کشف پاسخ جدیدی برای معمای دیرین یک سیاره جهنمی!

آخرین بروز رسانی در می 8, 2024 توسط علی رستگار

دانشمندان دانشگاه کلرادو بولدر در پژوهشی جدید نشان داده‌اند که سیاره زهره سریع‌تر از آنچه قبلا تصور می‌شد، آب را از دست می‌دهد. این کشف می‌تواند اطلاعات جدیدی را درباره زیست‌پذیری اولیه این سیاره ارائه دهد.

امروزه جو زهره به گرمی یک فر و خشک‌تر از خشک‌ترین بیابان روی زمین است. اما میلیاردها سال پیش، این سیاره همسایه ما وضعیتی کاملا متفاوت داشت. زهره در آن زمان به اندازه زمین امروز آب داشت و اگر این آب به صورت مایع وجود داشته باشد، احتمالاً زهره زمانی قابل سکونت بوده است.

با گذشت زمان، تقریباً همه ذخایر آب سیاره زهره از بین رفته است. دانشمندان سیاره‌شناسی برای درک چگونگی، زمان و دلیل این اتفاق در تلاش هستند تا بفهمند چه چیزی یک سیاره را قابل سکونت می‌کند و چه چیزی می‌تواند یک سیاره قابل سکونت را به یک سیاره غیرقابل سکونت تبدیل سازد.

تاکنون، نظریه‌هایی برای توضیح ناپدید شدن بیشتر ذخایر آب زهره ارائه شده است. اما در واقع، میزان آب ناپدیدشده بیشتر از حد پیش‌بینی‌شده است.

پژوهش جدید دانشگاه کلرادو بولدر از کشف یک فرآیند جدید حذف آب خبر می‌دهد که در دهه‌های اخیر مورد توجه قرار نگرفته بود. این فرآیند می‌تواند معمای از دست رفتن آب زهره را حل کند.

تعادل انرژی و از دست دادن زودهنگام آب

منظومه شمسی ما دارای یک منطقه قابل سکونت است. این منطقه، یک حلقه باریک به دور خورشید است که در آن سیارات می‌توانند آب مایع را روی سطح خود داشته باشند. زمین در وسط منطقه قابل سکونت، مریخ در لبه بیرونی آن (سمت سرد) و زهره در لبه داخلی آن (سمت گرم) قرار دارد. جایگیری یک سیاره در این طیف، به میزان انرژی که از خورشید دریافت می‌کند و همچنین میزان انرژی که از سیاره ساطع می‌شود، بستگی دارد.

نظریه چگونگی از دست رفتن آب زهره با این تعادل انرژی مرتبط است. نور خورشید در زهره اولیه، آب موجود در جو آن را به هیدروژن و اکسیژن تجزیه کرد. هیدروژن اتمسفر یک سیاره را گرم می‌کند و عملکرد آن مانند داشتن پتوهای زیاد روی تخت در فصل تابستان است.

هنگامی که سیاره بیش از حد گرم می‌شود، پتو را دور می‌اندازد. هیدروژن در فرآیندی موسوم به “فرار هیدرودینامیکی” به فضا می‌گریزد. این فرآیند یکی از عناصر کلیدی حذف آب از زهره بود.

دقیقا مشخص نیست که این فرآیند چه زمانی رخ داده است، اما احتمالا در حدود یک میلیارد سال اول عمر زهره بوده است.

فرار هیدرودینامیکی پس از حذف بیشتر هیدروژن متوقف شد، اما کمی هیدروژن باقی ماند. این فرآیند مانند بیرون ریختن آب موجود در بطری است که پس از آن هنوز چند قطره در بطری باقی می‌ماند. قطره‌های باقی‌مانده نمی‌توانند به همان روش فرار کنند، بلکه باید فرآیند دیگری در زهره وجود داشته باشد که به حذف هیدروژن ادامه دهد.

واکنش‌های کوچک و تفاوت‌های بزرگ

این پژوهش جدید نشان می‌دهد که یک واکنش شیمیایی نادیده‌گرفته‌شده در جو زهره می‌تواند به اندازه کافی هیدروژن فرار تولید کند تا شکاف بین ذخایر آب ازدست‌رفته و ذخایر آب مشاهده‌شده را ببندد.

نحوه عملکرد این واکنش شیمیایی در پژوهش دانشگاه کلرادو بولدر آمده است. در اتمسفر، مولکول‌های گازی ⁺HCO که از یک اتم هیدروژن، کربن و اکسیژن تشکیل شده‌اند و دارای بار مثبت هستند، با الکترون‌های دارای بار منفی ترکیب می‌شوند.

