الفلك

لماذا لا توجد كواكب أرضية ذات محيط تحت السطح؟

لماذا لا توجد كواكب أرضية ذات محيط تحت السطح؟



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

المحيطات تحت السطحية في الأقمار الصناعية شائعة جدًا: يوروبا ، إنسيلادوس ، جانيميد ، كاليستو ، وربما بلوتو ... هذا بسبب ارتفاع المد والجزر لكوكبهم المضيف ، كوكب المشتري وزحل ، والذي يسخن الجليد الداخلي لتلك الأقمار الصناعية. ومع ذلك ، لا تعرض الكواكب هذه الطبقة الجليدية الداخلية ، لذلك لا تحتوي عادة على محيطات جوفية (باستثناء بلوتو أو سيريس ، إذا كان بإمكانك تسميتها "كواكب"). لماذا هذا؟ فقط الأجسام الصغيرة مثل الأقمار الصناعية تقدم هذه الطبقة الداخلية من الجليد؟ هل هناك أي كواكب خارجية من نوع الأرض تعرض هذه الطبقة الداخلية من الجليد التي يمكن أن تذوب في الماء السائل؟ وإذا كان الأمر كذلك ، فلماذا تحتوي بعض الكواكب الباردة على طبقات جليدية داخلية والبعض الآخر لا؟


الكواكب الأرضية هي عطارد والزهرة والأرض والمريخ. يعتبر عطارد والزهرة حارين جدًا بحيث لا يمكن أن توجد المياه السائلة على أي مستوى ، وقد فقد المريخ كل مياهه تقريبًا ولدى الأرض محيط سطحي ، وليس محيطًا تحت السطح. فقدت الكواكب الداخلية معظم موادها المتطايرة (بما في ذلك الماء) أثناء تشكلها ، وتم توفير المياه على الأرض من خلال تأثيرات الكويكبات الجليدية اللاحقة.

لذلك لا يوجد محيط تحت سطح أي من الكواكب الأرضية. الكواكب الأخرى هي عمالقة الغاز والجليد. من المحتمل أن يكون لأورانوس ونبتون طبقات سائلة تحيط بقلبهما ، تتكون من الماء والأمونيا و "الجليد" الأخرى

للحصول على محيط تحت السطح ، فأنت بحاجة إلى كوكب يقع وراء خط الصقيع (المسافة من الشمس التي يكون فيها الجليد مستقرًا في الفضاء) وفي نظامنا الشمسي ، تكون الكواكب الواقعة وراء خط الصقيع إما أقزامًا أو عمالقة.

بمعنى ما ، تمتلك الأرض محيطًا تحت السطح ، لكنها ليست محيطًا مائيًا ، إنها محيط من الحديد المنصهر. اللب الخارجي للأرض شديد السيولة ؛ إنه ليس أكثر لزوجة من الماء.

من بين الكواكب الخارجية ، هناك العديد من الكواكب الجليدية المرشحة. تسرد ويكيبيديا OGLE-2005-BLG-390Lb و OGLE-2013-BLG-0341L b و MOA-2007-BLG-192Lb. (الطريقة الأساسية لاكتشاف الكواكب الصغيرة التي تدور بعيدًا عن نجمها المضيف هي من خلال أحداث العدسة الدقيقة ، ومن ثم تم العثور على العديد من الكواكب المرشحة بواسطة تجربة عدسة الجاذبية البصرية ، أو OGLE)


يفترض البعض أن الأرض كان لديها محيط تحت السطح خلال فترة Cryogenian ، والتي استمرت من 720 إلى 635 مليون سنة مضت. شهد Cryogenian أعظم عصرين جليديين معروفين في تاريخ الأرض ، وهما جبال Sturtian و Marinoan الجليدية. هناك بعض الأدلة على أن الأرض كانت مغطاة بالكامل بالجليد والثلج خلال تلك التجمعات الجليدية. (هناك أيضًا بعض الأدلة على أنه لم يكن كذلك).

حتى ما إذا كانت الفترات القديمة في تاريخ الأرض قد استسلمت أيضًا لحلقات كرة الثلج على الأرض ، فهي أكثر إثارة للجدل. تم محو الدليل من خلال مليار سنة من النشاط التكتوني. ومع ذلك ، فإن تلك الفترات الأقدم من تاريخ الأرض من تلك التي عانت من نوبات كرة الثلج على الأرض كانت منطقية.

أصبحت الشمس أكثر سطوعًا بكثير الآن مما كانت عليه بعد فترة وجيزة من تشكل الأرض لأول مرة. بمجرد أن تبرد الأرض من تكوينها (ويبدو أن هذا حدث سريعًا إلى حد ما ، بالمعنى الجيولوجي "بسرعة") ، كان من المفترض أن تكون تلك الشمس الفتية الباهتة قد نتجت عن أرض باردة. إن كون الأرض الفتية قد مرت فترات من الواضح أنها لم تكن مغطاة بالجليد والثلج من القطب إلى القطب هي مفارقة الشمس الصغيرة الخافتة. يتم تفسير المفارقة الظاهرة بشكل موحد تقريبًا عن طريق غازات الدفيئة. لكن أيها؟

ومع ذلك ، بمجرد أن بدأت النباتات في تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى أكسجين ، وبمجرد توقف الأكسجين عن الاندماج مع الحديد لتشكيل معظم رواسب خام الحديد في العالم ، كان من المفترض أن ينخفض ​​تأثير الاحتباس الحراري الذي منع الأرض الفتية من التجمد بشكل كبير. هناك بعض الدلائل على حدوث ذلك ، والبعض الآخر لم يحدث. لطالما كان حل ما حدث قبل العصر الكمبري محيرًا لأنه يصعب العثور على الصخور القديمة.


وبقدر ما أعرف ، فإن بيانات الأقمار الصناعية من مراقبي المريخ تظهر كميات كبيرة من الجليد تهب على القطب الجنوبي والمؤشرات إلى كمية مماثلة وإن كانت أصغر في القطب الشمالي للمريخ. هذا ليس مفاجئًا - توقفت حركة الصفائح التكتونية للمريخ منذ ما يقرب من 1.2 إلى 1.5 مليار سنة بعد أن برد قلب الكواكب بدرجة كافية. لم توفر كتلة وحجم المريخ الأصغر حجمًا "عزلًا" كافيًا لإبقاء اللب ساخنًا. وهكذا اختفى المجال المغناطيسي للمريخ إلى حد كبير - وكان الحماية الوحيدة للغلاف الجوي من الرياح الشمسية. لذا فإن الغلاف الجوي للمريخ الآن رقيق فقط مثل الغلاف الجوي للأرض بارتفاع 48 كم - ويسمح بسهولة بتبخر المياه السطحية ، وبالتالي فإن الماء المتبقي الوحيد هو تحت السطح أو في بعض الحفر المظللة


لا توجد كواكب أرضية ذات محيطات جوفية بسبب التمايز. تتحرك المواد الأكثر كثافة باتجاه مركز الجسم. الحديد أكثر كثافة من الصخور التي تكون أكثر كثافة من الماء الأكثر كثافة من الجليد. السطح الجليدي لهذه الأقمار والكواكب القزمة يطفو أساسًا على الماء الذي يطفو على الصخور. يمكنك في الواقع رؤية هذا على الأرض. لدينا محيط جزئي تحت السطح في القطبين حيث يطفو الجليد المائي فوق المحيط.


هذا يعتمد على ما تعنيه بالمحيطات. يمكن القول إن الأرض بها محيط تحت سطح الأرض من الحديد السائل ، وعادة ما يسمى "اللب الخارجي".


