دوشنبه 2 اسد|مرداد 1396 برابر با 24 جولای 2017

کشف اتموسفیر دور سیار‌ه‌یی شبیه زمین؛ گامی به سوی کشف حیات



 26 حمل|فروردین 1396

یونس بخشی اخترشناس  

تصویر هنری از سیارۀ  GJ 1132bبه دور یک ستارۀ کوتولۀ سرخ در فاصلۀ 39 سال نوری از زمین.

برای این که در سطح یک سیاره حیات به وجود بیاید، وجود اتموسفیر یا پوششی از گازهای مختلف به دور آن سیاره پیش‌شرط اساسی شمرده می‌شود. البته با توجه به شناختی که ما از حیات داریم، ترکیب گاز‌ها در اتموسفیر یک سیارۀ قابل زیست نیز مهم است. به گونۀ مثال، در اوایل شکل‌گیری حیات، اتموسفیر زمین اساسأ از گازهای کاربن‌دای‌اکساید، متان، آمونیاک و آب تشکیل شده بود. یعنی موجودات زندۀ امروزی، امکان زنده‌ماندن در آن زمان را نداشتند، اما در تاریخ تکامل زمین حدود 2.3 میلیارد سال قبل، یک دوره به نام رویداد عظیم اکسیجن رخ داد که ترکیب گازهای اتموسفیر زمین را به نفع ما تغییر داد.

عامل این تغییر سیانو باکتری، نوعی باکتری‌ بود. سیانو باکتری‌ها که به نام جلبک‌های فیروزه‌یی نیز یاد می‌شوند با جذب نور، در درون آب و به دون نیاز به هوا، زنده‌گی می‌کنند. حالا اتموسفیر زمین بیشتر از گازهای نایتروجن و اکسیجن ترکیب‌شده و شرایط مناسبی را برای همه موجودات زنده در زمین فراهم کرده است. از سوی دیگر اتموسفیر مناسب به دور یک سیاره، سپر خوبی برای محافظت موجودات زنده در برابر تابش‌های پرانرژی و کشندۀ ستارۀ مادر است.

بادهای پرانرژی که از سطح یک ستارۀ کوتولۀ سرخ بلند می‌شود، می‌تواند اتموسفیر سیارات نزدیک خود را به فضا پخش کرده و شرایط خشنی را در سیاره ایجاد کند.

از سال 1995 به این‌سو توانسته‌ایم صدها سیارۀ مناسب برای رشد حیات را در کمربند حیات - فاصله مناسب یک سیاره از ستارۀ مادر که می‌تواند آب داشته باشد- دیگر ستاره‌ها کشف کنیم. تلسکوپ فضاییِ کیپلر که به شکارچی سیارات شهرت دارد، هر چند روز بعد، سیارات جدیدی را به دور دیگر ستاره‌ها کشف می‌کند. با افزایش شمار سیارات کشف‌شده، اخترشناسان سیاراتی را که بیشترین پیش‌شرط‌های لازم برای شکل‌گیری حیات را دارند، در یک فهرست جدید نوشتند تا در مرحلۀ بعد، بیشتر روی همان سیارات دقت شود.

اما برای این که بتوانیم از وجود حیات در سطح یک سیاره با خبر شویم، باید ترکیبات اتموسفیری همان سیاره را بدانیم، یعنی بتوانیم گازهایی را در اتموسفیر یک سیاره کشف کنیم که توسط موجودات زنده تولید می‌شوند.

از سال‌های 1960 به این‌سو تصور اخترشناسان بر این بود که زنده‌گی در دیگر سیارات هم بر اساس همان کیمیاگری‌یی که در زمین رخ داده وجود دارد. حیات در سیارۀ ما بر محور کاربن شکل گرفته و به حیات کاربنی مشهور است. کاربن تنها اتمی‌ست که می‌تواند با اکثر اتم‌هایی چون اکسیجن، هایدروجن، نایتروجن، آهن و... تعامل کند. کاربن با قرارگرفتن در مرکز یک زنجیرۀ اتمی یک مولکول پیچیده به نامDNA می‌سازد که حاوی دستورات ژنتیکی برای رشد، فعالیت، تولید مثل و همه فعالیت‌های تمام موجودات زنده- تک سلولی و چند سلولی- در سیارۀ زمین است.

در این تصویر هنری ستارۀ کوتولۀ سرخ و سیارۀ آن با زمین و خورشید ما مقایسه شده است.

حالا اخترشناسان تلاش دارند برای کشف حیات در سیاره‌یی دیگر، ترکیب گازهای اتموسفیر همان سیاره را بشناسند. اما چه‌طور می‌توانیم ترکیبات اتموسفیری سیاره‌یی که نور از خود ندارد و مستقیماً دیده نمی‌شود را بدانیم؟ هرچند در نگاه اول این کار خیلی دشوار و حتا ناممکن به نظر می‌آید، ولی خاصیت نور طوری است که می‌تواند یافتن نشانه‌های حیات در سطح سیارات در اطراف دیگر ستاره‌ها در فاصلۀ صدها یا هزاران سال نوری را برای ما سهل و آسان کند. نور یک ستاره وقتی از اتموسفیر یک سیاره عبور می‌کند و به فضا پخش می‌شود، ترکیبات اتموسفیری همان سیاره را با خود انتقال می‌دهد؛ به زبان ساده، هر عنصر کیمیاوی یک رد کوچکی از خود در طیف نور یک ستاره به جا می‌گذارد و ما با بررسی خطوط تاریکی که در طیف نور همان ستاره به وجود آمده، می‌دانیم چه عناصری در اتموسفیر سیارۀ این ستاره وجود دارد. در حال حاضر این تنها روش موثر برای جست‌وجوی حیات در سطح دیگر سیارات در اطراف ستاره‌ها در کهکشان راه شیری به شمار می‌آید. با این روش سعی داریم رد پای اکسیجن و متان را در اتموسفیر دیگر سیارات کشف کنیم.

