فعالیت تلسکوپ فضایی جیمز وب، آغازگر فصل جدید در مطالعه آثار حیات بیگانه

این ماه وقتی قدرتمندترین تلسکوپ فضایی ساخته‌شده تاکنون مطالعه‌ی سیاره‌هایی را شروع کند که به دور ستارگان دیگر می‌چرخند، فصل جدیدی در جست‌وجوی حیات فرازمینی رقم خواهد خورد. شناسایی اتمسفر در منظومه‌ی ستاره‌ای دیگر به‌اندازه‌ی کافی چشمگیر خواهد بود. بااین‌حال، حتی این فرصت هرچند کوچک وجود دارد که یکی از این اتمسفرها حاوی عنصری باشد که به‌عنوان اثر زیستی یا به‌عبارت بهتر، سیگنالی از حیات شناخته می‌شود.

به‌گزارش نیویورک تایمز، مگان منسفیلد، اخترشناس در دانشگاه آریزونا، باور دارد دانشمندان می‌توانند سیاره‌هایی را پیدا کنند که احتمال می‌رود ظرفیت پشتیبانی از حیات را داشته باشند. بااین‌حال به‌گفته‌ی وی، یافتن این سیاره‌ها لزوماً بدان‌معنی نیست که می‌توانیم بلافاصله حیات را شناسایی کنیم.

تا‌به‌امروز، زمین تنها سیاره در جهان باقی مانده است که می‌دانیم حیات روی آن وجود دارد. دانشمندان تقریباً ۶۰ سال است که مشغول ارسال کاوشگر به مریخ هستند و هنوز حیاتی روی این سیاره پیدا نکرده‌اند. بااین‌حال، احتمال دارد که حیات زیر سطح سیاره‌ی سرخ پنهان شده باشد یا بتوان آن را روی قمر مشتری یا زحل پیدا کرد. برخی دانشمندان گمان می‌کنند که حتی زهره با وجود اتمسفر بسیار داغِ تشکیل‌شده از ابرهای دی‌اکسید‌گوگرد، ممکن است خاستگاه موجودات ناهیدی باشد.

حتی اگر معلوم شود که زمین، تنها سیاره‌ی دارای حیات در منظومه‌ی شمسی است، بسیاری از دیگر منظومه‌های ستاره‌ای در جهان سیاره‌های به‌اصطلاح فراخورشیدی را در خود جای داده‌اند. در سال ۱۹۹۶، اخترشناسان سوئیسی نخستین سیاره فراخورشیدی چرخان به دور ستاره‌ای خورشیدمانند را شناسایی کردند. بااین‌حال، معلوم شد که این جهان با نام ۵۱ پگاسوس بی یا دیمیدیوم ظرفیت پشتیبانی از حیات را ندارد؛ زیرا غول گازی متورم و بزرگ‌تری از مشتری با دمای سوزان تقریباً هزار درجه‌ی سانتی‌گراد است.

در سال‌های بعد، دانشمندان بیش از ۵ هزار سیاره‌ی خورشیدی دیگر را یافتند. برخی از آن‌ها بسیار به زمین شباهت دارند. این یعنی تقریباً هم‌اندازه‌ی جهان ما هستند؛ اما به‌جای گاز از سنگ ساخته شده‌اند و در منطقه‌ی گلدی‌لاکس (کمربند حیات) به دور ستاره‌شان می‌چرخند. درمجموع، نه آن‌قدر نزدیک هستند که پخته شوند و نه آن‌قدر دور که یخ ببندند.

تصویر هنری از سیاره فراخورشیدی ۵۱ پگاسوس بی، نخستین جهان کشف‌شده در خارج از منظومه‌ی شمسی.

متأسفانه اندازه‌ی نسبتاً کوچک این سیاره‌های فراخورشیدی مطالعه‌ی آن‌ها را بسیار دشوار کرده است؛ اما تلسکوپ فضایی جیمز وب که کریسمس سال گذشته‌ی میلادی پرتاب شد، وضعیت را تغییر خواهد داد. این تلسکوپ قدرتمند مانند ذره‌بینی عمل می‌کند که به اخترشناسان امکان می‌دهد با دقت بیشتری به این جهان‌ها نگاه بیندازند.

جیمز وب از زمان پرتاب از گویان فرانسه، تقریباً یک‌ونیم میلیون کیلومتر سفر کرده و به مدار خود پیرامون خورشید وارد شده است. در آن‌‌‌جا سپری بزرگ از آینه‌ی ۶٫۵ متری تلسکوپ دربرابر هرگونه گرما یا نور خورشید و زمین محافظت می‌کند. جیمز وب در این تاریکی عمیق می‌تواند بارقه‌های ضعیف و دوردست نور را تشخیص دهد؛ ازجمله آن‌ها را که ممکن است جزئیات تازه درباره‌ی سیاره‌های خیلی دور فاش کنند.