الكواكب على شكل دونات

لقد سمعت في عدة أماكن مختلفة أن الكوكب على شكل دونات ممكن (تقنيًا) ، لكنني & # x27m أجد صعوبة في لف عقلي حوله. يخبرني حدسي أن مثل هذا النظام سيكون غير مستقر بشكل لا يصدق.

لدينا حلقات حول الكواكب تشبه نوعًا ما كعكًا مسطحًا ولكنها ليست مستقرة على مدى فترات زمنية طويلة.

أحاول أن أتخيل سيناريو تشكيل كوكبي من شأنه أن يؤدي إلى تكوين كوكب حلقي وأواجه صعوبة.

إذا كان الكوكب المتشكل يدور بسرعة كافية للحصول على الزخم الزاوي المطلوب لجعل المواد بعيدة عن المركز ، فسيؤدي ذلك إلى أقمار كبيرة أو كوكب ثنائي ، وليس كوكبًا حلقيًا.

حتى إذا كان من المقرر أن يتشكل كوكب حلقي في بعض الظروف القاسية ، فلا أتوقع أنه سيكون مستقرًا بدرجة كافية (كما قلت) للبقاء على قيد الحياة لفترة طويلة.

لقد تم تنظيرها قدر الإمكان ، ويمكن حتى تشكيلها ، لكن المشكلة تأتي بتفسير من شأنه أن يسمح لهذا بالتشكل بشكل طبيعي. ستحتاج إلى توازن دقيق للغاية من توازن الجاذبية والمواد سريعة الدوران لتلبية جميع الشروط المطلوبة للحفاظ على استقرار الكوكب الحلقي. حتى الآن ، لا يوجد تفسير معقول أعرفه.

هناك شيء واحد يجب ملاحظته ، مع ذلك ، هو أن مجرتنا من المحتمل أن تضم عشرات أو حتى مئات المليارات من الكواكب ، ومن المحتمل جدًا وجود تريليونات من المجرات هناك. عندما يكون لديك حوالي 10 25 نظامًا كوكبيًا ، فمن الصعب تخيل أنه لن يكون هناك تمثيل لكل تكوين ممكن فعليًا ، مهما كان التكوين المذكور غير محتمل. لذا ، إذا كان تشكيل هذا النظام حتى عن بعد ممكن ، من المحتمل أنه موجود في مكان ما.

تمت دراسة هذا ووفقًا للتقارير ، سيكون الكوكب الحلقي مستقرًا تمامًا. المشكلة الكبرى هي أنه لم يأت أحد بطريقة معقولة لتشكيل واحدة. ربما يمكن لحضارة متقدمة حقًا أن تبني مثل هذا الكوكب ، لكنني لا أعتقد أن الكواكب التي تحدث بشكل طبيعي ستتحول إلى وفيرة جدًا. في المرة الأخيرة ، قبل عامين ، التي سمعت فيها أحدهم يتحدث عن هذا ، قال المؤلف إن الأمر يتعلق ببناء مهاراته في برمجة الكمبيوتر مثل أي اهتمام حقيقي بالمشكلة الفعلية. بالنسبة لي ، فإن السيناريو الأكثر إثارة للاهتمام وغير المحتمل (وربما ليس ممكنًا تقنيًا أيضًا) سيكون له كواكب متعددة تدور حول شمسها على نفس المسافة داخل جو حلقي كان هو نفسه يدور حول الشمس. هذه الفكرة مأخوذة من رواية قديمة لإدغار رايس بوروز (ما وراء النجم البعيد) والتي ربما يكون عمرها الآن حوالي 100 عام. يمكنهم أن يطيروا بطائرات بين الكواكب ، فقط تأكد من تناول الغداء! الضحك بصوت مرتفع


أين تبحث؟

الكواكب الأرضية:

القمر وعطارد ليس لهما غلافان جويان. كما لم يكن لديهم أبدًا غلاف جوي (فهي ليست ضخمة بما يكفي للاحتفاظ بالغازات نظرًا لموقعها في النظام الشمسي الداخلي الدافئ نسبيًا). لذلك هم في الخارج.

  • 96% ثاني أكسيد الكربون
  • 3.5% N2
  • 0.5% H2O, H2SO4, حمض الهيدروكلوريك, HF (الاشياء السيئة)

حالة الغلاف الجوي للزهرة هي نتيجة أ هارب دفيئة. ومن ثم فهو مثال تحذيري لنا على مدى السوء الذي يمكن أن يحدث إذا كان الغلاف الجوي يمكن أن يحبس قدرًا كبيرًا من الحرارة.

  • كان الغلاف الجوي للزهرة المبكر أكثر برودة مما هو عليه الآن. تبرد بما يكفي للسائل H2O.
  • لكن كوكب الزهرة أقرب إلى الشمس من الأرض ، لذلك كان أكثر دفئًا من الأرض.
  • وبسبب هذا ، كان القليل من المياه السطحية في صورة سائلة والسائل H2O يمكن أن يذوب أقل ثاني أكسيد الكربون فيها أكثر من الماء على الأرض (ليس فقط بسبب وجود كمية أقل من الماء السائل ، ولكن أيضًا بسبب ثاني أكسيد الكربون يذوب في الماء البارد بشكل أفضل من الماء الدافئ).
  • لذلك كان هناك المزيد ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي ، وهذا سمح للغلاف الجوي بحبس الحرارة بشكل أكثر كفاءة.
  • هذا يؤدي إلى مزيد من تبخر السائل H2O، وإدخال المزيد ثاني أكسيد الكربون و H2O في الغلاف الجوي.
  • من هنا تباعدت العملية (ومن هنا جاء مصطلح "Runaway Greenhouse") ، حتى تبخرت كل المياه السطحية ، وكل ثاني أكسيد الكربون كان في الغلاف الجوي.

كانت الظروف على كوكب الزهرة والأرض متشابهة إلى حد ما قبل 4 جير ، لذلك ربما نشأت الحياة على كوكب الزهرة. لكن من الصعب تخيل كيف كان يمكن أن يستمر هناك.

هذا يتركنا مع المريخ. المريخ مكان مثير للاهتمام للبحث عن علامات الحياة في الماضي والحاضر ، كما سنناقش الأسبوع المقبل.

جوفيان بلانيتس

كواكب جوفيان ليس لها أسطح. لديهم أجواء سميكة للغاية ، تصل إلى النوى. تصل الضغوط الداخلية إلى ما يزيد عن بضعة ميغابار. هناك مناطق في هذه الأجواء لها درجات حرارة وضغوط معقولة جدًا للحياة ، وقد أدى ذلك إلى تكهنات بأن الحياة قد تكون موجودة هناك. لكن هناك مشكلة كبيرة. تتميز أجواء كواكب جوفيان باختلاط رأسي قوي للغاية ، بسبب الحمل الحراري. وهكذا يتعرض جزء معين من الغاز لتقلبات هائلة في درجة الحرارة والضغط حيث يتأرجح من أعماق الغلاف الجوي إلى طبقات السحب العليا. من الصعب أن نفهم كيف يمكن أن تبدأ الحياة في ظل هذه الظروف.

الأقمار الصناعية الخارجية

هناك الكثير من العوالم الكبيرة من الصخور والجليد في النظام الشمسي الخارجي. معظمهم بارد جدًا وبلا هواء ليكون موضع اهتمامنا في هذا السياق. لكن اثنتين تستحقان الدراسة الجادة:

تيتان

من الموارد الجيدة عبر الإنترنت للحصول على معلومات وصور تيتان هي صفحة تيتان في مركز بيانات علوم الفضاء التابع لناسا.

