شکل‌گیری حیات در سیارات ناشناخته
ابرزمین‌ها و زیر نپتون‌ها ناشناخته‌ترین سیارات فراخورشیدی هستند، چرا که حتی تا همین اواخر از وجودشان مطلع نبودیم!
به گزارش خبرگزاری علم و فناوری آنا، در طی سه دهه گذشته، ستاره‌شناسان سیاراتی کشف کردند که در سراسر کیهان به دور ستاره‌هایی مانند خورشید می‌چرخند. این کشف به قرن‌ها بحث در مورد اینکه آیا جهان‌هایی فراتر از منظومه شمسی ما وجود دارد یا خیر پایان داد، اما با شوکی همراه بود. رایج‌ترین نوع سیارات در کیهان، نوعی است که در منظومه شمسی ما وجود ندارد؛ اجرامی که ستاره‌شناسان آن‌ها را “ابر زمین” و “زیرنپتون” می‌نامند، سیاراتی با جرم بسیار بیشتر از زمین که به لحاظ تئوری می‌تواند از حیات حفاظت کنند.
ستاره‌شناسان کمی بیش از یک دهه پیش به این نتیجه رسیدند که هر ستاره در آسمان شب می‌تواند میزبان گروهی از سیارات باشد. نکته مهم برای جستجوی حیات، این است که از هر پنج ستاره، یکی دارای سیاره‌ای در منطقه «قابل سکونت» است. این منطقه برای جمع شدن آب روی سطح سیاره، داخل گودال‌ها، دریاچه‌ها و اقیانوس‌ها مناسب است. در این شرایط – وجود آب مایع- حیات می‌تواند شکل گیرد. بنابراین کشف سیاراتی که در این ناحیه طلایی واقعند، به منظور جستجو برای حیات فرازمینی در فهرست پروژه‌های علمی قرار گرفت.
انواع سیارات
در منظومه شمسی ما دو نوع سیاره وجود دارد. سیارات درونی، جهان‌هایی “زمینی” که شامل عطارد، زهره، زمین و مریخ است. این‌ها اساساً اجرامی کروی تشکیل شده از فلز و سنگ هستند. هسته آن‌ها عمدتا از آهن و نیکل است و لایه‌های بیرونی آن‌ها از مواد سنگی، سیلیکون، منیزیم و اکسیژن ساخته شده است.
دورتر ازمریخ، دنیاهای غول پیکر قرار دارند. غول‌های گازی مشتری و زحل که بیش از 100 برابر زمین جرم دارند و بیشتر از هیدروژن و هلیوم تشکیل شده‌اند. سپس “غول های یخی”، اورانوس و نپتون که توسط لایه‌هایی از لجن یخ‌زده -آمونیاک، متان و سایر ترکیبات- – احاطه شده‌اند.
منظومه شمسی ما شامل جهان‌های زمینی و غول‌ها است. هیچ سیاره‌ای با جرمی مابین جرم زمین و غول یخی اورانوس (که 14 برابر زمین جرم دارد) به دور خورشید نمی‌چرخد. با این حال، در این کیهان گسترده، رایج‌ترین نوع سیاره در فضای خالی بین این دو شکل قرار دارد. این جهان‌ها به عنوان ابرزمین‌ها و زیرنپتون‌ها شناخته می‌شوند.
با وجود میلیاردها سیاره در کهکشان راه شیری، سوال اساسی این است که آیا آن‌ها دارای توان میزبانی از حیات هستند؟ آیا ابرزمین‌ها که نسخه‌های بزرگ شده زمین ما هستند، به نسخه‌های بزرگ شده حیات زمینی نیاز دارند؟ یا اصلا چیز دیگری هستند؟
پاسخ به این امر دانشمندان را به شدت دچار چالش کرده است. نیروی گرانشی سیاره با افزایش عمق بیشتر می‌شود. در هسته زمین، فشار گرانش به یک میلیون برابر سطح زمین می‌رسد. فشارهای بالا در اعماق سیاره ما بی‌اهمیت نیستند. فشار بالا در اعماق زمین شرایط را برای زندگی در سطح مهیا کردند: از جمله وجود صفحات تکتونیکی که تکامل را شکل دادند، و میدان‌های مغناطیسی که ما را در برابر تشعشعات خطرناک خورشید محافظت می‌کند. آنچه در زیر اتفاق می‌افتد، آنچه که در سطح ممکن است را شکل می‌دهد. جرم اضافی درون ابرزمین‌ها و زیرنپتون‌ها به این معنی است که فشار داخلی آن‌ها به حدی زیاد است که درک آن برای دانشمندان سخت است.
