سیاره‌های ابرزمین سکونت‌پذیر، چقدر بزرگ می‌توانند باشند؟

از میان هزاران سیاره‌ی فراخورشیدی که تاکنون کشف شده‌اند، ابرزمین‌ها متداول‌ترین نوع سیاره هستند. ابرزمین به سیاره‌ای بزرگ‌تر از زمین و کوچک‌تر از نپتون گفته می‌شود. برخی از این سیاره‌ها در کمربند حیات ستاره‌های خود قرار دارند؛ بنابراین شرایط آن‌ها برای جریان آب مایع سطحی مساعد است.

اما آیا این سیاره‌های فراخورشیدی عظیم و سنگی می‌توانند شرایط پایداری را برای حیات حفظ کنند؟ یا حیات تنها محدود به سیاره‌های کوچک‌تری مثل زمین است؟ تنها با رصدهای آینده می‌توان به پاسخ جامعی برای این پرسش‌ها رسید؛ اما در حال حاضر آن‌ها فرصت خوبی برای کاوش درباره‌ی موقعیت حیات و یافتن خانه‌ای جدید هستند.

در درجه‌ی اول باید معنی سکونت‌پذیر را به‌صورت شفاف تعریف کنیم، زیرا برخی دنیاهای ناآرام منظومه‌ی شمسی بسیار فراتر از محدوده‌ای که عادی می‌دانیم، قرار دارند. از طرفی هیچ‌کدام از سیاره‌های شناخته‌شده کاملاً مشابه زمین نیستند.

سیاره‌های سنگی کوچک دیگر در منظومه‌ی شمسی مثل مریخ یا عطارد، زمین‌هایی بایر یا مانند �زهره سطحی جهنمی دارند. غول‌های گازی هم دارای جوی ضخیم و غلیظ هستند که قطعاً از این دسته‌بندی حذف می‌شوند. با این‌ حال برخی از قمرهای منجمد این دنیاها دارای منابعی غنی از آب مایع زیر پوسته‌های سخت خود هستند و می‌توانند منبعی برای حیات در منظومه‌ی شمسی باشند؛ اما در این بحث، بهتر است نگاه خود را به دنیاهای مشابه زمین محدود کنیم.

در بررسی دنیاهای ابرزمین باید به جست‌وجوی سیاره‌هایی بپردازیم که شباهت زیادی به زمین دارند. برای مثال این سیاره‌ها باید در کمربند حیات ستاره‌ی خود قرار داشته باشند تا علاوه بر داشتن دمای مطلوب، دارای اتمسفری با ضخامت متوسط نیز باشند.

این سیاره‌ها باید از جریان آب مایع سطحی که زیر پوسته‌های منجمد به دام نیفتاده یا تبخیر نشده، برخوردار باشند و در نهایت با داشتن میدان مغناطیسی بتوانند درمقابل بادهای ستاره‌ای از اتمسفر و جریان آب مایع خود محافظت کنند. به‌طور قطع، معیارهای دیگری را باید در فهرست دنیای میزبان حیات قرار داد؛ اما بدون شرایط پایه‌ی فوق، احتمال رشد حیات فرازمینی اندک است پس این معیارها نقطه‌ی شروع خوبی هستند.

تصویرسازی هنرمند از یک ابرزمین

ستاره‌شناس‌ها معمولاً دنیای ابرزمین را هر سیاره‌ای بین ابعاد زمین تا ده برابر سنگین‌تر از آن تعریف می‌کنند. از طرفی به باور ستاره‌ شناس‌ها برخی سیاره‌های ابرزمین از سیاره‌های مینی‌نپتون بزرگ‌تر هستند اما همین تفاوت اندازه می‌‌تواند تأثیر زیادی بر سکونت‌پذیری آن‌ها داشته باشد. واضح‌ است سیاره‌ای با ابعاد نزدیک به زمین، به دلیل شباهت به سیاره ما، شانس سکونت‌پذیری بیشتری دارد. سیاره‌ی ابرزمینی که از نظر اندازه به نپتون نزدیک است احتمالاً محیط جذابی برای یافتن حیات نخواهد بود زیرا نپتون به‌طورکلی، حداقل براساس تعریف فوق سکونت‌پذیر نیست.

