احتمال وجود آب در سیارات سنگی 100 برابر بیشتر است

به راحتی می توان زمین را به عنوان یک سیاره آبی با اقیانوس‌های وسیع و دریاچه‌های زیبا در نظر گرفت، اما در مقایسه با بسیاری از سیارات، زمین کمتر مرطوب است. حتی قمرهای یخی مشتری و زحل نیز مایع بسیار بیشتری نسبت به زمین دارند. زمین غیرمعمول است نه به این دلیل که آب یا مایع دارد، بلکه به این دلیل که آب یا مایع در منطقه گرم قابل سکونت خورشید دارد و همانطور که یک مطالعه جدید در Nature Communications نشان می دهد، زمین می‌تواند حتی غیرعادی‌تر از آن چیزی باشد که ما فکر می‌کردیم!

آب یکی از رایج ترین مولکول ها در جهان است؛ هیدروژن فراوان‌ترین عنصر در کیهان است و اکسیژن به راحتی به عنوان بخشی از چرخه همجوشی CNO ستاره‌ای تولید می‌شود. بنابراین ما انتظار داریم که سیارات غنی از آب در منظومه‌های ستاره‌ای فراوان باشند. اما این بدان معنا نیست که آب مایع فراوان خواهد بود. در منظومه شمسی ما، دو نوع سطح دارای آب هستند. زمین و قمرهای غول پیکر گازی!

مانند سایر سیارات گرم همچون زهره و مریخ، زمین نیز در دوران جوانی خود دارای آب بود. مریخ کوچک‌تر از آن بود که آب خود را حفظ کند. بسیاری از آن در فضا تبخیر شد، در حالی که برخی در پوسته سطحی آن منجمد شدند. زهره به اندازه‌ای بزرگ بود که بتواند آب را در خود نگه دارد، اما گرمای شدید آن بخش زیادی از آن را به جو غلیظش تبدیل کرد. دانشمندان هنوز کاملا مطمئن نیستند که زمین چگونه توانست اقیانوس‌های خود را حفظ کند، اما احتمالا ترکیبی از یک میدان مغناطیسی قوی و کمک اضافی از آب سیارک‌ها و دنباله‌دارها در طول دوره بمباران سنگین بوده است.

قمرهای یخی مشتری و زحل اما داستان دیگری دارند. آن‌ها به اندازه کافی از خورشید دور بودند که آب تشکیل شده خود را حفظ کرده‌اند. آن‌ها به سرعت یک لایه ضخیم از یخ تشکیل دادند تا از تبخیر آب به فضا جلوگیری کنند. اما این قمرها سطوح کوچکی هستند و اگر نیروهای جزر و مدی که غول گازی آن‌ها اعمال می‌کند، نبود، خیلی سریع منجمد می‌شدند.

ابر زمین‌ها محدوده جرمی از چند جرم زمین تا جرم نپتون را در بر می‌گیرند. در انتهای بزرگ، احتمالا جهان‌های گازی با اتمسفر غلیظ هستند. در انتهای کوچک، آن‌ها احتمالا بیشتر شبیه زمین هستند. بر اساس سیارات فراخورشیدی که تاکنون یافته‌ شده، ابر زمین‌ها بسیار رایج‌تر هستند و اکثریت آن‌ها احتمالا خارج از منطقه قابل سکونت ستاره خود در مناطق سرد منظومه ستاره‌ای هستند؛ بنابراین احتمالا غنی از آب هستند. اما به احتمال زیاد آن‌ها در حال چرخش به دور یک غول گازی نیز نیستند، بنابراین به طور کلی فرض بر این است که لایه یخی آن‌ها در طول زمان عمدتا به صورت جامد باقی می‌ماند.

باید گفت که دلیل آن به نقاط مختلف انجماد و ذوب یخ مربوط می‌شود. نوع یخی که ما روی زمین داریم در حدود صفر درجه سانتی گراد ذوب می‌شود، اما این فقط در اطراف فشار جوی زمین صادق است. در فشارهای بالاتر، انواع مختلفی از یخ با نقاط ذوب متفاوت وجود دارد. اگرچه کمی پیچیده است، اما به طور کلی در فشارهای بالاتر، یخ می‌تواند نقطه ذوب بسیار بالاتری داشته باشد. بنابراین حتی اگر یک ابر زمین از نظر زمین شناسی فعال باشد، ممکن است آنقدر گرم نباشد که یخ را ذوب کند.

مطالعات جدید نشان می‌دهند که ابر زمین‌ها برای ایجاد یک اقیانوس عمیق، لازم نیست به اندازه کافی داغ باشند. از طریق گرمایش زمین گرمایی و هسته‌ای، می‌تواند لایه نازکی از آب را در سطح خود ذوب کند و به لطف شکاف‌ها و انتقال‌های مختلف فاز آب، آب می‌تواند تا لایه درست زیر سطح یخ زده برود. این فرآیند برای ایجاد یک لایه اقیانوسی غنی از آب کافی است. از آنجایی که گرمای یک ابر زمین میلیاردها سال طول می‌کشد، می‌تواند اقیانوس مایع را به اندازه کافی برای تکامل حیات حفظ کند.

بر اساس آنچه در مورد سیارات فراخورشیدی می‌دانیم، اقیانوس‌های ابرزمینی می‌توانند 100 برابر بیشتر از جهان‌های زمین مانند یا قمرهای یخی رایج باشند و این بدان معناست که جهان حتی سیارات قابل زندگی بیشتری از آنچه ما فکر می‌کردیم دارد!