روش جدید دانشمندان، جستجوی نشانه های حیات در سیارات را آسان‌تر می‌کند

جستجوی نشانه های حیات در سیارات دور ، قرار است شکلی تازه‌ و آسان‌تر به خود بگیرد. دانشمندان با تعریف رویکردی جدید، جهت کشف فرازمینی‌ها در سیارات دوردست تلاش می‌کنند.

زمانی که صحبت از جستجوی نشانه های حیات در سیارات دور و جهان‌های ناشناخته به میان می‌آید، دانشمندان همواره تلاش می‌کنند که ساده‌ترین راهکار موجود را مورد توجه قرار دهند. از آنجا که دانش امروزی ما از شرایط شکل‌گیری حیات، شباهت ویژه‌ای به شرایط موجود در زمین دارد، طبیعی است که جستجوی نشانه های حیات در سیارات دور را نیز با همین گزینه‌ها مطابقت دهیم. این موارد شامل قرارگیری سیاره مذکور در منطقه قابل سکونت، داشتن اتمسفر پایدار و از همه مهم‌تر، دارا بودن «آب مایع» است.

تا به امروز، دانشمندان به روش‌هایی برای تشخیص بخار آب در اتمسفر سیارات دور دست یافته‌اند که تمامی آنان شامل مراحلی سخت و دشوارند. اما به لطف مطالعه جدیدی که توسط «یوکا فوجی» (Yuka Fujii) به رهبری یکی از اعضای مؤسسه گودارد برای مطالعات فضایی (Goddard Institute for Space Studies) انجام گرفته، احتمالا جستجوی نشانه های حیات در سیارات دور شکل تازه‌ای را به خود خواهد گرفت. این گروه از دانشمندان، یک مدل ۳ بعدی جدید را ارائه کرده‌اند که توجه ویژه‌ای بر الگوهای چرخشی آب و هوا در سیارات فرازمینی دارد. در نتیجه این مطالعه، دانشمندان دریافتند که وجود سیارات سکونت‌پذیر، بسیار بیشتر از آن است که تصور می‌کنیم!

به بیان ساده‌تر، آب مایع یکی از اصلی‌ترین موارد لازم برای شکل‌گیری حیات است که باید آن را در جستجوی نشانه های حیات در سیارات دور مورد توجه قرار دهیم. اگر به علت مناسب نبودن شرایط آب و هوا در یک سیاره فرازمینی، آب مایع به مدت میلیاردها سال در آن جریان نداشته باشد، در این صورت هیچ نشانه‌ای از حیات و تکامل موجودات زنده در آن وجود نخواهد داشت. اگر این سیاره از ستاره خود دور باشد، آب مایع منجمد می‌شود و در صورتی که فاصله آن از ستاره مادر بسیار کم باشد، آب مایع از سطح آن تبخیر شده و به فضا خواهد رفت. یوکا فوجی و سایر اعضای حاضر در این گروه تحقیقاتی اظهار کردند:

در گذشته، شواهد وجود آب در اتمسفر بسیاری از سیارات فرازمینی به اثبات رسیده است. غول‌های گازی فراخورشیدی (مانند سیاره مشتری)، این نشانه‌ها را به شکل قوی‌تری در اتمسفر خود دارند. اما شرایط در مورد سیارات سنگی کوچک‌تر، تا حد بسیاری متفاوت است و عوامل آن را می‌توان به شعاع سیاره‌ای کوچک، دمای پایین و وزن مولکولی بالاتر نسبت داد.

مطالعات قبلی برای جستجوی نشانه های حیات در سیارات دور ، به مدل‌های یک بعدی بسنده می‌کردند. این مدل‌ها، شامل اندازه‌گیری میزان هیدروژن بود؛ زیرا با شکسته شدن بخار آب در لایه استراتوسفر، عناصر اکسیژن و هیدروژن آزاد می‌شوند. با اندازه‌گیری نرخ هیدروژن تلف شده در فضا، دانشمندان مقدار آب موجود در سطح این سیاره را تشخیص می‌دادند.

