عرض مصدر جيوديناميكيا الكواكب الخارجية الصخرية

{{يتيمة|تاريخ=يونيو 2020}}
[[ملف:Kepler22b-artwork.jpg|تصغير|200بك|يسار]]
شجّع اكتشاف الكواكب بحجم [[الأرض]] خارج [[المجموعة الشمسية]] على البحث في احتمالية قابليتها للسكن. إنّ أحد المتطلبات المتفق عليها بشكل عام (حسب نواك وبروير والمراجع الموجودة)<ref name="Noack_Breuer_2014">{{استشهاد بدورية محكمة|الأخير1=Noack|الأول1=L.|الأخير2=Breuer|الأول2=D.|عنوان=Plate tectonics on rocky exoplanets: Influence of initial conditions and mantle rheology|صحيفة=Planetary and Space Science|المجلد=98|صفحات=41–49|doi=10.1016/j.pss.2013.06.020|bibcode=2014P&SS...98...41N|تاريخ=August 2014}}</ref> بالنسبة لكوكب يدعم الحياة هو [[الغلاف الصخري]] المتحرك والمتشقق الذي يُعاد تكوينه بشكل دوري ضمن وشاح يتميز بحمل نشيط، وذلك في عملية معروفة بالصفائح التكتونية. توفر الصفائح التكتونية وسائل للضبط [[كيمياء أرضية|الجيوكيميائي]] للجسميات الجوية، بالإضافة إلى إزالة الكربون من الغلاف الجوي. يمنع هذا تأثير «جموح الاحتباس الحراري» الذي يمكن أن يؤدي إلى درجات حرارة سطحية قاسية، وتبخر الماء السائل الموجود على السطح.<ref name="Kaltenegger_Sasselov_2010">{{استشهاد بدورية محكمة|الأخير1=Kaltenegger|الأول1=L.|عنوان=Detecting Planetary Geochemical Cycles on Exoplanets: Atmospheric Signatures and the Case of So2|الأخير2=Sasselov|الأول2=D.|صحيفة=The Astrophysical Journal|تاريخ=10 January 2010|المجلد=708|العدد=2|صفحات=1162–1167|doi=10.1088/0004-637X/708/2/1162|arxiv=0906.2193|bibcode=2010ApJ...708.1162K}}</ref> لم يصل علماء الكواكب إلى إجماع فيما إذا كانت الكواكب الخارجية المشابهة للأرض في امتلاكها [[تكتونيات|لصفائح تكتونية،]] ولكن يُعتقد بشكل كبير أنّ احتمالية وجود صفائح تكتونية على الكواكب الخارجية الشبيهة بالأرض تابعة لنصف قطر الكوكب، ودرجة الحرارة الأولية عند الالتحام، والتعرض إلى أشعة الشمس، ووجود مياه سطحية بالحالة السائلة أو عدم وجودها.<ref name="O'Neill_Lenardic">{{استشهاد بدورية محكمة|الأخير1=O'Neill|الأول1=C.|الأخير2=Lenardic|الأول2=A.|عنوان=Geological consequences of super-sized Earths|صحيفة=Geophysical Research Letters|تاريخ=11 October 2007|المجلد=34|العدد=19|صفحات=L19204|doi=10.1029/2007GL030598|bibcode=2007GeoRL..3419204O}}</ref><ref name="Valencia_etal">{{استشهاد بدورية محكمة|الأخير1=Valencia|الأول1=D.|الأخير2=O'Connell|الأول2=R.J.|الأخير3=Sasselov|الأول3=D.|عنوان=Inevitability of Plate Tectonics on Super-Earths|وصلة=https://archive.org/details/sim_astrophysical-journal_2007-11-20_670_1/page/n52|صحيفة=The Astrophysical Journal|تاريخ=20 November 2007|المجلد=670|العدد=1|صفحات=45–48|doi=10.1086/524012|arxiv=0710.0699|bibcode=2007ApJ...670L..45V}}</ref><ref name="VanSummeren_etal_2011">{{استشهاد بدورية محكمة|الأخير1=Van Summeren|الأول1=J.|الأخير2=Conrad|الأول2=C.P.|الأخير3=Gaidos|الأول3=E.|عنوان=Mantle convection, plate tectonics, and volcanism on hot exo-earths|صحيفة=The Astrophysical Journal Letters|تاريخ=20 July 2011|المجلد=736|العدد=1|صفحات=L15|doi=10.1088/2041-8205/736/1/L15|arxiv=1106.4341|bibcode=2011ApJ...736L..15V}}</ref><ref name="Korenaga_2010">{{استشهاد بدورية محكمة|الأخير1=Korenaga|الأول1=J.|عنوان=On the Likelihood of Plate Tectonics on Super-Earths: Does Size Matter?|صحيفة=The Astrophysical Journal Letters|تاريخ=10 December 2010|المجلد=725|العدد=1|صفحات=43–46|doi=10.1088/2041-8205/725/1/L43|bibcode=2010ApJ...725L..43K}}</ref>

