در جست‌وجوی زیست کیهانی

ضحی حسینی‌نصر*:آدمی از سال‌های دور، از زمانی که فهمید پدید‌آمدنش روی این سیاره داستان و افسانه نبوده، بلکه روندی تکاملی بوده و به پاره‌ای عوامل بستگی دارد، با خود اندیشید آیا در جاهای دیگر این پهنه بیکران گیتی هم زیست نخستی یا موجودات هوشمندی همچون خودمان هستند؟ کجایند و چگونه‌اند؟ هنوز از اختراع تلسکوپ گالیله 500 سال نمی‌گذرد که بشر تلسکوپ جیمز وب را روانه فاصله‌ای فراسوی ماه کرده تا به دنبال زیست باشد. جیمز وب قرار است به یافتن این پرسش‌ها کمک کند: در جو سیارات فراخورشیدی چه خبر است؟ سیارات فراخورشیدی چه تنوعی دارند؟ بذرهای زیست کیهانی کجا هستند؟ در سامانه خورشیدی خودمان زیست چگونه پدید آمده و آیا مریخ روزگاری زیست داشته است؟ جیمز وب به ما خواهد گفت چه کسی هستیم و با چه کسانی هم‌قطاریم در این گیتی پهناور.

نخستین کشف‌های سیاره‌های فراخورشیدی

نخستین سیاره فراخورشیدی آن چیزی نبود که انتظارش را داشتند؛ آنچه گمان می‌کردند سیاره‌ای پیرامون ستاره‌ای از رشته اصلی بود، همچون سامانه خورشیدی خودمان. اما آنچه یافتند سیاره‌ای به دور یک تپ‌اختر بود. حالا امروز در آستانه کشف پنج‌هزارمین سیاره فراخورشیدی هستیم. هشت هزار نامزد داریم و سه‌هزار‌و 400 سامانه خورشیدگون؛ یعنی یک ستاره و چندین سیاره یا دو ستاره و چند سیاره. حالا تنوع ستارگانی که سیاره دارند بسیار زیاد است و اخترشناسان در پی سیاراتی زمین‌گون هستند. تاکنون 184 سیاره زمین‌گون هم کشف ‌شده است. برای آشنایی بیشتر شما باید بگویم در دل کشف سیاره‌های فراخورشیدی، چند مفهوم مهم هم وجود دارد که باید بدانید. اولین آنها «منطقه یا کمربند زیست‌پذیر» است. غالبا این کمربند را به فاصله میان زمین تا خورشید می‌گویند؛ اما تعریف دقیق‌تر این است: فاصله میان ستاره مادر تا سیاره در حال گردش به‌طوری‌که آب به شکل مایع روی سطح سیاره جریان داشته باشد. فراموش نکنید تا جایی که می‌دانیم زیست به آب بسته است. دو مفهوم مهم دیگر «Technosignature» و «biosignature» که هنوز برابر فارسی خوبی ندارند، ولی به ترتیب به این معنا هستند: هر نشانه یا ویژگی قابل‌اندازه‌گیری و سنجشی که به ترتیب ردی از فناوری و زیست را در گذشته یا زمان حال داشته باشد. بنابراین کشف سیارات فراخورشیدی حالا دیگر با کمک جیمز وب یک گام جلوتر خواهد رفت و در پی یافتن نشانه‌ها خواهیم بود. این نشانه‌ها جدای از یافتن عنصرهای ضروری زیستی است و یک گام فراتر‌.

جیمز وب و سیاره‌های فراخورشیدی

یکی از کاربردهای اصلی تلسکوپ فضایی جیمز وب، پژوهش و کاوش درباره جوهای سیارات فراخورشیدی و جست‌وجوی اجزای سازنده زیست در جاهای دیگر کیهان است. اما جیمز وب تلسکوپی فروسرخ است و به همین دلیل هم به نقطه یا بهتر بگوییم مداری در فاصله یک‌ و نیم میلیون کیلومتر زمین ارسال شده است. حال چگونه این ابزار 10 میلیارد دلاری اخترشناسان برای کاوش سیارات فراخورشیدی و به‌ویژه جوهای سیاره‌ای خوب است؟ یکی از روش‌هایی که جیمز وب برای کاوش سیارات فراخورشیدی از آن استفاده می‌کند، روش گذر است؛ به این معنی که وقتی سیاره‌‌ای از بین ما و ستاره عبور می‌کند، در نور ستاره مادر افت درخشندگی بسیار اندکی رخ می‌دهد که نشان‌ از وجود یک سیاره است. اخترشناسان این شیوه را گذر می‌نامند. همکاری با تلسکوپ‌های زمینی می‌تواند به ما کمک کند جرم سیارات را از طریق تکنیک سرعت شعاعی (یعنی اندازه‌گیری لرزش ستاره‌ای که توسط کشش گرانشی یک سیاره ایجاد می‌شود) اندازه‌گیری کنیم؛ سپس جیمز وب طیف‌سنجی جو سیاره را انجام خواهد داد. جیمز وب همچنین دارای تاج‌نگاری برای امکان تصویربرداری مستقیم از سیارات فراخورشیدی در نزدیکی ستارگان درخشان است. تصویر یک سیاره فراخورشیدی فقط یک نقطه خواهد بود، نه یک پانورامای بزرگ؛ اما با مطالعه آن نقطه می‌توانیم چیزهای زیادی درباره آن بیاموزیم که شامل رنگ آن، تفاوت بین زمستان و تابستان، پوشش گیاهی احتمالی، چرخش، آب‌وهوا و... می‌شود‌. این کار چگونه انجام می‌شود؟ پاسخ، روش طیف‌سنجی است.

