ستاره شناسان پیروز به کشف اتمسفر در یک سیاره صخره ای زیست پذیر شدند - سفر به کیش

در این مقاله می خواهیم با هم آنالیز کنیم که اتمسفر سیاره فراخورشیدی LHS 1140b چگونه کشف شد و چرا این موضوع تا این حد در پیشبرد تحقیقات مربوط به کشف حیات فرازمینی اهمیت دارد. آیا این سیاره واقعاً شرایطی مشابه زمین دارد یا تفاوت های بنیادی آن با خانه ما مانع از شکل گیری زیست کره خواهد شد؟

با ما همراه باشید تا جزئیات این تحقیق علمی شگفت انگیز را مرور کنیم.

لیست مطالب

• 1. کشف جو در سیاره فراخورشیدی
• 2. ویژگی های حیاتی برای میزبانی از زندگی
• 3. سیاره صخره ای در کمربند حیات
• 4. اهمیت وجود اتمسفر در سیارات فراخورشیدی
• 5. چالش بادهای ستاره ای کوتوله های سرخ
• 6. رصد فرار هلیوم از اتمسفر
• 7. تفاوت های کلیدی با سیاره زمین
• 8. بقای میکروب ها در جو هلیومی
• 9. تاریخچه جستجوی اتمسفر در سیارات سنگی
• 10. اهمیت طیف سنجی عبوری در نجوم مدرن
• 11. چرا کوتوله های سرخ برترین میزبان ها هستند؟
• 12. گام های بعدی در شناسایی سیارات فراخورشیدی

????مختصر و مفید

اخترشناسان پیروز به شناسایی یک اتمسفر غنی از هلیوم در سیاره فراخورشیدی صخره ای LHS 1140b شده اند که در فاصله چند ده سال نوری از ما قرار گرفته است. این دنیا شگفت انگیز در کمربند حیات ستاره خود قرار گرفته است و دمای آن امکان وجود آب مایع را فراهم می نماید. بر خلاف بسکمک از ستاره های کوتوله سرخ، ستاره میزبان این سیاره فعالیت شدیدی ندارد و اتمسفر آن را به طور کامل نابود ننموده است. این کشف بی سابقه که به کمک داده های تلسکوپی به دست آمده است، به عنوان یکی از مهم ترین نامزدهای جستجوی نشانه های حیات در فضا شناخته می گردد. این دستاورد علمی می تواند نقطه عطفی در درک ما از چگونگی شکل گیری و بقای اتمسفر در دنیا های سنگی باشد.

01

کشف جو در سیاره فراخورشیدی

گروهی از اخترشناسان در تحقیقات اخیر خود پیروز شدند شواهدی جدی از وجود جو در یک دنیا سنگی دوردست به دست آورند. این سیاره که با نام علمی LHS 1140b شناخته می گردد، اولین دنیا با پتانسیل زیست پذیری است که شواهد مستقیمی از داشتن اتمسفر در آن ردیابی شده است. این کشف هیجان انگیز امیدها را برای یافتن محیط های مناسب زیست در خارج از منظومه شمسی به شدت افزایش داده است.

به گفته محققان فعال در این پروژه، در حال حاضر هیچ مدرک مستقیمی مبنی بر وجود خود حیات در این سیاره وجود ندارد. با این حال حضور سه عنصر کلیدی یعنی صخره ای بودن، دمای مناسب و وجود اتمسفر نشان می دهد که تمامی پیش احتیاجهای ساختاری لازم برای آغاز و تداوم زندگی در این دنیا مهیا شده است.

02

ویژگی های حیاتی برای میزبانی از زندگی

برای اینکه سیاره ای از نظر زیستی مناسب تلقی گردد، باید معینات فیزیکی ویژه ای داشته باشد که شباهت های ساختاری آن را با زمین تایید کند. صخره ای بودن یکی از شرایط اصلی است که امکان تشکیل اقیانوس ها و قاره ها را فراهم می نماید. علاوه بر این قرارگیری در فاصله مناسب از ستاره مادر که به کمربند حیات معروف است، دمای سطحی را معتدل نگه می دارد.