تيتان هو أكبر قمر لكوكب زحل. إنه أكبر من عطارد (على الرغم من أنه عند كثافة 1.9 جم / سم مكعب فقط ، فهو أقل كتلة بكثير). تيتان فريد من نوعه بين أقمار النظام الشمسي من حيث أنه يتمتع بجو كثيف كثيف. يبلغ ضغط سطح الغلاف الجوي حوالي 1.5 مرة ضغط الغلاف الجوي للأرض ، ويتكون أساسًا من N2، بنسبة 10-15٪ CH4. كنا نعلم أن تيتان لديه CH4 في الغلاف الجوي قبل وقت طويل من تحليق فوييجر لأننا يمكن أن نراه في طيف تيتان. لم نتمكن من رؤية N2 بسبب ال N2 في أجوائنا الخاصة ، لذلك لم نفهم ما سيجده Voyager مسبقًا. اتضح أنه عند الضغط ودرجات الحرارة المنخفضة في الغلاف الجوي لتيتان (حوالي 100 كلفن) ، يمكن للميثان أن يتكثف ويشكل ضبابًا ضبابيًا. يتم تصوير هذا الضباب بواسطة الأشعة فوق البنفسجية الشمسية لتكوين الضباب الدخاني. نتيجة لذلك ، لا يمكننا رؤية سطح تيتان في الضوء المرئي.

على الرغم من أننا لا نستطيع رؤية السطح في الضوء المرئي ، وبالتالي لا توجد لدينا بيانات Voyager على ميزات السطح ، يمكننا رؤية السطح في الأشعة تحت الحمراء باستخدام تلسكوب هابل الفضائي. اللون في الصورة المرتبطة خاطئ ، لكن مقياس السطوع حقيقي. كان تفسير هذه الملاحظات غير واضح عندما تم إجراؤها في التسعينيات.

لكننا نفهم أن فيزياء وكيمياء خليط الهيدروكربون في الغلاف الجوي لتيتان قد توصلنا إلى بعض التنبؤات حول السطح. سوف تستقر المواد العضوية الثقيلة خارج الغلاف الجوي ، لتكوين طبقة من المادة العضوية اللزجة بطول 10 أمتار حتى

1 كم على معظم السطح. أنا أستخدم كلمة "عضوي" بمعناها التقني (المكونة من مركبات سلسلة الكربون). ومع ذلك ، فإن الوجود المتوقع لهذه المادة العضوية غير المنتجة بيولوجيًا قد دفع الناس إلى التكهن بأن تيتان يمكن أن تكون قد طورت الحياة. نظرًا لأن تيتان كان مكانًا مثيرًا للاهتمام ، كان الجزء الرئيسي من مهمة كاسيني هو مسبار هويجنز. كانت هذه مركبة هبوط صغيرة هبطت على تيتان في عام 2005 ، وأخذت بيانات لمدة 90 دقيقة قبل الجري.

فيزياء الميثان والإيثان (C2H4) عند درجات الحرارة والضغوط هذه قادتنا إلى الاعتقاد بأن تيتان يجب أن تحتوي على محيطات سطحية واسعة من الميثان والإيثان ، ويجب أن يكون بها أمطار الميثان. تم اختبار هذه التنبؤات من خلال نتائج مهمة كاسيني. تم أول تحليق لكاسيني بالقرب من تيتان وهبوط مسبار Huygens في عام 2005. نحن نعلم أن فكرة "محيط الميثان" غير صحيحة. ولكن من الواضح أن هناك بعض الكيمياء المثيرة للاهتمام وتدفق السوائل يحدث على تيتان.

دفع الوجود المتوقع لهذه المادة اللزجة العضوية غير المنتجة بيولوجيًا الناس إلى التكهن بأن تيتان يمكن أن تكون قد طورت الحياة. كما تمت مناقشته سابقًا ، فإن كيمياء المذيبات المتاحة (NH3, CH4, C2H6) يختلف تمامًا عن الماء. ومعدل التفاعل الكيميائي أقل بكثير عند 100 كلفن منه عند 300 كلفن. وبالتالي فإن الكيمياء الحيوية لأي حياة تيتان يجب أن تكون مختلفة تمامًا عن تلك الموجودة في الحياة الأرضية.

أوروبا

من الموارد الجيدة عبر الإنترنت للحصول على معلومات وصور الأقمار الصناعية لكوكب المشتري صفحة كوكب المشتري الخاصة بمركز بيانات علوم الفضاء التابع لوكالة ناسا.

كوكب المشتري لديه أكثر من 50 قمرا صناعيا معروفا. تقع هذه في مجموعتين أساسيتين. هناك العشرات من الأجسام الصغيرة غير المنتظمة التي ربما تكون كويكبات تم التقاطها. وهناك أربعة أقمار كبيرة تُعرف باسم الأقمار الصناعية الجليل، بسبب اكتشافهم من قبل جاليليو.

يوروبا أصغر بكثير من Ganymede أو Callisto ، لكنها أكثر كثافة:

هذا يعني أن أوروبا يجب أن تكون صخرية في الغالب ، ولكن لها أيضًا مساهمة كبيرة من المواد المتطايرة (في الغالب H2O). الشيء المذهل في ظهور أوروبا هو أنه ، على عكس Ganymede و Callisto ، السطح لامع للغاية ، تكاد لا توجد حفر ، وهناك العديد من الميزات التي تبدو مثل الشقوق. يمكن أن تكون هذه الميزات طويلة جدًا ومعقدة. تُظهر اللقطات المقربة التضاريس التي تبدو على سطح بركة مجمدة.

الآثار المترتبة على هذه الملاحظات هي أن أوروبا لديها محيط عميق تحت السطح من الماء السائل. عندما يضرب جسم ما السطح بقوة كافية لترك فوهة صدمية ، فإن التأثير يكسر القشرة ويسمح للماء بتكوين جليد طازج على السطح ، وبالتالي يمحو فوهة الصدمة. يتم تعزيز إمكانية وجود محيط سائل من خلال مراقبة جاليليو للمجال المغناطيسي المرتبط بأوروبا. لتوليد مجال مغناطيسي ، يحتاج الكوكب إلى نوع من الموصلات الكهربائية السائلة في باطنه. هذا الموصل هو الحديد السائل على الأرض. يحتوي أوروبا على قلب حديدي صغير ، ولكنه ليس كافيًا تقريبًا لدعم المجال المغناطيسي المرصود. أفضل احتمال هو الماء المالح. بمعنى آخر ، محيط تحت السطح.

لكن لماذا هل يوجد في أوروبا مثل هذا المحيط؟

للإجابة على ذلك يجب أن نتحدث قليلا عن المد والجزر.

تأمل حالة القمر والأرض: القمر يدور حول الأرض بسبب الجاذبية. هذا يسبب المد والجزر. النقطة الأساسية حول الجاذبية هي أنها تخضع لـ قانون التربيع العكسي:

هذا يعني أن المحيطات الموجودة على جانب الأرض الأقرب إلى القمر تشعر بقوة جاذبية أكبر بسبب القمر مقارنة بمركز الأرض. ويشعر مركز الأرض بقوة أكبر مما يشعر به المحيط على الجانب البعيد من الأرض من القمر. والنتيجة هي أن اثنين من انتفاخات المد والجزر يرتفعان على الأرض. واحد على الجانب يواجه القمر ، والآخر على الجانب يواجه بعيدًا عن القمر. تحدث المد والجزر أيضًا في الصخور الصلبة ، لكنها أقل دراماتيكية من تلك التي تحدث في المحيطات. المد والجزر الصلبة على الأرض تنتج فقط انتفاخات مدية ذات اتساع حوالي 1 سم. ومع ذلك ، فإن لهذا تأثير دراماتيكي طويل المدى. تدور الأرض بسرعة أكبر بكثير من الفترة المدارية للقمر (يوم واحد مقابل 27.3 يومًا) ، وبالتالي فإن انتفاخ المد والجزر الفعلي على الأرض يكون دائمًا متقدمًا على خط الأرض - القمر. يتسبب هذا في عزم المد والجزر: يقوم القمر بسحب الأرض ، مما يؤدي إلى إبطاء معدل دورانها. وقد نشأ هذا من خلال السجل الأحفوري: كان اليوم 22 ساعة فقط منذ 400 Myr.

