راز دوقلوهای ناسازگار؛ چرا سیاره زهره جهنم و زمین بهشت است؟

زومیت/ دانشمندان بررسی کرده‌اند که چگونه خواهر دوقلوی زمین به سیاره‌ای چنین غیرقابل‌زیست تبدیل شد و آیا سرنوشتی مشابه در انتظار سیاره ما نیز خواهد بود.

زهره، خواهر دوقلوی زمین، امروز به جهنمی داغ و غیرقابل‌سکونت تبدیل شده است؛ جوی پر از دی‌اکسیدکربن، فشار خردکننده، دمایی آن‌قدر بالا که حتی سرب را ذوب می‌کند و باران اسید سولفوریک که پیش از رسیدن به سطح تبخیر می‌شود. این در حالی است که زمین از همان مواد ساخته شده و ابعادی مشابه دارد، اما مسیرش متفاوت بوده و به سیاره‌ای سرسبز و زیست‌پذیر بدل شده است.

---

بازار

---

دانشمندان می‌پرسند چرا سرنوشت این دو سیاره چنین متفاوت شد و آیا زمین هم در آینده می‌تواند راه زهره را برود؟ پژوهش‌های تازه نشان می‌دهد زهره احتمالاً زمانی آب فراوان داشته، شاید حتی اقیانوس‌ها. اما تابش شدید خورشید و فوران‌های عظیم آتشفشانی باعث شدند آب‌ها تبخیر شوند، دی‌اکسیدکربن در جو انباشته شود و چرخه گلخانه‌ای مهارنشدنی آغاز گردد. با از بین رفتن آب، فرورانش و دفن کربن در دل سیاره هم متوقف شد و جو به‌طور کامل از کربن پر شد.

مدل‌سازی‌های تیم استیون کین نشان می‌دهد زمین در آینده‌ای دور (حدود ۳٫۵ میلیارد سال دیگر) ممکن است به نقطه‌ای مشابه برسد. آن زمان خورشید پرنورتر می‌شود، اقیانوس‌ها تبخیر می‌شوند، فرورانش متوقف می‌گردد و دی‌اکسیدکربن در جو جمع می‌شود. زمین داغ و غیرقابل‌سکونت خواهد شد، هرچند احتمالاً هرگز به شدت جهنمی زهره نخواهد بود، چون فعالیت آتشفشانی‌اش کمتر می‌شود.

سیاره زهره را می‌توان بدترین مکان در سراسر منظومه شمسی دانست. پرده‌ای از دی‌اکسیدکربن این سیاره را دربر گرفته و سطح آن را زیر فشاری خردکننده قرار داده است. در آسمان زرد و بیمارگونش باران اسید سولفوریک فرو می‌ریزد، اما این باران هرگز به زمین گداخته و پوشیده از گدازه نمی‌رسد. زهره چنان داغ است (به حدی که می‌تواند سرب را ذوب کند) که باران اسیدی پیش از رسیدن به سطح، در میانه راه تبخیر می‌شود.

زمین و زهره هم‌زمان و از مواد سازنده‌ای یکسان در بخشی تقریباً مشابه از منظومهٔ شمسی شکل گرفته‌اند و حتی ابعاد آن‌ها نیز یکسان است. پس چرا زهره به جهنمی سوزان بدل شد و زمین به باغی سرسبز و زندگی‌بخش؟

در جامعهٔ علمی اغلب چنین گفته می‌شود که زهره تنها چند گام جلوتر از ما قرار دارد، به این معنا که نمایانگر وضعیت نهایی همهٔ سیاره‌های سنگی بزرگ ازجمله زمین است. بر پایهٔ این فرضیه، این سیاره‌ها سرانجام توانایی ذخیره و مهار گازهای گلخانه‌ای گرم‌کنندهٔ سیاره را در لایه‌های درونی خود از دست می‌دهند. وقتی این گازها در جو انباشته می‌شوند، سیاره وارد مرحله‌ای از گلخانهٔ مهارنشدنی یعنی وضعیتی مشابه اقلیم سوزان زهره می‌شود. استیون کِین، اخترفیزیک‌دان سیاره‌ای در دانشگاه کالیفرنیا ریورساید، می‌گوید: «سال‌هاست که از زهره به‌عنوان پیش‌نمایی از آیندهٔ زمین یاد می‌شود.»

اما آیا این فرض دیرینه واقعیت دارد؟ آیا طی صدها میلیون یا حتی میلیاردها سال، اقلیم زمین همان مسیر زهره را طی خواهد کرد و از جهانی معتدل به گلخانه‌ای فاجعه‌آمیز تبدیل خواهد شد؟

قطر سیاره زهره تقریباً ۹۵ درصد قطر زمین و جرم آن حدود ۸۱٫۵ درصد جرم زمین است.

