في حين أن الكواكب التي تدور حول النجوم التوأم هي عنصر أساسي في الخيال العلمي ، هناك أخرى هي وجود بشر يعيشون على كواكب تدور حول النجوم العملاقة الحمراء. غالبية قصة كوكب القرود يحدث على كوكب حول Betelgeuse. الكواكب حول Arcturus في إسحاق Asimov مؤسسة سلسلة تشكل عاصمة قطاع سيريوس له. قيل أن كوكب منزل سوبرمان يدور حول العملاق الأحمر الخيالي ، راو. غالبًا ما يتم تصوير السباقات على هذه الكواكب على أنها قديمة وحكيمة منذ أن كبرت نجومها ، وتقترب من نهاية حياتهم. ولكن هل من المعقول حقاً أن يكون لدينا مثل هذه الكواكب؟
النجوم لا تدوم إلى الأبد. شمسنا لها تاريخ انتهاء الصلاحية في حوالي 5 مليار سنة. في ذلك الوقت ، ستنفد كمية وقود الهيدروجين في قلب الشمس. في الوقت الحالي ، يؤدي اندماج هذا الهيدروجين إلى الهليوم إلى زيادة الضغط الذي يمنع النجم من الانهيار على نفسه بسبب الجاذبية. ولكن ، عندما تنفد ، ستختفي آلية الدعم وستبدأ الشمس في التقلص. يتسبب هذا الانكماش في تسخين النجم مرة أخرى ، مما يؤدي إلى زيادة درجة الحرارة حتى تصبح طبقة الهيدروجين حول القلب المنضب الآن ساخنة بما يكفي لتولي وظيفة النواة وتبدأ في دمج الهيدروجين مع الهليوم. يدفع مصدر الطاقة الجديد الطبقات الخارجية للنجم للخلف مما يجعله ينتفخ آلاف المرات من حجمه السابق. وفي الوقت نفسه ، فإن درجة الحرارة الأكثر سخونة لإشعال هذا النوع من الانصهار ستعني أن النجم سيطلق 1000 إلى 10000 مرة من الضوء بشكل عام ، ولكن بما أن هذه الطاقة منتشرة على مساحة كبيرة مثل هذه ، فإن النجم سيظهر باللون الأحمر ، وبالتالي اسم.
هذا عملاق أحمر: نجم يحتضر منتفخ ومشرق للغاية.
الآن لإلقاء نظرة على النصف الآخر من المعادلة ، أي ما الذي يحدد قابلية السكن للكوكب؟ نظرًا لأن هذه القصص الخيالية لا محالة تجعل البشر يتجولون على السطح ، فهناك بعض المعايير الصارمة جدًا التي يجب اتباعها.
أولاً ، يجب ألا تكون درجة الحرارة ساخنة ولا باردة. وبعبارة أخرى ، يجب أن يكون الكوكب في المنطقة السكنية المعروفة أيضًا باسم "منطقة المعتدل". هذا بشكل عام هو مساحة كبيرة من العقارات السماوية. في نظامنا الشمسي ، يمتد من مدار كوكب الزهرة تقريبًا إلى مدار المريخ. لكن ما يجعل المريخ والزهرة غير مضياف والأرض مريحة نسبيًا هو غلافنا الجوي. على عكس المريخ ، فهي سميكة بما يكفي للحفاظ على الكثير من الحرارة التي نتلقاها من الشمس ، ولكن ليس الكثير منها مثل الزهرة.
الجو حاسم من نواح أخرى أيضا. من الواضح أن هذا ما سيتنفسه المستكشفون الجريئون. إذا كان هناك الكثير من أول أكسيد الكربون2لن يقتصر الأمر على حبس الكثير من الحرارة فحسب ، بل سيجعل من الصعب التنفس. أيضا ، CO2 لا تحجب الأشعة فوق البنفسجية من الشمس وترتفع معدلات الإصابة بالسرطان. لذا نحتاج إلى جو غني بالأكسجين ، ولكن ليس غنيًا جدًا بالأكسجين أو لن يكون هناك ما يكفي من غازات الدفيئة للحفاظ على كوكب الأرض دافئًا.
المشكلة هنا هي أن الأجواء الغنية بالأكسجين لا توجد بدون بعض المساعدة. الأكسجين شديد التفاعل. إنها تحب تكوين روابط ، مما يجعلها غير متاحة لتكون حرة في الجو كما نريد. إنها تشكل أشياء مثل H2O ، CO2، أكاسيد ، إلخ ... هذا هو السبب في أن المريخ والزهرة ليس لهما أكسجين حر في الغلاف الجوي. القليل الذي يفعلونه يأتي من الأشعة فوق البنفسجية التي تضرب الغلاف الجوي وتسبب في تفكك الأشكال الرابطة ، وتحرير الأكسجين مؤقتًا.
تحتوي الأرض على قدر كبير من الأكسجين الحر فقط بسبب عملية التمثيل الضوئي. هذا يعطينا معايير أخرى سنحتاجها لتحديد قابلية العيش: القدرة على إنتاج التمثيل الضوئي.
لذلك دعونا نبدأ في تجميع كل هذا.
أولاً ، إن تطور النجم وهو يغادر التسلسل الرئيسي ، منتفخًا عندما يصبح عملاقًا أحمر ويصبح أكثر إشراقًا وأكثر حرارة يعني أن "منطقة المعتدل" ستكتسح إلى الخارج. سيتم تحميص الكواكب التي كانت صالحة للسكن في السابق مثل الأرض إذا لم تبتلعها الشمس تمامًا أثناء نموها. بدلاً من ذلك ، ستكون المنطقة الصالحة للسكن أبعد ، حيث يكون المشتري الآن.
