أن تجد توأم الأرض في الفضاء قد يكون من المستحيل

من كل الأماكن التي لم يسبق لها مثيل في الكون إلا الأرض قدمت لنا دليلا على وجود الحياة. ولكن لماذا ؟ لأن الحياة هي نادرة ، وأنه يتطلب منا جميع الشروط لدينا على الأرض أن تكون معتمدة ؟ أو لأن الحياة منتشرة في كل مكان ، ولكن وجدناها هنا ، لأن لها تجد أسهل ؟

بما أننا على أرض الواقع كل مرتبة حسب ترتيب, ونحن نميل إلى الاعتقاد أنه إذا كان لدينا كوكب و نجم مع نفس الخصائص مثل الأرض والشمس مع نفس العمر مع نفس المداري المسافات والأحجام و الجماهير من نفس المواد ، ثم مرة أخرى أننا قد تلقى الحياة. ونحن نفترض أيضا أن مجموعات أخرى أقل احتمالا. ولكن لدينا جميع الافتراضات يمكن أن تكون غير صحيحة. الأرض يمكن أن تكون نادرة في الحياة.

في عام 2015 ، أعلنت وكالة ناسا عن اكتشاف كبلر-452b ، ووصفه بأنه "أكثر مماثلة إلى الأرض كوكب خارج المجموعة الشمسية" من كل ما اكتشف من أي وقت مضى. بالطبع كان لديها الكثير من القواسم المشتركة مع الأرض و النجوم لديها الكثير من القواسم المشتركة مع الشمس:

• موطنه الأصلي نجوم مشابهة جدا إلى الشمس حيث درجة الحرارة والكتلة والحجم: هذا هو نجم G2 ، حول نفس السطوع و البقاء على قيد الحياة عموما.
• تدور في تقريبا نفس المسافة عن نفس الفترة من كوكبنا حول الشمس: 385 يوما بدلا من 365.
• النجم الذي يدور ليس أكثر تطورا من الشمس: أكثر من 1.5 مليار سنة, مما يعني أن 20% من الطاقة قوية و 10% أكثر برودة.

  هذا الكوكب في حد ذاته ليس أكبر بكثير من أرضنا, و نصف قطرها هو 60 ٪ أكثر من ذلك.

و على الرغم من أن هذه الشروط قد يبدو "مثل الأرض" ، اكتشف العالم بالطبع الأرض أن تفعل أي شيء.

في نظامنا الشمسي الفرق بين الأرض و الزهرة الصغيرة: حوالي 5% في دائرة نصف قطرها. وعلى سبيل المقارنة ، فإن الفرق بين الأرض و أورانوس أو نبتون ضخمة: هذه العوالم أربع مرات أكبر من الأرض في دائرة نصف قطرها. ولذلك فإن أكثر من 60% قد لا يبدو من قبيل المبالغة ، ولكن احتمال كبير أن نجد الصلبة الكوكب مع رقيقة الغلاف الجوي ، والتي سيكون لها خصائص عملاق الغاز: قذيفة كبيرة من الضوء الغازات في الغلاف الجوي. في الواقع ، هناك نافذة ضيقة جدا ، والتي تعتبر "الأرض" بحجم الكواكب و الانحراف من أكثر من 10-20% من حجم الأرض كبير جدا.

ومع ذلك ، هناك كل ما يدعو إلى الاعتقاد بأن كواكب مثل الأرض شائعة إلى حد ما. أحدث النتائج من "كيبلر" ، على حد سواء تظهر أن القرص مجرة درب التبانة لديها ما لا يقل عن 17 مليار كوكب بحجم الأرض على الأقل بضعة المئة من النجوم سوف يكون واحد على الأقل مثل الأرض العالمي هو في متناول اليد. على الرغم من أن هدفنا في نهاية المطاف — هذا ، بالطبع ، أن نجد العالم المتقدم الحياة البيولوجية — يفضل أن يكون عالم الحياة أثناء الانفجار الكمبري — في أفكارنا دائما العودة إلى توأم الأرض. ولكن هذا الضعف ، حتى لو كان موجودا ، قد لا يكون أفضل مكان للبحث عن.

إن الشمس G نجوم الفئة العمرية من 4.6 مليار سنة. على الرغم من أننا نعتقد أنها هي واحدة من الأكثر شيوعا ، الأمر ليس كذلك: نجمنا هو أكثر ضخمة من 95 ٪ من جميع النجوم. M-الأقزام الصغيرة النجمة الحمراء تمثل النوع الأكثر شيوعا من النجوم في الكون: ثلاثة أرباع النجوم ممثلة M-الأقزام. المحيطات على كوكب الأرض سوف يغلي أكثر من مليار سنة ، ولكن م-النجوم سوف يتم حرق في درجة حرارة مستقرة من عشرات التريليونات من سنوات.

كبلر وقد وجدت العديد من كواكب تشبه الأرض حول هذه M النجوم التي تقع في أماكن مناسبة للإقامة الماء على سطحها في الحالة السائلة و وزن والتي تناسب تماما الدنيوية التعريف. على الرغم من M-النجوم غالبا ما تعطي اندلاع الكوكب بالقرب منهم يجب أن يكون أقرب ، كما أنها توفر بيئة أكثر استقرارا عن الكواكب ، مع أقل من الأشعة فوق البنفسجية وزيادة الحماية من مظاهر شديدة بين الكواكب و الفضاء بين النجوم. قوى المد والجزر من النجوم المضيفة هو أيضا أقوى وأقصر المداري فترات تعطي لهم طريقة بسيطة لتوليد كبيرة في المجال المغناطيسي قد تحمي ضد مشاعل.