کِین و همکارانش در تلاش برای یافتن پاسخ این پرسش هستند. زهره و زمین اغلب به‌عنوان «دوقلوها» شناخته می‌شوند که در این میان زهره نقش «شرور» را ایفا می‌کند. دانشمندان در پروژهٔ «بازگرداندن دوقلوها»، مدلی دیجیتالی از زمین ساخته‌اند که فیزیک خورشیدی، آتشفشان‌شناسی، زمین‌ساخت صفحه‌ای و علوم اقلیمی را با هم تلفیق می‌کند. آن‌ها در مدل خود تمامی روش‌های ممکن برای فروپاشی زمین و تبدیل شدن به چیزی شبیه به زهره را آزمایش کرده‌اند.

دانشمندان می‌گویند همه سیاره‌های سنگی بزرگ درنهایت به سرنوشت سیاره زهره دچار خواهند شد

پاول بایرن، دانشمند علوم سیاره‌ای در دانشگاه واشنگتن سنت لوئیس و ناظر غیرمستقیم این پروژه، بیان می‌کند: «این تحقیق نه تنها به بررسی عواملی می‌پردازد که سیاره زهره را به این روز انداختند، بلکه به پرسشی نزدیک‌تر به ما نیز پاسخ می‌دهد: «زمین تا چه مدت قابل سکونت باقی خواهد ماند؟»

راز یک سیاره

برای پیش‌بینی آیندهٔ زمین، ابتدا باید گذشتهٔ زهره را درک کرد. شاید در گذشته،سیاره زهره تفاوت زیادی با زمین امروزی نداشت. بررسی‌های کاوشگرها و مشاهدات تلسکوپی، وجود نوعی آب سنگین و نادر در جو زهره را آشکار کرده‌اند که نشان می‌دهد زمانی آب معمولی به‌وفور در این سیاره وجود داشته است.

پژوهشگران در مورد چگونگی حضور آن آب در زهره به بحث پرداخته‌اند. یکی از احتمالات این است که آب در سیاره زهرهٔ جوان به بخار تبدیل می‌شد و بر فراز دریای گدازه‌ای که سطح سیارهٔ تازه‌متولد شده را پوشانده بود، شناور می‌ماند. همین بخار آب، به‌عنوان گازی گلخانه‌ای قدرتمند، جهان را اندکی پس از تولدش وارد حالتی از گلخانهٔ سوزان و داغ کرد. از سوی دیگر، ممکن است دریای گدازه‌ای پهناور اولیهٔ زهره به سرعت سرد و سخت شده باشد تا آب مایع که شاید حتی به اندازهٔ یک اقیانوس بوده است، بتواند بر سطح آن جریان یابد. اگر این فرضیه درست باشد، پس سرنوشت آن‌همه آب چه شد؟

در سال ۲۰۲۰، مایکل وی، دانشمند علوم سیاره‌ای و مدل‌ساز اقلیم در مؤسسهٔ مطالعات فضایی گودارد ناسا در نیویورک، دو احتمال را دربارهٔ چگونگی تبخیر یک اقیانوس زهره‌ای بررسی کرد.

اولین فرضیه، خورشید را مقصر می‌داند. خورشید با گذر زمان و مصرف هیدروژن خود، نور بیشتری ساطع می‌کند و سیاره‌های نزدیک، از جمله زهره را که نسبت به زمین به خورشید نزدیک‌تر است، در معرض تابش شدیدتری قرار می‌دهد.

دانشمندان برآورد می‌کنند که حدود یک میلیارد سال پس از تولد منظومهٔ شمسی، خورشید که به‌تدریج روشن‌تر شده بود، قادر بوده است هر گونه آب مایع روی زهره را به بخار تبدیل کند. بخار آب سپس جو زهره را فرا گرفت و احتمالاً باعث گرمایش جهانی شدیدی شد. این گرمایش با گازهای دی‌اکسیدکربن آزادشده از فعالیت‌های آتشفشانی تشدید شد. این ترکیب می‌توانست زهره را وارد مرحله‌ای از چرخهٔ گلخانه‌ای مهارنشدنی کند.

البته مدل‌سازی‌های وی، نظریه‌ای را که می‌گوید خورشید با تبخیر اقیانوس‌های زهره آن را نابود کرده است، به چالش می‌کشاند. زهره به‌طرز بسیار کندی به دور محور خود می‌چرخد و یک روز آن معادل ۱۱۶ روز زمین، یعنی تقریباً چهار ماه، طول می‌کشد.

