علت عدم وجود حیات بیگانه در سیارات فراخورشیدی و از بین رفتن منابع آبی در آن ها

علت عدم وجود حیات بیگانه در سیارات فراخورشیدی ، به کمک مطالعه‌ای جدید مورد بررسی قرار گرفت. جهان‌های آبی، منابع خود را پیش از شکل‌گیری حیات از دست می‌دهند!

تلاش برای کشف حیات بیگانه در سیارات و منظومه‌های همسایه، در دهه‌های اخیر به شکلی جدی انجام می‌گیرد. در چند سال گذشته، دانشمندان به یافته‌های مهمی در رابطه با شرایط حاکم بر جهان‌های فراخورشیدی دست یافته‌اند که می‌تواند علت عدم وجود حیات بیگانه در سیارات فراخورشیدی را توضیح دهد.

زمانی که صحبت از جستجوی حیات در سیارات همسایه می‌شود، وجود و یا عدم وجود آب مایع در این سیاره‌ها، از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. برای اینکه منابع آبی بتوانند به مدت طولانی بر سطح این سیارات باقی بمانند، لازم است که این سیاره در نقطه‌ای قابل سکونت از مدار ستاره خود واقع شده باشد.

وجود آب مایع در سیارات فرازمینی، یک شرط ضروری برای شکل‌گیری مقدمات حیات در این جهان‌ها به شمار می‌رود. در سال‌های اخیر، اکتشافات جدید دانشمندان نشان داده است که تعداد جهان‌های آبی در کیهان، بیشتر از آن چیزی‌ست که پیش‌تر تصور می‌شد.

جهان‌های آبی، به آن دسته از سیاراتی اطلاق می‌شود که نیمی از جرم آن‌، از منابع آبی و اقیانوس‌هایی عمیق تشکیل شده باشد.

بر اساس یک مطالعه جدید توسط تیمی از ستاره‌شناسان دانشگاه پرینستون (Princeton) میشیگان (Michigan) و هاروارد (Harvard)، این دسته از سیارات، نمی‌توانند آب را تا مدت زمانی طولانی در سطح خود نگه دارند و همین امر به عنوان علت عدم وجود حیات بیگانه در سیارات فراخورشیدی مطرح شده است.

این مقاله با عنوان «کاهش منابع آبی به علت تلفات اتمسفری» (The Dehydration of Water Worlds via Atmospheric Losses) و توسط گروهی از دانشمندان دانشگاه پرینستون منتشر شده و نگاهی دقیق به شرایط جوی جهان‌های آبی دارد.

این مطالعه جدید، عمدتا جهان‌هایی را شامل می‌شود که در مدار ستاره‌های کم جرم (کوتوله قرمز) از نوع M گردش می‌کنند. این سیاره‌ها در اندازه‌ای مشابه به زمین بوده و غالبا دارای سطوح هستند. نکته عجیب در مورد جهان‌های آبی در منظومه‌های فراخورشیدی این است که هنوز هیچ نشانه‌ای از وجود حیات در آنان یافت نشده و دانشمندان سعی دارند که با این مطالعه، به علت عدم وجود حیات بیگانه در سیارات فراخورشیدی پی ببرند.

علاوه بر آن، بسیاری از این سیارات، در فاصله‌ای مناسب از ستاره خود واقع شده‌اند که همین امر، شانس وجود حیات در آنان را افزایش می‌دهد. از جمله این سیاره‌ها، می‌توان به سه سیاره سنگی موجود در منظومه تراپیست-1 (TRAPPIST-1) و همچنین سیاره پروکسیما بی (Proxima b) در منظومه پروکسیما قنطروس اشاره کرد.

مطالعات دانشمندان در سال‌های اخیر، نشان داد که سیاره سنگی پروکسیما بی و سایر سیارات مشابه با آن که در مدار ستاره‌های نوع M گردش می‌کنند، غالبا از جهان‌های آبی هستند.

