پیدایش حیات در سیارات ناشناخته

در طول سه دهه گذشته، ستاره شناسان سیاراتی را کشف کرده اند که در سراسر جهان به دور ستاره هایی مانند خورشید می چرخند. این کشف به قرن ها بحث در مورد اینکه آیا دنیاهایی خارج از منظومه شمسی ما وجود دارد یا خیر پایان داد، اما شوکه کننده بود.

به گزارش آنا، رایج ترین نوع سیاره در کیهان، نوعی است که در منظومه شمسی ما وجود ندارد. اخترشناسان اجرامی را “ابر زمین” و “زیر نپتون” می نامند، سیاراتی با جرم بسیار بیشتر از زمین که از نظر تئوری می توانند دارای حیات باشند.

ستاره شناسان بیش از یک دهه پیش به این نتیجه رسیدند که هر ستاره در آسمان شب می تواند میزبان گروهی از سیارات باشد. آنچه برای جستجوی زندگی مهم است، پنج ستاره است یکی سیاره ای در منطقه “قابل سکونت” وجود دارد. این منطقه برای تجمع آب در سطح سیاره، در چاله ها، دریاچه ها و اقیانوس ها مناسب است. در این شرایط – وجود آب مایع – زندگی می تواند بوجود آید. بنابراین کشف سیارات در این منطقه طلایی برای جستجوی حیات فرازمینی به لیست پروژه های علمی اضافه شد.

انواع سیارات

دو نوع سیاره در منظومه شمسی ما وجود دارد. سیارات درونی، جهان های “زمینی”، که شامل عطارد، زهره، زمین و مریخ است. اینها اساساً اجسام کروی هستند که از فلز و سنگ ساخته شده اند. هسته آنها عمدتا از آهن و نیکل و لایه های بیرونی آنها از مواد سنگی، سیلیکون، منیزیم و اکسیژن تشکیل شده است.

دنیاهای بزرگی دورتر از مریخ وجود دارد. غول های گازی مشتری و زحل که بیش از صد برابر زمین جرم دارند و عمدتاً از هیدروژن و هلیوم تشکیل شده اند. سپس اورانوس و نپتون “غول های یخی” هستند که توسط لایه هایی از گل منجمد – آمونیاک، متان و سایر ترکیبات احاطه شده اند.

منظومه شمسی ما از جهان های زمینی و غول ها تشکیل شده است. هیچ سیاره ای با جرم بین جرم زمین و غول یخی اورانوس (که 14 برابر جرم زمین است) به دور خورشید نمی چرخد. با این حال، در این جهان وسیع، رایج ترین نوع سیاره در فضای بین این دو شکل قرار دارد. این جهان ها به عنوان ابر زمین ها و زیر نپتون ها شناخته می شوند.

با توجه به میلیاردها سیاره در کهکشان راه شیری، سوال اساسی این است که آیا آنها توانایی پشتیبانی از حیات را دارند یا خیر. آیا ابر زمین ها که نسخه های بزرگ شده زمین ما هستند، به نسخه های بزرگ شده حیات زمینی نیاز دارند؟ یا چیز دیگری هستند؟

پاسخ به این امر دانشمندان را با چالش های بزرگی مواجه کرده است. نیروی گرانشی سیاره با عمق افزایش می یابد. در هسته زمین، فشار گرانشی به یک میلیون برابر فشار سطح زمین می رسد. فشار بالا در اعماق سیاره ما ناچیز نیست. فشار بالا در اعماق زمین شرایط را برای زندگی در سطح ایجاد کرد: از جمله صفحات تکتونیکی که تکامل را شکل دادند و میدان های مغناطیسی که از ما در برابر تشعشعات خطرناک خورشید محافظت می کنند.

آنچه در زیر اتفاق می افتد آنچه را که در سطح ممکن است شکل می دهد. جرم اضافی درون ابرزمین ها و زیر نپتون ها به این معنی است که فشار درونی آنها به قدری زیاد است که درک آن برای دانشمندان دشوار است.