اگر سطح روز زهره در ابتدا میزبان اقیانوس‌های مایع بوده باشد، تبخیر آن آب‌ها منجر به تشکیل ابرهای متراکم می‌شد. این ابرهای فراوان و پایدار در سمت روز، نور خورشید را منعکس می‌کردند و زهره را نسبت به حالت دیگر خنک‌تر نگه می‌داشتند و در واقع از وقوع گلخانهٔ مهارنشدنی و گرمایش جهانی افسارگسیخته جلوگیری می‌کردند.

وی بر این باور است که مظنون محتمل‌تر در فروپاشی زهره، نوعی فعالیت آتشفشانی ویرانگر بوده است. در گذشتهٔ زمین نیز فوران‌های طولانی‌مدت گدازه در نواحی مشخص رخ داده است که به ایالت‌های آذرین بزرگ (LIPs) معروف‌اند و ممکن است صدها هزار تا حتی میلیون‌ها سال به طول انجامیده باشند. هر یک از این رخدادها مقدار زیادی دی‌اکسیدکربن را در جو آزاد کرد و برای مدتی، زمین را به‌شدت داغ ساخت. یکی از این ایالت‌های آذرین بزرگ، ۲۵۲ میلیون سال پیش، بدترین انقراض جمعی ثبت‌شده در تاریخ زمین را به‌وجود آورد و تقریباً سیاره را به‌طور کامل از حیات تهی کرد.

کاوشگر ماژلان در اوایل دهه ۱۹۹۰ از سطح خشک و عریان زهره تصویربرداری کرد.

البته، پس از هر یک از این رخدادها، زمین به‌تدریج آن مقدار اضافی دی‌اکسیدکربن را به اعماق سنگی خود کشید و سیاره دوباره خنک شد. این کار از طریق فرآیندی به نام فرورانش انجام شد: هنگامی که صفحات زمین‌ساختی با هم برخورد می‌کنند، یک صفحه می‌تواند زیر صفحهٔ دیگر فرو رود و آب دریا، غنی از دی‌اکسیدکربن حل‌شده، را به اعماق اقیانوسی ببرد. این کربن برای بازه‌های زمانی بسیار طولانی در گوشتهٔ پایین زمین محبوس می‌ماند و بخشی از آن در نهایت از طریق فعالیت‌های آتشفشانی دوباره به جو بازمی‌گردد.

شاید زمانی که زهره دارای آب بود، صفحات زمین‌ساختی مشابه زمین و مناطق فرورانش گسترده‌ای داشت. اما این سیستم به‌اندازهٔ کافی گسترده یا بزرگ نبود که بتواند سیاره را از سوختن کامل نجات دهد؛ به‌ویژه اگر چندین رخداد منطقهٔ بزرگ آذرین تقریباً هم‌زمان اتفاق افتاده باشند.

مدل‌های وی نشان می‌دهند که چندین رخداد هم‌زمان مناطق بزرگ آذرین می‌توانستند حجم زیادی دی‌اکسیدکربن را وارد جو سیاره زهره کنند و این سیاره را چنان گرم سازند که بخش عمدهٔ آب مایع آن به هوا بخار شود و گرمایش بیش از پیش تشدید شود.

وقتی اقیانوس‌ها از بین رفتند، دی‌اکسیدکربن وارد شده به جو زهره دیگر نمی‌توانست به زمین بازگردد. علاوه‌براین، وجود آب برای فرآیند فرورانش ضروری است، چون آب باعث می‌شود سنگ‌ها راحت‌تر ذوب شوند و صفحات زمین‌ساختی بتوانند خم شوند و حرکت کنند. بنابراین با نبود آب در سطح زهره، فرورانش متوقف شد و دی‌اکسیدکربن در جو باقی ماند، بدون اینکه بتواند به درون سیاره برگردد.

دانشمندان دیگر نیز عموماً با ارزیابی وی موافقند: فقط خورشید نمی‌تواند عامل تبدیل زهره به مکان وحشتناکی که امروز هست، باشد. آنا گُلچر، دانشمند علوم سیاره‌ای در دانشگاه برن سوییس، می‌گوید: «فکر می‌کنم برای رسیدن به این وضعیت، به چندین دورهٔ شدید فعالیت آتشفشانی نیاز است.»

