تأثیر شوری اقیانوس‌ها بر آب‌ و هوای زمین و کشفیات جدید درباره سیارات فراخورشیدی

بین شوری اقیانوس زمین و آب و هوای آن ارتباط وجود دارد. شوری می تواند تأثیر چشمگیری بر آب و هوای هر سیاره زمین مانندی داشته باشد که به دور ستاره ای شبیه به خورشید می چرخد. اما در مورد سیارات فراخورشیدی اطراف M-کوتوله ها چطور؟

هر سیاره دارای یک آلبدوی قابل اندازه گیری است، درصد نور ستاره ای که به فضا بازتاب می کند. این در مقیاسی از ۰ اندازه گیری می شود، که یک جسم سیاه است که نوری را منعکس نمی کند، تا ۱.۰۰، جسمی که تمام نور را منعکس می کند. از آنجایی که آلبدوی بالاتر نور ستارگان را بیشتر منعکس می کند، تأثیر خنک کنندگی بر آب و هوای جسم دارد. در منظومه شمسی، قمر زحل انسلادوس بالاترین آلبدو را دارد. انسلادوس پوشیده از یخ روشن و بازتابنده است که بیشتر نور خورشید را که به آن می رسد منعکس می کند. (توجه داشته باشید که اندازه گیری های متفاوتی برای آلبدو وجود دارد، و آنها می توانند کاملاً متفاوت باشند که منجر به سردرگمی می شود.)

عطارد کمترین آلبدو را دارد زیرا عمدتاً از سنگ های تیره پوشیده شده است. (اجرای مانند دنباله دارها می توانند آلبدوی کمتری داشته باشند.)

آلبدوی زمین حدود ۰.۳ است که بیشتر به دلیل جو ابری سیاره ما است. یخ در قطب جنوب، گرینلند و یخ های فصلی در قطب شمال نیز نقش دارند. آلبدوی زمین در طول فصول با بزرگ شدن و عقب نشینی یخ تغییر می کند. به طور خلاصه، آلبدوی زمین به تنظیم آب و هوای سیاره کمک می کند.

سطح شوری اقیانوس بر میزان شکل گیری یخ دریا تأثیر می گذارد و به نوبه خود بر آلبدوی زمین تأثیر می گذارد. هر چه نمک بیشتر باشد، نقطه انجماد بیشتر می شود و تشکیل یخ سخت تر می شود. شوری بیشتر به معنای یخ کمتر است، به این معنی که آلبدو کمتر است و نور خورشید کمتری به فضا منعکس می شود.

اما شوری اقیانوس چگونه بر سیارات فراخورشیدی که به دور ستارگان متفاوت از خورشید ما می چرخند، تأثیر می گذارد؟ این سوالی است که پشت تحقیق جدید با عنوان «اثرات آب و هوایی شوری اقیانوس ها بر سیارات فراخورشیدی M کوتوله» قرار دارد. نویسنده اصلی، کایل باترا از گروه زمین، جو، و علوم سیاره‌ای در دانشگاه پردو است. باترا همچنین یکی از اعضای تیم اقیانوس شناسی خارجی شبکه ناسا برای جهان های اقیانوسی است.

به کوتوله های M کوتوله قرمز نیز می گویند و نور آنها با نور خورشید متفاوت است. تحقیقات زیادی در مورد شوری اقیانوس ها و تأثیر کلی آن بر آب و هوای زمین انجام شده است. به گفته نویسندگان، تحقیقات در مورد سیارات فراخورشیدی کوتوله قرمز کم است. نویسندگان می نویسند: «با این حال، چگونگی تأثیر ترکیب اقیانوس ها بر آب و هوا در شرایط مختلف، مانند اطراف انواع مختلف ستاره ها یا در موقعیت های مختلف در منطقه قابل سکونت، بررسی نشده است».

سیارات فراخورشیدی کوتوله M در مطالعه سیارات فراخورشیدی و قابلیت سکونت بالقوه آنها اهمیت ویژه ای دارند. کوتوله های M ستاره های کم جرمی هستند که طول عمر بسیار طولانی و پایداری دارند. این یک مزیت برای سکونت بالقوه است. کوتوله‌های M نیز فراوان‌ترین نوع ستاره‌ها هستند، بنابراین منطق می‌گوید که آنها میزبان سنگی‌ترین سیارات هستند، و مشاهدات به ما نشان می‌دهند که آنها میزبان غول‌های گازی کمی هستند.