هرچه جرم سیاره‌ای سنگی بیشتر باشد، هسته‌ی آن به دلیل افزایش گرانش، عملکرد بهتری در حفظ اتمسفر ضخیم و گازی خواهد داشت. در نهایت در صورتی که اتمسفر سیاره بیش از حد افزایش پیدا کند بهتر است آن را در گروه غول گازی قرار داد نه سیاره‌های سنگی. متأسفانه هنوز مرز دقیقی بین این دو طیف وجود ندارد اما ابرزمین‌ها می‌توانند این شکاف را پر کنند.

اینجا است که اهمیت مدار مشخص می‌شود. اگر سیاره‌ای بیش‌ازاندازه به ستاره‌ی میزبان خود نزدیک باشد، صرف‌نظر از اندازه‌ای که دارد در حرارت ستاره پخته خواهد شد. برای مثال سیاره‌ی ابرزمین 55 Cancri e را در نظر بگیرید که در فاصله‌ی ۵۵ سال نوری از زمین قرار دارد. جرم این سیاره هشت برابر جرم زمین است اما به دلیل فاصله‌ی نزدیک به ستاره‌ی خود به گوی سنگی مذاب تبدیل شده است. از سوی دیگر، سیاره‌ی TOI 270c کوچک‌تر است اما جرم آن هفت برابر جرم زمین است. این سیاره به‌قدری از ستاره‌ی والد خود دور است که به سیاره‌‌ای گازی تبدیل شده است و بیشتر به سیاره‌های مینی‌نپتون شباهت دارد.

در نهایت، سیاره‌ی ابرزمین سکونت‌پذیر باید مقصدی مناسب باشد. البته ستاره‌شناس‌ها هنوز اطلاعات کمی درباره‌ی سیاره‌های فراخورشیدی دارند. برای مثال Gliese 581c را در نظر بگیرید که تنها در فاصله‌ی ۲۰ سال نوری از زمین قرار دارد. جرم این سیاره‌ی فراخورشیدی ۵٫۵ برای جرم زمین است و در کمربند حیات ستاره‌ی خود قرار دارد؛ اما ستاره‌شناس‌ها تنها جرم آن‌ را می‌دانند و اطلاعی از شعاع سیاره ندارند درنتیجه نمی‌توانند چگالی سیاره را تعیین کنند. این سیاره در چنین جرم و مداری می‌تواند یک دنیای متداول سنگی یا از آهن یکپارچه ساخته شده باشد. شاید هم از دنیای گازی کوچکی یا حتی از الماس تشکیل شده باشد.

شاید بهترین کاندیدای ابرزمین سکونت‌پذیر، سیاره‌ی LHS 1140b باشد که در مدار ستاره‌ای از نوع کوتوله‌ی سرخ در فاصله‌ی ۴۹ سال نوری از زمین قرار دارد. این سیاره ۶۰ درصد بزرگ‌تر از زمین و ۶٫۴۸ برابر سنگین‌تر از آن است. این سیاره در فاصله‌ی نسبتاً نزدیکی از ستاره‌ی خود قرار دارد و دوره‌ی مداری آن ۲۵ روز است؛ اما ازآنجاکه ستاره‌ی میزبان، از نوع کوتوله‌ی سرخ سرد است، سیاره در کمربند حیات ستاره قرار می‌گیرد.

براساس مدل‌های جوی LHS 1140b، این سیاره می‌تواند جوی ضخیم را حفظ کند و احتمالاً از اقیانوس‌های مایع برخوردار باشد. تنها مشاهدات دقیق احتمالی با ابزارهایی مثل تلسکوپ فضایی جیمز وب می‌توانند سکونت‌پذیری این سیاره را آشکار کنند. در شرایط فعلی این سیاره احتمالاً بزرگ‌ترین سیاره‌ای است که می‌تواند میزبان حیات باشد.