== الأنظمة الجيوديناميكية المحتملة للكواكب الخارجية ==
من أجل توصيف النظام [[جيوديناميكيا|الجيوديناميكي]] لكوكب خارجي شبيه بالأرض، فإنّ الافتراض الأساسي الذي يجب وضعه أنّ الكوكب يشبه [[الأرض]] أو «صخري». يعني هذا تراصف مكون من ثلاث طبقات (من المركز إلى السطح) يبدأ بالنواة الحديدية المنصهرة جزئيًا، ثم الوشاح السيليكاتي الذي يتحرك عبر المقاييس الزمنية الجيولوجية، ثم الغلاف الصخري السيليكاتي البارد الهش نسبيًا. من المحتمل أن يقع النظام الجيوديناميكي في نقطة زمنية معينة في تاريخ الكوكب وفقًا لهذه المعايير ضمن واحدة من ثلاث فئات: 

=== الصفائح التكتونية ===
يمتلك وشاح الكوكب ذو الصفائح التكتونية قوى فعالة تتجاوز مقاومة الخضوع للغلاف الصخري الهش، ما يسبب انشقاق [[الغلاف الصخري]] إلى صفائح تتحرك بالنسبة لبعضها البعض.<ref name="O'Neill_Lenardic" /><ref name="Valencia_etal" /> إنّ العنصر الحرج في نظام الصفيحة التكتونية هو أنّ صفائح الغلاف الصخري تصبح نشطة بشكل سلبي في نقطة ما خلال تطورها، وتغوص في الوشاح. يجري موازنة عجز كتلة السطح من خلال صفيحة جديدة تتشكل في مكان آخر من خلال أعمدة الوشاح الصاعدة. تعَد الصفائح التكتونية طريقة فعالة لنقل الحرارة من داخل الكوكب إلى سطحه. الأرض هي الكوكب الوحيد المعروف بحدوث الصفائح التكتونية عليه،<ref name="Korenaga_2010" /> على الرغم من تقديم أدلة لقمر المشتري [[أوروبا (قمر)|أوروبا]] بأنه خاضع لشكل من الصفائح التكتونية المشابهة للموجودة على الأرض.<ref name="Katterhorn_Prockter">{{استشهاد بدورية محكمة|الأخير1=Katterhorn|الأول1=Simon|الأخير2=Prockter|الأول2=Louise|عنوان=Evidence for subduction in the ice shell of Europa|صحيفة=Nature Geoscience|تاريخ=September 7, 2014|المجلد=7|العدد=10|صفحات=762–767|doi=10.1038/ngeo2245|bibcode=2014NatGe...7..762K}}</ref>

=== الغطاء الراكد ===
يتشكل نظام الغطاء الراكد عندما لا تتجاوز قوى الوشاح النشطة مقاومة الخضوع للغلاف الصخري ما يؤدي إلى صفيحة صلبة واحدة متصلة تعلو [[الوشاح (توضيح)|الوشاح]]. تتطور الأغلفة الساكنة فقط عندما يتجاوز تباين اللزوجة بين سطح الكوكب وداخله نحو أربع قيم أسية.<ref name="Reese_etal_1998">{{استشهاد بدورية محكمة|الأخير1=Reese|الأول1=C.C.|الأخير2=Solomatov|الأول2=V.S.|الأخير3=Moresi|الأول3=L.-N.|عنوان=Heat transport efficiency for stagnant lid convection with dislocation viscosity: Application to Mars and Venus|صحيفة=Journal of Geophysical Research|تاريخ=25 June 1998|المجلد=103|العدد=E6|صفحات=13643–13657|doi=10.1029/98JE01047|bibcode=1998JGR...10313643R}}</ref>

=== التكتونيات العَرَضية ===
التكتونيات العرضية هي مصطلح عام لنظام جيوديناميكي يتميز بجوانب لكل من ديناميكيات الصفائح التكتونية والغطاء الراكد. ستمتلك الكواكب ذات الأنظمة التكتونية العَرَضية أغطية سطحية راكدة لفترات زمنية طويلة جيولوجيًا إلى أن يحدث تغير في ظروف التوازن إمّا عن طريق إضعاف الغلاف الصخري أو عن طريق زيادة قوى الوشاح النشطة. عندما يحدث هذا، عادة ما يكون التحول إلى الصفائح التكتونية كارثيًا بطبيعته ويمكن أن ينطوي على إعادة تشكيل سطح الكوكب بأكمله.<ref name="Moresi_solomatov_1998">{{استشهاد بدورية محكمة|الأخير1=Moresi|الأول1=L.|الأخير2=Solomatov|الأول2=V.|عنوان=Mantle convection with a brittle lithosphere: thoughts on the global tectonic styles of the Earth and Venus|صحيفة=Geophysical Journal International|تاريخ=2 December 1997|المجلد=133|العدد=3|صفحات=669–682|doi=10.1046/j.1365-246X.1998.00521.x|مسار=http://gji.oxfordjournals.org/content/133/3/669.short|تاريخ الوصول=10 October 2014|bibcode=1998GeoJI.133..669M|doi-access=free| مسار الأرشيف = https://web.archive.org/web/20200705205200/https://academic.oup.com/gji/article/133/3/669/600958 | تاريخ الأرشيف = 5 يوليو 2020 }}</ref> بعد حدث إعادة تشكيل السطح (أو بعد فترة أحداث إعادة تشكيل السطح) تُسترد ظروف توازن الغطاء الراكد، وينتج عن هذا غطاء ساكن هادئ.

== طرق التنبؤ بالأنظمة الجيوديناميكية للكواكب الخارجية ==
رُصدت الكواكب الخارجية بشكل مباشر واستُشعرت عن بعد،<ref name="Mayor_etal_2009">{{استشهاد بدورية محكمة|الأخير1=Mayor|الأخير9=Mordasini|arxiv=0806.4587|تاريخ الوصول=|doi=10.1051/0004-6361:200810451|صفحات=639–644|العدد=2|المجلد=493|تاريخ=1 August 2008|صحيفة=Astronomy and Astrophysics|عنوان=The HARPS search for southern extra-solar planets XIII. A planetary system with 3 super-Earths (4.2, 6.9, and 9.2 Earth masses)|الأول10=D.|الأخير10=Segransan|الأول9=C.|الأول8=F.|الأول1=M.|الأخير8=Bouchy|الأول7=J.-L.|الأخير7=Bertaux|الأول6=W.|الأخير6=Benz|الأول5=D.|الأخير5=Queloz|الأول4=F.|الأخير4=Pepe|الأول3=C.|الأخير3=Lovis|الأول2=S.|الأخير2=Udry|bibcode=2009A&A...493..639M}}</ref> لكن نظرًا إلى مسافاتها البعيدة، ومجاورتها لمصادر طاقة محجوبة ([[نجمة (توضيح)|النجوم]] التي تدور حولها)، يوجد القليل من المعرفة المتماسكة حول تركيبها وأنظمتها الجيوديناميكية. لذلك فإنّ غالبية المعلومات والتخمينات حولها تنبثق عن مصادر بديلة.

