التناغم المداري لكواكب TRAPPIST-1 يمكن أن ينجو من قصف مبكر محدود فقط
نظام TRAPPIST-1

يصور مفهوم هذا الفنان الكواكب الخارجية الصخرية السبعة داخل نظام TRAPPIST-1 ، الذي يقع على بعد 40 سنة ضوئية من الأرض. الائتمان: NASA و JPL / Caltech

المدارات الهشة لسبعة كواكب خارجية تحد من وصول الماء المتأخر.

تدور سبعة كواكب بحجم الأرض حول النجم TRAPPIST-1 في تناغم شبه كامل ، وقد استخدم باحثون أمريكيون وأوروبيون هذا التناغم لتحديد مقدار الإساءة الجسدية التي يمكن أن تتحملها الكواكب في مهدها.

قال عالم الفيزياء الفلكية شون ريموند من جامعة بوردو في فرنسا: “بعد تشكل الكواكب الصخرية ، تصطدم الأشياء بها”. “يطلق عليه القصف ، أو التراكم المتأخر ، ونحن نهتم به ، جزئيًا ، لأن هذه التأثيرات يمكن أن تكون مصدرًا مهمًا للمياه والعناصر المتطايرة التي تعزز الحياة.”

في دراسة متاحة على الإنترنت اليوم (25 نوفمبر 2021) في طبيعة الفلك ريموند وزملاؤه من جامعة رايس ناسا– استخدم مشروع CLEVER Planets الممول وسبع مؤسسات أخرى نموذجًا حاسوبيًا لمرحلة القصف لتشكيل الكواكب في TRAPPIST-1 لاستكشاف التأثيرات التي كان من الممكن أن تتحملها كواكبها دون الخروج من الانسجام.

قال ريموند إن فك رموز تاريخ اصطدام الكواكب أمر صعب في نظامنا الشمسي وقد يبدو وكأنه مهمة ميؤوس منها في الأنظمة التي تبعد سنوات ضوئية.

قال ريموند: “على الأرض ، يمكننا قياس أنواع معينة من العناصر ومقارنتها بالنيازك”. “هذا ما نفعله لمحاولة معرفة مقدار الأشياء التي ضربت الأرض بعد أن تشكلت في الغالب.”

لكن هذه الأدوات غير موجودة لدراسة القصف على الكواكب الخارجية.

نظام TRAPPIST-1 - مفهوم الفنان

رسم توضيحي يوضح الشكل الذي قد يبدو عليه نظام TRAPPIST-1 من نقطة مراقبة بالقرب من كوكب TRAPPIST-1f (على اليمين). الائتمان: NASA / JPL-Caltech

قال: “لن نحصل على الصخور منهم أبدًا”. لن نرى أبدًا حفرًا فوقها. فماذا يمكننا أن نفعل؟ هذا هو المكان الذي يأتي فيه التكوين المداري الخاص لـ TRAPPIST-1. إنه نوع من الرافعة التي يمكننا سحبها لوضع حدود على هذا. “

TRAPPIST-1 ، على بعد 40 سنة ضوئية ، أصغر بكثير وأكثر برودة من شمسنا. تمت تسمية كواكبها أبجديًا من b إلى h وفقًا لبعدها عن النجم. الوقت اللازم لإكمال دورة واحدة حول النجم – أي ما يعادل سنة واحدة على الأرض – هو 1.5 يومًا على الكوكب ب و 19 يومًا على الكوكب ح. من اللافت للنظر أن فتراتها المدارية تشكل نسبًا شبه مثالية ، ترتيب رنان يذكرنا بالنوتات الموسيقية المتناغمة. على سبيل المثال ، لكل ثماني “سنوات” على الكوكب ب ، خمسة تمر على الكوكب ج ، وثلاثة على الكوكب د ، واثنان على الكوكب هـ وهكذا.

قال ريموند: “لا يمكننا تحديد كمية الأشياء التي اصطدمت بأي من هذه الكواكب ، ولكن بسبب هذا التكوين الرنان الخاص ، يمكننا وضع حد أعلى لها”. “يمكننا أن نقول ،” لا يمكن أن يكون أكثر من هذا. ” وقد اتضح أن هذا الحد الأعلى صغير إلى حد ما.