چگونه سیاره را نابود کنیم

کین حین مطالعهٔ زهره و وضعیت گلخانه‌ای مهارنشدنی آن کنجکاو شد که آیا سرنوشت مشابهی می‌تواند برای زمین رخ دهد؟ اگر چرخهٔ کربن روی زمین متوقف شود، چه می‌شود؟ آیا می‌توان زهرهٔ دیگری ساخت؟ او و تیمش برای یافتن پاسخ، ماشینی مجازی برای «نابود کردن جهان» ساختند. او گفت: «همه عاشق سناریوهای پساآخرالزمانی یا قیامت هستند، به شرط آنکه پنج میلیارد سال دیگر رخ دهد.»

استیون کین، اخترفیزیک‌دان سیاره‌ای، بررسی کرده است که آیا زمین در آینده به وضعیت کنونی زهره دچار خواهد شد.

آن‌ها مدل زمین را طوری شبیه‌سازی کردند که ۳٫۵ میلیارد سال به جلو برود، یعنی تا زمانی که خورشید و سیاره‌ها ۸ میلیارد ساله شوند. در آن زمان خورشید پرنورتر از امروز می‌شود و جو زمین همان مقدار نور سوزان را دریافت می‌کند که زهره در سن یک میلیارد سالگی گرفته بود. تصور می‌شود زهره در آن دوره روی مرز سرنوشت بوده: یا سیاره‌ای معتدل و پرآب می‌مانده، یا کاملاً خشک و سوزان می شده اس‌. خورشید ۸ میلیارد ساله زمین را هم به چنین مرز خطرناک آب‌وهوایی خواهد کشاند.

نبود آب باعث از کار افتادن فرایند فرورانش می‌شود و سیاره وارد حالت پوستهٔ راکد می‌گردد که در آن فعالیت آتشفشانی به شدت کاهش می‌یابد

مدل تیم نشان می‌دهد که در ۳٫۵ میلیارد سال آینده، اقیانوس‌های زمین ممکن است به بخار آب گرماگیر در جو تبدیل شوند. این وضعیت می‌تواند موجب نابودی مناطق فرورانش اصلی زمین شود، زیرا بدون آب، فرورانش رخ نخواهد داد (علاوه‌براین، آب کمتری برای حل شدن دی‌اکسیدکربن در دسترس خواهد بود). میچل هیل از دانشگاه استنفورد و عضو پروژهٔ «بازگرداندن دوقلوها» می‌گوید در آن زمان دیگر دی‌اکسیدکربن به درون زمین بازنخواهد گشت، بنابراین این گاز در جو جمع می‌شود.

توقف فعالیت مناطق فرورانش اصلی به این معنا خواهد بود که صفحات زمین‌ساختی زمین دیگر با هم برخورد و جابه‌جایی نخواهند داشت. در عوض، آن‌ها پوستهٔ سنگی تقریباً یکپارچه‌ای را اطراف گوشتهٔ داغ تشکیل می‌دهند. برای مدتی، گوشته داغ‌تر خواهد شد، زیرا این پوسته گرمای تولیدشده توسط ترکیبات رادیواکتیو درون آن را به دام می‌اندازد. شبیه‌سازی‌های کین نشان می‌دهد با انباشت حرارت در اعماق زمین، زمین دوره‌ای از افزایش فعالیت‌های آتشفشانی را به مدت حدود ۱۵ میلیون سال تجربه خواهد کرد.

این دوره که به آن «حالت پوستهٔ راکد» گفته می‌شود، مقدار بیشتری دی‌اکسیدکربن را به جو وارد می‌کند. اما این افزایش فورانی کوتاه‌مدت است. گوشته دوباره خنک می‌شود و پوسته ضخیم می‌گردد تا جایی که تقریباً هیچ آتشفشانی بزرگ و آزادکنندهٔ کربن قادر به رخ دادن نباشد.

بنابراین، ۱۵ میلیون سال پس از شکل‌گیری پوستهٔ راکد، زمین به تعادل جدیدی خواهد رسید. فوران‌های آتشفشانی گهگاه همچنان رخ خواهند داد (به همین ترتیب، دانشمندان شواهد قانع‌کننده‌ای یافته‌اند که نشان می‌دهد زهره امروز نیز فعالیت آتشفشانی دارد.) اما کین توضیح داد که انتظار نمی‌رود این فوران‌های پراکنده مقدار زیادی کربن به جو اضافه کنند.

در این مرحله، شبیه‌سازی‌های تیم متوقف می‌شوند. مدل زمین آینده تا چه حد شبیه زهره است؟

در سال ۲۰۱۲ گدازه‌های بازالتی از آتشفشان کیلاوئا در هاوایی روان شدند. در گذشته، سیلاب‌های بازالتی بزرگ زمین را گرم و باعث انقراض‌ها شده‌اند. برخی دانشمندان می‌گویند شاید فوران‌های مشابه زهره را هم سوزانده باشد.

