصالحة للسكن (HZ) حول النجم بأنها مدى المسافات التي يمكن أن تتواجد فيها المياه السائلة على سطح كوكب أرضي ، مع إعطاء جو كثيف بما فيه الكفاية. تُعرف الكواكب الأرضية عمومًا على أنها صخرية وتشبه الأرض من حيث الحجم والكتلة. يظهر تصور للمناطق الصالحة للسكن حول نجوم بأقطار مختلفة وسطوع ودرجة حرارة هنا. المنطقة الحمراء شديدة الحرارة ، والمنطقة الزرقاء باردة جدًا ، لكن المنطقة الخضراء مناسبة تمامًا للمياه السائلة. لأنه يمكن وصفه بهذه الطريقة ، يشار إلى HZ أيضًا باسم "منطقة المعتدل".
عادة ، نعتقد أن الكواكب حول النجوم الأخرى تشبه نظامنا الشمسي ، حيث تدور مجموعة من الكواكب حول نجم واحد. على الرغم من أنه ممكن من الناحية النظرية ، ناقش العلماء ما إذا كان سيتم العثور على الكواكب حول أزواج من النجوم أو أنظمة النجوم المتعددة أم لا. بعد ذلك ، في أيلول (سبتمبر) 2011 ، أعلن باحثون في بعثة كيبلر التابعة لوكالة ناسا عن اكتشاف كوكب كبلر -16 ب ، وهو كوكب بارد غازي بحجم زحل يدور حول زوج من النجوم ، مثل تاتووين الخيالية في حرب النجوم.
أتيحت لي الفرصة هذا الأسبوع لمقابلة أحد المدافعين الشباب الذين يدرسون الكواكب الخارجية ، بيلي تشارلز. يوم الاثنين ، قدم بيلي ومؤلفوه المشاركون ، الأستاذ Zdzislaw Musielak والأستاذ المساعد Manfred Cuntz ، النتائج التي توصلوا إليها حول إمكانية وجود كواكب شبيهة بالأرض داخل المناطق الصالحة للسكن في Kepler 16 وأنظمة النجوم الدائرية الأخرى ، في اجتماع AAS في أوستن ، تكساس .
وأوضح بيلي: "لتحديد المنطقة الصالحة للسكن ، نحسب كمية التدفق التي تحدث على جسم ما على مسافة معينة". "أخذنا في الاعتبار أيضًا أن الكواكب المختلفة ذات الأجواء المختلفة ستحتفظ بالحرارة بشكل مختلف. إن كوكبًا ذا تأثير دفيئة ضعيف حقًا يمكن أن يكون أقرب إلى النجوم. بالنسبة لكوكب له تأثير دفيئة أقوى بكثير ، فإن المنطقة الصالحة للسكن ستكون أبعد. "
"في دراستنا الخاصة ، لدينا كوكب يدور حول نجمين. أحد النجوم أكثر إشراقًا من الآخر. أكثر إشراقًا ، لدرجة أننا تجاهلنا التدفق القادم من النجم المصاحب الخافت الأصغر تمامًا. لذا فإن تعريفنا للمنطقة الصالحة للسكن في هذه الحالة هو تقدير متحفظ ".
أجرى Quarles وزملاؤه دراسات رقمية مكثفة حول الاستقرار طويل المدى للمدارات الكوكبية داخل Kepler 16 HZ. قال كوارلز "إن استقرار المدار الكوكبي يعتمد على المسافة من النجوم الثنائية". وكلما زاد ميلهم للاستقرار ، كلما كان هناك اضطراب أقل من النجم الثانوي.