محققان با چندین متغیر کلیدی در مدل‌های خود کار کردند، از جمله اینکه چگونه تجسم در طول عمر یک ستاره تغییر می‌کند.

محققان از یک مدل گردش عمومی اقیانوس-اتمسفر (GCM) برای بررسی چگونگی واکنش کوتوله‌های M و ستاره‌های نوع G مانند خورشید ما به شوری اقیانوس استفاده کردند. نتایج نشان می دهد که ستارگانی مانند خورشید ما به طور چشمگیری به تغییرات شوری اقیانوس ها واکنش نشان می دهند. آنها می نویسند: ‘ما دریافتیم که افزایش شوری اقیانوس ها از ۲۰ به ۱۰۰ گرم در کیلوگرم در مدل ما منجر به کاهش غیرخطی یخ و گرم شدن سیارات ستاره G می شود که گاهی اوقات باعث انتقال ناگهانی به حالات مختلف آب و هوایی می شود.’

درست مانند زمین واقعی، شبیه‌سازی‌های ستاره‌های نوع G نشان داد که یخ دریا به عرض‌های جغرافیایی بالا محدود شده و پوشش آن با افزایش شوری کاهش می‌یابد. پوشش از ۱۹.۵ درصد در ۳۵ گرم نمک در هر کیلوگرم به ۳.۵ درصد در ۱۰۰ گرم در کیلوگرم کاهش یافت. این یک انتقال شدید است.

انتقال در کوتوله های M کمتر ناگهانی بود. آنها می نویسند: ‘برعکس، یخ دریا در سیارات کوتوله M به تدریج و خطی تر به افزایش شوری واکنش نشان می دهد.’

محققان همچنین تعیین کردند که شوری و پوشش یخ چگونه بر دمای سطح تأثیر می گذارد. در زمین، با افزایش شوری از ۳۵ به ۱۰۰ گرم در کیلوگرم، متوسط ​​دمای سطح از ۸ درجه سانتیگراد به ۱۴ درجه سانتیگراد افزایش یافت. سیارات کوتوله M افزایش مشابهی در دمای سطح نشان ندادند.

آنها توضیح می دهند: علاوه بر این، کاهش یخ دریا در سیارات کوتوله M با گرم شدن سطح قابل توجهی مانند سیارات ستاره G همراه نیست.

سیارات در مناطق قابل سکونت در اطراف کوتوله های M ویژگی دیگری دارند. از آنجایی که منطقه قابل سکونت در اطراف یک کوتوله M بسیار نزدیکتر از ستاره شبیه به خورشید است، انتظار می رود بسیاری از سیارات به صورت جزر و مدی قفل شوند. این بر همه چیز در مورد آب و هوای آنها تأثیر می گذارد.

نویسندگان توضیح می‌دهند: در این سناریو، یخ دریا حتی کمتر از شبیه‌سازی‌های ما با چرخش زمین‌مانند با آلبدوی سیاره‌ای همراه است، زیرا یخ در سمت شب با تشعشعات ورودی تعامل نمی‌کند.

در یک سناریوی قفل شده جزر و مدی، اختلاط اقیانوسی و جوی دارای متغیرهای پویاتری است. محققان توضیح می‌دهند: «در رژیم‌های چرخشی و گردشی مختلف، حساسیت آب و هوا به شوری ممکن است متفاوت باشد». آنها بررسی این سناریوها را به تحقیقات آینده واگذار می کنند.

این نتایج بسیار جالب هستند، اما متأسفانه، فرصتی برای آزمایش آنها در برابر مشاهدات به این زودی ها به وجود نمی آید زیرا ما نمی توانیم از راه دور شوری اقیانوس ها را حس کنیم. در واقع، ما حتی مطمئن نیستیم که آنچه شبیه سیارات فراخورشیدی با اقیانوس به نظر می رسد، در واقع اقیانوس دارد. اما حداقل این کار نشان می‌دهد که شوری اقیانوس چه تأثیری می‌تواند بر سیارات سنگی فراوانی که به دور کوتوله‌های M کهکشان می‌چرخند داشته باشد.

آنها نتیجه گیری می کنند: ‘این یک نتیجه دلگرم کننده است که نشان می دهد عدم قطعیت در مورد شوری اقیانوس های خارجی در مقایسه با سیارات ستاره G کمتر برای درک آب و هوا و قابلیت سکونت سیارات کوتوله M نگران کننده است.’