هنگامی که ⁺HCO و الکترون‌ها واکنش نشان می‌دهند، ⁺HCO به یک مولکول مونوکسید کربن خنثی، CO، و یک اتم هیدروژن تجزیه می‌شود. این فرآیند به اتم هیدروژن انرژی می‌دهد تا بتواند از سرعت سیاره فراتر رود و به فضا فرار کند. کل واکنش را نوترکیب تجزیه‌ای ⁺HCO می‌نامند، اما پژوهشگران آن را به اختصار DR نامیده‌اند.

آب منبع اصلی هیدروژن در زهره است. بنابراین، واکنش DR سیاره را خشک می‌کند. واکنش DR احتمالا در طول تاریخ زهره اتفاق افتاده است و این پژوهش نشان می‌دهد که احتمالا تا امروز هم ادامه دارد. این واکنش، میزان فرار هیدروژن را که قبلا توسط دانشمندان سیاره‌شناسی محاسبه شده بود، دو برابر می‌کند و درک آنها را درباره فرار کنونی هیدروژن در زهره تغییر می‌دهد.

درک شرایط سیاره زهره با داده‌ها و مدل‌های رایانه‌ای

پژوهشگران در این پروژه برای مطالعه DR در زهره از مدل‌سازی رایانه‌ای و تحلیل داده‌ها استفاده کردند.

مدل‌سازی در واقع به عنوان پروژه مریخ آغاز شد. مریخ نیز قبلا آب داشت -هرچند کمتر از زهره- و بیشتر آن را از دست داد.

پژوهشگران برای درک فرار هیدروژن از مریخ، یک مدل محاسباتی را از جو مریخ ایجاد کردند که شیمی اتمسفر مریخ را شبیه‌سازی می‌کرد. مریخ و زهره به رغم اینکه سیاره‌های بسیار متفاوتی هستند، جو مشابهی دارند. بنابراین، پژوهشگران توانستند این مدل را برای سیاره زهره نیز استفاده کنند.

آنها دریافتند که واکنش DR مقدار زیادی هیدروژن فراری را در جو هر دو سیاره تولید می‌کند. این نتیجه با بررسی‌های انجام‌شده توسط ماهواره “ماموریت تکامل مواد فرار و جو مریخ” یا “ماون”(MAVEN) مطابقت دارد که به دور مریخ می‌چرخد.

جمع‌آوری داده‌ها در جو زهره برای پشتیبانی از مدل رایانه‌ای ارزشمند خواهد بود. اما ماموریت‌های پیشین به مقصد زهره، ⁺HCO را اندازه‌گیری نکرده‌اند؛ نه به این دلیل که وجود ندارد، بلکه به این دلیل که برای شناسایی آن طراحی نشده‌اند. با وجود این، آنها واکنش‌گرهایی را بررسی کردند که ⁺HCO را در جو زهره تولید می‌کنند.

پژوهشگران با تحلیل بررسی‌های انجام‌شده توسط کاوشگر “پایونیر”(Pioneer) و با استفاده از دانش خود درباره شیمی سیاره نشان دادند که ⁺HCO احتمالا در مقادیر مشابه مدل رایانه‌ای در اتمسفر وجود دارد.

جست‌وجوی آب

این پژوهش، بخشی از معمای چگونگی از دست رفتن آب سیارات را حل کرده است که بر میزان قابل سکونت بودن یک سیاره تأثیر می‌گذارد. ما آموخته‌ایم که از دست دادن آب نه تنها در یک لحظه، بلکه به مرور زمان و به واسطه ترکیبی از روش‌ها رخ می‌دهد.

از دست دادن سریع‌تر هیدروژن از طریق واکنش DR به این معناست که به طور کلی زمان کمتری برای حذف آب باقی‌مانده در زهره لازم است. همچنین، این بدان معناست که اگر اقیانوس‌ها در زهره اولیه وجود داشتند، می‌توانستند برای مدت طولانی‌تری نسبت به آنچه دانشمندان تصور می‌کردند وجود داشته باشند. این امر، زمان بیشتری را برای ایجاد زندگی احتمالی فراهم می‌کند. نتایج پژوهش به این معنا نیست که اقیانوس‌ها یا حیات قطعا وجود داشته است. پاسخ دادن به این پرسش به علم بیشتری نیاز دارد.

نیاز به ماموریت‌ها و مشاهدات جدید درباره زهره احساس می‌شود. ماموریت‌های آینده زهره، برخی از بررسی‌های جوی را ارائه می‌کنند اما روی اتمسفر آن تمرکز نخواهند کرد. ماموریت آینده به مقصد زهره که مشابه ماموریت ماون در مریخ است، می‌تواند دانش همه را در مورد چگونگی شکل‌گیری و تکامل جو سیارات زمینی به مرور زمان به میزان زیادی گسترش دهد.

با پیشرفت‌های فناوری در دهه‌های اخیر و شکوفایی علاقه جدید به سیاره زهره، اکنون زمان بسیار خوبی است تا نگاه خود را به سمت سیاره خواهر زمین معطوف کنیم.

به روز ترین اخبار در مجله خبری تدبیرگران