بالنسبة لنظام كبلر 16 ، فإن مدارات الكواكب حول النجم الأساسي مستقرة فقط إلى 0.0675 AU (وحدات فلكية). وأوضح بيلي: "هذا جيد داخل الحد الداخلي للسكنية ، حيث يتولى تأثير الاحتباس الحراري الجامح". هذا كله يستبعد إمكانية وجود كواكب صالحة للسكن في مدار قريب حول النجم الأساسي للزوج. ما وجدوه هو أن المدارات في منطقة Goldilocks أبعد ، حول زوج نجوم Kepler 16 ذات الكتلة المنخفضة ، مستقرة على نطاقات زمنية تصل إلى مليون سنة أو أكثر ، مما يوفر إمكانية أن الحياة يمكن أن تتطور على كوكب داخل هذا HZ.
يقع مدار كبلر 16 بي الدائري تقريبًا ، على بعد حوالي 65 مليون ميل من النجوم ، على الحافة الخارجية لهذه المنطقة الصالحة للسكن. كونه عملاقًا للغاز ، فإن 16 ب ليس كوكبًا أرضيًا صالحًا للسكن. ومع ذلك ، القمر مثل الأرض ، أ المعتدل القمر، في المدار حول هذا الكوكب يمكن أن يحافظ على الحياة إذا كان ضخمًا بما يكفي للاحتفاظ بغلاف شبيه بالأرض. قال Quarles "لقد قررنا أن exomoon صالح للسكن ممكن في مدار حول Kepler-16b".
سألت Quarles كيف يؤثر التطور النجمي على مناطق المعتدل هذه. قال لي ، "هناك عدد من الأشياء التي يجب مراعاتها على مدى عمر النظام. أحدها هو كيف يتطور النجم بمرور الوقت. في معظم الحالات ، تبدأ المنطقة الصالحة للسكن في الإغلاق ثم تنحرف ببطء. "
خلال عمر تسلسل النجم الرئيسي ، يؤدي حرق الهيدروجين النووي إلى تكوين الهيليوم في قلبه ، مما يتسبب في زيادة الضغط ودرجة الحرارة. يحدث هذا بسرعة أكبر في النجوم ذات الكتلة المعدنية الأكبر والأقل. تؤثر هذه التغييرات على المناطق الخارجية للنجم ، مما يؤدي إلى زيادة مطردة في السطوع ودرجة الحرارة الفعالة. يصبح النجم أكثر إضاءة ، مما يتسبب في تحرك HZ إلى الخارج. يمكن أن تؤدي هذه الحركة إلى كوكب داخل HZ في بداية عمر تسلسل النجم الرئيسي ، ليصبح حارًا جدًا ، وفي النهاية ، غير قابل للسكن. وبالمثل ، فإن كوكبًا غير مضياف خارج HZ في الأصل ، قد يذوب ويتيح بدء الحياة.
قال المؤلف الرئيسي ، Quarles "بالنسبة لدراستنا ، تجاهلنا جزء التطور النجمي". "لقد أدارنا نماذجنا لمليون عام لنرى أين كانت المنطقة الصالحة للسكن لهذا الجزء من دورة حياة النجم."
كونه على مسافة مناسبة من نجمه هو واحد فقط من الشروط اللازمة لكوكب صالح للسكن. تتطلب الظروف الصالحة للحياة على كوكب مختلف الظروف الجيوفيزيائية والجيوكيميائية. يمكن للعديد من العوامل أن تمنع أو تعرقل إمكانية السكن. على سبيل المثال ، قد يفتقر الكوكب إلى الماء ، وقد تكون الجاذبية أضعف من أن تحتفظ بجو كثيف ، أو قد يكون معدل التأثيرات الكبيرة مرتفعًا جدًا ، أو قد لا يكون الحد الأدنى من المكونات الضرورية للحياة (لا يزال قيد المناقشة).
شيء واحد واضح. حتى مع كل متطلبات الحياة كما نعرفها ، يبدو أن هناك الكثير من الكواكب حول النجوم الأخرى ، وعلى الأرجح جدًا ، أقمار المعتدل حول الكواكب ، التي تدور في المناطق الصالحة للسكن في مجرتنا ، فإن اكتشاف توقيع الحياة في الغلاف الجوي لكوكب أو قمر حول شمس أخرى يبدو وكأنه مسألة وقت فقط الآن.