این یافته‌ها، بر اساس برآوردهای متعددی است که از طریق نظرسنجی‌های نجومی و مشاهدات اولیه سیارات فراخورشیدی به دست آمده و طبیعت سیارات سنگی را از منظره تازه‌ای به نمایش می‌گذارد. نکته قابل توجه در مورد جهان‌های آبی، این است که آیا این سیارات می‌توانند منابع خود را به مدت طولانی نگهداری کنند یا خیر؟

پاسخ به این پرسش را می‌بایست در نوع ستاره مادر و نحوه گردش سیارات آن جستجو کرد. ستاره‌های کوتوله قرمز، دارای عمر طولانی‌تری بوده و در مقایسه با خورشید، بسیار متغیر و ناپایدار هستند. همین امر، موجب انتشار شراره‌های خورشیدی و از بین بردن اتمسفر سیارات آن می شود.

علاوه بر این، سیاراتی که در نزدیکی ستاره‌های نوع M قرار دارند، غالبتا در حالت قفل گرانشی هستند و همواره فقط یک سمت از آنان رو به ستاره قرار دارد.

به همین علت، دانشمندان در تلاش هستند تا علت عدم وجود حیات بیگانه در سیارات فراخورشیدی را با بررسی این پارامترها توضیح دهند. دکتر Chuanfei Dong به عنوان سرپرست این مطالعه می‌گوید:

منصفانه است که بگوییم وجود اتمسفر در سیارات فراخورشیدی، یک شرط اساسی برای جستجوی حیات بیگانه در آن‌هاست. با این حال، مفهوم حیات‌پذیری، بسیار پیچیده است که عوامل متعدد دیگری را نیز شامل می‌شود. بنابراین، وجود اتمسفر به تنهایی نمی‌تواند شرایط شکل‌گیری حیات را تضمین کند؛ بلکه تنها به عنوان یکی از الزامات حیات‌پذیری یک سیاره فراخورشیدی به شمار می‌رود.

این گروه از دانشمندان، با بهره‌گیری از شبیه‌سازی‌های کامپیوتری، سناریوهای مختلفی را در این زمینه به اجرا گذاشتند. یک جهان آبی، به منظور پشتیبانی از زیست فرازمینی، می‌بایست که اتمسفر خود را برای مدتی طولانی حفظ کند؛ اگر چنین باشد، سیاره مذکور از شرایط مناسبی برای پرورش حیات برخوردار خواهد بود.

پارامترهای متعددی در این زمینه موثر هستند که از جمله آن‌ها می‌توان به میدان مغناطیسی ستاره، خروج جرم از تاج خورشیدی و همچنین یونیزاسیون اتمسفر در ستاره‌های نوع G (خورشید) و نوع M (پروکسیما قنطروس و تراپیست-1) اشاره کرد.

با در نظر گرفتن این اثرات، دکتر دانگ و همکارانش به مدلی جامع برای شبیه سازی میزان دوام اتمسفر، در سیارات فراخورشیدی دست یافتند. دکتر دانگ در این باره اظهار کرد:

ما یک مدل چند متغیره مغناطیسی هیدرودینامیکی را ایجاد کردیم. این مدل، یونسفر و مگنوسفر را به طور جامع شبیه‌سازی می‌کند. با توجه به وجود میدان مغناطیسی دو قطبی، طوفان‌های ستاره مادر به تنهایی نمی‌تواند اتمسفر سیاره را از بین ببرد. در واقع وقوع بادهای قطبی، علت اصلی از دست رفتن یون‌های اتمسفری هستند.

الکترون‌ها، دارای وزن سبک‌تری نسبت به یون‌های والدین خود هستند. در نتیجه، با سرعت و شتاب بیشتری از سیاره خارج می‌شوند. خروج این الکترون‌ها و باردار شدن یون‌ها به طور همزمان، موجب ایجاد میدان الکتریکی قطبی می‌شود و این میدان الکتریکی، یون‌های مثبت را نیز همراه با الکترون‌ها به بیرون می‌راند.

یافته‌های این گروه از دانشمندان، با شرایط فعلی حاکم بر زمین نیز سازگار است. اما شرایط در مدار ستاره‌های نوع M، تا حد بسیاری متفاوت بوده و نرخ خروج را هزاران برابر افزایش می‌دهد. در نتیجه، یک سیاره سنگی که به دور ستاره‌ای از نوع M گردش می‌کند، در طول هزاران سال اتمسفر خود را از دست می‌دهد.

