کشف بخار آب و باران احتمالی در اتمسفر سیاره‌ای فراخورشیدی

بخار آب در اتمسفر سیاره‌ی دوری که درست دو برابر اندازه‌ی زمین است، تأیید شده است. این سیاره کوچک‌ترین جهانی است که آب در اتمسفر اطرافش پیدا شده و ممکن است حتی آب به شکل باران نیز در آنجا ببارد. این موضوع باعث شده است که این سیاره کاندیدایی وسوسه‌انگیز برای جست‌وجو به‌دنبال حیات فرازمینی باشد.

یافتن آب در اطراف یک سیاره فراخورشیدی (سیاره‌ای خارج از منظومه‌ی شمسی) برای دانشمندان هیجان‌انگیز است زیرا آب ماده‌ی ضروری برای زندگی روی زمین محسوب می‌شود. این ماده می‌تواند برای زندگی در دنیاهای دیگر نیز مهم باشد. پژوهشگران قبلا این مولکول گران‌بها را در اطراف سیاره‌های فراخورشیدی پیدا کرده‌اند اما سیاره‌های مذکور مکان مناسبی برای زندگی نبودند. آن‌ها گلوله‌های بزرگی از گاز بودند که اندازه‌اشان با مشتری یا نپتون برابر بود و فاقد هرگونه سطحی برای زندگی به شکلی که ما با آن آشنا هستیم، بودند.

سیاره‌ی فراخورشیدی جدید که جزئیات آن در وبگاه آرکایو منتشر شده و مقاله‌های مرتبط با آن در مجله‌‌ Astronomical Journal ارائه و در Nature Astronomy منتشر شده است، ویژگی‌های خاصی دارد.

نمایش هنری از K2-18b

این سیاره که K2-18b نام دارد، تقریبا ۹ برابر زمین جرم دارد؛ به این نوع از اجرام آسمانی مینی‌نپتون گفته می‌شود. اجرامی با این اندازه در کهکشان ما زیاد هستند، اما در منظومه‌ی شمسی وجود ندارند. سیاره‌ی K2-18b در نقطه‌ای مطبوع دور ستاره‌ی میزبان خود که K2-18 نام دارد، در گردش است؛ منطقه‌ی زیست‌پذیری که در آن دما برای جمع شدن آب روی سطح سیاره کاملا مناسب است. این امر بدان معنی است که این سیاره ویژگی‌های مشترکی با زمین دارد. بیورن بنکه پژوهشگر سیاره‌های فراخورشیدی در دانشگاه مونترال و نویسنده‌ی مطالعه‌ی منتشر شده در arXiv می‌گوید:

برای نخستین بار، ما یک سیاره را در این رژیم دمایی (رژیمی که بسیار شبیه زمین است) نشان می‌دهیم که در آن واقعا آب مایع وجود دارد.

درحالی‌که یافتن آب برای پژوهشگران سیاره‌های فراخورشیدی کشف بزرگی به‌شمار می‌آید، بعید است که این جهان دارای اقیانوس باشد. درواقع بعید است که سطح این سیاره به دلیل بزرگی آن سنگی باشد. سارا سیگر کارشناس سیاره‌های فراخورشیدی که در این پژوهش مشارکتی نداشته است، می‌گوید:

این سیارات شبیه زمین به نظر نمی‌رسند. این قطعا به شکل یک سیاره‌ی سنگی معمولی نیست. K2-18b همچنین در اطراف ستاره‌ای که شبیه خورشید ما نیست، در حال گردش است.

درمجموع، این عوامل به‌طور چشم‌گیری شانس وجود حیات در آنجا را کاهش می‌دهد. پژوهشگران K2-18b را به کمک تلسکوپ فضایی کپلر کشف کردند. فضاپیمای کپلر، در فاصله‌ی ۱۶۰ میلیون کیلومتری از زمین طی دهه‌ی گذشته به کشف سیاره‌های فراخورشیدی مشغول بوده است. هر زمان که یک سیاره‌ی فراخورشیدی از میان ستاره‌ی میزبان خود و زمین عبور می‌کند، موجب می‌شود نور ستاره‌ی آن دچار افت شود. این تغییر کوچک را کپلر تشخیص می‌داد. با مشاهده‌ی این افت‌های نوری، کپلر بیش از دو هزار سیاره‌ی فراخورشیدی را کشف کرد. در سال ۲۰۱۵، این فضاپیما K2-18b را پیدا کرد که در فاصله‌ی ۱۱۱ سال نوری از زمین قرار دارد.

تلسکوپ فضایی هابل

در سال‌های ۲۰۱۶ و ۲۰۱۷، بنکه و گروهش سعی کردند با استفاده از تلسکوپ فضایی هابل اطلاعات بیشتری درمورد اتمسفر K2-18b به دست آورند. مواد شیمیایی و مولکول‌های اطراف یک سیاره‌ی فراخورشیدی می‌توانند اطلاعات زیادی را درمورد آن‌چه ممکن است روی سطح سیاره وجود داشته باشد، در اختیار پژوهشگران قرار ‌دهند. برای مثال، مقدار قابل‌توجه متان در اتمسفر زمین محصول فرعی ارگانیسم‌های بیولوژیکی فراوانی است که روی زمین زندگی می‌کنند.

