روش جدید دانشمندان، جستجوی نشانه های حیات در سیارات را آسانتر میکند
جستجوی نشانه های حیات در سیارات دور ، قرار است شکلی تازه و آسانتر به خود بگیرد. دانشمندان با تعریف رویکردی جدید، جهت کشف فرازمینیها در سیارات دوردست تلاش میکنند.
زمانی که صحبت از جستجوی نشانه های حیات در سیارات دور و جهانهای ناشناخته به میان میآید، دانشمندان همواره تلاش میکنند که سادهترین راهکار موجود را مورد توجه قرار دهند. از آنجا که دانش امروزی ما از شرایط شکلگیری حیات، شباهت ویژهای به شرایط موجود در زمین دارد، طبیعی است که جستجوی نشانه های حیات در سیارات دور را نیز با همین گزینهها مطابقت دهیم. این موارد شامل قرارگیری سیاره مذکور در منطقه قابل سکونت، داشتن اتمسفر پایدار و از همه مهمتر، دارا بودن «آب مایع» است.
تا به امروز، دانشمندان به روشهایی برای تشخیص بخار آب در اتمسفر سیارات دور دست یافتهاند که تمامی آنان شامل مراحلی سخت و دشوارند. اما به لطف مطالعه جدیدی که توسط «یوکا فوجی» (Yuka Fujii) به رهبری یکی از اعضای مؤسسه گودارد برای مطالعات فضایی (Goddard Institute for Space Studies) انجام گرفته، احتمالا جستجوی نشانه های حیات در سیارات دور شکل تازهای را به خود خواهد گرفت. این گروه از دانشمندان، یک مدل 3 بعدی جدید را ارائه کردهاند که توجه ویژهای بر الگوهای چرخشی آب و هوا در سیارات فرازمینی دارد. در نتیجه این مطالعه، دانشمندان دریافتند که وجود سیارات سکونتپذیر، بسیار بیشتر از آن است که تصور میکنیم!
به بیان سادهتر، آب مایع یکی از اصلیترین موارد لازم برای شکلگیری حیات است که باید آن را در جستجوی نشانه های حیات در سیارات دور مورد توجه قرار دهیم. اگر به علت مناسب نبودن شرایط آب و هوا در یک سیاره فرازمینی، آب مایع به مدت میلیاردها سال در آن جریان نداشته باشد، در این صورت هیچ نشانهای از حیات و تکامل موجودات زنده در آن وجود نخواهد داشت. اگر این سیاره از ستاره خود دور باشد، آب مایع منجمد میشود و در صورتی که فاصله آن از ستاره مادر بسیار کم باشد، آب مایع از سطح آن تبخیر شده و به فضا خواهد رفت. یوکا فوجی و سایر اعضای حاضر در این گروه تحقیقاتی اظهار کردند:
در گذشته، شواهد وجود آب در اتمسفر بسیاری از سیارات فرازمینی به اثبات رسیده است. غولهای گازی فراخورشیدی (مانند سیاره مشتری)، این نشانهها را به شکل قویتری در اتمسفر خود دارند. اما شرایط در مورد سیارات سنگی کوچکتر، تا حد بسیاری متفاوت است و عوامل آن را میتوان به شعاع سیارهای کوچک، دمای پایین و وزن مولکولی بالاتر نسبت داد.
مطالعات قبلی برای جستجوی نشانه های حیات در سیارات دور ، به مدلهای یک بعدی بسنده میکردند. این مدلها، شامل اندازهگیری میزان هیدروژن بود؛ زیرا با شکسته شدن بخار آب در لایه استراتوسفر، عناصر اکسیژن و هیدروژن آزاد میشوند. با اندازهگیری نرخ هیدروژن تلف شده در فضا، دانشمندان مقدار آب موجود در سطح این سیاره را تشخیص میدادند.
همانطور که دکتر فوجی و همکارانش توضیح میدهند، چنین مدلهایی بر چند فرضیه استوار هستند که چندان نمیتوان آنان را به اثبات رساند. از جمله این فرضیات میتوان به انتقال گرما، بخار آب و اثرات ابرها اشاره کرد. اساسا، مدلهای قبلی پیشبینی میکردند که برای رسیدن بخار آب به استراتوسفر، لازم است که حداقل دمای این سیارات 66 درجه سانتیگراد باشد.
