آیا مشتری در آغاز یک "دنیای آب" بوده؟

* مشتری شاید همیشه هم یک توپ بزرگ هیروژن و هلیوم نبوده، بر پایه‌ی پژوهشی تازه، مشتری و دیگر غول‌های گازی احتمالا در آغاز "دنیاهای بخار" بوده‌اند- سیاره‌های اقیانوسی گرم، کمی بزرگ‌تر از زمین با جَوی از بخار آب.

[درباره‌ی این سیاره‌ها خوانده بودید: * کشف گونه تازه‌ای از سیاره‌ها: "دنیای آب"].

جان چمبرز، پژوهشگر بنیاد علوم کارنگی در واشنگتن دی‌.سی. می‌گوید برخی از پیش‌سیاره‌ها می‌توانند از همان روزگار کودکی، با برافزایش تکه‌های سنگ و یخ به یک دنیای بخار (دنیای اقیانوسی، دنیای آب) تبدیل شوند.

با انباشت این اجرام و ادامه‌ی برافزایش و رشد پیش‌سیاره، فشار بالا رفته و یخ‌ها را آب می‌کند، و اقیانوس‌ها پدید می‌آیند. آب و هر مایع دیگری در نبودِ جو بخار می‌شود و جَوی می‌سازد که به طور عمده از بخار آبست. چمبرز می‌گوید حتی یک پیش‌سیاره‌ی به نسبت کوچک با جرمی میان ۰.۰۸ تا ۰.۱۶ برابر زمین هم می‌تواند به اندازه‌ی کافی گرم باشد- از ۰ تا ۳۴۷ درجه‌ی سلسیوس.

چمبرز به اسپیس دات کام می‌گوید: «من ساختار جو در این مورد را برآورد کردم، و زمان مناسب شدن شرایط برای برافزایش سریع گاز برای ساختن یک سیاره‌ی غول‌پیکر را برآورد کردم. پاسخ این بود که این فرآیند زمانی آغاز می‌شود که یک سیاره به جرم چند برابر زمین برسد، چیزی کمتر از ۱۰ برابر زمین که مقدار قراردادی برای برافزایش سریع گاز است.»

چمبرز در مدل خود سیاره‌ای را در نظر گرفت که با فاصله‌ی حدود سه برابر زمین تا خورشید به گرد یک ستاره‌ی خورشیدسان می‌چرخد. ساختار پیش‌سیاره‌ی آغازین را هم نیمی یخ و نیمی سنگ در نظر گرفت. این تکه‌های سنگ و یخ با هم یک پیش سیاره‌ی کوچک ساختند با جَوی بسیار نازک که به طور عمده در اثر فرازش (تصعید) یخ‌ها پدید آمده بود. زمانی که پیش‌سیاره به جرم ۰.۰۸۴ جرم زمین رسید، فشار جَوش به نقطه‌ی مناسب برای آب شدن یخ‌ها رسید و در نتیجه این جرم به یک دنیای اقیانوسی کوچک تبدیل شد. با برافزایش سنگ و یخ‌های بیشتر، پیش‌سیاره بزرگ‌تر شد و آغاز به انباشتن هیدروژن و هلیوم کرد. [هسته‌ی سنگی در این فرآیند کوچک و کوچک‌تر می‌شود-م]

از آنجا که مقدار فراوانی آب در جو هست، سیاره گرم‌تر می‌شود (آب یک گاز گلخانه‌ای نیرومند است). با ادامه‌ی افزایش جرم پیش‌سیاره، فشار جوی هم به بالا رفتن ادامه می‌دهد و به جو اجازه می‌دهد باز هم بخار آب بگیرد. سرانجام فشار به اندازه‌ای بالا می‌رود که دیگر همه‌ی آب‌ها از حالت مایع بیرون رفته و و به آمیزه‌ای از یک "شاره‌ی ابربحرانی" با هیدروژن و هلیوم تبدیل می‌گردد، بدون هیچ مرز نمایانی میان جو و سطح.