عنصر سوم که اتمسفر باشد، به عنوان یک سپر محافظ عمل می نماید و مانع تبخیر سریع آب های سطحی می گردد. وجود این پوشش گازی به تنظیم دمای دنیای کمک نموده و از ورود پرتوهای زیان بار کیهانی به سطح سیاره جلوگیری می نماید. سیاره تازه آنالیز شده تمامی این ویژگی های اولیه را به طور هم زمان داراست.

03

سیاره صخره ای در کمربند حیات

این سیاره صخره ای تنها چند ده سال نوری با زمین فاصله دارد که از نظر ابعاد کیهانی همسایه نزدیک ما به شمار می رود. اولین بار در سال 2017 بود که اخترشناسان متوجه حضور این سیاره شدند. آنالیز های بعدی نشان داد که این دنیا سنگی اگرچه از زمین سردتر است، اما از نظر اندازه و جرم کلی بزرگ تر از سیاره ما ارزیابی می گردد.

مدار چرخش این سیاره به دور ستاره اش به گونه ای است که دمای آن نه بسیار سوزان و نه کاملاً یخ زده است. این تعادل گرمایی پایداری مایعات را روی سطح تضمین می نماید. یافته های نهایی که در مجلات معتبر علمی منتشر شده، این ایده را تقویت می نماید که چنین دنیا های معتدلی در کهکشان ما نایاب نیستند.

04

اهمیت وجود اتمسفر در سیارات فراخورشیدی

اخترشناسان سال هاست که پوشش های گازی ضخیمی را در سیارات غول پیکر گازی مانند مشتری ردیابی نموده اند. با این حال شناسایی چنین ساختارهایی در دنیا های کوچک و صخره ای به دلیل ابعاد محدود و سیگنال های ضعیف آن ها همواره یک چالش بزرگ بوده است. این کشف نو اثبات می نماید که دنیاهای سنگی نیز می توانند اتمسفر خود را در درازمدت حفظ کنند.

محققان با استفاده از مدل های نظری پیچیده رفتار گازها را در اطراف سیارات صخره ای شبیه سازی کردند. این محاسبات نشان داد که عناصر سبک تر مانند هلیوم تحت شرایط خاصی می توانند از جاذبه سیاره فرار کنند. آنالیز دقیق این فرار گازی کلید اصلی اثبات وجود جو در اطراف این سیاره فراخورشیدی بوده است.

05

چالش بادهای ستاره ای کوتوله های سرخ

ستاره میزبان این سیاره از نوع کوتوله سرخ است که فراوان ترین نوع ستاره در کهکشان راه شیری محسوب می شوند. این ستاره ها معمولاً بسیار فعال بوده و طوفان های شدیدی از ذرات باردار و پرتوهای مضر ساطع می کنند. این تشعشعات سهمگین در اغلب موارد می توانند اتمسفر سیارات نزدیک به خود را کاملاً نابود نموده و بسوزانند.

خوشبختانه ستاره میزبان LHS 1140b نسبت به کوتوله های سرخ معمولی بسیار آرام تر و کم کارتر است. این آرامش نسبی به سیاره فرصت داده تا اتمسفر خود را در برابر بادهای ستاره ای محافظت کند. همین ویژگی این سیستم ستاره ای را به یکی از برترین گزینه ها برای آنالیز های زیست پذیری تبدیل نموده است.

06

رصد فرار هلیوم از اتمسفر

در جریان رصدهای اجرا شده با تلسکوپ های زمینی در شیلی دانشمندان عبور سیاره از مقابل ستاره اش را ثبت کردند. تحلیل نور ستاره که از میان لایه های بیرونی جو سیاره عبور می کرد نشان دهنده حضور گاز هلیوم در ارتفاعات بالا بود. این نشت گازی نشان می داد که سیاره به آرامی در حال از دست دادن ذخایر هلیوم خود به فضای بی کران است.

