چرا زمین اینقدر خشک است؟

* سیاره ی زمین با وجود داشتن پهنه های گسترده ی اقیانوس، رودهایی که همچون مار تا صدها مایل پیچ و تاب خورده اند، و یخچال های غول آسا نزدیک قطب های شمال و جنوبش، به نظر نمی آید چندان کمبود آب داشته باشد.
ولی با این حال، کمتر از یک درصد جرم سیاره ی ما را آب تشکیل داده که حتی آن هم شاید توسط دنباله دارها و سیارک ها در آغاز پیدایش زمین آورده شده باشد.

کمبود آب سیاره ی زمین ستاره شناسان را دچار سردرگمی ساخته. در مدل استاندارد، منظومه ی خورشیدی میلیاردها سال پیش، از یک قرص پیش سیاره ای - قرصی چرخان از گاز و غبار پیرامون خورشید - پدید آمد. بر پایه ی این مدل، سیاره ی ما می‌بایست یک دنیای آبی باشد. زمین می بایست از مواد یخی در منطقه ای پیرامون خورشید، جایی که دما در آن به حد کافی پایین بود که یخ ها بتوانند منقبض و بسته شده و از قرص بیرون بیایند ساخته شده باشد. بنابراین، زمین می بایست از مواد سرشار از آب تشکیل شده باشد. پس چرا سیاره ی ما نسبتن خشک است؟
داستان دو مدل قرص: این تصویر دو مدل گوناگون قرص پیش-سیاره ای که خورشید جوان را در 4.6 میلیارد سال پیش در میان گرفته بودند از بالا نشان می دهد. خانواده ی سیاره ای خورشید از غبار و یخ های درون این قرص پدید آمد. تفاوت اصلی میان دو مدل در جای "مرز برف" است که یک منطقه ی گرم و خشکِ قرص را از منطقه ی یخی و آشفته جدا می کند.
در مدل استاندارد که سمت چپ نشان داده شده، زمین بیرون از مرز برف، و در یک منطقه ی یخی شکل گرفت. بنابراین زمین ما می بایست آب فراوانی داشته باشد زیرا از یخ هایی ساخته شده که می بایست بخش عمده ای از ساختار آن را تشکیل داده باشند. ولی برآوردها نشان می دهد کمتر از 1 درصد جرم زمین دارای آب است و این دانشمندان را سردرگم ساخته.
در مدل نوین قرص که سمت راست نشان داده شده، زمین در منطفه ای خشک و گرم تر، درون مرز برف که بسیار از خورشید دورتر بود پدید آمد. این مدل توضیح می دهد که چرا زمین به نسبت خشک است. این مدل دیدگاه هایی تازه به برآوردها از فراوانی سیاره های زمین-سان در کهکشان ارایه می کند. (تصویر بزرگ تر)
-------------------------------------------------------------------------------------
در یک بررسی تازه بر روی مدل رایج قرص برافزایشی که چگونگی پدید آمدن سیاره ها از یک قرص گاز و غبار پیرامون خورشید را توضیح می دهد، یک دلیل احتمالی برای خشکی نسبی زمین یافته شد. این پژوهش به رهبری ربکا مارتین و ماریو لیویو از بنیاد علمی تلسکوپ های فضایی در بالتیمور مریلند انجام گرفت و در آن روشن شد که سیاره ی ما از خرده سنگ های یک منطقه ی خشک و گرم تر، درون جایی که به اصطلاح "مرز برف" خوانده می شود پدید آمده است. در منظومه ی خورشیدی کنونی، مرز برف در میانه ی کمربند سیارک ها - مخزنی از تکه های سنگ میان بهرام و مشتری- جای دارد و فراتر از این نقطه، نور خورشید ضعیف تر از آنست که بتواند خرده های یخ به جا مانده از قرص پیش سیاره ای را آب کند. مدل پیشین قرص برافزایشی می گفت که مرز برف در 4.5 میلیارد سال پیش، زمانی که زمین ساخته شد، بسیار به خورشید نزدیک تر بوده.

لیویو می گوید: «در پژوهش ما بر خلاف مدل استاندارد قرص برافزایشی، مرز برف هرگز تا مدار زمین نمی آید. بلکه نسبت به مدار زمین، از خورشید دورتر است و همین دلیل اینست که چرا زمین ما یک سیاره ی خشک است. در حقیقت، به پیش بینی مدل ما، دیگر سیاره های درونی - ناهید و تیر - و بهرام نیز نسبتن خشک می باشند.» این دستاوردها برای انتشار در ماهنامه ی انجمن سلطنتی اخترشناسی پذیرفته شده است.