اگر سنگی 100 برابر بیشتر از درون زمین خرد شود، در اعماق ابر زمین چگونه رفتار می کند؟ آیا در یک روز گرم مانند آسفالت به آرامی به جریان خود ادامه می دهد و چیزی شبیه قاره های متحرک زمین را تشکیل می دهد؟ یا وجود صفحات تکتونیکی در ابر زمین ها از نظر علمی غیرممکن است؟ وقتی یخ در اعماق یک زیر نپتون در معرض فشار بسیار زیاد قرار می گیرد چگونه رفتار می کند؟

روش‌های آزمایشگاهی سنتی نمی‌توانند به فشارهایی 100 برابر بیشتر از هسته زمین دست یابند، بنابراین نمی‌توانیم آنچه را که در سطح این جهان‌های دور اتفاق می‌افتد بازسازی کنیم. با توجه به این محدودیت، دانشمندان سیاره‌شناسی با فیزیکدانان پلاسما با استفاده از لیزرهای غول‌پیکر در مکان‌هایی مانند آزمایشگاه انرژی لیزر در شمال نیویورک همکاری کرده‌اند. این لیزرها به اندازه بلوک های شهر برای مطالعه همجوشی هسته ای ساخته شده اند.

اخیراً از نور لیزری با شدت بالا برای فشرده‌سازی آهن مشابه فشار ابر زمین‌ها استفاده شد که سرنخ‌هایی درباره دمای ذوب آهن جامد در مرکز یک ابر زمین به ما می‌دهد. جریان های چرخان آهن مایع در مرکز زمین به سیاره ما میدان مغناطیسی می دهد – میدانی که ذرات مضر را از خورشید و کیهان منحرف می کند. این آزمایش نشان می دهد که ابر زمین ها ممکن است دارای میدان های مغناطیسی محافظت کننده از حیات باشند.

فضای داخلی آشفته و بسترهای پرفشار ابر زمین ها تنها نیمی از مشکل درک این دنیاهاست. اگر بخواهیم بدانیم حیات در چه شرایط سطحی شکل می گیرد، ستاره شناسان نیز باید جو آن ها را بشناسند.

سوپرترس و ویژگی های خاص آن

زمین احتمالاً از پرده گازی نازک اما حیات‌بخشی که امروز از آن لذت می‌بریم سرچشمه نگرفته است. در روزهای اولیه شکل گیری زمین، زمین دارای سطحی از سنگ مذاب (اقیانوس ماگما) بود که احتمالاً توسط اتمسفر غلیظی از هیدروژن و گاز هلیوم احاطه شده بود. با این حال، این عناصر به قدری سبک هستند که گرانش زمین نمی تواند آنها را برای مدت طولانی نگه دارد و به سرعت در فضا پخش می شوند.

با سرد شدن اقیانوس ماگما، گازهایی مانند دی اکسید کربن و نیتروژن از سنگ تازه جامد شده آزاد می شوند و «اتمسفر ثانویه» را تشکیل می دهند (اکسیژنی که ما تنفس می کنیم میلیاردها سال بعد به وجود آمد).

ابر زمین ها و زیر نپتون ها احتمالاً به همین ترتیب شکل گرفته اند. با این حال، با توجه به اندازه آنها، ممکن است فضای اولیه خود را حفظ کرده باشند. وقتی صحبت از زندگی در این دنیاها می شود، همه چیز به فضای آنها بستگی دارد.

برخلاف سیاره ما، بیشتر ابر زمین ها باید گرانش کافی برای حفظ اتمسفر هیدروژنی اولیه پف کرده خود داشته باشند. نکته اینجاست: هیدروژن یک گاز گلخانه ای قدرتمند است که می تواند انرژی خورشیدی را بسیار بهتر از گازی مشابه مانند دی اکسید کربن جذب کند.

