این ماه فصل جدیدی را در جستجوی حیات فرازمینی رقم خواهد زد، زمانی که قدرتمندترین تلسکوپ فضایی ساخته شده شروع به جاسوسی از سیارات در حال چرخش به دور ستارگان دیگر می کند. ستاره شناسان امیدوارند که تلسکوپ فضایی جیمز وب نشان دهد که آیا برخی از این سیارات دارای اتمسفرهایی هستند که ممکن است حیات را پشتیبانی کند یا خیر.
تعیین جو در منظومه شمسی دیگر به اندازه کافی خنک خواهد بود. اما یک شانس – هرچند اندک – وجود دارد که یکی از این اتمسفرها چیزی را ارائه دهد که به عنوان یک امضای زیستی شناخته می شود: اشاره به خود زندگی.
مگان منسفیلد، ستاره شناس دانشگاه آریزونا، گفت: “من فکر می کنم بتوانیم سیاراتی را پیدا کنیم که فکر می کنیم جالب هستند — می دانید، چشم اندازهای خوبی برای زندگی وجود دارد.” اما ما لزوماً نمی‌توانیم زندگی را فوراً شناسایی کنیم.»
تاکنون، زمین تنها سیاره در جهان باقی مانده است که در آن حیات وجود دارد. دانشمندان نزدیک به 60 سال است که کاوشگرهایی را به مریخ می فرستند و هنوز مریخ را پیدا نکرده اند. اما می توان تصور کرد که حیات در زیر سطح سیاره سرخ پنهان شده یا در انتظار کشف در قمر مشتری یا زحل است. برخی از دانشمندان امیدوارند که حتی زهره، با وجود جو سوزان ابرهای دی اکسید گوگرد، ممکن است خانه زهره باشد.
حتی اگر معلوم شود که زمین تنها سیاره منظومه شمسی است که دارای حیات است، بسیاری از منظومه های خورشیدی دیگر در جهان به اصطلاح سیاره های فراخورشیدی را در خود جای داده اند.
در سال 1995، ستاره شناسان سوئیسی اولین سیاره فراخورشیدی را کشف کردند که به دور ستاره ای شبیه به خورشید می چرخید. این سیاره فراخورشیدی که با نام 51 Pegasi b شناخته می‌شود، به نظر می‌رسد خانه‌ای بی‌امید برای زندگی است – یک غول گازی پف کرده بزرگ‌تر از مشتری، و 1800 درجه فارنهایت گرم.
در سال های پس از آن، دانشمندان بیش از 5000 سیاره فراخورشیدی دیگر را یافته اند. برخی از آنها بسیار شبیه زمین هستند – تقریباً هم اندازه، به جای گاز از سنگ ساخته شده اند و در “منطقه طلایی” به دور ستاره خود می چرخند، نه خیلی نزدیک به پخت و پز اما نه به اندازه کافی برای یخ زدن.
متأسفانه، اندازه نسبتاً کوچک این سیارات فراخورشیدی، مطالعه آنها را تا کنون بسیار دشوار کرده است. تلسکوپ فضایی جیمز وب، که کریسمس گذشته پرتاب شد، این وضعیت را تغییر خواهد داد و به عنوان یک ذره بین عمل می کند تا به اخترشناسان اجازه دهد تا با دقت بیشتری به این دنیاها نگاه کنند.
این تلسکوپ از زمان پرتاب خود از کورو، گویان فرانسه، یک میلیون مایل از زمین را طی کرده و وارد مدار خود به دور خورشید شده است. در آنجا، یک سپر از آینه 21 فوتی او در برابر هرگونه گرما یا نور خورشید یا زمین محافظت می کند. در این تاریکی عمیق، تلسکوپ می تواند پرتوهای نور ضعیف و دوردست را تشخیص دهد، از جمله آنهایی که می توانند جزئیات جدیدی را در مورد سیارات دور آشکار کنند.
دکتر منسفیلد گفت این تلسکوپ فضایی “اولین رصدخانه فضایی بزرگی است که مطالعه اتمسفر سیارات فراخورشیدی را در طراحی خود در نظر گرفته است.”
مهندسان ناسا در اواسط ژوئن شروع به گرفتن عکس از طیف وسیعی از اجرام با تلسکوپ وب کردند و اولین تصاویر خود را در 12 جولای برای عموم منتشر خواهند کرد.
اریک اسمیت، دانشمند ارشد این برنامه، گفت که سیارات فراخورشیدی در اولین دسته از تصاویر قرار خواهند گرفت. از آنجایی که تلسکوپ زمان نسبتاً کوتاهی را صرف رصد سیارات فراخورشیدی خواهد کرد، دکتر اسمیت اولین تصاویر را نگاهی “سریع و کثیف” به قدرت تلسکوپ در نظر گرفت.