این حرارتها، موجب ایجاد طوفانهایی بسیار قوی در سطح سیاره میشود. با این حال، وجود این طوفانها لزوما نمیتواند بیانگر رسیدن آب به استراتوسفر باشد. سیارههایی که در فاصله نزدیک به ستارگان اصلی خود حرکت میکنند، دارای نرخ گردشی کمتری هستند و در اغلب موارد، با ستارههای خود در حالت قفل گرانشی قرار دارند. به همین سبب، روی دادن پدیده طوفانهای بسیار شدید در آنان، امری بعید به نظر میرسد.
این پدیده، اغلب در مورد سیارات سنگی در اطراف ستارگان کمجرم، سرد و نوع M (کوتوله قرمز) اتفاق میافتد. در اینگونه موارد، نفوذ گرانشی ستاره مادر بر این دسته از سیارات، باعث متوقف شدن گردش آنان میشود. با وقوع این رویداد، ابرهای ضخیم در قسمت روشن این سیارات شکل گرفته و از سطح این سیاره در برابر تابش بیش از اندازه محافظت میکند.
با وجود آنکه شکل گرفتن این دسته از ابرها، از تبخیر آب مایع در سطح این سیارات جلوگیری میکند، اما تابش اشعه مادون قرمز به تنهایی میتواند حرارت کافی برای قرار دادن سیاره در حالت گلخانهای مرطوب را تامین کند. این پدیده در مورد سیارات نوع M و دیگر ستارههای کوتوله سرد به طور کامل صدق میکند. تابشهای مادون قرمز توسط این دسته از ستارهها، موجب گرم شدن ابرها شده و تبخیر آب به سمت استراتوسفر را تقویت میکند.
دکتر یوکا فوجی و سایر اعضای این تیم تحقیقاتی به منظور مطالعه این پدیده، مدلی 3 بعدی مبتنی بر مواردی همچون تغییرات جوی و ناهمگونیهای آب و هوایی را ارائه کردند. در این آزمایش، دانشمندان یک سیاره با اتمسفری مشابه به زمین را مدنظر قرار دادند که از اقیانوسهای آبی پوشانده شده بود. این به دانشمندان اجازه میداد که تاثیرات انواع مختلفی از ستارگان بر سطح سیارات موجود در فواصل گوناگون را به وضوح ببینند. دکتر فوجی در جریان یک کنفرانس مطبوعاتی در ناسا توضیح داد:
یا استفاده از یک مدل که شرایط واقعی اتمسفر یک سیاره را نشان میدهد، ما به فرآیندهای جدیدی دست یافتیم که در سکونتپذیری یک سیاره فرازمینی نقش عمدهای دارند. ما متوجه شدیم که نوع تابش یک ستاره میتواند تاثیر چشمگیری بر قرار دادن یک سیاره در حالت گلخانهای مرطوب داشته باشد.
در نهایت، مدل ارائه شده توسط این تیم تحقیقاتی نشان داد که این دسته از ستارههای کمجرم، نور خود را در سطوح مادون قرمز منتشر میکنند و همین امر موجب قرار دادن سیارات نزدیک به آن، در فاز گلخانهای مرطوب میگردد. شرایط در چنین سیاراتی، بسیار مشابه با الگوهای آب و هوایی حاکم بر زمین است. به همین دلیل وضعیت آب و هوای این سیارات، با آنکه به ستاره مادر نزدیک هستند، گرم و مرطوب خواهد بود.
علاوه بر این، مدل مذکور نشان داد که فرآیندهای حاصل از تابشهای ماورای بنفش در این سیارهها، رطوبت در استراتوسفر را به تدریج افزایش میدهد. این بدان معناست که سیاراتی که در نزدیکی ستارههای خود گردش میکنند، لزوما غیر قابل سکونت نیستند؛ در عوض شاید از شرایط بسیار مناسبی برای حیات برخوردار باشند. این رویکرد جدید به ستارهشناسان کمک میکند که با شبیهسازی دقیق و واقعگرایانه وضعیت اتمسفر سیارات کشف شده، الگوهای آب و هوایی آن را بررسی کنند؛ کاری که انجام آن با استفاده از مدلهای یک بعدی غیرممکن بود.