هذه الأنظمة هي شائعة جدا ، نظام مزدوج الأرض — لا. ماذا نحتاج الحقيقي "مزدوجة"? أولا وقبل كل شيء نحن بحاجة إلى نجوم مثل الشمس. وهذا يعني أن النجم يجب أن لا يكون إلا من نفس درجة الحرارة و الطيفية الدرجة ، ولكن في نفس العمر. أن الحياة تطورت و تطورت إلى شيء مثير للاهتمام ، يستغرق وقتا, و لذلك نحن بحاجة إلى بعض نجوم النظام ، والتي هي عدة مليارات من السنين. ولكن لفترة طويلة جدا, لا يمكننا أن ننتظر لأن الشيخوخة النجوم من منطقة النواة التي تربط بين الهيدروجين مع غاز الهيليوم, يزيد, زيادة انتاج الطاقة (جنبا إلى جنب مع السطوع و درجة الحرارة). في النهاية هذا الكوكب (الأرض) التي كانت للسكن سوف تصبح ساخنة جدا ، الذي يغلي الماء وليس واهب الحياة إلى تطوير.

لنفترض أن لدينا نافذة 1-2 مليار سنة أي ما يقارب 10% من حياة النجم. في مجرتنا من 200-400 مليار نجم ، حوالي 7.6% من هذه النجوم هي الفئة-G كما الشمس. على الرغم من أن الشمس هي أكثر دقة تصنف G2V النجم ، هذا لا يعني أن حوالي 10 ٪ من جميع النجوم الفئة-G سوف يكون نفس نوع شمسنا. إذا كنت تأخذ من أعلى الحافة هناك 400 مليار نجم ، 7.6% منها الفئة-G ، 10% من نفس الفئة الفرعية مثل الشمس ، 10% منهم من سن حياة مثيرة للاهتمام. 300 مليون نجم. ولكن حتى ذلك الحين ، ليس كل منهم سوف يكون هناك عدد كاف من العناصر الثقيلة عنخلق العالم الدنيوي.

فوق ترى طيف الشمس. وبعبارة أخرى, هذه الخطوط التي تراها تمثل مختلف ذرات نسبة. الكثير منهم في الشمس ولديهم جدا نسبة محددة. مؤشر على أن لا الهيدروجين أو الهيليوم ، ولكن يجمع المواد على الشمس يسميه علماء الفلك metallicity. إذا كنا نريد كوكب مثل الأرض ، نحن بحاجة النجوم مع metallicity الشمسية نوع. انها ليست سيئة للغاية ؛ يصل إلى 25% من النجوم التي تكونت في نفس الوقت أن الشمس كانت وسيطة السكان I النجوم وكثير منهم (ربما حوالي 15%) لديهم نفس metallicity من الشمس.

اتضح أن في مجرتنا 11 مليار نجم مثل بلدنا ، مع نفس المعدل من العناصر الثقيلة. كم من هؤلاء من 11 مليون الشمسية "التوائم" بهم الأرض التوائم للسكن في المناطق ؟

نحن بحاجة إلى تشكيل الصلبة كوكب حجم مناسب مع عناصر كافية ، كمية مناسبة من المياه في المكان الصحيح حتى تستطيع أن تعتبر توأم الأرض. كل هذه المشاكل مترابطة. كنت أعتقد أنه إذا نجم وسط الصحيح عناصر المحتوى ، وشكلت على هذا الكوكب يجب أن يكون نفس العلاقة بين الكثافة إلى دائرة نصف قطرها ، كما هو الحال في نظامنا الشمسي. ولكن إذا كان كوكب الخاص بك هو 20% من نصف قطر من الأرض, أنت بالتأكيد سوف تحصل على مغلف من الضوء غازات الهيدروجين والهيليوم — والتي سوف تغطي كوكب الخاص بك حتى إذا كنت في الجزء الداخلي من النظام الشمسي.

العالم ، والتي هي 60% من الأراضي سوف تكون أكثر خمس مرات من وزنها ، وهذا كثير جدا أن تكون صلبة الكوكب مع رقيقة الغلاف الجوي. إذا نحن مرة أخرى انتقل جميع الدرجات التي نحصل عليها من أربعين إلى مئات الآلاف من كواكب مثل الأرض مع الأرض مثل المدارات القريبة من الطاقة الشمسية من نوع النجوم. 400 مليار نجم ، وهناك احتمالات ضيق للغاية.

و تذكر أن الغرض الحقيقي من إيجاد مثل هذه الكواكب هو البحث عن العوالم التي يمكن أن تدعم الحياة مثل الأرض. ولكن إذا كان الغرض من ذلك هو ألا ننظر إلى "التوأم" من الأرض ؛ فمن الأفضل أن تبحث عن أصغر الكواكب القريبة من النجوم M-class. الأفضل أن نبحث عن مثل الأرض العالمين يحتمل أن تكون صالحة للسكن في مناطق حول النجوم. هذه الخيارات سوف تكون أكبر من ذلك بكثير.