وقتی سنگی 100 برابر بیشتر از درون زمین له می‌شود، در اعماق ابرزمین چگونه رفتار می‌کند؟ آیا همچنان به آرامی جریان می‌یابد مانند قیر جاده‌ای در یک روز گرم، و چیزی شبیه به قاره‌های در حال حرکت زمین را شکل می‌دهد؟ یا وجود صفحات تکتونیکی در ابر زمین‌ها از نظر علمی غیرممکن است؟ وقتی یخ در اعماق یک زیرنپتون تحت فشارهای بسیار بالا قرار می‌گیرد، چگونه رفتار می‌کند؟
روش‌های آزمایشگاهی سنتی نمی‌توانند به فشارهایی 100 برابر بیشتر از هسته زمین دست یابند، بنابراین ما نمی‌توانیم آنچه را که در سطح این جهان‌های دور اتفاق می‌افتد بازسازی کنیم. در مواجهه با این محدودیت، دانشمندان سیاره‌شناس با فیزیکدانان پلاسما که از لیزرهای غول‌پیکر در مکان‌هایی مانند آزمایشگاه انرژی لیزر در شمال نیویورک استفاده می‌کنند، پیوسته‌اند. این لیزرها به اندازه بلوک‌های شهری برای مطالعه همجوشی هسته‌ای ساخته شدند.
اخیراً از نور لیزری با شدت بالا برای فشرده کردن آهن مشابه فشارهای ابرزمین‌ها استفاده شده است که سرنخی در مورد دمای ذوب شدن آهن جامد در مرکز یک ابرزمین به ما می‌دهد. جریان‌های چرخشی آهن مایع در مرکز زمین چیزی است که به سیاره ما میدان مغناطیسی می‌دهد – میدانی که ذرات مضر رسیده از خورشید و کیهان را منحرف می‌کند. این آزمایش نشان می‌دهد که ابرزمین‌ها ممکن است میزبان میدان‌های مغناطیسی محافظ حیات باشند.
فضای داخلی پرتلاطم و تخت فشار شدید ابرزمین‌ها تنها نیمی از مشکل درک این جهان‌هاست. اگر بخواهیم در مورد شرایط سطحی که در آن حیات شکل می‌گیرد بدانیم، ستاره‌شناسان باید جو آن‌ها را نیز بشناسند.
ابرزمین‌ها و خصوصیات خاص آن
زمین احتمالا با پرده‌ای نازک اما حیات‌بخش از گازهایی که امروز از آن لذت می‌بریم شکل نگرفته نشده است. زمین در نخستین روزهای شکل‌گیری، دارای یک سطح سنگی مذاب (یک اقیانوس ماگما) بود که احتمالاً توسط اتمسفر غلیظی از هیدروژن و گاز هلیوم احاطه شده بود. اما این عناصر به قدری سبک هستند که گرانش زمین نتوانست آن‌ها را برای مدت طولانی نگه دارد و به سرعت به فضا پراکنده شدند. با سرد شدن اقیانوس ماگما، گازهایی مانند دی‌اکسیدکربن و نیتروژن از سنگ تازه جامد شده خارج شدند تا «اتمسفر ثانویه» را شکل دهند (اکسیژنی که ما تنفس می‌کنیم میلیاردها سال بعد وجود آمد).
احتمالاً ابرزمین‌ها و زیرنپتون‌ها هم به همین ترتیب تشکیل شدند. اما به علت ابعاد زیاد آن‌ها، این امکان وجود دارد که آن‌ها اتمسفر اولیه خود را حفظ کرده باشند. وقتی صحبت از حیات در این دنیاها می‌شود، همه چیز به اتمسفر آن‌ها بستگی دارد.