در آینده، این تیم قصد دارد که جستجوی نشانه های حیات در سیارات دور را با بررسی وضعیت سطحی این سیارات ادامه دهد؛ زیرا عواملی همچون گرانش، اندازه، ترکیبات جوی و … تاثیر ویژهای بر سکونتپذیری آن دارد. این مدل 3 بعدی، الگوهای مربوط به چرخه آب و هوا را مدنظر قرار داده و امکان حیاتپذیری یک سیاره دوردست را با دقت بیشتری مورد بررسی قرار میدهد. دانشمندان در این باره اذعان داشتهاند:
با تشخیص دادن میزان دمای یک ستاره، میتوان از حیاتپذیری سیارات نزدیک به آن اطلاع پیدا کرد. تکنولوژی فعلی محدودیتهای بسیاری را تشخیص مقدار بخار آب در اتمسفر سیارات فراخورشیدی به همراه دارد. اما اگر مقادیر کافی از آب در اتمسفر این سیارات کشف شود، مطمئنا میتوان گفت که سیاره مذکور در حالت گلخانهای قرار دارد.
این مطالعه، علاوه بر ارائه یک روش کارآمد برای تشخیص سکونتپذیری سیارات فرازمینی، امکان وجود حیات در حوالی ستارههای نوع M را نیز مدنظر قرار میدهد. ستارههایی با جرم و دمای بسیار کم، تقریبا 75 درصد از ستارههای موجود در کهکشان راه شیری را تشکیل میدهند. کسب اطلاع از سکونتپذیری بالقوه این سیارات، میتواند خبر بسیار خوبی برای علاقهمندان به دنیای علم و نجوم باشد.
علاوه بر این، مطالعه مذکور اطلاعاتی بر خلاف برآوردهای پیشین را ارائه میکند. تا قبل از این، تصورات بر این بود که امکان شکلگیری حیات در مدار ستارههای نوع M وجود ندارد. اما با ارائه این مقاله جدید، محققان دریافتند که احتمالا بسیاری از سیارات سنگی در نزدیکی زمین، از شرایط بسیار مناسبی برای توسعه حیات برخودارند. پیشتر گفته میشد که ستارههای کوتوله قرمز، شرارههای بسیاری را از خود منتشر میکنند که اتمسفر سیارات موجود در مدار خود را از بین میبرند.
این مطالعه، یافتههای اخیر ما از سیستم 7 سیارهای تراپیست-1 (TRAPPIST-1) و همچنین سیاره پروکسیما بی (Proxima b) در منظومه پروکسیما قنطروس را نیز شامل میشود. تعداد عظیمی از سیارات مشابه زمین در اطراف ستارههای نوع M وجود دارند که با استناد بر یافتههای اخیر این تیم تحقیقاتی، میتوان گفت که جهانهای قابل سکونت در نزدیکترین فاصله با زمین قرار گرفتهاند.
وجود جریان های آب مایع در مریخ ؛ دانشمندان در جستجوی گذشته تاریخی سیاره سرخ
اکتشافات جدید دانشمندان نشان میدهد که جریان های آب مایع در مریخ و همچنین یخهای سطحی، هردو نقش مهمی در تاریخ این سیاره داشتهاند!
به لطف اکتشافاتی که توسط کاوشگرهای رباتیک، سطحنشینها و مریخنوردها به دست آمده، دانشمندان به این نتیجه رسیدهاند که میلیاردها سال قبل، سطح سیاره مریخ سرشار از منابع آبی بوده است.
علاوه بر این، سوالات دیگری برای دانشمندان همچنان بیپاسخ باقی مانده است که از مهمترین آنان میتوان به وجود یا عدم وجود دائمی جریان های آب مایع در مریخ اشاره کرد. به بیان دیگر، آیا مریخ یک سیاره گرم و مرطوب بوده و یا اینکه در اکثر مواقع، آبوهوایی سرد و خشک بر آن حاکم بوده است؟
اینها از جمله سوالاتی هستند که به علت ناشناخته بودن ماهیت سطح و فضای مریخ، نمیتوان پاسخهایی قطعی را برای آن ارائه کرد. اما اخیرا مطالعهای جدید از دانشگاه براون (Brown University)، سعی دارد به این دست از سوالات، پاسخی روشن بدهد.