في النهاية ، سيؤدي عزم المد والجزر من القمر إلى إبطاء معدل دوران الأرض إلى الفترة المدارية للقمر. الأرض أكبر بكثير من القمر ، والجاذبية قوة متماثلة ، لذا فإن الأرض أكثر فاعلية في إبطاء القمر من القمر في إبطاء الأرض. في الواقع ، لقد أبطأت الأرض بالفعل فترة دوران القمر لتتناسب مع الفترة المدارية. هذا هو السبب في أننا نرى دائمًا نفس وجه القمر. قفل طور المد والجزر هي ظاهرة شائعة في النظام الشمسي. في الواقع ، جميع الأقمار الكبيرة للكواكب الخارجية مقفلة في طور المد.

في حالة الأقمار الصناعية الجليل ، يزداد الوضع تعقيدًا بسبب صدى بين ثلاثة من الأقمار الأربعة (جانيميد ، ويوروبا ، وآيو). يتسبب هذا الرنين في أن تكون مدارات الأقمار الصناعية الثلاثة إهليلجية بشكل ملحوظ. لهذا السبب ، تختلف المسافة بين قمر صناعي معين والمشتري على مدار مدار مدار ، وبالتالي فإن جاذبية المشتري تمدد بشكل أساسي الأقمار الصناعية مثل taffy. إذا أخذت رباطًا مطاطيًا ومددته للخلف وللأمام لمدة 5 دقائق ، فإنه يصبح دافئًا. يحدث نفس الشيء للديكورات الداخلية لـ Ganymede و Europa و Io. في حالة Io ، تكون مدخلات الطاقة كبيرة جدًا لدرجة أنها تذوب الصخور. يوروبا أبعد من ذلك ، وبالتالي فإن جليده فقط هو الذي يذوب.

أدى وجود هذا المحيط العميق الدافئ نسبيًا إلى تكهنات بأن يوروبا قد تكون له حياة عليه. في الواقع ، ربما يكون أفضل مكان في النظام الشمسي (بخلاف الأرض) للبحث عن الحياة. السؤال الرئيسي الذي ليس لدينا إجابة عليه هو: "هل هناك آلية تركز الطاقة بما يكفي لدفع الكيمياء الحيوية؟" لفهم ما أعنيه بهذا ، فكر في محيط الأرض. أين تتركز الحياة؟ مكانان: بالقرب من السطح ، حيث يوجد الكثير من ضوء الشمس لدفع عملية التمثيل الضوئي ، وبالقرب من فتحات قاع المحيط الحرارية المائية ، حيث توجد طاقة حرارية أرضية. يوروبا بعيد جدًا عن الشمس ، لذلك حتى لو كانت القشرة الجليدية رقيقة بما يكفي للسماح لأشعة الشمس بالوصول إلى قمة المحيط ، فإن ضوء الشمس هذا سيكون قادرًا على دفع القليل جدًا من التمثيل الضوئي. هل هناك نظائر أوروبية لفتحات أعماق المحيطات التي نجدها على الأرض؟ لا نعلم. لكن يجب أن نكتشف ذلك في حياتنا.

من الموارد الجيدة على الإنترنت للمعلومات والصور الخاصة بالمريخ صفحة المريخ في مركز بيانات علوم الفضاء التابع لناسا.

يبلغ قطر المريخ نصف قطر الأرض. نتيجة لذلك ، احتفظ المريخ بحرارته الداخلية لفترة أطول بكثير من القمر ، وظل نشطًا جيولوجيًا لمعظم تاريخه. ولكن نظرًا لأنها أصغر بكثير من الأرض ، فقد بردت بشكل أسرع.

المريخ لديه عدد من أوجه التشابه مع الأرض. تبلغ فترة دورانه 24 ساعة و 40 مترًا ، وهي نفس فترة دوران الأرض تقريبًا. الفترة المدارية لها 1.88 سنة. ويميل محور دورانه بمقدار 25 درجة إلى مستواه المداري (مقارنة بـ 23.5 درجة للأرض). وهكذا فإن للمريخ مواسم ، مثلها مثل الأرض.

كان المريخ محط اهتمام المجتمعات البشرية منذ ما قبل التاريخ. يكون ساطعًا جدًا كل بضع سنوات ، ثم يكون عالياً في سماء الليل. لقد أدى لونه المحمر إلى ربط العديد من الثقافات بالمريخ بالحرب.

يعود الاهتمام الأكثر حداثة بالمريخ إلى أواخر القرن التاسع عشر ، عندما وصف عالم الفلك الإيطالي سكياباريلي السمات التي رآها على سطح المريخ بأنها "كانالي". يُترجم هذا حرفياً إلى "قنوات" ، ولكن تم الاستيلاء عليه على الفور من قبل الصحافة ، وأساءت ترجمته إلى "قنوات". وُلد الخيال العلمي الحديث أساسًا في تلك اللحظة.

بحلول منتصف القرن العشرين ، تخلى المجتمع العلمي بشكل أساسي عن جزء "القنوات". لكن الرومانسية العامة مع المريخيين أبقت الفكرة مستمرة حتى أظهرت صور Mariner 4 التضاريس مثل سطح القمر أكثر من كونها صحراء أرضية.


الأرض كنظير في البحث عن الحياة

أثناء تجولنا عبر مثالنا الوحيد لعالم يحمل الحياة ، قد نأخذ صفحة من حقبة سابقة لاستكشاف الكواكب ، بإذن من كارل ساجان. كان الفلكي والمؤلف الحائز على جائزة أيضًا عضوًا رئيسيًا في الفرق العلمية لمجموعة متنوعة من مهام استكشاف النظام الشمسي NASA و rsquos ، بما في ذلك Galileo.

في عام 1990 ، عندما كان المسبار الفضائي يتخطى الأرض ليدفعه نحو النظام الشمسي الخارجي ، قام بتحويل أجهزته على كوكب الأرض. سؤال ساجان ورسكووس: هل يستطيع جاليليو اكتشاف علامات الحياة على الأرض؟

وفعلت. الأكسجين. الميثان. ارتفاع في جزء الأشعة تحت الحمراء من طيف الضوء ، يسمى & ldquored edge ، & rdquo علامة منبهة للنباتات العاكسة على السطح. اكتشف جاليليو ما يمكن تسميته اليوم بـ & ldquotechnosignature & rdquo & ndash علامة على الحياة الذكية. في هذه الحالة ، موجات الراديو القوية التي من غير المحتمل أن تأتي من مصادر طبيعية.

& ldquoIt & rsquos أمرًا حيويًا أن نفكر في الشكل الذي سيبدو عليه كوكبنا لكائن فضائي ، & rdquo قال جيادا أرني ، عالم الفلك وعالم الأحياء الفلكية في مركز ناسا ورسكووس جودارد لرحلات الفضاء في جرينبيلت بولاية ماريلاند. & ldquo من المهم التفكير في علامات الحياة التي يمكنهم رؤيتها بالفعل من الفضاء. & rdquo

آرني ، التي تقول إن الكثير من عملها يتضمن & ldquothinging حول الأرض ككوكب خارج المجموعة الشمسية ، & rdquo تركز على عوالم يكتنفها الضباب. بينما نبحث عن علامات الحياة حول النجوم الأخرى ، تذكرنا أن كوكبنا كان سيبدو مختلفًا تمامًا في مختلف العصور في الماضي العميق.