مطالعه‌ی اتمسفر یک سیاره‌ی فراخورشیدی به‌ویژه سیاره‌هایی که ازنظر اندازه مشابه زمین هستند، دشوار است. نور این سنگ‌های فضایی دور به‌آسانی تحت‌تأثیر نوری که از ستاره‌ی میزبان آن‌ها می‌آید، قرار می‌گیرد و دیدن آن‌ها را بسیار دشوار می‌سازد. به‌منظور شناسایی آن‌چه در اتمسفر یک سیاره‌ی فراخورشیدی است، پژوهشگران باید نور ستاره را وقتی که از لبه‌های بیرونی این سیاره (اتمسفر آن) خارج می‌شود، ببینند. هنگامی که نور از گاز عبور می‌کند، کمی منحرف می‌شود و این امر نشان‌دهنده‌ی نوع مولکول‌هایی است که در آن فضا وجود دارند. این یک اندازه‌گیری بسیار حساس و چالش‌برانگیز است.

پژوهشگران درمورد K2-18b خوش‌شانس بودند زیرا این سیاره دارای اتمسفری است که گسترش زیادی در فضا دارد و این امر مشاهده‌ی آن را آسان‌تر می‌کند. بنکه می‌گوید:

سیاره‌ی K2-18b تا حدی به یک جهان هیبریدی شباهت دارد که دارای هسته‌ای سنگی است؛ اما بیشتر حجم آن را گاز تشکیل می‌دهد.

سیاره‌ی مورد بحث همچنین در اطراف یک ستاره‌ی کوچک کم نور که به‌عنوان یک کوتوله‌ی قرمز شناخته می‌شود، می‌چرخد که نور آن به اندازه‌ی ستاره‌ای مانند خورشید نیست. این امر مطالعه‌ی سیاره‌هایی را که ممکن است در این حوالی در حال گردش باشند، آسان‌تر می‌کند. بنکه و گروهش سیاره را طی هشت بار عبور مشاهده کردند. این امر به آن‌ها اجازه داد بخار آب موجود در اتمسفر آن را تشخیص دهند. سپس مدل‌سازی‌های اقلیمی انجام دادند و دریافتند که احتمالا این بخارها به شکل باران روی سطح این سیاره می‌بارند. بنکه می‌گوید:

اگر شما با هر زیست‌شناسی صحبت کنید، درمی‌یابید که آن‌ها به بخار آب اهمیتی نمی‌دهند؛ برای آن‌ها آب مایع مهم است زیرا ازنظر بیولوژی فقط آب اهمیت دارد.

اینگو والدمن، دانشمند اخترفیزیک دانشگاه کالج لندن و یکی از نویسندگان مقاله‌ی Nature Astronomy است. او و همکارانش نیز داده‌های جمع‌آوری‌شده به‌وسیله‌ی بنکه را تجزیه‌و‌تحلیل کرده و وجود بخار آب را در اتمسفر این سیاره تأیید کردند.

این بالای آستانه قرار دارد. یا یک هسته‌ی سنگی است که با پوشش عظیمی از اتمسفر احاطه شده یا شاید نیمی از آن از آب یخزده تشکیل شده باشد.

هرکدام از این گزینه‌ها هم که باشد، برای وجود اقیانوس‌هایی مانند آنچه روی زمین دیده می‌شود، مناسب نیست. سیگر می‌گوید:

این اجرام که مینی‌نپتون نام دارند فراوان‌اند و ما نمی‌دانیم آن‌ها چه هستند.

در‌حالی‌که یافته‌های حاضر قابل‌توجه هستند، جست‌وجو برای کشف بزرگ‌ترین موضوع همچنان ادامه دارد: یک سیاره‌ی فراخورشیدی سنگی که آب در اتمسفر آن موجود باشد. چنین اتفاقی روز بزرگی برای جامعه‌ی سیاره‌های فراخورشیدی خواهد بود و سیاره پیدا شده نزدیک‌ترین جرم آسمانی قابل مقایسه با زمین خواهد بود.

 پژوهشگران قصد دارند که در ادامه K2-18b را بیشتر مورد مطالعه قرار دهند و ترکیب گازهای موجود در اتمسفر آن را شناسایی کنند. تلسکوپ‌های قدرتمندتری که قرار است در آینده به کمک آن‌ها بیاید، اطلاعات بیشتری را در اختیار آن‌ها قرار خواهد داد.

تلسکوپ فضایی جیمز وب ناسا پس از پرتاب در سال ۲۰۲۱، قدرتمندترین تلسکوپ جهان خواهد بود که اطلاعات بیشتری را درمورد سطح و اتمسفر K2-18b فراهم خواهد کرد. این تلسکوپ قادر خواهد بود علاوه بر مینی‌نپتون‌ها، کل سیاره‌های کوچک‌تر از K2-18b و سیاره‌های مشابه با زمین را مورد مطالعه قرار دهد. بنکه می‌گوید:

این نخستین قدم به‌سوی کشف سیاراتی است که در دمای مناسب در اطراف دیگر ستاره‌ها در حال گردش هستند تا ببینیم چه اتفاقی در آنجا می‌افتد.

در حال حاضر، ما می‌دانیم که سیاره‌ی مذکور احتمالا مرطوب است اما احتمال وجود حیات در آن کم است.