دورههای ابتدایی تاریخ سیاره مریخ ، مقادیر بسیاری از یخهای سطحی را در خود داشت که ذوب شدن آنان، حجم عظیمی از منابع آبی را در سطح این سیاره جاری میکرد.
این مقاله جدید که به تازگی در نشریه ایکاروس (Icarus) هم به چاپ رسیده، وجود جریان های آب مایع در مریخ به صورت همزمان یا یخهای سطحی را در دوران باستانی این سیاره مورد امکانسنجی قرار داده است. مقاله مذکور توسط دکتر اشلی پالمبو (Ashley Palumbo) به عنوان یکی از اعضای «دپارتمان زمین، علوم محیطی و علوم سیارهای» (Department of Earth, Environmental and Planetary Science) در دانشگاه براون، با همکاری استاد راهنمای او یعنی جیم هد (Jim Head) و پروفسور رابین وردزورث (Robin Wordsworth) از دانشگاه هاروارد منتشر شده است.
پروفسور پالمبو و همکارانش در این مطالعه سعی کردهاند که ارتباط بین جغرافیای مریخ (به عنوان سیارهای گرم و مرطوب) و مدلهای اتمسفر این سیاره (به عنوان محیطی سرد و یخی) را مورد بررسی قرار دهند.
همانطور که آنها نشان دادند، سطح باستانی سیاره سرخ سرشار از یخچالهای طبیعی بوده است. در روزهای تابستانی این سیاره، منابع یخی شروع به ذوب شدن کرده و موجب به راه افتادن جریان های آب مایع در مریخ میشدند.
بعد از چندین سال مطالعه و بررسی، دانشمندان دریافتند که همین مقادیر اندک از آبهای جاری در مریخ، برای شکل دادن به ویژگیهای رسوبی سنگهای مریخی کافی بوده است. مهمتر از همه آنها، جریان های آب مایع در مریخ توانستهاند شبکهای از درهها را در جنوب سیاره سرخ شکل دهند.
پالمبو تشریح کرد که این مطالعه، با الهامگیری از تغییرات مشابه با آن در زمین انجام گرفته است. وی در این باره اظهار کرد:
مشابه همین ویژگیها را در درههای خشک قطب جنوب هم میتوان دید. در طول فصول گرم سال، مقادیری از این یخها ذوب شده و سپس موجب جاری شدن آبهای مایع در این نواحی میشود. هرچند که میانگین سالانه افزایش دما در این منطقه، بسیار کمتر از سرمای آن است. ما سعی داشتیم که امکانپذیری این شرایط در مورد مریخ را مورد بررسی قرار دهیم.
پالمبو و اعضای تیم او برای تعیین ارتباط بین مدلهای جوی و شواهد جغرافیایی مریخ، از مدل آبوهوایی مدرن برای سیاره سرخ استفاده کردند.این مدل، شرایط حاکم بر مریخ در 4 میلیارد سال قبل را شبیهسازی کرده است. بخش اعظم اتمسفر این سیاره را کربن دیاکسید تشکیل میداد و انرژی خورشید بسیار کمتر از مقداری امروزی آن بود. از این مدل، آنها دریافتند که در روزهای اولیه، سیاره مریخ محیطی سرد و یخی را تجربه میکرده است.
با این حال، آنها چند متغیر احتمالی دیگر را نیز برای گذشتهی 4 میلیارد ساله سیاره مریخ در نظر گرفتند. این متغیرها شامل وجود یک اتمسفر غلیظتر در مریخ است که افزایش اثر گلخانهای را در پی دارد.
از آنجا که امکان محاسبه دقیق غلظت اتمسفر مریخ در زمانی بین 4.2 الی 3.7 میلیارد سال قبل، امری دشوار است، پروفسور پالمبو و همکارانش مدلهای مختلفی را با تراکم جوی مختلف در نظر گرفتند.