الأرض منذ مليارات السنين ، في عصر آرتشيان ، ربما لم تكن حتى نقطة ساجان ورسكووس ودكووبال الزرقاء. & rdquo قبل أن يصبح الغلاف الجوي غنيًا بالأكسجين ، ربما كانت الأرض في بعض الأحيان نقطة برتقالية اللون ، يقول أرني ، أن ضبابها البرتقالي تم إنشاؤه بواسطة كيمياء الغلاف الجوي المعقدة التي تتضمن غاز الميثان الناتج عن الميكروبات. تم العثور على ضباب مماثل اليوم في الغلاف الجوي لقمر Saturn & rsquos ، تيتان ، على الرغم من أنه في هذه الحالة ، لم تولده الحياة.

للعثور على نظير لكوكبنا بين النجوم ، يجب أن نفكر في & ldquonot ليس فقط الأرض الحديثة ، ولكن الأرض عبر الزمن ، & rdquo قالت. قد تختلف أنواع الكواكب التي يمكن اعتبارها شبيهة بالأرض اختلافًا كبيرًا عن الأرض الحديثة.


هل توجد حياة في المحيط الجوفي لأوروبا؟

حقوق الصورة: NASA / JPL

تُظهر الصورة أعلاه الهيكل الداخلي لأوروبا ، وهو قمر رئيسي لكوكب المشتري ، ولكنه أصغر أقمار غاليليو الأربعة. يصور الشريط الأزرق في الصورة طبقة بسمك 100 كيلومتر من الماء المالح تحت قشرة الجليد التي يعتقد العديد من الباحثين الآن أنها يمكن أن تحتوي على أشكال الحياة التي تستخرج الطاقة من الانحلال النووي لعناصر مختلفة.

من المعروف منذ فترة طويلة أن العديد من أقمار النظام الشمسي تؤوي محيطات سائلة تحت قشورها الجليدية ، ولكن على الرغم من النقص التام للبيانات التجريبية حول الظروف في واجهة الماء / الوشاح على قمر كوكب المشتري يوروبا ، يعتقد بعض الباحثين أن أوروبا لديها إمكانات أعلى تستضيف أشكال حياة غريبة عن أقمار أخرى مماثلة.

وفقًا لتقرير نُشر في مجلة Scientific Reports ، فقد حدد فريق من الباحثين من جامعة ساو باولو في البرازيل ظروفًا في منجم ذهب بجنوب إفريقيا تبدو مشابهة ، إن لم تكن مشابهة للظروف التي قد توجد في المحيط / واجهة عباءة على أوروبا. علاوة على ذلك ، حدد الباحثون سلالة من البكتيريا تعرف باسم Desulforudis Audaxviator تعيش عن طريق عملية تعرف باسم التحليل الإشعاعي للماء ، وهي تفكك جزيئات الماء عن طريق الإشعاع المؤين. ومن المثير للاهتمام ، أن اسمها مشتق من الاقتباس الذي ظهر في رواية Jules Verne & # 8217s رحلة إلى مركز الأرض (1864) حيث يجد البطل البروفيسور ليدنبروك قصة & # 8217s رسالة سرية باللغة اللاتينية تشير إلى قمة الأيسلندية. بركان Snæfellsjökull الذي يقرأ: & # 8220Descende ، audax viator ، et terrestre centrum attinges & # 8221 (نزول ، مسافر جريء ، وستصل إلى مركز الأرض).

وفقًا لدوغلاس جالانت ، الباحث من مختبر الضوء الوطني السنكروترون في البرازيل (LNLS) ومركز أبحاث علم الأحياء الفلكية (NAP-Astrobio) التابع لجامعة ساو باولو ومعهد # 8217s للفلك والجيوفيزياء وعلوم الغلاف الجوي ، وهي المنظمة التي تشرف على البحث ، الظروف في منجم جنوب إفريقيا ناتجة عن تسرب المياه من خلال الشقوق في الصخور التي تحتوي على اليورانيوم المشع.

بشكل أساسي ، يتم تفكيك جزيئات الماء بواسطة اليورانيوم المشع ، مما ينتج عنه جذور حرة مثل H + و OH- وغيرها ، والتي بدورها تكسر الصخور مثل ثاني كبريتيد الحديد (البيريت) ، في عملية تنتج الكبريتات. ثم يتم استخدام الكبريتات من قبل البكتيريا لتصنيع الأدينوزين ثلاثي الفوسفات (ATP) ، وهو النيوكليوتيد الذي ينظم تخزين الطاقة داخل الخلايا الحية ، مما يعني أن هذه البكتيريا هي الكائنات الأرضية الأولى التي من المعروف أنها تعيش مباشرة على: منتجات الطاقة النووية.

ومع ذلك ، في حين أنه من المعروف أن الجزء الداخلي من يوروبا ساخن نسبيًا بسبب تفاعلات المد والجزر القوية مع المشتري ، فإن الماء الساخن وحده لا يكفي للحفاظ على الحياة البكتيرية. وفقًا للباحثين ، تعتمد العمليات البيولوجية على وجود اختلافات في كميات الجزيئات والإلكترونات والأيونات في مناطق مختلفة للسماح بحدوث عمليات ، مثل التنفس الخلوي ، والتمثيل الضوئي ، وإنتاج ATP.

على الرغم من عدم معرفة أي شيء حاليًا عن الظروف الفعلية في أعماق أوروبا ، يأمل الباحثون في وجود انبعاث حراري مائي (براكين تحت الماء) في أوروبا لتوفير مصادر الهيدروجين الجزيئي [H2] وكبريتيد الهيدروجين [H2S] وحمض الكبريتيك [H2SO4] والميثان [CH4] ، وغيرها لخلق اختلالات كيميائية يمكن تحويلها إلى كميات ذات مغزى من الطاقة البيولوجية.

ومع ذلك ، على الرغم من النتائج الواعدة لهذه الدراسة ، تظل العديد من الأسئلة بدون إجابة ، ومن المحتمل أن تظل كذلك حتى عام 2025 على الأقل عندما يتم إطلاق مهمة مخصصة ، تسمى "Europa Clipper" ، من قبل ناسا لدراسة الظروف الفعلية على Europa. لم تهبط أي مركبة فضائية على يوروبا حتى الآن ، على الرغم من أنه من المتوقع أن تقوم سفينة Europa Clipper بأداء 45 رحلة طيران قريبة من القمر الجليدي ، وتستخدم عددًا من الأدوات لتحديد ما إذا كانت ظروفها مناسبة للحياة ، بما في ذلك الكاميرات ، ومقاييس الطيف ، ومقياس المغناطيسية ، وجهاز قياس الحرارة. أداة ، ورادار اختراق الجليد.


علم الفلك 115-1 - إجابات عينة منتصف المدة

1. واحدة من أخطر المشاكل التي تواجه دراسة علم الأحياء الفلكي هي تحديد ما نعنيه بكلمة `` الحياة '' بطريقة مفيدة ، ولكنها ليست مقيدة بشكل مفرط. إحدى نتائج ذلك هي أننا غالبًا ما نستخدم طبيعة الحياة على الأرض كنموذج. أحد الجوانب الأساسية للحياة الأرضية هو أن الكيمياء الحيوية لدينا تعمل في محلول مائي. ناقش الأسباب التي تجعلنا نعتبر هذا الأمر عالميًا في كثير من الأحيان ، وقدم البدائل الممكنة.

تعتمد جميع أشكال الحياة الأرضية على تفاعلات كيميائية في محلول مائي. الماء مذيب فريد للكيمياء الحيوية للأسباب التالية:

1) يوجد في الطور السائل في نطاق واسع ومتوسط ​​من درجات الحرارة. وبالتالي ، يجب أن تكون التقلبات في درجة حرارة البيئة كبيرة جدًا لتتسبب في تجميد الماء السائل أو تبخره. أيضًا ، الماء عبارة عن سائل في نطاق درجة حرارة مرتفع بدرجة كافية لتعزيز معدلات تفاعل كيميائي سريعة نسبيًا ، ومنخفض بدرجة كافية للسماح بوجود مركبات كيميائية معقدة.