قال: “اكتشفنا أنه بعد تشكل هذه الكواكب ، لم يتم قصفها بأكثر من كمية صغيرة جدًا من الأشياء”. “هذا رائع نوعًا ما. إنها معلومات مثيرة للاهتمام عندما نفكر في جوانب أخرى من الكواكب في النظام. “

مقارنة TRAPPIST-1 بالنظام الشمسي و Jovian Moons

مقارنة كواكب TRAPPIST-1 بأقمار وكواكب المشتري في النظام الشمسي. الائتمان: NASA / JPL-Caltech

تنمو الكواكب داخل أقراص كوكبية أولية من الغاز والغبار حول النجوم المشكلة حديثًا. تدوم هذه الأقراص بضعة ملايين من السنين فقط ، وقال ريموند إن الأبحاث السابقة أظهرت أن السلاسل الرنانة من الكواكب مثل TRAPPIST-1 تتشكل عندما تهاجر الكواكب الصغيرة بالقرب من نجمها قبل أن يختفي القرص. أظهرت نماذج الكمبيوتر أن الأقراص يمكنها أن ترعى الكواكب إلى صدى. قال ريموند إنه يعتقد أنه يجب ضبط السلاسل الرنانة مثل TRAPPIST-1 قبل اختفاء أقراصها.

النتيجة هي أن كواكب TRAPPIST-1 تشكلت بسرعة ، في حوالي عُشر الوقت الذي استغرقته الأرض لتتشكل ، كما قال أندريه إيزيدورو ، المؤلف المشارك في دراسة رايس ، عالم الفيزياء الفلكية وزميل ما بعد الدكتوراه في كليفر بلانيتس.

شون ريموند

شون ريموند. الائتمان: جامعة رايس

CLEVER Planets ، بقيادة المؤلف المشارك في الدراسة Rajdeep Dasgupta ، أستاذ موريس إيوينج لعلوم أنظمة الأرض في رايس ، يستكشف الطرق التي قد تكتسب بها الكواكب العناصر الضرورية لدعم الحياة. في دراسات سابقة ، أظهر داسجوبتا وزملاؤه في كليفر بلانيتس أن جزءًا كبيرًا من عناصر الأرض المتطايرة جاء من الاصطدام الذي شكل القمر.

“إذا تشكل كوكب مبكرًا وكان صغيرًا جدًا ، مثل كتلة القمر أو كوكب المريخقال داسجوبتا: “مثل هذا الكوكب لديه أيضًا فرصة أقل بكثير لاكتساب العناصر المتطايرة الضرورية للحياة من خلال القصف المتأخر.”

قال إيزيدورو إن هذا كان سيحدث بالنسبة للأرض ، التي اكتسبت معظم كتلتها في وقت متأخر نسبيًا ، بما في ذلك حوالي 1 ٪ من التأثيرات بعد الاصطدام المكون للقمر.

قال: “نعلم أن الأرض كان لها تأثير عملاق واحد على الأقل بعد اختفاء الغاز (الموجود في قرص الكواكب الأولية)”. “كان ذلك حدث تكوين القمر.

قال: “بالنسبة لنظام TRAPPIST-1 ، لدينا هذه الكواكب ذات الكتلة الأرضية والتي تشكلت مبكرًا”. “لذا فإن أحد الاختلافات المحتملة ، مقارنة بتكوين الأرض ، هو أنه يمكن أن يكون لديهم ، منذ البداية ، بعض الغلاف الجوي للهيدروجين ولم يتعرضوا أبدًا لصدمة عملاقة متأخرة. وقد يغير هذا كثيرًا من التطور فيما يتعلق بالجزء الداخلي من الكوكب ، وإطلاق الغازات ، والخسارة المتقلبة ، وغيرها من الأشياء التي لها آثار على قابلية السكن “.