این نگاه‌های سریع به دنبال مجموعه‌ای از مشاهدات طولانی‌تر از ماه ژوئیه خواهد بود و تصویر واضح‌تری از سیارات فراخورشیدی ارائه می‌کند.
چندین تیم از ستاره شناسان قصد دارند به هفت سیاره که به دور ستاره ای به نام Trappist-1 می چرخند، نگاه کنند. مشاهدات قبلی نشان داد که سه سیاره منطقه قابل سکونت را اشغال می کنند.
اولیویا لیم، دانشجوی فارغ التحصیل دانشگاه مونترال که از حدود 4 ژوئیه سیارات Trappist-1 را رصد می کند، گفت: “این مکان ایده آلی برای جستجوی آثار حیات در خارج از منظومه شمسی است.”
از آنجایی که Trappist-1 یک ستاره کوچک و سرد است، منطقه قابل سکونت آن نزدیکتر از منظومه شمسی است. در نتیجه، سیارات بالقوه قابل سکونت آن در فاصله نزدیک به دور ستاره می چرخند و فقط چند روز طول می کشد تا به دور ستاره بچرخند. هر بار که سیارات از مقابل Trappist-1 عبور می کنند، دانشمندان می توانند به یک سوال اساسی اما حیاتی پاسخ دهند: آیا هیچ یک از آنها جو دارند؟
نیکول لوئیس، ستاره شناس دانشگاه کرنل می گوید: «اگر هوا نداشت، حتی اگر در یک منطقه قابل سکونت باشد، قابل سکونت نبود.
دکتر لوئیس و دیگر اخترشناسان از پیدا نکردن اتمسفر اطراف سیارات Trappist-1 تعجب نمی کنند. حتی اگر سیارات در زمان شکل گیری اتمسفر ایجاد کرده باشند، ستاره ممکن است مدت ها پیش با استفاده از اشعه ماوراء بنفش و اشعه ایکس آنها را منفجر کرده باشد.
دکتر منسفیلد گفت: “این امکان وجود دارد که آنها بتوانند تمام جو یک سیاره را قبل از اینکه فرصتی برای ایجاد حیات داشته باشد، از بین ببرند.” این اولین سوالی است که ما در اینجا می‌خواهیم به آن پاسخ دهیم: آیا این سیارات می‌توانند جوی آنقدر طولانی داشته باشند که بتوانند حیات را توسعه دهند؟
سیاره ای که از مقابل Trappist-1 می گذرد، سایه کوچکی ایجاد می کند، اما سایه آن برای تلسکوپ فضایی کوچکتر از آن است که آن را ببیند. در عوض، تلسکوپ یک کم نور شدن نور ستاره را تشخیص خواهد داد.
ژاکوب لوستیگ جیگر، ستاره شناس که دوره فوق دکترا را در آزمایشگاه فیزیک کاربردی جان هاپکینز گذرانده، می گوید: «مثل این است که با چشمان بسته به خورشید گرفتگی نگاه کنید. “شاید کمی حس کنید که نور کم شده است.”
سیاره ای با اتمسفر، ستاره پشت خود را متفاوت از یک سیاره برهنه تیره می کند. مقداری از نور ستاره مستقیماً از جو عبور می کند، اما گازها نور را در طول موج های خاصی جذب می کنند. اگر ستاره شناسان فقط به نور ستارگان در این طول موج ها نگاه می کردند، سیاره تراپیست-1 را حتی بیشتر کم نور می کرد.
این تلسکوپ مشاهدات Trappist-1 را به زمین بازگرداند. دکتر منسفیلد گفت و سپس ایمیلی دریافت می‌کنید مانند «هی، داده‌های شما در دسترس است».
اما نور Trappist-1 به قدری ضعیف خواهد بود که درک آن زمان می برد. دکتر اسمیت گفت: «چشم شما عادت دارد با میلیون ها فوتون در ثانیه سر و کار داشته باشد. اما این تلسکوپ ها فقط چند فوتون در ثانیه جمع می کنند.
قبل از اینکه دکتر منسفیلد یا ستاره شناسان همکارش بتوانند سیارات فراخورشیدی را که از مقابل تراپیست-1 می گذرند تجزیه و تحلیل کنند، ابتدا باید آنها را از نوسانات کوچکی که توسط مکانیسم ویژه تلسکوپ ایجاد می شود متمایز کنند.
دکتر منسفیلد گفت: «بسیاری از کارهایی که من انجام می‌دهم این است که مطمئن شوم هر چیز عجیب و غریبی که تلسکوپ انجام می‌دهد را به دقت تصحیح می‌کنیم تا بتوانیم آن سیگنال‌های بسیار کوچک را ببینیم.