تا چندی پیش توانایی‌های ما فقط برای بررسی سیارات بزرگ گازی به اندازۀ سیارۀ مشتری کافی بود و نمی‌توانستیم اتموسفیر سیارات سنگیِ بزرگ‌تر از زمین یا به اندازۀ زمین را بررسی کنیم. حالا که از مرحلۀ کشف سیارات شبیه زمین به مرحلۀ بررسی اتموسفیر این سیارات رسیده‌ایم، به تازه‌گی اخترشناسان توانستند اتموسفیر یک سیارۀ بزرگ‌تر از زمین به نام «GJ 1132b» را کشف کنند. این سیاره به دور یک ستارۀ کوتولۀ سرخ به نام «GJ 1132» در صورت فلکی بادبان در نیم کرۀ جنوبی قرار دارد و 39 سال نوری از ما دور است. این منظومه مدت‌ها زیر نظر چشمان تیزبین گروهی از اخترشناسان در دانشگاه کیلی در انگلستان قرار داشت. برای ادامه تلاش، این تیم دست به دامان چندین گروه از اخترشناسان دیگر در دانشگاه ماکس پلانک آمریکا و دانشگاه تورورگیتا در ایتالیا شدند تا بتوانند با طیف سنجی نور ستارۀ مادر، در طول موج‌های مختلف ترکیبات کیمیاوی اتموسفیر سیارۀ مورد نظر را مشخص کنند.

تصویر چهارم

این سیاره که اندکی بزرگ‌تر از زمین ماست، جرمی به اندازۀ یک‌ونیم برابر زمین دارد. به این معنی که جاذبه در سطح این سیاره قوی‌تر از جاذبه در سطح زمین است. بنابرین هر گونه موجود زنده در این سیاره شبیه فیل، کرگدن یا حتا بزرگ‌تر از آن با پاهای کوتاه اند. اما داده‌ها به حدی نیستند که بتوانیم با دقت شباهت این سیاره را با زمین مشخص کنیم؛ شاید سیاره‌یی باشد با اقیانوس‌هایی از آب، اما اتموسفیری مملو از بخار داغ گازها. در مقاله‌های پیشین گفته‌ایم، کوتوله‌های سرخ پر جمعیت‌ترین ستاره‌ها در کیهان اند و سطح بالایی از فعالیت‌ها در دل این ستاره‌های کوچک جریان دارد. بعضی از این فعالیت‌ها- شعله‌ها و بادهای پر از ذرات شارژدار- به ساده‌گی اتموسفیر سیارات نزدیک به خود این ستاره‌ها را به فضا پف می‌کنند و با لخت و عریان‌کردن آن سیاره، هر گونه شانس برای رشد حیات را به صفر برابر می‌سازند. اما کشف اتموسفیر به دور یکی از سیارات «GJ 1132b» این ستاره، خلاف این ادعا را ثابت کرده است. از آن جایی که کوتوله‌های سرخ عمر بسیار طولانی دارند، سیارات این چنین ستاره‌ها نیز فرصت بسیار طولانی برای شکل‌گیری و تکامل حیات را فراهم می‌کنند. پس اگر سیاره‌یی می‌تواند اتموسفیر خود را در برابر بادهای یک ستارۀ کوتولۀ سرخ حفظ کند، به این معنی که پیش‌شرط اساسی برای شکل‌گیری حیات در کیهان یک امر معمول و طبیعی است.

تلسکوپ فضایی جیمز ویب توانایی رصد اجرام فضایی در طول موج‌های مختلف الکترومغناطیس را دارد و مطالعۀ اتموسفیر چندین سیاره که می‌تواند میزبان حیات باشد، یکی از اولویت‌های این تلسکوپ فضایی است. (تصویر چهارم)

حالا سیارۀ «GJ 1132b» در صدر فهرست فعالیت‌های تلسکوپ فضایی هابل و تلسکوپ بسیار بزرگ ایسا - آژانس فضایی اروپا- قرار دارد. با پرتاب تلسکوپ فضایی جیمز ویب در سال 2018، که ده‌ها بار قوی‌تر از هابل و دیگر تلسکوپ‌های فضایی است، می‌توانیم به راحتی ترکیبات اتموسفیری این سیاره و ده‌ها سیارۀ دیگر به دور دیگر ستاره‌ها را با جزییات تشخیص دهیم. در کمتر از ده سال از زمان پرتاب تلسکوپ فضایی کیپلر در سال 2009 توانایی‌های فنی و روش‌های آزمایشگاهی ما برای جست‌وجو و کشف هرچه بهتر حیات در کیهان دگرگون شده و همه می‌دانند که شکل‌گیری حیات در این جهان، امری طبیعی و پیش پا افتاده است و دیری نخواهد گذشت که اولین نشانه‌های حیات در سطح یک سیاره دیگر آشکار خواهد شد. امیدواریم سیاراتی را کشف کنیم که میزبان موجودات هوشمندی مانند انسان باشند و چه بهتر که این موجودات به مرحله‌یی از تکامل تکنولوژی برای برقراری ارتباطات فضایی رسیده باشند؛ زیرا ما در جست‌وجوی یافتن حیات میکروبی و ابتدایی در فضا نیستیم.