2) الماء هو سائل قطبي ، وبالتالي يسمح ببناء أشياء مثل أغشية الخلايا المكونة من مركبات أساسها الدهون والتي تشكل مجموعات طبيعية في محلول مائي.

3) عند تجميد الماء ، تكون المادة الصلبة الناتجة أقل كثافة من الماء السائل عند درجات حرارة أعلى بقليل من درجة التجمد. وهذا يعني أن الجليد يطفو ، وبالتالي يوفر عزلًا حراريًا للسماح ببقاء الماء السائل تحت طبقات الجليد.

يمكن أيضًا استخدام عدد من المركبات المتطايرة الأخرى كمذيبات سائلة للكيمياء الحيوية. وأكثرها شيوعًا هي الأمونيا والميثان والإيثان. كل هذه السوائل عبارة عن سوائل في نطاقات درجات حرارة أصغر بكثير ، ودرجات حرارة أقل بكثير من درجات حرارة الماء. وبالتالي فهي ليست جيدة من وجهة نظر الاستقرار الحراري ، وأي كيمياء حيوية تحدث في مثل هذه الحلول سيكون لها معدلات تفاعل بطيئة للغاية. علاوة على ذلك ، لا يوجد أي من هذه السوائل القطبية. وبالتالي ، فإن طبيعة الكيمياء الهيكلية لأي حياة في محلول الأمونيا ، على سبيل المثال ، يجب أن تكون مختلفة تمامًا عن الكيمياء الهيكلية المستخدمة في الحياة الأرضية. أخيرًا ، تكون جليد هذه المركبات أكثر كثافة من السوائل المقابلة. وبالتالي ، إذا كانت الظروف باردة بدرجة كافية للسماح بالتجميد ، فإن النتيجة النهائية هي بيئة مجمدة بالكامل ، حيث لا يمكن تكوين طبقة عازلة للسطح.

2. ما هي أشكال الحياة lithophilic؟ ما هو المكان ، بخلاف الأرض ، الذي يُحتمل أن يكون مكانًا مثيرًا للاهتمام للبحث عن مثل هذه الحياة ، ولماذا هذا المكان مرشح جيد لوجود مثل هذه الحياة؟

أشكال الحياة الليثوفيلية هي كائنات وحيدة الخلية تعيش تحت سطح الأرض. يسكنون طبقات في الصخور ، وقد تم التعرف عليهم حتى عدة كيلومترات تحت السطح. يحصلون على الماء من المياه التي تتسرب عبر قشرة الأرض ، والكربون من ال CO2 المذاب في الماء ، ومن المعادن الحاملة للكربون. يحصلون على الطاقة لتشغيل عمليات الأيض الخاصة بهم من انهيار المركبات غير العضوية البسيطة في الصخور التي يعيشون فيها.

من الممكن أن تستمر الحياة الصخرية تحت سطح المريخ. على الرغم من أن الظروف على سطح المريخ أصبحت الآن معادية للغاية ، فمن المرجح أن تكون باطن سطح المريخ مشابهة جدًا لتحت سطح الأرض. على وجه الخصوص ، نعلم أن هناك كمية كبيرة من الماء في قشرة المريخ. هذه المياه بشكل رئيسي في شكل التربة الصقيعية ، على الرغم من أننا وجدنا مؤخرًا خزانًا كبيرًا واحدًا على الأقل من الماء السائل تحت سطح المريخ. نظرًا لأن الغلاف الجوي للمريخ يتكون أساسًا من ثاني أكسيد الكربون ، فمن المحتمل أن يحتوي الماء في الداخل على ثاني أكسيد الكربون المذاب فيه. وهكذا يبدو أن الموارد المطلوبة لقيادة النظام البيئي الصخري متاحة على المريخ.

في حين أن سطح المريخ الحالي غير مضياف للغاية ، فإن الظروف على المريخ قبل 3.5 Gyr كانت على الأرجح مشابهة جدًا للظروف على الأرض في ذلك الوقت. نظرًا لأن لدينا أدلة أحفورية واضحة على وجود الحياة على الأرض في ذلك الوقت ، فليس من غير المعقول افتراض أن الحياة كانت موجودة أيضًا على سطح المريخ في ذلك الوقت. إذا كان الأمر كذلك ، فقد تكون هذه الحياة قد هاجرت إلى باطن سطح المريخ تمامًا كما فعلت على الأرض ، ويمكن أن تستمر حتى يومنا هذا.

3. الحياة على سطح الأرض تستمد طاقتها من الشمس. هناك العديد من الأقمار الصناعية في النظام الشمسي الخارجي التي قد تكون لها ظروف مناسبة للحياة ، ولكن ضوء الشمس ليس مصدرًا جوهريًا للطاقة. أكثرها واعدًا هو القمر الجوفيان يوروبا. حدد الآلية التي تعد مصدر الطاقة الأساسي للحياة المحتملة على أوروبا.

مصدر الطاقة الأساسي في أوروبا هو مصدر الجاذبية. يوروبا في مدار مغلق طورًا حول كوكب المشتري ، مع فترة مداره تساوي فترة دورانه. But the orbit is elliptical, so the distance between Europa and Jupiter varies over the orbit. Also, although the orbit and rotational periods are equal, the orbital velocity is not constant. Europa orbits faster than average when close to Jupiter and slower than average when farther away.

The variation in Europa's distance from Jupiter means that it is subject to a variation in tidal stretching, with the greatest stretching when it is closest to Jupiter. The variation in orbital velocity adds an additional stretching back and forth as Europa orbits Jupiter. The combination of these two effects lead to the cracking of Europa's ice crust, and also to the frictional heating of its interior. This frictional heating is the energy source that allows for the existence of the subsurface liquid water ocean on Europa.

The energy from this gravitational friction should also heat Europa's deep interior. That could create structures on the Europa ocean bottom that are similar to the hydrothermal sea vents that we find on the Earth's ocean bottom. These are places where mineral-rich superheated water emerges from the crust to form the energy basis for rich colonies of life. If such features do exist at the bottom of the Europan ocean, they may provide the basis for similiar ecosystems there.

4. We now know of at least 3000 planets orbiting other stars. What method was used to discover the majority of these planets, and how does it let us determine the properties of those planets?

Most known extrasolar planets have been discovered using the transit method. If a planet passes directly in front of a star the planet will block a small fraction of the light from the star. Thus, if we monitor the brightness of a star and look for periodic events in which the star becomes slightly dimmer, we can detect the presence of the orbiting planet. This method will only work if the planetary orbit plane is edge-on to our line of sight, so we expect only a few percent of stars with planets to show evidence of transits.

As the transits are periodic, they yield the period of the orbit directly. The amount of the star's light that is blocked tells us the ratio of the size of the planet to the size of the star (the bigger the planet the more light it blocks). If we also know the size of the star, we can use this to determine the size of the planet. An edge-on orbit also allows us to measure the radial velocity variation of the host star accurately. We also know the orbit period, as noted above. If we also know the mass of the star, then we can determine the mass of the planet from the orbit characteristics. Knowing both the size and the mass of the planet allows us to determine its density as well. As rocky planets and gas planets have very different densities, we can use the density to tell us what the nature of the planet is.