قال ريموند إن دراسة هذا الأسبوع لها آثار ليس فقط على دراسة أنظمة الكواكب الرنانة الأخرى ، ولكن على أكثر شيوعًا. كوكب خارج المجموعة الشمسية الأنظمة التي يعتقد أنها بدأت كنظم طنين.

أندريه إيزيدورو

أندريه إيزيدورو. الائتمان: جامعة رايس

قال ريموند: “إن الكواكب الأرضية الفائقة ونبتون الفرعية متوافرة بكثرة حول النجوم الأخرى ، والفكرة السائدة هي أنها هاجرت إلى الداخل خلال مرحلة القرص الغازي ، ومن المحتمل أن يكون لها مرحلة متأخرة من الاصطدامات”. “ولكن خلال تلك المرحلة المبكرة ، حيث كانوا يهاجرون إلى الداخل ، نعتقد أنهم إلى حد كبير – ربما عالميًا – مروا بمرحلة كانت فيها هياكل متسلسلة رنانة مثل TRAPPIST-1. هم فقط لم ينجوا. انتهى بهم الأمر إلى عدم الاستقرار في وقت لاحق “.

قال إيزيدورو إن إحدى المساهمات الرئيسية للدراسة قد تأتي بعد سنوات من الآن ، بعد تلسكوب جيمس ويب الفضائي التابع لناسا ، وتلسكوب المرصد الأوروبي الجنوبي الكبير للغاية وأدوات أخرى تسمح للفلكيين برصد الغلاف الجوي للكواكب الخارجية مباشرة.

قال إيزيدورو عن الكواكب التي تتشكل في مرحلة الهجرة الرنانة: “لدينا بعض القيود اليوم على تكوين هذه الكواكب ، مثل كمية المياه التي يمكن أن تمتلكها”. “لكن لدينا أشرطة خطأ كبيرة جدًا.”

في المستقبل ، ستقيد الملاحظات التكوين الداخلي للكواكب الخارجية بشكل أفضل ، وقد تكون معرفة تاريخ القصف المتأخر للكواكب الرنانة مفيدة للغاية.

قال: “على سبيل المثال ، إذا كان أحد هذه الكواكب يحتوي على الكثير من الماء ، دعنا نقول 20٪ جزء من الكتلة ، فلا بد أن الماء قد تم دمجه في الكواكب مبكرًا ، خلال المرحلة الغازية”. “لذا عليك أن تفهم نوع العملية التي يمكن أن تجلب هذه المياه إلى هذا الكوكب.”

المرجع: “الحد الأعلى للتراكم المتأخر وتوصيل المياه في نظام Trappist-1 خارج المجموعة الشمسية” 25 نوفمبر 2021 ، علم الفلك الطبيعي.
DOI: 10.1038 / s41550-021-01518-6

ومن بين المؤلفين المشاركين في الدراسة إيملين بولمونت ومارتن توربت من جامعة جنيف ، وكارولين دورن من جامعة زيورخ ، وفرانك سيلسيس من جامعة بوردو ، وإريك أغول من جامعة بوردو. جامعة واشنطنوباتريك بارث من جامعة سانت أندروز ولودميلا كارون من معهد ماكس بلانك لعلم الفلك في هايدلبرج بألمانيا ومايكل جيلون من جامعة لييج وسيمون جريم من جامعة برن.

تم دعم البحث من قبل وكالة ناسا (80NSSC18K0828) ، والوكالة الفيدرالية البرازيلية لدعم وتقييم التعليم العالي (88887.310463 / 2018-00) ، والمجلس الوطني البرازيلي للتنمية العلمية والتكنولوجية (313998 / 2018-3) ، وجامعة سانت. . Andrews ، مؤسسة الأبحاث الألمانية (SP1833-1795 / 3) ، برنامج Horizon 2020 التابع للاتحاد الأوروبي (832738 / ESCAPE) ، المؤسسة الوطنية السويسرية للعلوم (PZ00P2 174028) ، المركز الوطني الفرنسي للبحوث العلمية ، برنامج علم الكواكب الوطني ، فرنسا الوطنية مركز الكمبيوتر للتعليم العالي (A0080110391) ومؤسسة Gruber.

التعليقات

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *