تا به امروز، ۴۸۸۴ سیاره فراخورشیدی در ۳۶۵۹ منظومه تایید شده است و ستاره شناسان به اطلاعات بسیار جالبی در مورد سیارات سنگی رسیده اند. جالب اینجاست که بیشتر این سیارات کشف شده چندین برابر زمین جرم و اندازه داشته اند. آیا حلقه‌های منظومه شمسی اولیه از تبدیل شدن سیاره ما به یک ابرزمین جلوگیری کردند؟
از آنجایی که زمین سنگی و تنها سیاره شناخته شده ای است که در آن حیات می تواند وجود داشته باشد، ستاره شناسان در مورد این نوع خاص از سیاره کنجکاوتر هستند. از ۱۷۰۲ سیاره سنگی تایید شده تا به امروز، ۱۵۱۶ عدد از آن ها یک “ابر زمین” و تنها ۱۸۶ سیاره از نظر اندازه و جرم مشابه زمین بوده اند.
این تعداد یک سؤال را مطرح می‌کند؛ آیا زمین یک مکان منحصر به فرد است یا هنوز اطلاعات کافی برای تعیین میزان رایج بودن سیارات مانند زمین نداریم. بر اساس تحقیقات جدید یک تیم بین المللی به رهبری دانشگاه رایس، تمام این اطلاعات ممکن است به حلقه های پیش سیاره ای از غبار و گاز در منظومه شمسی اولیه مربوط باشد و شاید بتوان گفت که حلقه‌های منظومه شمسی اولیه از تبدیل شدن سیاره ما به یک ابرزمین جلوگیری کردند.
معماری منظومه شمسی
بر اساس پذیرفته‌شده‌ترین نظریه‌های شکل‌گیری سیاره‌ها (فرضیه سحابی)، منظومه‌های خورشیدی به صورت ابرهایی از غبار و گاز شروع متولد می شوند. با گذشت زمان، این ابر شروع به چرخش و ادغام می کند تا جایی که در مرکز دچار فروپاشی گرانشی ایجاد شده و خورشیدی جدید به دنیا می آید.
مواد سحابی باقی‌مانده به دلیل تکانه زاویه‌ای ستاره در حلقه‌های در حال چرخش قرار می‌گیرند که به آرامی جمع شده و سیاره‌ها را تشکیل می‌دهند. این حلقه ها معمولاً ساختارهای شکاف مانندی در خود دارند که به شدت بر مدار سیارات آینده تأثیر می گذارد و این حلقه‌های منظومه شمسی اولیه از تبدیل شدن سیاره ما به یک ابرزمین جلوگیری کردند.
با توجه به مدل‌های ارزشمند شکل‌گیری سیاره‌ها، دیسک‌های پیش سیاره‌ای بر حسب فاصله از ستاره، چگالی کمتری پیدا می‌کنند. با این حال، شبیه‌سازی‌های کامپیوتری نشان داده‌اند که بعید است سیارات در یک قرص صاف تشکیل شوند.
برآمدگی های فشار
هنگامی که ذرات گرد و غبار سریعتر از گاز اطراف خود حرکت می کنند، یک “باد مخالف” را انتخاب و در نتیجه خیلی سریع به سمت ستاره حرکت می کنند. در برآمدگی های فشار، فشار گاز افزایش می‌یابد و مولکول‌های گاز سریعتر حرکت کنند در حالی که ذرات جامد کند شده و به آن ها اجازه تجمع می‌دهد.
چنین برآمدگی هایی در دیسک های پیش سیاره ای توسط ستاره شناسان با استفاده از آرایه میلی متری/زیر میلی متری بزرگ آتاکاما (ALMA) در سال ۲۰۱۳ مشاهده شد.
مدل شبیه سازی شده این تیم شامل تشکیل سه برآمدگی پرفشار در داخل قرص پیش سیاره ای خورشید جوان بود که در آن ذرات در حال سقوط به سمت خورشید، مقادیر زیادی گاز تبخیر شده را آزاد می کردند. این مدل فقط تابعی از فاصله از ستاره است زیرا با نزدیک‌تر شدن به ستاره دما در حال افزایش است.
در هر صورت، سه برجستگی فشار در شبیه‌سازی‌ها با خطوط تصعید سیلیکات، خطی که در آن آب و مونوکسید کربن به بخار تبدیل می‌شوند، همزمان بود. حلقه سیلیکات که نزدیک‌ترین حلقه به خورشید است، جایی است که عطارد، زهره، زمین و مریخ تشکیل می‌شوند. حلقه میانی در “خط برفی” بین مریخ و مشتری ظاهر شد، در حالی که دورترین حلقه با کمربند کویپر منطبق بود.
این شبیه سازی به طور موثر نشان داد که چگونه غبار در دیسک های پیش سیاره ای هنگام سرد شدن و حرکت خطوط تصعید آنها به سمت خورشید، جمع می شود. با گذشت زمان، این امر باعث پیدایش سیاره‌های کوچکی شده که با هم جمع می شوند و سیارات را تشکیل می‌دهند.
در مطالعات قبلی، ستاره شناسان فرض می کردند که اگر غبار به اندازه کافی متمرکز باشد، سیاره های کوچک می توانند تشکیل شوند اما مکانیسم شناخته شده ای برای توضیح چگونگی تجمع غبار وجود نداشت.
این مدل نشان می دهد که برجستگی‌های فشاری می‌توانند گرد و غبار را متمرکز و برجستگی‌های فشار متحرک می‌توانند به‌عنوان کارخانه‌های کوچک سیاره‌ای عمل کنند. شبیه‌سازی‌های این تیم نشان داد که حلقه میانی می‌تواند با جلوگیری از ورود مواد منظومه شمسی بیرونی به منظومه داخلی، دوگانگی شیمیایی را توضیح دهد.
در سال‌های آینده، تلسکوپ‌های نسل بعدی مانند جیمز وب به سرشماری سیارات فراخورشیدی و حل معمای زمین در مقابل ابر زمین‌ها کمک خواهند کرد. در حال حاضر، وجود تعداد بیشتر ابر زمین‌ها در فهرست سیارات فراخورشیدی را می‌توان به این واقعیت نسبت داد که سیارات پرجرم‌تر با استفاده از روش‌های مؤثر معروف (فوتومتری عبوری و روش سرعت شعاعی) راحت‌تر شناسایی می‌شوند.
پیش‌بینی می‌شود که در آینده نزدیک، بسیاری از سیارات سنگی کوچک‌تر با استفاده از تصویربرداری مستقیم شناسایی خواهند شد. این می‌تواند به شدت نسبت سیاره های تایید شده به ابرزمین‌ها را تغییر دهد.