بر خلاف سیاره ما، اکثر ابرزمین‌ها باید جاذبه کافی برای نگه داشتن اتمسفر هیدروژن اولیه پف کرده و بزرگ خود داشته باشند. نکته مهم اینجاست: هیدروژن یک گاز گلخانه‌ای قدرتمند است که در به دام انداختن انرژی خورشیدی بسیار بهتر از گازی مانند دی‌اکسید کربن است. اتمسفر هیدروژن در حفظ گرما آنقدر خوب است که سطح این دنیاها می‌تواند داغ‌تر از یک فر باشد. چنین مکانی جای خوبی برای زندگی نیست، اما اخترشناسان مشاهده کرده‌اند که بسیاری از سیارات با جرم ابرزمین، جوی گسترده و پف کرده ندارند.
پس هیدروژن کجا رفته است؟ به نظر می‌رسد که مقصرناپدید شدن هیدروژن، ستاره مادری باشد که تابش آن پوشش هیدروژنی ابرزمین را از بین برده. در نتیجه ابرزمین‌ها می‌توانند قابل سکونت باشند. اگر آن‌ها بتوانند مانند زمین، جوهای ثانویه تولید کنند، شاید بتوانند میزبان خوبی برای حیات باشند.
زیرنپتون‌ها اسرار جوی بیشتری دارند. نیکو مادوسودان، ستاره‌شناس کمبریج و همکارانش اخیراً این نظریه را مطرح کردند که برخی از زیرنپتون‌ها ممکن است «جهان‌های های‌سین» باشند. مادوسودان این نام را به سیاراتی با اتمسفر هیدروژنی و اقیانوس‌های آب مایع گسترده در سطح داد. (های‌سین Hycean مخفف Hydrogen Ocean است.)
مادوسودان متوجه شد که افزایش گرمایش گلخانه‌ای ناشی از اتمسفر هیدروژنی می‌تواند هر چیزی را که ما در مورد «مناطق قابل سکونت» انتظار داریم تغییر دهد. با به دام انداختن انرژی خورشیدی در یک لایه هیدروژن، سیارات دور از ستاره میزبان هنوز می‌توانند در حالتی مایع و گرم وجود داشته باشند. اگر چنین است، پس دنیای Hycean یک کلاس کاملاً جدید از سیارات قابل سکونت را تشکیل می‌دهد.
اخیرا تیم مادوسودان با استفاده از تلسکوپ فضایی جیمزوب به شواهدی دست یافتند که نشان می‌دهد سیاره فراخورشیدی K2-18b (یک زیر نپتون که به دورستاره‌ای از نوع کوتوله سرخ در صورت فلکی شیر می‌چرخد)، نمونه‌ای از سیارات های‌سین است. این فراخورشیدی، سیاره‌ای بزرگ با جرم هشت برابر زمین است و اقیانوس آن نیز به همان اندازه بزرگ خواهد بود. دریاهای زمین بیش از هفت مایل عمق ندارند، اما اگر K2-18bاز نوع های‌سین باشد، اقیانوس‌های آن کل سیاره را پوشانده و تا 500 مایل عمق خواهند داشت. اگر اقیانوس‌های این نوع سیارات با عمق 500 مایل وجود داشته باشد، آنگاه این سوال پیش می‌آید: آیا حیات در دریاهای تاریک که فشار آن میلیون‌ها برابر بیشتر از کف اقیانوس زمین است، وجود دارد؟
هیچ کس نمی‌داند. پاسخ به برخی سؤالات در مورد جهان‌های ابرزمینی و زیرنپتونی ممکن است به نسل بعدی تلسکوپ های غول پیکر زمینی نیاز داشته باشد که اکنون در حال ساخت هستند. این تلسکوپ‌های غول‌پیکر آینه‌هایی به بزرگی زمین فوتبال خواهند داشت و به‌زودی تلاش‌ها نتیجه خواهد داد. ابرزمین‌ها و زیر نپتون‌ها ناشناخته‌ترین سیارات بیگانه هستند، چرا که حتی تا همین اواخر از وجودشان مطلع نبودیم. پس از هزاران سال مطالعه و تفکر در مورد منظومه شمسی، ناگهان با چالش و محدودیت جدیدی مواجه شدیم. اما در نهایت این دنیاها را هم به زودی خواهیم شناخت و اگر تنها نباشیم، ساکنان آن‌ها را نیز شناسایی خواهیم کرد.