=== أشباه النظام الشمسي ===
يُعتقد أنّ جميع كواكب [[المجموعة الشمسية|النظام الشمسي]] الصخرية بشكل عام ما عدا الأرض تتميز بنظام جيوديناميكي ذات غطاء راكد.<ref name="Reese_etal_1998" /><ref name="Moresi_solomatov_1998" /> يوجد دلائل على أحداث إعادة تشكل السطح في كوكب [[المريخ]]، [[الزهرة|والزهرة]] خصوصًا، لكنها تبدو اليوم ساكنة تكتونيًا. استُقرئت الدلائل الجيوديناميكية فيما يخص كواكب النظام الشمسي من أجل الإحاطة بأنواع الأنظمة الجيوديناميكية التي يمكن توقعها بناءً على مجموعة من المعايير الفيزيائية مثل نصف قطر [[كوكب|الكوكب]]، ووجود المياه السطحية، والتعرض للشمس. دُرس كوكب الزهرة خاصةً بشكل مكثف بسبب تشابهاته الفيزيائية العامة مع الأرض إلا أنّ نظامه الجيوديناميكي مختلف تمامًا. تتضمن التفسيرات المقترحة الافتقار إلى المياه السطحية،<ref name="Moresi_solomatov_1998" /> أو الافتقار إلى الدينامو المغناطيسي<ref name="VanSummeren_etal_2013">{{استشهاد بدورية محكمة|الأخير1=Van Summeren|الأول1=J.|الأخير2=Gaidos|الأول2=E.|الأخير3=Conrad|الأول3=C.P.|عنوان=Magnetodynamo lifetimes for rocky, Earth-mass exoplanets with contrasting mantle convection regimes|صحيفة=Journal of Geophysical Research: Planets|تاريخ=16 May 2013|المجلد=118|العدد=5|صفحات=938–951|doi=10.1002/jgre.20077|bibcode=2013JGRE..118..938V|arxiv=1304.2437}}</ref> (تشير نظرية الدينامو إلى الآلية التي يمكن لجرم سماوي أو نجم من خلالها توليد حقل مغناطيسي)، أو التفريغ للحرارة الداخلية على مقياس واسع بعد فترة قصيرة من التحام الكوكب.<ref name="Reese_etal_1998" />

يشكّل تاريخ كوكب الأرض مصدرًا آخر للنظر في نظامنا الشمسي، الذي ربما شهد عدة وقائع من الجيوديناميكيات ذات الغطاء الراكد خلال تاريخه.<ref name="Stern_2008">{{استشهاد بكتاب|الأخير1=Stern|الأول1=R.J.|عنوان=Modern-style plate tectonics began in neoproterozoic time: an alternative interpretation of Earth's tectonic history|صحيفة=Geological Society of America Special Paper|تاريخ=14 August 2007|المجلد=440|صفحات=265–280|doi=10.1130/2008.2440(13)|isbn=978-0-8137-2440-9}}</ref> ليس من الضروري أن تكون تلك الفترات التي تتميز بجيوديناميكا الغطاء الراكد على مستوى الكوكب، لأنه عندما وُجدت قارات عظمى مثل غندوانالاند، فربما وجودها عطّل حركة الصفيحة على مساحات واسعة من سطح الأرض إلى أن أصبحت حرارة الوشاح المتشكلة تحت الصفيحة العظيمة كافية لتفكيكها.

