ما ساکنان زمین در کیهان تنهاییم؟

به گزارش مجله خبری نگار، چندروز پیش ناسا از علاقه‌مندان به علوم فضایی درخواست کرد که برای ردیابی سیارات خارج از منظومه شمسی (سیارات فراخورشیدی) به این سازمان کمک کنند. این فراخوان، بخشی از برنامه تماشای سیارات فراخورشیدی (Exoplanet Watch) است که حدود پنج سال پیش، پایه‌گذاری شد با این هدف که تجربه انجام یک فعالیت علمی و کشف جهان اطراف برای همه میسر شود و از طرف دیگر، ناسا در پیشبرد اهدافش دست‌تنها نباشد.

علاقه‌مندان به فضا و منجم‌های آماتور که به تلسکوپ دسترسی دارند، ازطریق برنامه تماشای سیارات فراخورشیدی یاد می‌گیرند که یک سیاره فراخورشیدی درحال عبور را شناسایی کنند و کسانی که تلسکوپ ندارند، به‌کمک نرم‌افزار‌های مرتبط با این حوزه دست‌به‌کار تحلیل و مطالعه داده‌هایی خواهندشد که ازطریق مشاهدات ۱۰ ساله سیارات فراخورشیدی جمع‌آوری‌شده‌است.

مرتب‌سازی داده‌ها توسط داوطلبان، باعث صرفه‌جویی در زمان محاسبات و پردازش داده‌ها می‌شود و به دانشمندان کمک می‌کند تا قبل از مطالعه سیارات فراخورشیدی با تلسکوپ‌های بزرگ و حساسی مانند «جیمزوب»، احتمال وجود یک ستاره خاص را پیش‌بینی کنند. تا الان بیش از پنج هزار سیاره فراخورشیدی، تأیید شده‌است و دانشمندان معتقدند احتمالا صد‌ها میلیارد سیاره کشف‌نشده دیگر در جهان وجود دارد.

در پرونده امروز به‌بهانه فراخوان ناسا، سعی داریم با سیارات فراخورشیدی آشنا شویم و نظر دانشمندان را درباره احتمال وجود حیات در دیگر کهکشان‌ها مرور کنیم.

در جست‌وجوی جا‌هایی قابل سکونت‌تر از زمین

چرا سازمان‌های فضایی با به‌کارگرفتن تلسکوپ‌ها و رصدخانه‌های پیشرفته و صرف میلیارد‌ها دلار هزینه، آن بالا دنبال سیارات فراخورشیدی می‌گردند؟

تا سال ۱۹۲۳، هیچ‌کس تردید نداشت که جهان هستی محدود می‌شود به کهکشان راه شیری. راه شیری، آن‌قدر بزرگ و شلوغ و مرموز بود که این تصور را تأیید کند، اما «ادوین هابل»، اخترشناس آمریکایی، پنجره تازه‌ای به شناخت هستی گشود. او ثابت کرد که «آندرومدا» خلاف باور رایج، جزئی از کهکشان راه شیری نیست بلکه کهکشانی مستقل است و میلیون‌ها سال نوری از راه شیری فاصله دارد. این خبر تازه، فضای بالای سر ما را بزرگ‌تر از چیزی کرد که تا آن موقع فرض می‌شد. ما حالا می‌دانیم آندرومدا بزرگ‌ترین کهکشان از گروه کهکشانی محلی است که راه شیری، سه‌تکه، آندرومدا و ۳۰ کهکشان کوچک‌تر را شامل می‌شود.

همچنین می‌دانیم تعداد ستارگان موجود در کهکشان آندرومدا ۱۰ به‌توان ۱۲ تخمین زده می‌شود؛ یعنی دوبرابر ستارگان تخمین‌زده‌شده برای کهکشان راه شیری. دانشمندان، قطر جهان قابل‌مشاهده را حدود ۹۳میلیارد سال نوری تخمین می‌زنند و می‌گویند که کهکشان ما یکی از صد‌ها میلیارد کهکشان موجود در کیهان است. پی بردن به عظمت کیهان باعث شد دانشمندان درباره تنها بودن بشر در این جهان بی‌انت‌ها دچار تردید شوند و در جست‌وجوی نشانه‌های حیات، جایی بیرون از زمین کوچک ما باشند. سازمان‌های فضایی، با به‌کارگرفتن تلسکوپ‌ها و رصدخانه‌های پیشرفته و صرف میلیارد‌ها دلار هزینه، آن بالا دنبال سیارات فراخورشیدی می‌گردند تا هم دانش‌شان را از الگوی شکل‌گیری سیارات و قمر‌ها افزایش بدهند و هم ردپای حیات را خارج از جو زمین پیگیری کنند.