Life in the Solar System

You can summarize this lesson with the common phrase, "Are we alone?" You may associate this question with TV shows, movies, or sci-fi novels, but it is a valid question that researchers have considered alongside topics you might consider more traditional, like, "Why does the sun shine?" There is a growing field of study that is investigating all of the scientific questions associated with the search for life in the Universe, and it is referred to as astrobiology. It is part of our everyday experience that life is prevalent on Earth. But what we do not know for certain is how prevalent life may be in the Solar System, the Milky Way, and the Universe in general.

Want to learn more?

What is astrobiology? We will be discussing many areas of astrobiology during this lesson, but if you want to start with some pre-reading before you begin, I would recommend the NASA Astrobiology website.

The first task to address in the study of life in the Universe is to define what we are looking for. That is, how do you know that something is living when you find it? It is surprisingly difficult to do this, and so there is no single, universally accepted definition of life. If we compare and contrast living and nonliving things on Earth, we can come up with a set of properties that appear to be common among all living things. These are:

  • Living things grow and reproduce
  • They evolve and adapt to their environment
  • They require liquid water
  • They require energy

We can make this list more detailed, but the difficulty with this type of exercise is that you can find examples of nonliving things (for example, fire is often cited) that exhibit some of the properties of life, and you can cite examples (e.g., viruses) that do not fit all of the properties you expect living things to exhibit. While this question continues to be researched, one option that can be pursued in the meantime is for scientists to look for evidence of life elsewhere that shares properties of lifeforms known on Earth. Clearly, this is an assumption (and one that may be wrong), but for the most part, scientists are looking for evidence that simple, microbial life may be present now, or may have been present in the past on other worlds in our Solar System.

The locations considered most likely to harbor life are:

  1. Mars
  2. Europa and Ganymede, two of the Galilean moons of Jupiter
  3. Titan, a moon of Saturn

The reason these locations are considered more likely than, say, Mercury or our Moon, is because there is evidence that each of these worlds either had some liquid on its surface in the past or has subsurface liquid (water in the case of Mars, Europa, and Ganymede, and liquid hydrocarbons in the case of Titan) or on the surface now. This property is considered by many scientists as the single most important requirement for life to exist.

On Mars, we see evidence that liquid water was likely present in the past. Below is an example where scientists believe that the light-colored deposits indicate a brief flow of liquid water that occurred sometime very recently.

The Mars Phoenix Lander saw water ice in a trench it dug as it was studying the Martian soil.

You can find a large number of images and studies of the Martian surface by landers (for example, the Spirit and Opportunity rovers, the Phoenix lander) or orbiters (Mars Global Surveyor, Mars Reconnaissance Orbiter) that suggest that Mars was once a wet world. Given this evidence, NASA has been investing a great deal of time and effort in the study of Mars in a search for life. At the Mars Exploration website, you can find a list of all of the past, present, and future missions to Mars.

Want to learn more?

The education and outreach group for the Phoenix Mars Mission has put together an excellent resource that compares images of Mars and images of Earth that builds the case that Mars must have been wet in the past.

It was the NASA Galileo mission that gave us the evidence for what may be a subsurface ocean on Europa. And the NASA Cassini mission gave us the evidence for riverbeds and lakes on Titan. A major focus of NASA missions that are currently under consideration is to study these worlds in more detail to see if there is some way that we may verify the presence of life.


Why is Mars So Dry?

Image credit: NASA/JPL
The MER rovers Spirit and Opportunity, now traveling on the surface of Mars, are exploring a geography drier than the driest desert on Earth. Despite the polar ice caps and suspected pockets of liquid water beneath the martian surface, the amount of water on Mars is but a teaspoon compared to the vast watery reserves of Earth. Why is Mars so dry?

The inner planets of our solar system – Mars, Earth, Venus and Mercury – formed by the accumulation of small rocks and dust that swirled around the sun in its earliest years. If the Earth and Mars are made of the same stardust, they should have been born with about the same ratio of water.

Many scientists think Mars once was very watery, but lost its oceans due to the low mass of the planet. This, combined with a thin atmosphere, allowed most of the water on Mars to evaporate out into space.

But according to a study by Jonathan Lunine of the Lunar and Planetary Laboratory at the University of Arizona, the Red Planet was dry from the very beginning.

Lunine, writing in the journal Icarus in 2003 with colleagues John Chambers, Alessandro Morbidelli, and Laurie Leshin, says that Mars was originally a planetary embryo. In essence, a planetary embryo is a very large asteroid that can be as massive as Mercury or Mars. This pre-Mars embryo existed in the asteroid belt, which at the time was more widely dispersed in the solar system, spread out between 0.5 to 4 AU from the sun. Today the main asteroid belt is roughly at 2 to 4 AU, located between Mars (1.5 AU) and Jupiter (5.2 AU).

Lunine says that Mars grew to its present size from accumulations of smaller asteroids and comets. He says that the more massive Earth, in comparison, mostly formed from large planetary embryos colliding into each other.

“By chance Mars was not struck by giant asteroids while Earth was – the lucky versus unlucky pedestrian,” says Lunine. “But Mars was struck by much smaller bodies because these are so numerous.”

The Earth currently orbits the sun at 1 AU. Lunine says that planetary embryos in this orbit would not have had much water. Early in the sun’s evolution, during planetary formation, the dusty disk that surrounded the young star was very hot. Water-bearing compounds would not have been able to form in this disk at 1 AU.

Since Mars is further away from the sun than Earth, and closer to the cooler, “moist” regions of the asteroid belt, it would seem logical that Mars would have been born with more water. Yet Lunine says that Mars probably acquired only 6 to 27 percent of an Earth’s ocean (1 Earth ocean =1.5 ?1021 kg).

That’s because some of the planetary embryos that eventually constituted the Earth were saturated with water. While 90 percent of the embryos that formed the Earth were from the 1 AU region, and therefore dry, 10 percent were from 2.5 AU and beyond. Embryos coming from this distance would’ve had large supplies of water. Smaller asteroids coming from this distance would’ve contributed to the Earth’s water supply as well. At most, Lunine says that only 15 percent of Earth’s water came from comets.

Mars, meanwhile, had the bad luck to be born as a single dry rock. Mars eventually received some water late in the formation game, after its core had already formed and it had nearly reached its present mass. According to Lunine’s scenario, Jupiter also gained its present day mass around this time. Jupiter’s gravity then either sucked in nearby asteroids or caused them to scatter outwards. The proto-Mars somehow escaped being shifted by Jupiter’s gravity, but was bombarded by the outward-bound asteroids.

“The impacts of small asteroids and comets constituted a “late veneer” which added water to Mars, in contrast to the picture for Earth where water was added through collisions with Mercury-sized embryos throughout a growth period of some tens of millions of years,” the scientists write.

Although Mars doesn’t form in their computer model, the scientists think that may reflect the chaotic nature of planetary formation, where the directions of planetary embryos and asteroids are unpredictable and many outcomes are possible.

“There is a fair amount of randomness involved in building the terrestrial planets, so ending up with a Mars that did not happen to accrete many water-rich planetesimals is a possible occurrence,” says Alan Boss of the Carnegie Institution of Washington. “This may well help explain the paucity of water on modern-day Mars.”

Such differences in planetary formation also could occur among the inner planets of other solar systems. So far, astronomers know of 104 stars that have planets orbiting them. All of the extrasolar planets found so far are gas giants, but it seems likely that terrestrial planets like Mars and the Earth also could orbit distant stars, even though we do not yet have the technology to detect them.

If some inner terrestrial planets are formed by collisions of several planetary embryos, while others are embryos that only gather up moist comets and asteroids, then planets around these other stars could have very different amounts of water. Lunine suggests that the timing and formation of the gas giant planets in each solar system will play an important role in this process, just as Jupiter has influenced the character of our own solar system.