با این حال در رصدهای بعدی که یک سال بعد انجام شد تغییراتی در اندازه فرار این گاز مشاهده گشت. این نوسانات در اتمسفر سیارات سنگی پدیده ای تازه است که پیش از این تنها در غول های گازی مشاهده شده بود. دانشمندان این تغییرات پویا را نشانه ای از زنده بودن و پویایی جو این دنیا می دانند.

07

تفاوت های کلیدی با سیاره زمین

با وجود اینکه این دنیا در کلاس سیارات شبه زمین قرار می گیرد اما تفاوت های ساختاری عمیقی نیز با خانه ما دارد. برای مثال چرخش کامل این سیاره به دور ستاره اش تنها 25 روز طول می کشد. علاوه بر این به دلیل قفل گرانشی یک سمت سیاره همواره به سمت ستاره قرار گرفته است و سمت دیگر در تاریکی ابدی فرو رفته است.

بعلاوه ترکیب اصلی اتمسفر آن با نیتروژن و اکسیژن زمین متفاوت بوده و عمدتاً از هلیوم تشکیل شده است. این تفاوت در ترکیب گازی و نبود چرخه شب و روز الگوهای آب و هوایی بسیار متفاوتی را در مقایسه با آنچه ما روی زمین تجربه می کنیم ایجاد خواهد نمود.

08

بقای میکروب ها در جو هلیومی

شاید در ابتدا تصور گردد که یک جو سرشار از هلیوم مانعی برای شکل گیری حیات باشد. اما تحقیقات آزمایشگاهی گذشته نشان داده اند که بعضی از میکروارگانیسم های زمینی مانند مخمرها و باکتری های خاص می توانند در اتمسفر هلیوم خالص زنده بمانند و رشد کنند. این یافته ها مرزهای تعریف ما از محیط های زیست پذیر را جابه جا نموده است.

کشف اتمسفر در LHS 1140b به دانشمندان کمک می نماید تا درک بهتری از چگونگی تکامل سیارات سنگی و لایه های گازی آن ها به دست آورند. این دنیا شگفت انگیز به عنوان یک آزمایشگاه طبیعی بی نظیر به ما در شناخت جایگاه زمین در کل کیهان و مسیرهای احتمالی پیدایش حیات کمک خواهد رساند.

09

تاریخچه جستجوی اتمسفر در سیارات سنگی

کوشش برای ردیابی اتمسفر در دنیاهای سنگی از اواخر قرن بیستم آغاز شد. در آن دوران فناوری های رصدی تنها قادر به شناسایی سیارات غول پیکر گازی در ابعاد مشتری بودند که به دلیل گرانش قوی جو ضخیمی داشتند. با پیشرفت ابزارهای اپتیکی و تلسکوپ های فضایی نسل نو تمرکز دانشمندان به سمت دنیا های کوچک تر متمایل شد.

یافتن جو در دنیاهای سنگی به دلیل نازک بودن این لایه ها و تاثیرات شدید ستاره های میزبان همواره با ناکامی همراه بود. پروژه رصد LHS 1140b نشان داد که ترکیب تحلیل های نظری دقیق و رصدهای مداوم در زمان عبور سیاره می تواند این سد فناوری را بشکند و افق های نوی را در نجوم رصدی باز کند.

10

اهمیت طیف سنجی عبوری در نجوم مدرن

روش اصلی که اخترشناسان برای کشف جو در این سیاره به کار بردند طیف سنجی عبوری نام دارد. زمانی که سیاره از دید ما از مقابل ستاره خود عبور می نماید نور ستاره از لایه های نازک اتمسفر عبور نموده و به ما می رسد. هر گاز موجود در جو طول موج های خاصی از این نور را جذب نموده و اثر انگشت منحصر به فردی بر جای می گذارد.

در خصوص LHS 1140b خطوط جذبی معینی از هلیوم در طیف نوری دریافتی ثبت شد که گواه قطعی بر وجود این گاز بود. این تکنیک پیشرفته به دانشمندان اجازه می دهد بدون احتیاج به سفر به این دنیا های دوردست ترکیب شیمیایی دقیق لایه های هوایی آن ها را از فاصله میلیون ها کیلومتری معین کنند.