چند سیاره بالقوه قابل سکونت وجود دارد؟

خب حالا که می‌دانیم ناسا در سیارات فراخورشیدی دنبال چه می‌گردد، وقتش رسیده که بفهمیم سیاره فراخورشیدی چیست. سیارات فراخورشیدی، سیاره‌هایی هستند که بیرون از منظومه شمسی به‌دور یک ستاره، غیر از خورشید، درحال گردش‌اند. ستاره‌شناسان، فراخورشیدی‌ها را به چند گروه تقسیم می‌کنند؛ سیارات فراخورشیدی زمین‌سان، سیارات خورشیدی بزرگ‌تر از مشتری، غول‌های گازی، سیارات فراخورشیدی سنگی هم‌اندازه زمین، غول‌های سنگی، سیارات خورشیدی بزرگ‌تر از زمین، سیارات خورشیدی نپتون‌سان کوچک و سیارات فراخورشیدی کوتوله گازی. دانشمندان امیدوارند که نه‌تن‌ها امکان حیات را در آن‌ها بیابند بلکه معتقدند پیدا کردن خانه دوم انسان در سیارات فراخورشیدی هم اتفاق بعیدی نیست. محاسبات نظری نشان می‌دهد که حدود ۳۰۰میلیون سیاره بالقوه قابل سکونت در کهکشان راه شیری و چندین سیاره قابل سکونت در فاصله ۳۰سال نوری از زمین وجود دارند که همسایگان کهکشانی ما به‌شمار می‌روند بنابراین نباید دست از جست‌وجو برداشت. خب منظور از قابلیت سکونت چیست؟

آیا جایی قابل سکونت‌تر از زمین ما پیدا می‌شود؟

وقتی از قابلیت سکونت حرف می‌زنیم، منظور این است که یک سیاره سنگی در منطقه مداری راست اطراف ستاره خود قرار دارد و درجه حرارت آن به اندازه‌ای ​​است که آب مایع بدون یخ زدن یا جوشیدن در سطح آن وجود داشته‌باشد. محققان می‌گویند، تعدادی از سیاره‌های فراخورشیدی کشف‌شده، نه تنها قابل سکونت اند بلکه بالقوه قابل سکونت‌تر از زمین هستند، اما چطور؟

یکی از عواملی که سیاره را قابل سکونت‌تر می‌کند، خورشیدِ آن است. یعنی مداری به‌دور ستاره‌ای از نوع G مانند خورشید ما در آن وجود داشته‌باشد، اما خب چنین ستاره‌هایی عمر چندان بلندی ندارند؛ بین ۸ تا ۱۰ میلیارد سال که نسبت به مدت زمان تکامل حیات روی کره زمین، واقعا زیاد محسوب نمی‌شود. پس محققان به‌دنبال ستاره‌های کوتوله از نوع K می‌گردند که از خورشید خنک‌ترند، جرم کمتری دارند و طول عمرشان تا ۷۰ میلیارد سال است. اندازه و جرم سیاره هم در قابلیت سکونتش تأثیر می‌گذارد.

محققان می‌گویند اگر یک سیاره ۱۰درصد بزرگ‌تر از زمین و جرم آن یک‌ونیم برابر سیاره ما باشد، سطح بیشتری برای زندگی در آن وجود خواهدداشت، مدت بیشتری فعال می‌ماند و زمان بیشتری اتمسفر خود را نگه خواهدداشت. این سیاره کافی است که تنها ۵ درجه گرم‌تر از زمین باشد و آب بیشتری هم داشته‌باشد تا در بیشتر قسمت‌های خود از تنوع زیستی یک جنگل بارانی برخوردار باشد. از آن‌جایی‌که سیارات کشف‌نشده بسیاری وجود دارد، به‌نظر می‌رسد صرف زمان و هزینه فراوان به امید یافتن حیات در آن‌ها ارزشش را داشته‌باشد. دست‌کم ناسا و سازمان‌های فضایی دیگر که این‌طور فکر می‌کنند.