لازم به ذکر است که دانشمندان، تغییرات مربوط به مدار مریخ در 4 میلیارد سال قبل را نیز در این مدل لحاظ کردند. در این مورد، آنها طیف وسیعی از سناریوهای قابل قبول را مورد آزمایش قرار دادند که وضعیت سیاره مریخ در شیبهای مختلف را مورد بررسی قرار میداد. تغییرات مربوط به مدار سیاره سرخ، تاثیر مستقیمی بر میزان دریافت نور خورشید توسط هریک از نیمکرههای این سیاره دارد.
در نهایت، این مدل سناریوهایی را تولید کرد که در آن مقادیر یخی بسیاری در ارتفاعات جنوبی این سیاره قرار داشت. در این سناریو، تغییرات آبوهوایی فصلی در این منطقه، شرایط دما را در فصول مختلف سالهای مریخی تغییر میداد.
تنها مسئله باقی مانده در مورد این مدل، تعیین حجم آب مورد نیاز برای تولید درههای مریخی است که امروزه آن را شاهد هستیم.
خوشبختانه در سال 2015، پروفسور جیم هد (Jim Head) و الیوت روسنبرگ (Eliot Rosenberg) که هردوی آنها در این تاریخ دانشجوی کارشناسی بودند، مطالعهای را ترتیب دادند که حداقل مقدار آب مورد نیاز برای تولید بزرگترین درهها را برآورد میکرد.
پالمبو و همکارانش با استفاده از این برآوردها و کمک گرفتن مطالعات دیگر، میزان احتمالی جریان های آب مایع در مریخ و مدت زمان لازم برای تشکیل این درهها را به صورت تقریبی محاسبه کردند.
اگر شیب محوری سیاره مریخ برابر با 25 درجه بوده باشد، در مقایسه با مقدار امروزی 25.18 درجهای آن و همچنین فشار اتمسفر 600 میلیبار (100 برابر مقدار فعلی)، در این صورت بین 33 هزار تا 1 میلیون سال زمان لازم بود که جریان های آبی مورد نیاز برای ایجاد درههای مریخی تولید شوند.
اما با در نظر گرفتن یک مدار دایرهای شکل، شیب محوری 25 درجه و فشار اتمسفر 1000 میلیبار، این مدت زمان به 21 هزار الی 550 هزار سال کاهش مییافت.
مقدار گریز از مرکز و شیب محوری مورد نیاز برای این سناریوها، با شرایط مریخ در حدود 4 میلیارد سال قبل مطابقت دارد. پروفسور جیم هد معتقد است که این مطالعه میتواند عدم تطابق بین وضعیت اتمسفر مریخ و شرایط جغرافیایی این سیاره را نیز به خوبی توضیح دهد. وی در این باره میگوید:
این مطالعه، یک فرضیه معتبر را برای نحوه تولید آب مایع در روزهای ابتدایی مریخ مطرح میکند. مشابه چنین فرآیندی در زمین نیز در طی تغییرات فصلی روی میدهد. در حال حاضر، ما در حال بررسی نامزدهای احتمالی دیگر برای افزایش احتمالی دما هستیم که از جمله آنان میتوان به آتشفشانها و برخورد شهابسنگها اشاره کرد که ذوب شدن یخهای سطحی را در پی داشتهاند.
مطالعات جدید نشان میدهد که در طول این دورههای مختلف، شرایط حاکم بر مریخ تغییرات بسیاری را تجربه کرده و هیچ بعید نیست که در آینده نیز سرنوشتی مشابه در انتظار زمین باشد.
با این حال، بحث و اختلاف نظر پیرامون این مسئله همچنان به قوت خود باقی است. موضوع چگونگی گرم شدن اتمسفر مریخ، آن هم در دورهای که انرژی گرمایشی کمتری را از خورشید دریافت میکرد، مسئلهای است که دانشمندان تاکنون فرضیات متعددی را برای آن مطرح ساختهاند. وجود جریان های آب مایع در مریخ و در دوران باستانی این سیاره، موضوعی غیرقابل انکار است؛ اما بحث در مورد چگونگی این مسئله همچنان در هالهای از ابهام قرار دارد.
