-
0/10
اگر سیاره مشتری به یک سیاره سنگی تبدیل شود چه اتفاقی رخ می‌دهد؟
مشتری سنگی!
تصور کنید اگر سیاره مشتری یا خورشید به جای گاز، مانند زمین و مریخ از سنگ ساخته شده بود، چه اتفاقی می‌افتاد.
مشتری یک “غول گازی” است؛ اگر حجم بزرگ‌تری داشت، فشار ناشی از گرانش یک فرآیند همجوشی را به‌وجود می‌آورد و به یک ستاره تبدیل می‌شد و در نهایت احتمالا عملکردی شبیه خورشید داشت. با همه این‌ها، اگر جسمی به اندازه مشتری یا خورشید از سنگ‌هایی مانند زمین و مریخ ساخته شده باشد، چه اتفاقی می‌افتد؟ اگر اتم‌هایی با تعداد پروتون بالا تجمع کنند، چه می‌شود؟ این موضوع ممکن است یک فرآیند جالب باشد.
سیارات سنگی فقط تا اندازه خاصی می‌توانند رشد کنند که مربوط به دوره تشکیل سیاره است. یک سیاره نمی‌تواند به طور نامحدود رشد کند تا زمانی فرایند رشد ادامه می‌یابد که ذراتی در اطراف ستاره وجود داشته باشند که بتوانند به افزایش جرم آن کمک کنند. در طول دوره تشکیل، ذرات غبار با هم برخورد می‌کنند و به‌هم می‌پیوندند و تکه‌هایی را تشکیل می‌دهند که با جمع‌آوری ذرات غبار بیشتر یا با ترکیب تکه‌های دیگر، بزرگ‌تر می‌شوند.
این فرایند تا زمانی ادامه می‌یابد که منبعی از دیسک گرد و غبار اطراف ستاره وجود داشته باشد و در نهایت این روند کم‌کم کند می‌شود تا متوقف شود و سیاره دیگر نتواند رشد زیادی داشته باشد. البته باید توجه داشت که معمولاً سیارات سنگی نزدیک‌تر به ستاره هستند. به همین دلیل، مقدار مواد موجود برای تشکیل سیاره نسبتاً کمتر از غول‌های گازی است. غول‌های گازی که در نواحی بیرونی شکل می‌گیرند، محیط بزرگ‌تری دارند و بنابراین مواد بیشتری وارد آنها می‌شوند که این موضوع در مورد سیارات سنگی داخلی صدق نمی‌کند.
غیرمنطقی است که فرض کنیم هرگز ابری از غبار به اندازه کافی بزرگ وجود نداشته یا نخواهد بود که یک سیاره سنگی بزرگ‌تر را تشکیل دهد و افزایش چگالی اگر به مشتری نزدیک شود، منجر به اشتعال همجوشی می‌شود. تاکنون سیاره‌ای به اندازه مشتری سنگی رویت نشده؛ بدیهی است که این بدان معنا نیست که در آینده چنین سیاره‌ای وجود نخواهد داشت و احتمال وجود چنین سیاره‌ای هست.
حالا اینکه سیاره‌ای با آن اندازه پایدار است یا نه، یک مسئله محاسباتی است. هر کسی که روی اخترفیزیک کار می‌کند ممکن است بتواند پاسخ صحیح بدهد. حجم بحرانی مورد نیاز برای شروع همجوشی هنوز به‌طور کامل تعیین نشده است و هنوز سیارات سنگی را کشف می‌کنیم که رکوردها را جابه‌جا می‌کنند.
مشکل ساخت سیاره‌ای با جرم مشتری از سنگ این است که چنین جسمی دارای جاذبه کافی برای نگه داشتن هیدروژن و هلیوم است و از آنجایی که محیط بین ستاره‌ای حدود ۹۸ درصد از هیدروژن و هلیوم تشکیل می‌شود، زمانی که جرم سیاره به اندازه کافی بزرگ شد، جلوگیری از داشتن درصد بالایی از این عناصر بسیار سخت است. اگر این سیاره نزدیک به ستاره تشکیل شود، روی بسیاری از عناصر نوری تاثیر می‌گذارد و توسط باد ستاره‌ای پراکنده می‌شوند، اما همچنان مقدار زیادی هیدروژن و هلیوم را حفظ خواهد کرد.
حداکثر اندازه نظری برای سیارات سنگی چقدر است؟
به‌نظر می‌رسد اجماع بر این است که حداکثر اندازه سیارات مشابه زمین حدود دو برابر شعاع زمین است. جهان تقریباً ۹۸ درصد از هیدروژن و هلیوم (بر حسب جرم) تشکیل شده است، بنابراین بعید به‌نظر می‌رسد که یک جسم بزرگ بدون اینکه تعداد زیادی از این گازها را در خود نگه دارد تشکیل شود. در جهان مدرن، ابرهای مولکولی که ستارگان را به دنیا می‌آورند با عناصر سنگین‌تری غنی شده‌اند، اما هنوز هم عمدتاً شامل هیدروژن و هلیوم هستند.