همانطور که دکتر فوجی و همکارانش توضیح می‌دهند، چنین مدل‌هایی بر چند فرضیه استوار هستند که چندان نمی‌توان آنان را به اثبات رساند. از جمله این فرضیات می‌توان به انتقال گرما، بخار آب و اثرات ابرها اشاره کرد. اساسا، مدل‌های قبلی پیش‌بینی می‌کردند که برای رسیدن بخار آب به استراتوسفر، لازم است که حداقل دمای این سیارات ۶۶ درجه سانتی‌گراد باشد.

این حرارت‌ها، موجب ایجاد طوفان‌هایی بسیار قوی در سطح سیاره می‌شود. با این حال، وجود این طوفان‌ها لزوما نمی‌تواند بیانگر رسیدن آب به استراتوسفر باشد. سیاره‌هایی که در فاصله نزدیک به ستارگان اصلی خود حرکت می‌کنند، دارای نرخ گردشی کمتری هستند و در اغلب موارد، با ستاره‌های خود در حالت قفل گرانشی قرار دارند. به همین سبب، روی دادن پدیده طوفان‌های بسیار شدید در آنان، امری بعید به نظر می‌رسد.

این پدیده، اغلب در مورد سیارات سنگی در اطراف ستارگان کم‌جرم، سرد و نوع M (کوتوله قرمز) اتفاق می‌افتد. در اینگونه موارد، نفوذ گرانشی ستاره مادر بر این دسته از سیارات، باعث متوقف شدن گردش آنان می‌شود. با وقوع این رویداد، ابرهای ضخیم در قسمت روشن این سیارات شکل گرفته و از سطح این سیاره در برابر تابش بیش از اندازه محافظت می‌کند.

با وجود آنکه شکل گرفتن این دسته از ابرها، از تبخیر آب مایع در سطح این سیارات جلوگیری می‌کند، اما تابش اشعه مادون قرمز به تنهایی می‌تواند حرارت کافی برای قرار دادن سیاره در حالت گلخانه‌ای مرطوب را تامین کند. این پدیده در مورد سیارات نوع M و دیگر ستاره‌های کوتوله سرد به طور کامل صدق می‌کند. تابش‌های مادون قرمز توسط این دسته از ستاره‌ها، موجب گرم شدن ابرها شده و تبخیر آب به سمت استراتوسفر را تقویت می‌کند.

دکتر یوکا فوجی و سایر اعضای این تیم تحقیقاتی به منظور مطالعه این پدیده، مدلی ۳ بعدی مبتنی بر مواردی همچون تغییرات جوی و ناهمگونی‌های آب و هوایی را ارائه کردند. در این آزمایش، دانشمندان یک سیاره با اتمسفری مشابه به زمین را مدنظر قرار دادند که از اقیانوس‌های آبی پوشانده شده بود. این به دانشمندان اجازه می‌داد که تاثیرات انواع مختلفی از ستارگان بر سطح سیارات موجود در فواصل گوناگون را به وضوح ببینند. دکتر فوجی در جریان یک کنفرانس مطبوعاتی در ناسا توضیح داد:

یا استفاده از یک مدل که شرایط واقعی اتمسفر یک سیاره را نشان می‌دهد، ما به فرآیندهای جدیدی دست یافتیم که در سکونت‌پذیری یک سیاره فرازمینی نقش عمده‌ای دارند. ما متوجه شدیم که نوع تابش یک ستاره می‌تواند تاثیر چشم‌گیری بر قرار دادن یک سیاره در حالت گلخانه‌ای مرطوب داشته باشد.

در نهایت، مدل ارائه شده توسط این تیم تحقیقاتی نشان داد که این دسته از ستاره‌های کم‌جرم، نور خود را در سطوح مادون قرمز منتشر می‌کنند و همین امر موجب قرار دادن سیارات نزدیک به آن، در فاز گلخانه‌ای مرطوب می‌گردد. شرایط در چنین سیاراتی، بسیار مشابه با الگوهای آب و هوایی حاکم بر زمین است. به همین دلیل وضعیت آب و هوای این سیارات، با آنکه به ستاره مادر نزدیک هستند، گرم و مرطوب خواهد بود.