11

چرا کوتوله های سرخ برترین میزبان ها هستند؟

کوتوله های سرخ به دلیل دمای پایین تر خود کمربند حیاتی بسیار نزدیکی دارند. این نزدیکی به این معنی است که سیارات زیست پذیر باید در فواصل بسیار کوتاهی به دور آن ها بچرخند که این امر احتمال عبور مکرر سیاره از مقابل ستاره و در نتیجه فرصت های رصدی بیشتر را به شدت افزایش می دهد.

اگرچه تشعشعات شدید این ستاره ها یک تهدید جدی برای بقای جو سیارات است اما نمونه هایی مانند ستاره میزبان LHS 1140b نشان می دهند که استثناهایی نیز وجود دارد. مطالعه این سیستم ها به ما کمک می نماید تا بفهمیم کدام ستاره های کم جرم در کهکشان شرایط پایدارتری برای تکامل سیستم های اتمسفری دارند.

12

گام های بعدی در شناسایی سیارات فراخورشیدی

کشف هلیوم در جو این سیاره تنها آغاز یک مسیر طولانی است. در گام های بعدی دانشمندان کوشش خواهند کرد تا با استفاده از تلسکوپ های فضایی قدرتمندتر در پی نشانه هایی از گازهای دیگر مانند کربن دی اکسید، متان یا بخار آب در این اتمسفر بگردند که حضور آن ها می تواند نشان دهنده فعالیت های زمین شناختی یا بیولوژیکی باشد.

شناسایی دقیق ساختار اتمسفر این دنیا های سنگی به ما کمک می نماید تا مدل های آب و هوایی دقیقی برای آن ها شبیه سازی کنیم. این شبیه سازی ها معین خواهند کرد که آیا آب مایع می تواند به صورت پایدار در سطح آن ها جریان داشته باشد یا خیر که این امر کلید نهایی در تایید زیست پذیری واقعی یک سیاره خواهد بود.

سوالات متداول

1. سیاره فراخورشیدی LHS 1140b در چه فاصله ای از منظومه شمسی قرار گرفته است؟

این سیاره صخره ای در فاصله تقریبی 48 سال نوری از زمین واقع شده است. از نظر مقیاس های کیهانی این فاصله برای انجام رصدهای دقیق علمی بسیار مناسب ارزیابی می گردد. ستاره شناسان با تلسکوپ های پیشرفته می توانند تغییرات نوری این منظومه را به خوبی ثبت و تحلیل کنند.

2. چرا کشف اتمسفر در سیارات صخره ای دشوارتر از غول های گازی است؟

سیارات سنگی جرم بسیار کمتری نسبت به غول های گازی دارند و در نتیجه نیروی گرانش ضعیف تری برای حفظ گازها اعمال می کنند. اتمسفر این دنیا ها نازک تر است و در زمان عبور از مقابل ستاره سیگنال های نوری بسیار ضعیف تری فراوری می نماید. این موضوع ردیابی ترکیبات گازی را با ابزارهای فعلی به یک چالش بزرگ تبدیل نموده است.

3. ترکیب اصلی اتمسفر سیاره LHS 1140b چیست؟

داده های رصدی اولیه نشان می دهند که اتمسفر این دنیا سنگی سرشار از گاز هلیوم است. این در حالی است که جو زمین عمدتاً از نیتروژن و اکسیژن تشکیل شده است. دانشمندان احتمال می دهند گازهای سنگین تری نیز در لایه های پایینی جو این سیاره وجود داشته باشد.

4. پدیده قفل گرانشی در این سیاره به چه معناست؟

قفل گرانشی باعث می گردد دوره چرخش سیاره به دور خود با دوره چرخش آن به دور ستاره اش برابر گردد. در نتیجه همواره یک سمت سیاره روز دائمی و سوزان و سمت دیگر شب ابدی و بسیار سرد را تجربه می نماید. این موضوع توزیع انرژی و الگوهای باد را در اتمسفر سیاره به شدت تحت تاثیر قرار می دهد.