چندوچون شکار فراخورشیدی‌ها

دانشمندان از چه روش‌هایی برای ردیابی سیارات فراخورشیدی استفاده می‌کنند؟

حالا وقتش رسیده که بفهمیم سیاره‌های فراخورشیدی چطور ردیابی می‌شوند. برای فهمیدن رایج‌ترین روش کشف آن‌ها، خورشیدگرفتگی، بهترین مثال است. وقتی ماه، مستقیم از جلوی خورشید می‌گذرد و جلوی نورِ رسیده از آن به ما را می‌گیرد، خورشیدگرفتگی رخ می‌دهد. حالا اگر بخواهیم این پدیده را به‌طور کلی تعریف کنیم، چه می‌گوییم؟ وقتی سیاره‌ای بین یک ناظر و ستاره‌ای که به‌دور آن می‌چرخد، قرار بگیرد، جلوی قسمتی از نورِ رسیده از ستاره را می‌گیرد و روشنایی آن کاهش پیدا می‌کند. این تغییر کوچک در نورِ رسیده از ستاره، نشانه‌ای است از حضور یک سیاره (در این‌جا منظور سیاره فراخورشیدی است) در اطراف آن.

اگر این کاهش نور در بازه‌های زمانی ثابت رخ بدهد و مدت مشخصی طول بکشد، دانشمندان با احتمال بیشتری نتیجه می‌گیرند که یک سیاره درحال گردش به‌دور ستاره است. این رایج‌ترین راه ردیابی سیارات فراخورشیدی است که روش «گذر» نامیده می‌شود و بیشتر سیارات فراخورشیدی به این طریق کشف شده‌اند، اما در بسیاری از منظومه‌های سیاره‌ای، تغییر دایمی تعاملات بین سیاره‌ها کار تشخیص سیارات به این روش را غیرممکن می‌کند. به‌علاوه روش گذر، فرایندی زمان‌بر است و ماهیت دوره‌ای آن، پیدا کردن نشانه‌هایی حاکی از وجود سیارات کوچک در حجم عظیم داده‌های موجود را خیلی دشوار می‌کند. اما این چالشی نیست که دانشمندان ازپس آن برنیایند.

هوش مصنوعی به‌کمک می‌آید

استفاده از سیستم‌های تشخیص‌گر مبتنی‌بر هوش مصنوعی، روش جدیدی است که به منجمان کمک می‌کند در مدت کوتاه‌تر و با صرف هزینه کمتری، سیارات فراخورشیدی را شکار کنند. دانشمندان به سیستم‌های هوش مصنوعی آموزش می‌دهند که با درنظر گرفتن پارامترها، تعاملات بین سیاره‌ها را پیش‌بینی کنند، یعنی دیگر قرار نیست این تعاملات درطول زمان رصد شوند. یکی از پروژه‌هایی که از این فناوری در رصد سیارات فراخورشیدی استفاده می‌کند، می‌گوید، هوش مصنوعی به‌کاررفته در پروژه، درواقع نوعی شبکه عصبی است که تعیین می‌کند هرکدام از پیکسل‌های موجود در تصویر چه چیزی را نشان می‌دهند و آیا در هر یک از واحد‌های اندازه‌گیری‌شده از درخشش ستاره، گرفتگی ناشی از یک سیاره مشاهده می‌شود یا خیر. تا حالا به این روش دو سیاره فراخورشیدی که در روش‌های قبلی دیده نشدند، کشف شده‌اند. محققان می‌گویند که روش مذکور، روی زمین هم کاربرد دارد و از الگوریتم آن می‌توان در خودرو‌های خودران برای تشخیص جاده، پیاده‌رو، علایم راهنمایی‌ورانندگی و عابران پیاده استفاده کرد.