در پایان این تلاش ها، دکتر منسفیلد و همکارانش ممکن است فضایی را در اطراف Trappist-1 کشف کنند. اما این نتیجه به تنهایی ماهیت جو را آشکار نخواهد کرد. ممکن است مانند روی زمین سرشار از نیتروژن و اکسیژن باشد یا شبیه سوپ سمی دی اکسید کربن و اسید سولفوریک در زهره باشد. یا ممکن است ترکیبی باشد که دانشمندان قبلاً ندیده اند.
الکساندر راتکه، ستاره شناس دانشگاه فنی دانمارک، می گوید: ما هیچ ایده ای نداریم که این جوها از چه چیزی ساخته شده اند. ما ایده‌ها و شبیه‌سازی‌ها و این چیزها را داریم، اما واقعاً هیچ ایده‌ای نداریم. باید برویم و نگاه کنیم.»
تلسکوپ فضایی جیمز وب، که گاهی اوقات JWST نامیده می شود، ممکن است برای تعیین اجزای خاص جو سیارات فراخورشیدی به اندازه کافی قدرتمند باشد زیرا هر نوع ذره طیف متفاوتی از طول موج های نور را جذب می کند.
اما این اکتشافات به آب و هوای سیارات بیرونی بستگی دارد. یک پتوی درخشان و بازتابنده از ابرها می‌تواند مانع از ورود نور ستاره‌ای به اتمسفر یک سیاره فراخورشیدی شود و هرگونه تلاش برای یافتن هوای فضایی را از بین ببرد.
دکتر Rathcke می گوید: «تمایز بین اتمسفر با ابر و بدون جو واقعاً دشوار است.
اگر هوا هماهنگ باشد، اخترشناسان به ویژه مشتاق هستند که دریابند آیا سیارات فراخورشیدی در جو خود آب دارند یا خیر. حداقل در زمین، آب پیش نیاز زیست شناسی است. دکتر منسفیلد گفت: “ما فکر می کنیم که احتمالاً این نقطه شروع خوبی برای جستجوی زندگی خواهد بود.”
اما جو پرآب لزوماً به این معنا نیست که یک سیاره فراخورشیدی دارای حیات است. برای اطمینان از زنده بودن یک سیاره، دانشمندان باید یک نشانگر زیستی، یک مولکول یا گروهی از چندین مولکول را که مشخصاً توسط موجودات زنده تشکیل شده‌اند، کشف کنند.
دانشمندان هنوز در حال بحث هستند که یک امضای زیستی قابل اعتماد چیست. جو زمین در منظومه شمسی منحصر به فرد است زیرا حاوی مقدار زیادی اکسیژن است که عمدتاً محصول گیاهان و جلبک ها است. اما وقتی مولکول های آب در هوا شکافته می شوند، می توان بدون کمک حیات نیز اکسیژن تولید کرد. به همین ترتیب، متان می تواند توسط میکروب های زنده و همچنین توسط آتشفشان ها آزاد شود.
این امکان وجود دارد که تعادل خاصی از گازها وجود داشته باشد که می تواند اثر حیاتی واضحی را ایجاد کند که بدون کمک زندگی نمی توان آن را حفظ کرد.
دکتر Rathcke گفت: “ما به سناریوهای بسیار مطلوب برای یافتن این اثر انگشت های حیاتی نیاز داریم.” “من نمی گویم امکان پذیر نیست. فقط فکر می کنم دور از ذهن است. ما باید خیلی خوش شانس باشیم.”
جاشوا کریسانسن-توتون، دانشمند سیاره‌شناسی در دانشگاه کالیفرنیا، سانتا کروز، گفت که یافتن چنین تعادلی مستلزم رصد سیاره‌ای است که اغلب از مقابل تراپیست-1 می‌گذرد، تلسکوپ وب.
دکتر کریسانسن-توتون گفت: “اگر کسی در پنج سال آینده جلو بیاید و بگوید، “بله، ما با JWST زندگی پیدا کردیم”، من نسبت به این ادعا بسیار مشکوک خواهم بود.
این امکان وجود دارد که تلسکوپ فضایی جیمز وب به سادگی نتواند بیومتریک را پیدا کند. این ماموریت ممکن است باید منتظر نسل بعدی تلسکوپ های فضایی، بیش از یک دهه بعد باشد. این سیارات فراخورشیدی را به همان صورتی که مردم در آسمان شب به مریخ یا زهره نگاه می‌کنند، مطالعه می‌کند: با مشاهده انعکاس نور ستاره‌ها بر روی آنها در پس‌زمینه سیاه فضا، به جای عبور از مقابل یک ستاره.
دکتر Rathcke پیش بینی کرد: “بیشتر، ما پایه بسیار مهم را برای تلسکوپ های آینده کار خواهیم کرد.” “من بسیار شگفت زده خواهم شد اگر JWST تشخیص اثر انگشت بیومتریک را معرفی کند، اما امیدوارم اصلاح شود. منظورم این است که اساساً این کار را برای این کار انجام می دهم.”