اتمسفر هیدروژنی می تواند گرما را به خوبی ذخیره کند به طوری که سطح این دنیاها می تواند گرمتر از یک کوره باشد. چنین مکانی مکان مناسبی برای زندگی نیست، اما ستاره شناسان مشاهده کرده اند که بسیاری از سیارات با جرم فوق العاده زمین، جو بزرگ و پف کرده ای ندارند.

هیدروژن کجا رفت؟ به نظر می رسد ستاره مادر، که تابش آن پوسته هیدروژنی ابر زمین را نابود کرده است، مقصر ناپدید شدن هیدروژن باشد. این بدان معناست که ابر زمین ها می توانند قابل سکونت باشند. اگر آنها بتوانند جوهای ثانویه ای مانند جو زمین ایجاد کنند، می توانند میزبان خوبی برای زندگی باشند.

زیر نپتون ها اسرار جوی بیشتری دارند. نیکو مادوسودان، ستاره شناس کمبریج و همکارانش اخیراً این نظریه را مطرح کردند که برخی از زیرنپتون‌ها می‌توانند «دنیای هیزین» باشند. مادوسودان این نام را به سیاراتی با اتمسفر هیدروژنی و اقیانوس‌های وسیع آب مایع روی سطح داد. (Hycean مخفف هیدروژن اقیانوس است.)

مادوسودان متوجه شد که افزایش گرمایش گلخانه‌ای ناشی از اتمسفر هیدروژنی می‌تواند هر آنچه را که ما از “منطقه قابل سکونت” انتظار داریم، تغییر دهد. با به دام انداختن انرژی خورشید در لایه ای از هیدروژن، سیارات دور از ستاره والد خود همچنان می توانند در حالت مایع و داغ وجود داشته باشند. اگر چنین است، پس جهان های Hycean یک کلاس کاملاً جدید از سیارات قابل سکونت را تشکیل می دهند.

اخیراً، تیم مادوسودان با استفاده از تلسکوپ فضایی جیمز سوب، شواهدی پیدا کرده است که سیاره فراخورشیدی K2-18b (یک زیر نپتون که به دور یک ستاره کوتوله قرمز دوردست در صورت فلکی شیر می چرخد) نمونه ای از سیارات هیسین است. این سیاره فراخورشیدی سیاره ای بزرگ هشت برابر زمین است و اقیانوس آن نیز به همین اندازه خواهد بود.

عمق دریاهای زمین از هفت مایل بیشتر نیست، اما اگر K2-18ba از نوع Heisin بود، اقیانوس های آن تمام سیاره را می پوشاند و تا 500 مایل عمق داشت. اگر اقیانوس‌ها در چنین سیاراتی در عمق 500 مایلی وجود داشته باشند، این سوال مطرح می‌شود: آیا حیات در دریاهای تاریک که فشار آن میلیون‌ها برابر بیشتر از فشار کف دریای زمین است، وجود دارد؟

هیچکس نمیداند. پاسخ به برخی سوالات در مورد جهان های فرازمینی و زیر نپتونی ممکن است نیاز به نسل بعدی تلسکوپ های غول پیکر زمینی داشته باشد که اکنون در دست ساخت هستند. این تلسکوپ های غول پیکر آینه هایی به اندازه یک زمین فوتبال خواهند داشت و به زودی تلاش ها نتیجه خواهد داد.

ابر زمین ها و زیر نپتون ها ناشناخته ترین سیارات فراخورشیدی هستند زیرا تا همین اواخر ما حتی از وجود آنها اطلاعی نداشتیم. پس از هزاران سال کاوش و تفکر در مورد منظومه شمسی، ناگهان با چالش و محدودیت جدیدی مواجه شدیم. اما روزی به زودی این دنیاها را خواهیم شناخت و اگر تنها نباشیم، ساکنان آنها را نیز شناسایی خواهیم کرد.