در قرن هفدهم، مهندس و ستاره شناس مشهور گالیله گالیله، مدل هلیومرکزی کوپرنیک را با استفاده از مشاهدات انجام شده با تلسکوپ هایی که خودش ساخته بود، اصلاح کرد. با این حال، تا زمانی که مشاهدات کپلر که سیارات از مدارهای بیضوی به دور خورشید پیروی می کردند (به جای مدارهای دایره ای) بود که مدل های نجومی با مشاهدات آسمان کاملاً مطابقت داشتند.
همانطور که مشخص است، این ویژگی عجیب مکانیک مداری ممکن است برای پیدایش حیات در سیاراتی مانند زمین ضروری باشد. این فرضیه ای بود که در مطالعه اخیر تیمی از ستاره شناسان به رهبری دانشگاه لیدز مطرح شد. بر اساس کار آنها، گریز از مرکز مداری (میزان انحراف مدار یک سیاره از یک دایره) می تواند بر واکنش اقلیمی سیاره تأثیر بگذارد، که می تواند تأثیر عمیقی بر قابلیت سکونت بالقوه آن داشته باشد. این یافته ها می تواند برای محققان سیارات فراخورشیدی مهم باشد زیرا آنها به جستجوی سیارات مشابه زمین که می توانند حیات را پشتیبانی کنند ادامه می دهند.
این تیم توسط Binghan Liu، دانشجوی دکترا در دانشکده فیزیک و نجوم در دانشگاه لیدز، که این تحقیق را به عنوان بخشی از پایان نامه خود انجام داد، رهبری شد. دانیل آر. مارش، کرسی پریستلی در جو سیارهای مقایسهای (و مشاور پایاننامه لیو)، و سایر همکاران از لیدز و موسسه نجوم در دانشگاه کمبریج به او پیوستند. مقاله آنها با عنوان ‘مدارهای غیرعادی ممکن است قابلیت سکونت سیارات فراخورشیدی مشابه زمین را افزایش دهد‘ اخیراً در ماهنامه انجمن سلطنتی نجوم منتشر شده است.
ایده مدارهای دایره ای ریشه های عمیقی در نجوم غربی دارد و به دوران باستان کلاسیک باز می گردد. برخی از نمونه ها عبارتند از افلاطون و ارسطو، که استدلال کردند اجرام آسمانی شناخته شده در آن زمان (ماه، عطارد، زهره، خورشید، مریخ، مشتری و زحل) کره های کاملی بودند که در دایره های متحدالمرکز به دور زمین می چرخیدند. این عقیده تا انقلاب علمی به خوبی دوام آورد و کوپرنیک و گالیله استدلال کردند که سیارات شناخته شده در آن زمان (عطارد، زهره، زمین و ماه، مریخ، مشتری و زحل) در دایره های متحدالمرکز به دور خورشید می چرخند.
تا زمانی که یوهانس کپلر مفهوم مدارهای بیضوی را معرفی کرد، دانشمندان توانستند مدل های نجومی خود را با حرکات مشاهده شده سیارات مطابقت دهند. از آن زمان، دانشمندان چیزهای زیادی در مورد پارامترهای مداری – مانند محور نیمه اصلی (a)، خروج از مرکز (e)، شیب محوری (؟)، تمایل (i)، و پری آپسیس – و اینکه چگونه می توانند بر آب و هوای سیاره تأثیر بگذارند، آموخته اند. در طول زمان. این پارامترها همچنین برای مطالعات سیارات فراخورشیدی بسیار مهم شدهاند، زیرا برای تعیین اینکه آیا یک سیاره میتواند «بالقوه قابل سکونت» باشد، حیاتی هستند.