طیف‌سنجی و فوت کوزه‌گری

طیف‌سنجی به‌سادگی علم اندازه‌گیری شدت نور در طول‌ موج‌های مختلف است. نمایش‌های گرافیکی این اندازه‌گیری‌ها طیف نامیده می‌شوند و کلید بازکردن قفل ترکیب جو سیارات فراخورشیدی هستند. وقتی سیاره از مقابل یک ستاره می‌گذرد، نور ستاره از جو سیاره عبور می‌کند. برای مثال، اگر سیاره در اتمسفر خود سدیم داشته باشد، طیف ستاره که به طیف سیاره اضافه ‌شده، در خطوط خود نشانه‌ای را خواهد داشت که ما آن را خطوط جذبی می‌نامیم و در محلی از طیف بلند به‌دست‌آمده خواهد بود که آن محل یا خط متعلق به عنصر سدیم است. این به آن دلیل است که عناصر و مولکول‌های مختلف نور را در انرژی‌های مشخص جذب می‌کنند. این‌گونه است که ما می‌دانیم در کجای یک طیف ممکن است انتظار داشته باشیم ردپای سدیم (یا متان یا آب) را در صورت وجود ببینیم. چرا تلسکوپ فروسرخ جیمز وب برای توصیف جو این سیارات فراخورشیدی کلیدی است؟ برتری انجام مشاهدات فروسرخ این است که مولکول‌های موجود در اتمسفر سیارات فراخورشیدی در طول‌ موج‌های فروسرخ بیشترین تعداد ویژگی‌های طیفی را دارند. البته هدف نهایی یافتن سیاره‌ای با جوی مشابه زمین است.

زیست و سامانه‌های سیاره‌ای

اولین سیاره خارج از سامانه خورشیدی به سال 1992 کشف شد. از آن زمان، سیارات زیادی را در اطراف ستاره‌های دیگر کشف کرده‌ایم. به این درک رسیده‌ایم که سیارات در واقع بسیار فراوان هستند. هدف نهایی این کاوش، یافتن سیاراتی است که در منطقه کمربند زیستی ستاره خود می‌چرخند، جایی که امکان وجود آب مایع و شاید حتی زیست پیشرفته وجود دارد. برای ردیابی منشأ زمین و حیات در کیهان، دانشمندان باید شکل‌گیری و تحول سیاره‌ها، ازجمله مواد اطراف ستارگان را که در آن سیارات تشکیل می‌شوند، مطالعه کنند. یک مسئله کلیدی این است که بفهمیم چگونه اجزای سازنده سیارات مونتاژ می‌شوند. دانشمندان نمی‌دانند که آیا تمام سیارات یک سامانه سیاره‌ای در جای خود تشکیل می‌شوند یا پس از تشکیل در قسمت‌های بیرونی سامانه به سمت داخل حرکت می‌کنند. همچنین مشخص نیست که چگونه سیارات به مدار نهایی خود می‌رسند یا چگونه سیارات بزرگ روی سیارات کوچک‌تر در سامانه‌های سیاره‌ای و سامانه‌های خورشیدی مانند سیاره ما تأثیر می‌گذارند. اجسام یخی و گردوغبار در قسمت‌های بیرونی سامانه خورشیدی شاهد شرایطی هستند که سامانه ما بسیار جوان بود. دانشمندان می‌توانند مستقیما آن شرایط را با اجرام و غبار مشاهده‌شده در اطراف ستاره‌های دیگر مقایسه کنند. ابزارهای حساس تلسکوپ فضایی جیمز وب قادر خواهند بود تصاویری فروسرخ از سیارات غول‌پیکر و سامانه‌های سیاره‌ای به دست آورند و سن و جرم آنها را با اندازه‌گیری طیف آنها مشخص کنند. جیمز وب همچنین قادر خواهد بود طیف قرص‌های اطراف ستارگان دیگر را اندازه‌گیری کند تا اجزای تشکیل‌دهنده چنین قرص‌هایی را که سامانه‌های ساختارهای سیاره‌ای هستند، تعیین کند.

1. * کارشناس‌ارشد روان‌شناسی بالینی-کارشناس زیست‌شناسی