هیچ‌جا مثل زهره نیست

شبیه‌سازی‌های کین و تیمش نشان می‌دهند زمانی که فرورانش گسترده زمین در حدود ۳٫۵ میلیارد سال آینده متوقف شود و توانایی سیاره برای دفن کربن از بین برود، سطح دی‌اکسیدکربن در جو بین ۰٫۱ تا ۰٫۸ بار افزایش خواهد یافت. (این درحالی است که فشار کل جو در سطح دریا امروز ۱ بار است و تقریباً ۰٫۰۴ درصد آن، یعنی ۰٫۰۴۲ بار، از دی‌اکسیدکربن تشکیل شده است.)

حتی در خوش‌بینانه‌ترین سناریوی آن‌ها، با افزایش ۰٫۱ بار دی‌اکسیدکربن، دمای سطح زمین از ۱۰۰ درجه سانتیگراد فراتر می‌رود. در سناریوی افزایش ۰٫۸ بار، همین اتفاق رخ می‌دهد، اما بسیار سریع‌تر.

به هر حال، سطح زمین عملاً به‌طور کامل به جوش خواهد آمد. کین می‌گوید زمین به حالت پس از گلخانهٔ مهارنشدنی وارد خواهد شد. دمای سطح آن برای وجود هر گونه آب بیش از حد خواهد بود و تمام آب‌ها به بخار تبدیل خواهند شد. هیچ موجود یا چیزی که روی سطح زمین باشد، زنده نخواهد ماند.

با‌این‌حال، زمین هرگز به شرایط کنونی زهره نخواهد رسید. کِین می‌گوید: «می‌توان گفت این نسخه‌ای سبک‌تر از زهره خواهد بود.»

جو زهره بسیار متراکم و پر از دی‌اکسیدکربن است (۹۳ بار فشار و ۹۶٫۵ درصد دی‌اکسیدکربن). کین و تیمش در شبیه‌سازی‌هایشان نتوانستند زمین را به چنین وضعیتی برسانند. دلیل آن این است که گوشتهٔ زمین با پوستهٔ راکد پوشیده شده و فعالیت‌های آتشفشانی کاهش یافته‌اند، بنابراین زمین در برابر گرمای شدید مشابه زهره، محافظت می‌شود.

دانشمندان مستقل، پروژهٔ «بازگرداندن دوقلوها» را برای به چالش کشیدن فرضیات پیشین و افزودن سهم قابل‌توجهی به بحث دربارهٔ وضعیت نهایی سیاره‌های سنگی ستایش کرده‌اند.

وی گفت: «من ایدهٔ آن‌ها را می‌پسندم» و افزود که نسخهٔ تیم از زمین آینده «غیرمنطقی به نظر نمی‌رسد». بایرن، دانشمند علوم سیاره‌ای دانشگاه واشنگتن، گفت: «در نهایت با دنیایی مواجه می‌شوید که به‌شدت داغ است.» اما او افزود که این امکان که دما به سطحی مشابه زهره نرسد، جذاب و قابل توجه است.

تیم کین اذعان کرده است که مدل آن‌ها فوران‌های عظیم به سبک فوران‌های خیلی بزرگ از نوع ایالت‌های آذرین بزرگ را در نظر نگرفته است و این رخدادها می‌توانند در هر زمانی در آینده مقادیر زیادی کربن را به جو اضافه کنند. شاید زمین بدشانس باشد و چندین فوران بزرگ هم‌زمان را تجربه کند (اگرچه کین می‌گوید با گذر زمان و خنک شدن گوشته و کاهش حرکت آن، احتمال این رخداد کمتر می‌شود). در این صورت، آن سناریو می‌تواند زمین را به وضعیتی شبیه‌تر به زهره برساند.

ابهامات زیادی وجود دارد، اما اگر پیش‌بینی‌های تیم کین حتی به طور کلی درست باشد، این نشان می‌دهد که زهره گذشته‌ای واقعاً تاریک و سخت داشته است. چیزی، شاید دریایی از گدازه، آن سیاره را تا نابودی سوزانده است. در عوض، زمین تا امروز نتوانسته خودش را نابود کند. امیدواریم این وضعیت در آینده هم همین‌طور بماند.

🔹"آخرین خبر" در روبیکا
🔹"آخرین خبر" در ایتا
🔹"آخرین خبر" در بله