کشف پاسخ جدیدی برای معمای دیرین یک سیاره جهنمی!

به گزارش ایسنا، امروزه جو زهره مانند یک تنور گرم و خشک‌تر از خشک‌ترین بیابان روی زمین است، اما سیاره همسایه ما همیشه اینطور نبوده است.

طبق گفتگو، میلیاردها سال پیش، زهره به اندازه زمین امروز آب داشت. اگر این آب زمانی مایع بوده، پس احتمالاً زهره زمانی قابل سکونت بوده است.

با گذشت زمان، تقریباً تمام ذخایر آب زهره از بین رفته است. درک اینکه چگونه، چه زمانی و چرا زهره منبع آب خود را از دست داد، به دانشمندان سیاره‌شناسی کمک می‌کند تا بفهمند چه چیزی یک سیاره را قابل سکونت می‌کند، یا چه چیزی می‌تواند یک سیاره قابل سکونت را غیرقابل سکونت کند.

دانشمندان تئوری هایی برای توضیح این موضوع دارند که چرا بیشتر ذخایر آب ناپدید شده اند، اما میزان آبی که ناپدید شده است در واقع بیشتر از حد پیش بینی شده است.

تحقیقات انجام شده در دانشگاه کلرادو بولدر (CU Boulder) کشف یک فرآیند حذف آب جدید را گزارش می دهد که در دهه های اخیر نادیده گرفته شده است اما می تواند معمای از دست دادن آب را توضیح دهد.

تعادل انرژی و از دست دادن زودهنگام آب

منظومه شمسی دارای منطقه قابل سکونت است. این منطقه یک حلقه باریک به دور خورشید است که سیارات ممکن است آب مایع روی سطح خود داشته باشند. زمین در وسط منطقه قابل سکونت قرار دارد، مریخ در سمت بسیار سرد در خارج قرار دارد و زهره در خارج در سمت بسیار گرم قرار دارد. مکان یک سیاره در این طیف قابل سکونت به میزان انرژی دریافتی سیاره از خورشید و همچنین میزان انرژی ساطع شده از سیاره بستگی دارد.

تئوری چگونگی از دست دادن ذخایر آب ناهید با این تعادل انرژی مرتبط است. نور خورشید در ناهید اولیه، آب موجود در جو آن را به هیدروژن و اکسیژن تجزیه کرد. هیدروژن جو سیاره را گرم می کند و در تابستان مانند پتوهای زیاد روی تخت عمل می کند.

وقتی سیاره خیلی گرم می شود، پتو را می اندازد. هیدروژن طی فرآیندی به نام «فرار هیدرودینامیکی» به فضا می‌رود. این فرآیند یکی از عناصر کلیدی یعنی آب را از زهره حذف کرد. دقیقاً مشخص نیست که این فرآیند چه زمانی رخ داده است، اما احتمالاً حدود یک میلیارد سال اول زندگی زهره بوده است.

تبخیر هیدرودینامیکی پس از حذف بیشتر هیدروژن متوقف شد، اما مقداری هیدروژن باقی ماند. این فرآیند مانند ریختن آب در بطری است، سپس هنوز چند قطره در بطری باقی مانده است. قطرات باقیمانده نمی توانند به همان روش فرار کنند، اما باید فرآیند دیگری در زهره وجود داشته باشد که به حذف هیدروژن ادامه دهد.

واکنش های کوچک و تفاوت های بزرگ

این تحقیق جدید نشان می دهد که یک واکنش شیمیایی نادیده گرفته شده در جو زهره می تواند هیدروژن فرار کافی برای بستن شکاف بین منبع آب از دست رفته و منبع آب مشاهده شده تولید کند.

نحوه عملکرد این واکنش شیمیایی در تحقیقات دانشگاه کلرادو بولدر آمده است. در جو، مولکول های گاز HCO ⁺، که از یک اتم هیدروژن، کربن و اکسیژن تشکیل شده و دارای بار مثبت هستند، با الکترون هایی با بار منفی ترکیب می شوند.

هنگامی که ⁺ HCO و الکترون ها واکنش نشان می دهند، ⁺ HCO به یک مولکول مونوکسید کربن خنثی، CO و یک اتم هیدروژن تجزیه می شود. این فرآیند به اتم هیدروژن انرژی لازم را می دهد تا از سرعت سیاره فراتر رود و به فضا فرار کند. کل واکنش بازترکیبی تجزیه ای HCO+ نامیده می شود، اما محققان آن را به اختصار DR نامیده اند.