زمانی که سنگ و یخی حدود دو تا پنج برابر زمین گرد آمد، یک فرآیند زنجیره‌ای به راه می‌افتد و پیش‌سیاره به سرعت گازهای بیشتری از قرص پیرامون ستاره‌ی میزبانش می‌گیرد. و بر پایه‌ی این پژوهش تازه، این چیزیست که به یک غول گازی امکان رشد می‌دهد.

در بیشتر مدل‌های سیاره‌زایی، خرده‌سیاره‌ها (تکه‌هایی که به هم می‌پیوندند و یک سیاره می‌سازند) اندازه‌ای در حد چند کیلومتری دارند. ولی در برخی از مدل‌ها برافزایش سنگریزه‌ها (قلوه سنگ‌ها، اجرامی در حد چند سانتیمتر تا چند متر) عامل پیدایش پیش‌سیاره‌ها در نظر گرفته شده‌اند.

میشل لمبرشت، پژوهشگر دانشگاه لوند سوئد که در این پژوهش شرکت نداشت این را رویه‌ای منطقی می‌داند: «اینجا تنها فیزیک نقش دارد که چیزی بسیار اعتمادپذیر است.»

این که آیا این نظریه را برای پیدایش مشتری هم می‌توان به کار برد یا نه روشن نیست، ولی گویا برخی از داده‌های فضاپیمای جونو که در مدار مشتری است نشانگر این هستند که هسته‌ی این سیاره نرم‌تر از چیزیست که دانشمندان در آغاز می‌پنداشتند [با مرزی نامشخص- اینجا خواندید: * شگفتی‌های مشتری بیش از آنست که گمان می‌رفت].

به گفته‌ی لمبرشت، از این نظریه چنین بر می‌آید که -اگر مدل برافزایش سنگریزه‌ای که چمبرز می‌گوید درست باشد- مشتری باید هسته‌ای به اندازه‌ی تنها چند برابر زمین داشته باشد.

به نظر دانشمندان سیاره‌شناس، از آنجا که بادهای ستارگان نوزاد به سرعت بیشتر گازهای قرص پیش‌سیاره‌ای پیرامونشان را پراکنده می‌کنند، غول‌های گازی فرصت چندانی ندارند و می‌بایست بیشتر جرم خود را در مدت تنها چند میلیون سال گرد آورند.

چمبرز می‌گوید این زمان کم می‌تواند برای برخی از مدل‌های سیاره‌زایی دردسر ایجاد کنند. ولی برای مدل برافزایش سنگریزه‌ای بسیار مناسب دارد. وی می‌گوید: «مهم اینست که چگونه بتوانیم جلوی برافزایش سریع را بگیریم.»

چمبرز گام بعدی را گردآوری داده‌های بیشتر درباره‌ی سیاره‌های فراخورشیدی می‌داند.

او می‌گوید: «من هنوز دارم پیامدهای این را بررسی می‌کنم، ولی گام بعدی اینست که این نتیجه را در مدل‌های کلی‌ترِ سیاره‌زایی به کار ببریم. می‌خواهیم نتیجه‌ی پایانی این مدل‌ها را با داده‌های فراسیاره‌های گوناگون بسنجیم تا بتوانیم فاکتورهای ناشناخته‌ی دیگری در فرآیند سیاره‌زایی را پیدا کنیم.»

گزارش این بررسی برای انتشار در نشریه‌ی آستروفیزیکال جورنال پذیرفته شده و نگارش پیش‌چاپ آن در arXiv در دسترس است.

-------------------------------------------

کانال تلگرام یک ستاره در هفت آسمان:

telegram.me/onestar_in_sevenskies

واژه‌نامه:

Jupiter - gas giant - planet - steam world - Earth - water vapor - John Chambers - Carnegie Institution for Science - Washington, D.C. - protoplanet - sublimate - sun - star - hydrogen - helium - greenhouse gas - supercritical fluid - runaway proces - planet formation - planetesimal - Michiel Lambrechts - Lund University - Sweden - NASA - Juno - pebble accretion - protoplanetary disk - exoplanet - extrasolar planet - The Astrophysical Journal - arXiv

منبع: Space.com

برگردان: یک ستاره در هفت آسمان