بنابراین، در حالی که ما چیزهای زیادی در مورد فرآیندهای مختلف همجوشی هسته‌ای که در ستارگان رخ می‌دهد می‌دانیم، اطلاعات زیادی در مورد شروع همجوشی در اجسام سنگی بزرگی که عمدتاً از عناصر سنگین‌تر تشکیل شده‌اند، وجود ندارد، صرفاً به این دلیل که برای چنین جرم بزرگی غیرممکن است که از انباشته شدن مقدار زیادی هیدروژن و هلیوم جلوگیری کند.
با این حال، همجوشی در برخی شرایط که هیدروژن زیادی وجود ندارد اتفاق می‌افتد. زمانی که ستارگان بزرگ بیشتر هیدروژن موجود در هسته خود را با هم ترکیب کردند، شروع به همجوشی عناصر سنگین‌تر می‌کنند. این واکنش‌ها به دمای بسیار بالاتری نسبت به همجوشی هیدروژنی نیاز دارند. زنجیره اصلی پروتون-پروتون که انرژی خورشید را تامین می‌کند از حدود ۴ مگاکلوین شروع می‌شود.
فرآیند آلفای سه‌گانه که هلیوم را به کربن تبدیل می‌کند، به ۱۰۰ مگاکلوین نیاز دارد. فرآیندهای مختلف همجوشی کربن به 500 MK و چگالی هسته بالاتر از ۳ میلیارد کیلوگرم بر متر مکعب نیاز دارند، چنین شرایطی معمولاً فقط در ستارگان قدیمی‌تر از ۸ جرم خورشیدی رخ می‌دهد. مراحل پایانی همجوشی هسته ستارگان، نردبان سیلیکونی سوز، در ستارگان پرجرم با حداقل جرم حدود ۸ تا ۱۱ خورشیدی رخ می‌دهد. آنها به 2.7-3.5 میلیارد کلوین (GK) نیاز دارند.
دمای دقیق به جرم بستگی دارد. در این دماها، تابش حرارتی محیط آنقدر پرانرژی است که می‌تواند هسته‌ها را ذوب کند و پروتون، نوترون و ذرات آلفای آزاد تولید کند. سپس می‌تواند در نردبان همجوشی سیلیکون شرکت کند. در آن مرحله، هلیوم اولیه یا هلیوم تولید شده از همجوشی، در هسته باقی نمی‌ماند. با این حال، فرآیندهای سوزاندن سیلیکون فقط برای چند روز اجرا می‌شود.
هنگامی که یک ستاره مرحله سوزاندن سیلیکون را کامل کرد، دیگر همجوشی امکان‌پذیر نیست. ستاره به طرز فاجعه‌باری فرو می‌ریزد و ممکن است در یک ابرنواختر نوع دوم منفجر شود و یک ستاره نوترونی یا سیاه‌چاله باقی بماند. در حالی که از نظر تئوری امکان همجوشی یک جسم بزرگ کربنی یا سنگی وجود دارد، اما امکان تشکیل چنین جسمی به طور طبیعی وجود ندارد، مگر به عنوان هسته یک ستاره.
اما باید بگوییم که به نحوی حجم عظیمی از مواد سنگی بدون جمع آوری مقدار زیادی هیدروژن جمع‌آوری می‌شود. در این‌جا به یک جرم خورشیدی نیاز است تا به دما و چگالی لازم برای همجوشی برسد که تقریبا بیش از ۵۰ برابر محتوای عناصر سنگین منظومه شمسی است و بعد از یک هفته یا بیشتر خود را منفجر می‌کند.
هیدروژن یک گاز در دمای اتاق است. در دمای ۲۵۹ درجه سانتی‌گراد، فقط ۱۴ درجه بالاتر از صفر مطلق به حالت جامد درمی‌آید. ترکیبات هیدروژنی می‌توانند در دماهای بالاتر جامد باشند، اما این ترکیبات به عناصر سنگین‌تری نیاز دارند. فرآیند تشکیل یک سیاره (یا ستاره) گرما آزاد می‌کند، بنابراین اگر سیاره‌ای از سنگریزه‌های یخ تشکیل شود، ذوب می‌شود و حتی اگر از یک ستاره دور باشد، مدت زیادی طول می‌کشد تا دوباره یخ بزند.
نظرات
دیدگاه خود را اشتراک گذارید