آب منبع اصلی هیدروژن در زهره است. بنابراین واکنش DR سیاره را خشک می کند. واکنش DR احتمالا در طول تاریخ زهره رخ داده است و این مطالعه نشان می دهد که احتمالا تا به امروز ادامه دارد. این واکنش سرعت خروج هیدروژن را که قبلاً توسط دانشمندان سیاره‌شناسی محاسبه شده بود، دو برابر می‌کند و درک آن‌ها از جریان خروجی هیدروژن فعلی زهره را تغییر می‌دهد.

درک شرایط سیاره زهره با داده ها و مدل های کامپیوتری

محققان در این پروژه از مدل سازی کامپیوتری و تجزیه و تحلیل داده ها برای مطالعه DR در زهره استفاده کردند.

مدل سازی در واقع به عنوان پروژه مریخ شروع شد. مریخ نیز قبلاً آب داشت – هرچند کمتر از زهره – و بیشتر آن را از دست داد.

برای درک فرار هیدروژن از مریخ، محققان یک مدل محاسباتی از جو مریخ ایجاد کردند که شیمی جو مریخ را شبیه سازی می کند. اگرچه مریخ و زهره سیارات بسیار متفاوتی هستند، اما جوی مشابهی دارند. بنابراین محققان توانستند از این مدل برای زهره نیز استفاده کنند.

آنها دریافتند که واکنش DR مقادیر زیادی هیدروژن با کمبود را در اتمسفر هر دو سیاره تولید می کند. این نتیجه با مشاهدات انجام شده توسط ماموریت تکامل اتمسفری و فرار مریخ (MAVEN) که به دور مریخ می چرخد، مطابقت دارد.

جمع‌آوری داده‌ها در جو زهره برای پشتیبانی از مدل کامپیوتری ارزشمند است، اما ماموریت‌های قبلی به زهره ⁺ HCO را اندازه‌گیری نکرده‌اند. نه به این دلیل که وجود ندارد، بلکه به این دلیل که قرار نیست آن را کشف کنند. با این حال، آنها واکنش‌دهنده‌هایی را که HCO⁺ در جو ونوس تولید می‌کنند، مطالعه کردند.

محققان با تجزیه و تحلیل مشاهدات انجام شده توسط کاوشگر پایونیر و با استفاده از دانش خود از شیمی سیاره، نشان دادند که HCO ⁺ احتمالاً در مقادیری مشابه مدل کامپیوتری در جو وجود دارد.

جستجوی آب

این تحقیق برخی از معمای چگونگی از بین رفتن ذخایر آب سیاره ای را که بر میزان قابل سکونت بودن یک سیاره تأثیر می گذارد، حل کرده است. ما آموختیم که از دست دادن آب نه تنها در یک نقطه، بلکه در طول زمان و از طریق ترکیبی از روش ها رخ می دهد.

از دست دادن سریعتر هیدروژن از طریق واکنش DR به این معنی است که در مجموع زمان کمتری برای حذف آب باقیمانده از زهره نیاز دارد. همچنین به این معنی است که اگر اقیانوس‌ها در ناهید اولیه وجود داشتند، می‌توانستند بسیار طولانی‌تر از آنچه دانشمندان تصور می‌کردند وجود داشته باشند. این به زمان بیشتری برای توسعه زندگی بالقوه اجازه می دهد. نتایج این مطالعه به این معنا نیست که اقیانوس ها یا حیات قطعا وجود داشته است. پاسخ به این سوال نیاز به علم بیشتری دارد.

نیاز به ماموریت ها و رصدهای جدید زهره احساس می شود. ماموریت‌های آینده به زهره مطالعات جوی انجام خواهند داد، اما بر جو آن تمرکز نخواهند کرد. یک ماموریت آینده به زهره، مشابه ماموریت ماه به مریخ، می تواند دانش ما را در مورد چگونگی شکل گیری و تکامل جو سیارات زمینی در طول زمان بسیار گسترش دهد.

با پیشرفت های فناوری در دهه های اخیر و علاقه دوباره به زهره، اکنون زمان خوبی است تا نگاه خود را به سیاره خواهر زمین معطوف کنیم.

انتهای پیام