Lunine currently has a paper in Icarus, with Tom Quinn and Sean Raymond of the University of Washington, on the possible variation in water abundance for terrestrial planets around other stars. In addition, he is carefully watching the data collected by the MER rovers Spirit and Opportunity, as well as the satellites currently orbiting Mars.

“Odyssey, MER, and Mars Express will determine how much water exists at present, hopefully, and provide better constraints on past water abundance,” says Lunine. “I am particularly interested in the MARSIS radar results, and those of its successor – SHARAD.”

MARSIS is a radar device on the Mars Express satellite that can look through the top five kilometers of martian crust to search for layers of water and ice. The Italian space agency is planning to fly a shallow subsurface radar, called SHARAD, on NASA’s Mars Reconnaissance Orbiter to see if water ice is present at depths greater than one meter. While MARSIS has a higher penetration capability, it has much lower resolution than SHARAD will have.


Are all the aliens hanging out in some eldritch realm deep underwater?

As we wonder where all the aliens could be crawling around, maybe it's worth considering that they might not creep and crawl at all. They might be swimming in a subsurface ocean, where they have no idea the universe above even exists.

It sounds almost Lovecraftian, but planetary scientist Alan Stern believes that our best chance of finding extraterrestrial life is beneath layers of rock and ice in the subsurface oceans of bodies like Europa or Enceladus. Because there are a number of these types of worlds in our solar system, they might be common in other star systems. Worlds with surface oceans, like Earth, need to be closer to their stars to be habitable — but life could potentially survive in the depths of frozen orbs that are much further from their stars.

More Alien Life

“Because these oceans can be very far away from their parent star, it vastly expands our concept of ‘habitable’,” said Stern, who recently presented a paper that might forever change your mind about aliens at the 52nd annual Lunar and Planetary Science Conference.

فكر في الأمر. Earth got lucky. In 4.5 billion years, our planet has survived almost every existential threat except a supernova. It supposedly took a beating from another protoplanet when it was a protoplanet itself (and still has the remnants of that collision deep in its mantle). Through all the cosmic trauma it experienced, from its violent birth to asteroids throwing lethal punches that wiped out more than just the dinosaurs, Earth has held up. Not to mention that the Sun is a middle-aged star, which hasn’t gone red giant and swallowed us up. At least we have another 7 to 8 million years before it opens its fiery jaws and comes for us.

Stern argues that planets like Earth must be rare. Bodies with surface oceans face constant threats from space, and if Mars could speak, it would vouch for that. It is much more likely that life on a cryo-world with liquid oceans beneath miles of ice and rock would survive coronal mass ejections and passing through molecular clouds that bring on a deep freeze. Rogue planets could potentially host life. Anything living so far beneath the skin of a moon or planet would be unfazed by phenomena on the outside, meaning that the surface temperature could plummet to absolute zero and it would still be lurking at the bottom of the ocean like nothing happened.

“Planetary scientists expect to be surprised because we find ourselves constantly taken aback by the planetary types not expressed in our own solar system,” Stern said. “We can expect to find many other kinds of biology out there. Our kind is used to our particular situation, which is why many believe it might exist somewhere else, but we should just keep our eyes open and expect the unexpected.”

There is also the question of what these strange hypothetical worlds would be like beneath the literal and proverbial surface. Stern prefers the analogy of knowing nothing but a desert island and being blown away from all the flora and fauna you would discover if you just got around the rest of Earth for a while, never mind the universe. Now imagine alien beings that might not even grasp the concept of air. They may or may not have subsurface civilizations like Lovecraft’s dreadful and blasphemous R’lyeh, but say these life-forms are more than microbes and actually have a brain.

Spaceflight would be unfathomable for creatures that need to carry so much water with them to stay alive. It would also be highly unlikely that intelligent alien things from the deep would try to reach out to other planets by sending messages, because they would be unaware that any existed. It would not be possible for any technological signals to escape the ice. Because organisms like this would evolve to breathe underwater, they would stay there with no knowledge of anything beyond, so breaking the surface would be a shock. What would they even think if they saw stars?

“If the universe at all follows the pattern in our solar system, with most worlds having oceans on the inside, those oceans are probably more stable environments to life,” said Stern. “Most of the life that would evolve [would] be in those oceans and completely sequestered from knowing there’s a universe.”

Water vapor plumes on Europa could mean there are hydrothermal vents deep beneath the icy crust. الائتمان: ناسا

To find out what lies beneath, what we need is evidence. Plumes of water vapor from Europa and Enceladus could be signs of hydrothermal vents in their darkest depths. Stern, who is involved in the ultraviolet spectrometer team for NASA’s upcoming Europa Clipper mission, believes that we need autonomous remote sensing spacecraft built to withstand perilous waters. Europa Clipper takes off in 2024. He is anxious to see if anything is waiting to be found without actually knowing someone from a faraway planet is trying to find it.

“I really wish I could be around for another 300 years,” he said. “I have a feeling there must be something.”


Astronomy Without A Telescope – So Why Not Exo-Oceans?

Well, not only may up to 25% of Sun-like stars have Earth-like planets – but if they are in the right temperature zone, apparently they are almost certain to have oceans. Current thinking is that Earth’s oceans formed from the accreted material that built the planet, rather than being delivered by comets at a later time. From this understanding, we can start to model the likelihood of a similar outcome occurring on rocky exoplanets around other stars.

Assuming terrestrial-like planets are indeed common – with a silicate mantle surrounding a metallic core – then we can expect that water may be exuded onto their surface during the final stages of magma cooling – or otherwise out-gassed as steam which then cools to fall back to the surface as rain. From there, if the planet is big enough to gravitationally retain a thick atmosphere and is in the temperature zone where water can remain fluid, then you’ve got yourself an exo-ocean.

We can assume that the dust cloud that became the Solar System had lots of water in it, given how much persists in the left-over ingredients of comets, asteroids and the like. When the Sun ignited some of this water may have been photodissociated – or otherwise blown out of the inner solar system. However, cool rocky materials seem to have a strong propensity to hold water – and in this manner, could have kept water available for planet formation.

Meteorites from differentiated objects (i.e. planets or smaller bodies that have differentiated such that, while in a molten state, their heavy elements have sunk to a core displacing lighter elements upwards) have around 3% water content – while some undifferentiated objects (like carbonaceous asteroids) may have more than 20% water content.

Mush these materials together in a planet formation scenario and materials compressed at the centre become hot, causing outgassing of volatiles like carbon dioxide and water. In the early stages of planet formation much of this outgassing may have been lost to space – but as the object approaches planet size, its gravity can hold the outgassed material in place as an atmosphere. And despite the outgassing, hot magma can still retain water content – only exuding it in the final stages of cooling and solidification to form a planet’s crust.

Mathematical modelling suggests that if planets accrete from materials with 1 to 3% water content, liquid water probably exudes onto their surface in the final stages of planet formation – having progressively moved upwards as the planet’s crust solidified from the bottom up.

Otherwise, and even starting with a water content as low as 0.01%, Earth-like planets would still generate an outgassed steam atmosphere that would later rain down as fluid water upon cooling.

As the Earth formed, water contained in rocky materials either 'outgassed' or just exuded onto the surface - as magma solidified, from the bottom up, to form the Earth's crust. And OK, this is just a nice image of a deep sea volcanic vent - but you get the idea. Credit: Woods Hole Oceanographic Institution.

If this ocean formation model is correct, it can be expected that rocky exoplanets from 0.5 to 5 Earth masses, which form from a roughly equivalent set of ingredients, would be likely to form oceans within 100 millions years of primary accretion.

This model fits well with the finding of zircon crystals in Western Australia – which are dated at 4.4 billion years and are suggestive that liquid water was present that long ago – although this preceded the Late Heavy Bombardment (4.1 to 3.8 billion years ago) which may have sent all that water back into a steam atmosphere again.