با توجه به اینکه تکامل یافتن اشکال ابتدایی حیات، حدودا 4.5 میلیارد سال زمان لازم دارد، به نظر می‌رسد که 1 میلیارد سال بسیار کمتر از آن باشد که حیات‌های بیگانه امکان رشد و تکامل را پیدا کنند. دکتر دانگ این امر را علت عدم وجود حیات بیگانه در سیارات فراخورشیدی خوانده و در این باره می‌گوید:

مطالعات ما نشان می‌دهد که سیاره‌هایی با منابع آبی غنی همانند زمین، می‌توانند آب را تا مدت زمان بسیاری در سطح خود نگهداری کنند؛ چرا که در این دسته از سیارات، نرخ فرار یونی بسیار کمتر از سیاراتی است که در مدار ستاره‌های نوع M قرار دارند. همین امر سبب می‌شود که مدت زمان بسیار طولانی‌تری برای تکامل اشکال پیچیده از حیات وجود داشته باشد.

سیاره‌هایی که در مدار ستاره‌های کوتوله قرمز قرار دارند، در کمتر از یک میلیارد سال، منابع آبی خود را از دست می‌دهند؛ چرا که این دسته از جهان‌های آبی، در معرض تابش شدید ذرات و اشعه‌های ستاره خود هستند. بنابراین علت عدم وجود حیات بیگانه در سیارات فراخورشیدی را می‌توان با پیرامون این بازه زمانی 1 میلیارد ساله جستجو کرد.

ستاره‌های کوتوله قرمز، می‌توانند تا 10 تریلیون سال هم باقی بمانند. همین امر، آن‌ها را به بهترین نامزد برای جستجوی حیات فرازمینی تبدیل می‌کند.

با این حال، عدم ثبات در این ستاره‌ها و وضعیت اتمسفر سیاراتی که در مدار آن‌ها واقع شده‌اند، شانس وجود حیات در این جهان‌ها را کاهش می‌دهد.

این مطالعه، به خوبی نشان می‌دهد که یک سیاره آبی که در مدار ستاره‌ای از نوع کوتوله قرمز واقع شده، تا چه مدت می‌تواند اتمسفر و منابع آبی را در سطح خود نگهداری کند. دکتر دانگ در این باره می‌گوید:

وجود یا عدم وجود اتمسفر در یک سیاره فراخورشیدی، نقش مهمی را در سکونت‌پذیری آن ایفا می‌کند. با راه‌اندازی تلسکوپ فضایی جیمز وب (James Webb Space Telescope)، قادر خواهیم بود که وجود یا عدم وجود اتمسفر در سیاره‌های همسایه را مورد بررسی دقیق قرار دهیم.

انتظار می‌رود که تلسکوپ فضایی جیمز وب، بتواند مشخصات جوی این دسته از سیارات را به خوبی مشخص سازد. ولی تعیین کردن نرخ فرار، پارامتری است که احتمالا در آینده‌ای نزدیک امکان‌پذیر نخواهد بود.

این مطالعه، همچنین درک فعلی ما از منظومه شمسی و تکامل حیات بر روی زمین را وارد مرحله تازه‌ای می‌کند. یافته‌های دانشمندان نشان می‌دهد که سیارات زمین و زهره، از جهان‌های آبی منظومه شمسی بوده‌اند.

با وقوع رویدادهای کیهانی مختلف، سیاره زهره به جهانی کاملا خشک و جهنمی تبدیل گشته و کره زمین نیز بسیاری از منابع آبی خود را از دست داده است. دانشمندان در نظر دارند که عوامل موثر بر این رویداد را مورد بررسی قرار دهند.

زمانی که تلسکوپ فضایی جیمز وب، در بهار سال 2018 راه‌اندازی شود، دانشمندان قادر خواهند بود که دنیاهای اطراف را با دقت بیشتری مورد بررسی قرار دهند. از جمله این جهان‌ها، می‌توان به سیاره سنگی پروکسیما بی در منظومه همسایه اشاره کرد.

این دسته از مطالعات، ما را در درک بهتر نحوه تکامل حیات در منظومه شمسی یاری خواهند کرد.