در سالهای اخیر، محققان پیشنهادهای مختلفی را برای حل این مسئله ارائه کردهاند. از جمله آنها میتوان به ابرهای مرطوب و یا انفجارهای دورهای متان از زیر سطح این سیاره اشاره کرد.
فضاپیمای دان (Dawn) ناسا دوباره به بازدید از سیاره کوتوله سرس میرود؛ اینبار نزدیکتر
فضاپیمای دان (Dawn) ناسا یکبار دیگر به منظور ملاقات با سیاره کوتوله سرس به بازدید از این سیاره و اینبار با فاصله ای نزدیک تر میرود.
در ماه ژوئن 2016، فضاپیمای دان به پایان ماموریت اصلی خود رسید. در آن زمان، این کاوشگر در مدار سیاره کوتوله سرس (Ceres) قرار گرفت و از همین فاصله، مطالعات خود بر سطح این جرم آسمانی را ادامه داد. این هفته، آژانس فضایی ناسا از شروع دوباره برنامه فضایی دان و آغاز ماموریت دوم این فضاپیما خبر داد. قرار است که فضاپیمای دان، در نزدیکترین فاصله ممکن به سطح این سیاره کوتوله قرار گرفته و با ادامه دادن ماموریت قبلی خود، منظرههایی با جزئیات بسیار دقیق را به زمین مخابره کند.
زمانی که کاوشگر دان در سال 2015 وارد مدار سرس شد، چشمانداز تازهای از بزرگترین جرم موجود در کمربند سیارکی را به دانشمندان نمایش داد. از جمله این دستاوردهای جدید، میتوان به اکتشاف الگوهای ساخته شده از نمک، سطح فعال و همچنین وجود بالقوه ترکیبات آلی در این سیاره کوتوله اشاره کرد. با وجود آنکه این ماموریت در سال گذشته به پایان رسید، هنوز مقداری سوخت در مخزن این کاوشگر باقی مانده بود. در حالی که دانشمندان در نظر داشتند که کاوشگر دان را به مدار سیارک دیگری بفرستند، در نهایت تصمیم بر آن شد که با شروع دوباره برنامه فضایی دان ، مطالعه و بررسی سیاره کوتوله سرس، این بار از نمای نزدیکتری ادامه پیدا کند.
برای این ماموریت جدید، تیم پرواز فضاپیمای دان در نظر دارند که راههای موجود برای کاهش ارتفاع این فضاپیما در مدار سرس را مورد ببرسی قرار دهند. ماموریت پیشین کاوشگر دان، سطح این سیاره را از فاصله 386 کیلومتری مورد مطالعه قرار میداد. اما این بار دانشمندان قصد دارند که با نصف کردن فاصله این فضاپیما از سطح سیاره کوتوله سرس، اکتشافات خود در این جهان ناشناخته را از فاصله 193 کیلومتری ادامه دهند. به گفته ناسا، تمرکز اولیه این برنامه فضایی، استفاده از اشعه گاما و طیفسنجهای نوترونی برای مطالعه لایههای بالایی پوسته سرس و پیشبینی ضخامت یخهای آن است.
شروع دوباره برنامه فضایی دان در مدار سرس، همزمان با فرا رسیدن ماه آوریل 2018 خواهد بود. در این زمان، سیاره کوتوله سرس در نزدیکترین فاصله خود با خورشید قرار میگیرد. دانشمندان امیدوارند که این فاصله، سبب ذوب شدن یخهای سطحی سرس شده و اتمسفری موقت را برای آن به وجود میآورد. دانشمندان همچنین در نظر دارند که با استفاده از طیفسنج مادون قرمز کاوشگر دان، ترکیبات معدنی این سیاره کوتوله را مورد بررسی قرار دهند.
دانشمندان ناسا معتقدند که با شروع دوباره برنامه فضایی دان ، میتوان تا پایان سال 2018 به اکتشافات بینظیر آن امیدوار بود. بر خلاف ماموریت فضاپیمای کاسینی که در اتمسفر سیاره زحل نابود شد، کاوشگر دان قرار است که به منظور جلوگیری از نابود کردن حیات بالقوه در این سیاره کوتوله، تا ابد در مدار آن باقی بماند.