علاوه بر این، مدل مذکور نشان داد که فرآیند‌های حاصل از تابش‌های ماورای بنفش در این سیاره‌ها، رطوبت در استراتوسفر را به تدریج افزایش می‌دهد. این بدان معناست که سیاراتی که در نزدیکی ستاره‌های خود گردش می‌کنند، لزوما غیر قابل سکونت نیستند؛ در عوض شاید از شرایط بسیار مناسبی برای حیات برخوردار باشند. این رویکرد جدید به ستاره‌شناسان کمک می‌کند که با شبیه‌سازی دقیق و واقع‌گرایانه وضعیت اتمسفر سیارات کشف شده، الگوهای آب و هوایی آن را بررسی کنند؛

کاری که انجام آن با استفاده از مدل‌های یک بعدی غیرممکن بود.

در آینده، این تیم قصد دارد که جستجوی نشانه های حیات در سیارات دور را با بررسی وضعیت سطحی این سیارات ادامه دهد؛ زیرا عواملی همچون گرانش، اندازه، ترکیبات جوی و … تاثیر ویژه‌ای بر سکونت‌پذیری آن دارد. این مدل ۳ بعدی، الگوهای مربوط به چرخه آب و هوا را مدنظر قرار داده و امکان حیات‌پذیری یک سیاره دوردست را با دقت بیشتری مورد بررسی قرار می‌دهد. دانشمندان در این باره اذعان داشته‌اند:

با تشخیص دادن میزان دمای یک ستاره، می‌توان از حیات‌پذیری سیارات نزدیک به آن اطلاع پیدا کرد. تکنولوژی فعلی محدودیت‌های بسیاری را تشخیص مقدار بخار آب در اتمسفر سیارات فراخورشیدی به همراه دارد. اما اگر مقادیر کافی از آب در اتمسفر این سیارات کشف شود، مطمئنا می‌توان گفت که سیاره مذکور در حالت گلخانه‌ای قرار دارد.

این مطالعه، علاوه بر ارائه یک روش کارآمد برای تشخیص سکونت‌پذیری سیارات فرازمینی، امکان وجود حیات در حوالی ستاره‌های نوع M را نیز مدنظر قرار می‌دهد. ستاره‌هایی با جرم و دمای بسیار کم، تقریبا ۷۵ درصد از ستاره‌های موجود در کهکشان راه شیری را تشکیل می‌دهند. کسب اطلاع از سکونت‌پذیری بالقوه این سیارات، می‌تواند خبر بسیار خوبی برای علاقه‌مندان به دنیای علم و نجوم باشد.

علاوه بر این، مطالعه مذکور اطلاعاتی بر خلاف برآوردهای پیشین را ارائه می‌کند. تا قبل از این، تصورات بر این بود که امکان شکل‌گیری حیات در مدار ستاره‌های نوع M وجود ندارد. اما با ارائه این مقاله جدید، محققان دریافتند که احتمالا بسیاری از سیارات سنگی در نزدیکی زمین، از شرایط بسیار مناسبی برای توسعه حیات برخودارند. پیش‌تر گفته می‌شد که ستاره‌های کوتوله قرمز، شراره‌های بسیاری را از خود منتشر می‌کنند که اتمسفر سیارات موجود در مدار خود را از بین می‌برند.

این مطالعه، یافته‌های اخیر ما از سیستم ۷ سیاره‌ای تراپیست-۱ (TRAPPIST-1) و همچنین سیاره پروکسیما بی (Proxima b) در منظومه پروکسیما قنطروس را نیز شامل می‌شود. تعداد عظیمی از سیارات مشابه زمین در اطراف ستاره‌های نوع M وجود دارند که با استناد بر یافته‌های اخیر این تیم تحقیقاتی، می‌توان گفت که جهان‌های قابل سکونت در نزدیک‌ترین فاصله‌ با زمین قرار گرفته‌اند.

 آرش صابری