ومع ذلك ، حتى لو كان كوكب في هذه المنطقة الجديدة الصالحة للسكن ، فهذا لا يعني أنه صالح للسكن بشرط أن يكون له أيضًا جو غني بالأكسجين. من أجل ذلك ، نحتاج إلى تحويل الغلاف الجوي من أكسجين يعاني من الجوع ، إلى أكسجين غني عبر التمثيل الضوئي.
والسؤال هو ما مدى سرعة حدوث ذلك؟ بطيئة جدًا وقد تكون المنطقة الصالحة للسكن قد اجتاحت بالفعل أو قد يكون النجم قد نفد من الهيدروجين في الغلاف وبدأ في الانكماش مرة أخرى فقط لإشعال انصهار الهيليوم في القلب ، مرة أخرى تجمد الكوكب.
المثال الوحيد الذي لدينا حتى الآن هو على كوكبنا. في الثلاثة مليارات سنة الأولى من الحياة ، كان هناك القليل من الأكسجين الحر حتى نشأت كائنات التمثيل الضوئي وبدأت في تحويله إلى مستويات قريبة من اليوم. ومع ذلك ، فقد استغرقت هذه العملية مئات الملايين من السنين. في حين أنه من المحتمل زيادة هذا الأمر بمقدار يصل إلى عشرات الملايين من السنين مع البكتيريا المعدلة وراثيًا المصنفة على هذا الكوكب ، ما زلنا بحاجة إلى التأكد من أن الجداول الزمنية ستنجح.
اتضح أن المقاييس الزمنية ستكون مختلفة باختلاف كتل النجوم. تحترق النجوم الأكثر ضخامة من خلال وقودها بشكل أسرع وبالتالي ستكون أقصر. بالنسبة لنجوم مثل الشمس ، يمكن أن تستمر المرحلة العملاقة الحمراء حوالي 1.5 مليار سنة ، لذا فهي أطول 100 مرة من اللازم لتطوير جو غني بالأكسجين. بالنسبة للنجوم التي تبلغ ضعف كتلة الشمس ، ينخفض هذا النطاق الزمني إلى 40 مليون سنة فقط ، ويقترب من الحد الأدنى لما سنحتاجه. ستتطور النجوم الأكثر ضخامة بسرعة أكبر. لذا لكي يكون هذا معقولًا ، سنحتاج إلى نجوم ذات كتلة أقل تتطور بشكل أبطأ. الحد الأعلى التقريبي هنا سيكون نجمتين من كتلة شمسية.
ومع ذلك ، هناك تأثير آخر يجب أن نقلق بشأنه: هل يمكن أن يكون لدينا ما يكفي من أول أكسيد الكربون2 في الغلاف الجوي حتى لعملية التمثيل الضوئي؟ في حين أنه ليس تقريبًا متفاعلًا مثل الأكسجين ، فإن ثاني أكسيد الكربون عرضة أيضًا للإزالة من الغلاف الجوي. ويرجع ذلك إلى تأثيرات مثل تجوية السيليكات مثل CO2 + CaSiO3 -> CaCO3 + سيو2. في حين أن هذه الآثار بطيئة ، فإنها تتراكم مع المقاييس الزمنية الجيولوجية. هذا يعني أنه لا يمكن أن يكون لدينا كواكب قديمة لأنهم كانوا سيحصلون على كل ثاني أكسيد الكربون المجاني2 حبس في السطح. تم استكشاف هذا التوازن في ورقة نشرت في عام 2009 وقرر أنه بالنسبة لكوكب كتلة الأرض ، فإن ثاني أكسيد الكربون الحر2 ستنضب قبل وقت طويل من بلوغ النجم الأم مرحلة العملاق الأحمر!
لذا نحن مطالبون أن يكون لدينا نجوم ذات كتلة منخفضة تتطور ببطء ولديها الوقت الكافي لتطوير الجو المناسب ، ولكن إذا تطورت ببطء ، فلن يكون هناك ما يكفي من ثاني أكسيد الكربون2 غادر للحصول على الجو على أي حال! نحن عالقون في صيد حقيقي 22. الطريقة الوحيدة لجعل هذا ممكنًا مرة أخرى هي إيجاد طريقة لتقديم كميات كافية من ثاني أكسيد الكربون الجديد2 في الغلاف الجوي مثلما تبدأ المنطقة الصالحة للسكن في الاجتياح.
لحسن الحظ ، هناك بعض مستودعات CO كبيرة جدًا2 فقط تحلق حولها! تتكون المذنبات في الغالب من أول أكسيد الكربون المجمد وثاني أكسيد الكربون. إن تحطيم عدد قليل منهم في كوكب من شأنه أن يوفر ما يكفي من ثاني أكسيد الكربون2 لبدء عملية التمثيل الضوئي المحتملة (بمجرد استقرار الغبار). افعل ذلك بضع مئات الآلاف من السنين قبل أن يدخل الكوكب إلى المنطقة الصالحة للسكن ، وانتظر عشرة ملايين سنة ، ومن ثم يمكن أن يكون الكوكب صالحًا للسكن لأكثر من مليار سنة إضافية.
في نهاية المطاف ، سيكون هذا السيناريو معقولًا ، ولكنه ليس استثمارًا شخصيًا جيدًا تمامًا نظرًا لأنك ستموت قبل أن تتمكن من جني الفوائد. ربما تكون هناك استراتيجية طويلة الأجل لبقاء الأنواع التي ترتاد الفضاء ، ولكن ليس حلًا سريعًا لإسقاط المستعمرات والبؤر الاستيطانية.