5. آیا وجود هلیوم در اتمسفر مانع از شکل گیری زندگی می گردد؟

خیر، آزمایش های زیست شناسی نشان داده اند که بعضی میکروب ها و مخمرهای زمینی قادرند در محیط های غنی از هلیوم به زندگی خود ادامه دهند. هلیوم یک گاز بی اثر است و سمیتی برای ارگانیسم های زنده ایجاد نمی نماید. بنابراین حیات فرازمینی به لحاظ نظری می تواند در چنین اتمسفری نیز توسعه یابد.

6. چه عاملی باعث شده که اتمسفر این سیاره به وسیله ستاره اش نابود نگردد؟

ستاره میزبان این سیاره یک کوتوله سرخ غیرفعال و بسیار آرام تر از ستاره های هم رده خود است. اندازه شراره های خورشیدی زیان بار و بادهای ستاره ای پرانرژی ساطع شده از آن بسیار پایین ارزیابی می گردد. این ویژگی کلیدی مانع از فروپاشی و فرسایش کامل پوشش گازهای محافظ سیاره شده است.

7. روش طیف سنجی عبوری چگونه به شناسایی گازها کمک می نماید؟

وقتی سیاره از مقابل ستاره عبور می نماید نور ستاره از میان لایه اتمسفر سیاره عبور نموده و فیلتر می گردد. گازهای مختلف طول موج های خاصی از نور را جذب می کنند و خطوط تاریکی در طیف نوری ایجاد می کنند. دانشمندان با تحلیل این خطوط جذبی می توانند به ماهیت گازهای موجود در جو پی ببرند.

8. تفاوت سال نجومی این سیاره با زمین چقدر است؟

یک سال کامل یا زمان یک دور چرخش کامل این سیاره به دور ستاره اش کمتر از 25 روز زمینی به طول می انجامد. این سرعت بالا به دلیل فاصله بسیار کمی است که این سیاره با ستاره مادر خود دارد. با وجود این فاصله کم به دلیل دمای پایین ستاره کوتوله سرخ سیاره در منطقه معتدل قرار گرفته است.

9. آیا آب مایع در سطح سیاره LHS 1140b وجود دارد؟

در حال حاضر شواهد مستقیمی از وجود آب مایع روی سطح این سیاره کشف نشده است. با این حال موقعیت آن در کمربند زیست پذیر ستاره امکان دمایی مناسب برای حفظ آب مایع را فراهم می نماید. رصدهای آینده تلسکوپ های فضایی نسل نو قرار است به طور ویژه روی ردیابی بخار آب در این دنیا تمرکز کنند.

جمع بندی نهایی

کشف اتمسفر هلیومی در سیاره صخره ای LHS 1140b نقطه عطفی در تاریخ اخترشناسی و جستجو برای نشانه های حیات در خارج از منظومه شمسی است. این یافته علمی ثابت می نماید که دنیا های سنگی می توانند جو خود را حتی در مجاورت ستاره های کوتوله سرخ حفظ کنند. ساختار این سیاره اگرچه تفاوت های عمیقی با زمین دارد اما پایداری دمایی و وجود اتمسفر آن را به برترین آزمایشگاه طبیعی برای آنالیز شرایط زیستی فرازمینی تبدیل نموده است. در نهایت این دستاورد به ما کمک می نماید تا جایگاه خود را در پهنه کیهان بهتر بشناسیم و به ردیابی نشانه های زیستی در دنیا های دوردست امیدوارتر شویم.

منبع: نیویورک تایمز

پیشنهاد اختصاصی سردبیر (علیرضا مجیدی)

این مقاله مجذوب کننده و جالب بود؟! پس برای خواندن این نوشته های مرتبط کلیک کنید:

• آیا در دنیا های با اتمسفر هلیوم خالص، ممکن است زندگی وجود داشته باشد؟!