=== أرصاد الكواكب الخارجية ===
يُمكن أن تعطي طرق الرصد غير المباشرة والمباشرة -مثل السرعة الشعاعية ومرسام الإكليل- تقديرات شاملة لبارامترات الكواكب الخارجية مثل الكتلة، ونصف القطر الكوكبي، ونصف القطر/الانحراف المداري. يمكن استخلاص الاستدلالات من مثل معلومات كهذه لأنه يعتقد أنّ المسافة من النجم المضيف، والحجم الكوكبي تؤثر بشكل عام على النظام الجيوديناميكي للكواكب الخارجية. على سبيل المثال، قد تمتلك الكواكب الخارجية القريبة بما يكفي إلى نجومها المضيفة -بحيث تكون مقيدة مديًا- درجات حرارة مختلفة بشكل كبير بين جانبيها «المظلم» و «المضيء»، وأنظمة [[جيوديناميكيا|جيوديناميكية]] ثنائية القطب متماثلة. 

استُخدمت المطيافية لتوصيف العمالقة الغازية خارج النظام الشمسي، لكن لم تُستخدم بعد فيما يخص الكواكب الصخرية. ومع ذلك، أظهرت النمذجة العددية أنه يمكن للمطيافية تحديد مستويات ثاني أكسيد الكبريت المنخفضة حتى 1 بي بي إم (جزء في المليون)، قد يكون وجود ثاني أكسيد الكبريت بهذا التركيز مؤشرًا على كوكب دون مياه سطحية، ذي [[بركان بارد|نشاط بركاني]] أعلى من الأرض ب1500-80000 مرة. <ref name="Kaltenegger_Sasselov_2010" />

=== النمذجة الرقمية ===
بسبب محدودية البيانات الحقيقية حول الكواكب الخارجية، اعتمدت العديد من المحادثات بشأن تكتونيات الكواكب الخارجية الصخرية على نتائج دراسات النمذجة الرقمية. يجري في مثل هذه النماذج معالجة البارامترات الفيزيائية الكوكبية المختلفة (مثل لزوجة الوشاح، ودرجة حرارة الحد بين النواة والوشاح، والتعرض لأشعة الشمس، و«الرطوبة» أو إماهة الغلاف الصخري السفلي)، ويُحضّر تقرير حول التأثير الناتج على النظام الجيوديناميكي. لا يمكن حساب كمية كبيرة من المتغيرات التي تتحكم في جيوديناميكيات الكوكب في الوقت الحقيقي بسبب القيود الحسابية. لذلك تتجاهل النماذج بارامترات معينة يُعتقد أنها أقل أهمية، وتُشدد على بارامترات أخرى لمحاولة عزل العوامل المهمة المؤثرة بشكل غير متناسب. تتضمن بعض هذه البارامترات:

==== بارامترات التحجيم ====
حجّمت النماذج المبكرة للكواكب الخارجية الصخرية عوامل مختلفة بشكل تدريجي (مثل لزوجة الوشاح، ومقاومة خضوع الغلاف الصخري، والحجم الكوكبي) صعودًا وهبوطًا للتنبؤ بالنظام الجيوديناميكي للكواكب الخارجية ذات بارامترات معينة. توصلت دراستا تحجيم خاصة بحجم الكواكب الخارجية نُشرت في عام 2007 إلى استنتاجات مختلفة بشكل جوهري: أظهر أونيل ولينارديك (2007)<ref name="O'Neill_Lenardic" /> أن الكوكب المساوي في كتلته لكتلة الأرض سيتمتع بإجهاد خضوع للغلاف الصخري شبيه لنظيره على الأرض، لكنه سيقلل من الضغوطات الفعالة للوشاح، ما يؤدي إلى نظام غطاء ساكن. وعلى العكس، فقد استنتج فالنسيا وآخرون (2007)<ref name="Valencia_etal" /> أنّ الزيادة في سرعة الوشاح (القوة الفعالة) كبيرة بالمقارنة مع زيادة لزوجة الصفائح المدفوعة بالقوى التثاقلية عندما تتجاوز كتلة الكوكب كتلة الأرض، ما يزيد احتمالية الصفائح التكتونية بزيادة حجم الكوكب.

== مراجع ==
{{مراجع|2}}
{{شريط بوابات|علم الفلك}}

[[تصنيف:جيوديناميكيا]]
[[تصنيف:علم الكواكب خارج المجموعة الشمسية]]