جیمزوب از راه می‌رسد

وقتی تلسکوپ «جیمزوب» پرتاب شد، دانش سیارات خورشیدی یک گام بلند به جلو برداشت. این تلسکوپ، تنها سیارات فراخورشیدی را رصد نمی‌کند بلکه این امکان را برای دانشمندان فراهم می‌کند که ترکیبات موجود در آن‌ها و حتی میزان‌شان را هم تخمین بزنند. جیمزوب با بررسی دقیق سیارات فراخورشیدی و مشخص کردن مواد شیمیایی موجود در اتمسفرشان، به ترسیم تاریخچه و تکامل آن‌ها کمک می‌کند؛ همچنین برای شناسایی شرایط اقلیمی فعلی سیارات فراخورشیدی و یافتن نشانه‌های فعالیت زیستی حیات بیگانه، به توان رصدی قدرتمندی مجهز است. خب این قابلیت‌ها درحد تئوری نیست. جیمزوب بعد از انتشار نخستین مشاهدات طیف سیاره فراخورشیدی‌اش، از وجود فراوان و آشکار دی‌اکسیدکربن در اتمسفر یک سیاره فراخورشیدی خبر داد. تغییر در ترکیب اتمسفر و افزایش اکسیژن که جیمزوب امکان رصدش را به ما می‌دهد، از وجود حیات خبر خواهدداد.

سیاره‌های امیدبخش

سیارات فراخورشیدی کشف‌شده چه خصوصیاتی دارند؟

پیشتر گفتیم که تا امروز بیش از پنج هزار سیاره فراخورشیدی تأیید شده‌اند که در چند دسته کلی تقسیم‌بندی می‌شوند، اما برای بهتر شناختن آن‌ها می‌توانیم نگاه دقیق‌تری به بعضی‌های‌شان بیندازیم، دست‌کم به سیاراتی که دانشمندان امید بیشتری دارند تا وجود حیات در آن‌ها تأیید شود.

TOI-۱۴۵۲ b

این سیاره در یک منظومه دوتایی در فاصله ۱۰۰سال نوری از زمین، قرار گرفته و درصورت تأیید شدن می‌تواند یک هدف جدید برای جست‌وجوی حیات بیگانه در کیهان باشد. TOI-۱۴۵۲ b ازنظر اندازه و جرم کمی بزرگ‌تر از زمین است و در منطقه قابل سکونت قرار دارد؛ یعنی در منطقه طلایی منظومه ستاره میزبان خود واقع شده و روی سطح آن ممکن است آب مایع وجود داشته‌باشد. این سیاره فراخورشیدی احتمالا مانند زمین، سنگی است، اما بسیار مرطوب‌تر.

WASP-۱۸۹b

این سیاره در فاصله ۳۲۲ سال نوری از زمین، حدود ۲۰ برابر از میزان فاصله ما تا خورشید، به ستاره مرکزی یا خورشید خودش نزدیک است و با این‌حساب سیاره‌ای درحال جوش به‌شمار می‌رود. اما درعوض جوی چندلایه مثل زمین دارد. سیارات فراخورشیدی تا حالا کشف‌شده تنها یک لایه جو دارند و جو چند لایه وسپ، حاوی گاز‌هایی است که مقداری از نور ستاره اصلی را جذب می‌کند؛ درست مثل فعالیت لایه‌های جو زمین در برابر تابش‌های نور خورشید.

LP ۸۹۰-۹b

دانشمندان می‌گویند یک ستاره کوتوله سرخ که تنها ۱۰۵سال نوری از ما فاصله دارد، ممکن است میزبان حداقل یک جهان قابل سکونت باشد. دانشمندان در مداری نزدیک به‌دور این ستاره سرد و کم‌نور، دو سیاره فراخورشیدی صخره‌ای را پیدا کرده‌اند که یکی از آن‌ها یعنی LP ۸۹۰-۹b در چنان فاصله‌ای از خورشید خود قرار دارد که به‌راحتی می‌تواند حیات را در خود شکل دهد.

Kepler-۴۵۲b

ناسا این سیاره را که ۶۰ درصد بزرگ‌تر از زمین ماست، پسرعموی بزرگ زمین نامیده‌است. فاصله مداری Kepler-۴۵۲b با ستاره‌اش تقریبا مشابه فاصله زمین تا خورشید است؛ یعنی فاصله قابل‌سکونت که احتمال وجود آب به‌عنوان مایع حیات در آن زیاد است. این سیاره در خانواده سیاره‌های فراخورشیدی نزدیک به زمین قرار گرفته و تا زمانی که سیاره‌ای دقیقا شبیه به زمین پیدا شود، از نزدیک‌ترین گزینه‌ها به زمین شماره ۲ محسوب می‌شود.

منبع: خراسان