در مدل معمولی (قراردادی)، قرص پیش سیاره ای پیرامون خورشید کاملن یونیده است (فرآیندی که در آن، الکترون ها از اتم ها جدا می شوند) و مواد به درون خورشید فروکشیده می شوند و این باعث گرم شدن قرص می شود. مرز برف در آغاز دور از ستاره است، شاید دستکم یک میلیارد مایل با آن فاصله داشته باشد. با گذشت زمان، قرص از مواد تهی شده، سرد شده، و مرز برف به سمت درون کشیده شده و پیش از آن که فرصت کافی برای شکل گیری زمین وجود داشته باشد، از مدار زمین هم می گذرد [یعنی بنا بر این مدل، زمین به هنگام شکل گیریش بیرون از مرز برف و در جای سرد و یخی بوده -].

مارتین توضیح می دهد: «اگر در زمان شکل گیری زمین، مرز برف درون مدار آن بود، پس می بایست سیاره ی ما یک جرم یخی می شد. سیاره هایی مانند اورانوس و نپتون که در آن سوی مرز برف شکل گرفتند، ده ها درصدشان از آب ساخته شده. ولی زمین آب زیادی ندارد و این همیشه یک معما بوده است.»

مارتین و لیویو در بررسیشان متوجه مشکلی در مدل استاندارد قرص برافزایشی برای تغییرات مرز برف شدند. لیویو می گوید: «ما گفتیم، یک لحظه صبر کن! قرص های پیرامون ستارگان جوان به طور کامل یونیده نیستند. این قرص ها استاندارد نیستند چرا که گرما و پرتوی کافی برای یونیدن قرص وجود ندارد.»

مارتین می افزاید: «اجرام بسیار داغ مانند کوتوله های سفید و چشمه های پرتو X به اندازه ی کافی انرژی آزاد می کنند که قرص های برافزایشی را یونیده کنند (بِیونند). ولی ستارگان جوان پرتوی کافی یا مواد کافی که به درونشان فروکشیده شود ندارند تا بتوانند انرژی کافی برای یونیدن قرص فراهم کنند.»

پس اگر قرص ها یونیده نشده باشند، سازوکاری که باعث می شود مواد در منطقه به جریان در بیایند و به درون ستاره فروکشیده شوند وجود نخواهد داشت. در عوض، گاز و غبار به گرد ستاره می چرخند بدون آن که به سمت درون جابجا شوند و منطقه ای که به اصطلاح "منطقه ی مرده" خوانده می شود را در قرص پدید آورند. معمولن گستردگی منطقه ی مرده از فاصله ی 0.1 AU تا چند AU فراتر از ستاره می باشد (یک AU یا یکای اخترشناسی برابر با فاصله ی میان زمین و خورشید است که تقریبن 150 میلیون کیلومتر می شود). این منطقه همچون یک سد رفتار می کند و جلوی مواد برای کوچیدن به سوی ستاره را می گیرد. ولی مواد در منطقه ی مرده انباشته می شوند و چگالی این منطقه را بالا می برند؛ بسیار همانند انبوه آدم هایی که پیرامون در ورودی یک تالار کنسرت گرد آمده اند و منتظر باز شدن آن هستند.

ماده ی چگال کم کم در اثر رمبش (فشرده شدن) گرانشی دمایش بالا می رود. این فرآیند به نوبه ی خود، منطقه ی بیرون از سد را گرم کرده و با بخار کردن یخ مواد، آن ها را تبدیل به موادی خشک می کند. زمین در این منطقه ی گرم تر، که تا چند AU دورتر از خورشید گستردگی دارد، از مواد خشک پدید آمد. مارتین و لیویو با نگارش تغییر یافته ی مدل استاندارد دلیل این که چرا زمین در پایان شکل گیریش، آب فراوانی نداشت را توضیح می دهند.

مارتین هشدار دارد که این مدل بازبینی شده برای همه ی قرص ها پیرامون ستارگان جوان نیست. لیویو می گوید: «شرایط درون این قرص از ستاره ای به ستاره ی دیگر فرق می کند. و شانس - به اندازه ی هر چیز دیگر - نتیجه ی دقیق پایانی را برای زمین رقم زد.»

این ها را هم بخوانید: 

واژه نامه:
Earth - water - plane - comet - asteroid - water deficiency - standard model - solar system - protoplanetary disk - Sun - water world - accretion-disk - snow line - asteroid belt - Mars - Jupiter - Rebecca Martin - Mario Livio - Space Telescope Science Institute - Monthly Notices - Royal Astronomical Society - electron - atom - Uranus - Neptune - white dwarf - X-ray - dead zone - astronomical unit - AU - Earth-like - galaxy

منبع: sciencedaily

0 دیدگاه شما:

Blogger template 'Browniac' by Ourblogtemplates.com 2008

بالای صفحه