لیو و همکارانش برای مطالعه خود از مدل آب و هوای جامعه کل جو (WACCM6) که یک مدل سیستم زمین تعاملی پیشرفته است، استفاده کردند. این مدل قادر به شبیهسازی شرایط زمینی از جمله اقیانوسها تا اتمسفر بالای زمین است و برای شبیهسازی سیارات فراخورشیدی مشابه زمین به کار میرود. آنها دو پارامتر مداری متفاوت برای یک مجموعه انتخاب کردند: مدارهای دایرهای (e = ۰) و مدارهای بسیار بیضوی (e = ۰.۴) که بهطور قابلتوجهی بیشتر از خروج از مرکز زمین (۰.۰۱۶) است. علاوه بر این، انحراف صفر (? = ۰) و سطح ثابت تابش خورشیدی سالانه (که به تابش متوسط سالانه معروف است) نیز به آنها اختصاص داده شد.
پس از اجرای ۳۰ سال شبیه سازی برای هر مورد، آنها نحوه رفتار هر دو گروه از سیارات فراخورشیدی در مورد واکنش آب و هوایی خود را بررسی کردند. این شامل تغییرات عرضی و فصلی در چرخه هیدرولوژیکی آنها (یخ دریا، برف خشکی و ابرها) و معیارهای سکونتپذیری زمین مانند دمای سطح و بارش بود. همانطور که آنها در مقاله خود نشان دادند، سیارات فراخورشیدی در گروه مداری بسیار غیرمرکز، ۲۵٪ مساحت زمین قابل سکونت بیشتری برای بیش از ۸۰٪ از مدار خود داشتند، با میانگین افزایش ۷٪ برای کل چرخه مداری خود.
طبیعتاً اخطارها و ضمیمه هایی وجود داشت که مطمئناً شامل آنها می شد:
توجه به این نکته حائز اهمیت است که قابلیت سکونت زمین به متریک انتخاب شده و مدت زمانی که در طی آن شرایط برای یک متریک خاص برآورده می شود، بستگی دارد. نتیجه میگیریم که تحت شار ستارهای متوسط سالانه، سیارهای مشابه زمین با شیب صفر در مداری بسیار غیرعادی به دور ستارهای شبیه خورشید، ممکن است قابلیت سکونت در خشکی را در مقایسه با همتای دایرهای خود افزایش داده باشد.
به عبارت دیگر، شبیهسازیها بر اساس سیاراتی با مدارهای غیرمنتظرهتر از زمین هستند و در معرض تغییرات یکسانی در انحراف قرار نمیگیرند، که به شدت بر آبوهوای زمین نیز تأثیر میگذارد (یعنی دورههای یخبندان و بین یخبندان). با این وجود، مطالعه آنها نشان میدهد که سیاراتی با مدارهای غیرمرکز نسبت به سیاراتی که دارای مدارهای دایرهای هستند که تغییرات فصلی کمی در طول سال دارند، بیشتر قابل سکونت هستند. این نتایج می تواند پیامدهای قابل توجهی برای مطالعات سیارات فراخورشیدی و جستجو برای جهان های قابل سکونت فراتر از منظومه شمسی داشته باشد.
علاوه بر این، آنها اشاره می کنند که ستاره شناسان چگونه از رصدخانه های نسل بعدی که قادر به شناسایی سیارات فراخورشیدی مشابه زمین با مدارهای غیرعادی در آینده نزدیک هستند، سود خواهند برد:
تشخیص سیارات فراخورشیدی بسیار غیرعادی به دلیل محدودیت تکنیکهای رصد فعلی، که به سمت سیارات فراخورشیدی نزدیک و در نتیجه قفل جزر و مدی در مدارهای دایرهای گرایش دارند، کم است. با این حال، با مأموریتهای زمینی و تلسکوپ فضایی آتی مانند PLATO، ELT، و HWO، سیارات فراخورشیدی سنگی بسیار غیرعادیتر مانند زمین ممکن است آشکار و مشخص شوند. درک پیامدهای آب و هوایی بالقوه و قابلیت سکونت سیارات فراخورشیدی سنگی بسیار غیرعادی یک کار چالش برانگیز است.
ادامه مطلب: MNRAS