دکتر منسفیلد می‌گوید جیمز وب نخستین رصدخانه‌ی فضایی بزرگ محسوب می‌شود که به‌منظور مطالعه‌ی اتمسفر سیاره‌های فراخورشیدی طراحی شده است. مهندسان ناسا از اواخر خرداد ماه با تلسکوپ جیمز وب تصویربرداری از مجموعه‌ای از اجرام را شروع کرده‌اند و نخستین تصاویر را ۲۱ تیر برای عموم منتشر خواهند کرد.

اریک اسمیت، دانشمند ارشد تلسکوپ فضایی جیمز وب، می‌گوید سیاره‌های فراخورشیدی در نخستین دسته از تصاویر ثبت‌شده با تلسکوپ قرار خواهند داشت. ازآن‌‌‌‌جاکه جیمز وب زمان نسبتاً کمی را صرف رصد سیاره‌های فراخورشیدی خواهد کرد، دکتر اسمیت نخستین تصاویر را نگاهی «سریع و تیره‌وتار» به قدرت تلسکوپ می‌داند.

این نگاه‌های سریع با مجموعه‌ای از مشاهده‌های طولانی‌تری که از ماه ژوئیه آغاز می‌شود، دنبال خواهند شد و تصویر بسیار واضح‌تری از سیاره‌های فراخورشیدی ارائه خواهند داد. شماری از گروه‌های اخترشناسی در حال برنامه‌ریزی برای بررسی هفت سیاره‌ای هستند که به دور ستاره‌ی تراپیست ۱ می‌چرخند. مشاهده‌های قبلی نشان داده است که سه عدد از این سیاره‌ها در کمربند حیات واقع شده‌اند.

اولیویا لیم، دانش‌آموخته‌ی دانشگاه مونترال، از چند روز پیش رصد سیاره‌های تراپیست ۱ را شروع کرده است. وی این منظومه را مکانی ایدئال برای جست‌وجوی آثار حیات در خارج از منظومه‌ی شمسی می‌داند. ازآن‌‌جاکه تراپیست ۱ ستاره‌ای کوچک و خنک است، منطقه‌ی سکونت‌پذیرش درمقایسه‌‌با کمربند حیات منظومه‌ی شمسی خودمان به آن نزدیک‌تر است.

بنابراین، سیاره‌های بالقوه سکونت‌پذیر تراپیست ۱ از فاصله‌ی نزدیک به دور ستاره می‌چرخند و فقط چند روز طول می‌کشد تا مدارهایشان را تکمیل کنند. هربار که سیاره‌ها از مقابل تراپیست ۱ می‌گذرند، دانشمندان می‌توانند پرسشی ساده، اما سرنوشت‌ساز را بررسی کنند: آیا هیچ‌کدام از آن‌ها اتمسفر دارند؟

نیکول لوئیس، اخترشناس از دانشگاه کرنل می‌گوید: «اگر سیاره هوا نداشته باشد، حتی درصورت قرار‌داشتن در کمربند حیات سکونت‌پذیر نیست.» دکتر لوئیس و دیگر اخترشناسان از پیدانکردن اتمسفر در اطراف سیاره‌های تراپیست ۱ متعجب نخواهند شد. حتی اگر سیاره‌ها در زمان شکل‌گیری اتمسفر ایجاد کرده بودند، ستاره احتمالاً از مدت‌ها پیش آن‌ها را با تابش فرابنفش و پرتو ایکس بمباران کرده است.

تصویر هنری یکی از سیاره‌های منظومه تراپیست ۱.

دکتر منسفیلد می‌گوید:‌

احتمال دارد تابش‌ها بتوانند تمام اتمسفر یک سیاره را پیش از آنکه حتی فرصتی برای تشکیل حیات داشته باشد، از بین ببرند. این نخستین پرسشی است که در این‌‌‌‌جا تلاش می‌کنیم پاسخ دهیم: آیا این سیاره‌ها توانسته‌اند به‌مدت کافی اتمسفری داشته باشند که امکان شکل‌گیری حیات را فراهم کرده باشد؟

سیاره‌ای که از مقابل تراپیست ۱ می‌گذرد، سایه‌ای ریز به‌وجود می‌آورد؛ اما سایه کوچک‌تر از آن است که تلسکوپ فضایی بتواند آن را ببیند. درعوض، تلسکوپ افتی جزئی را در نور منتشرشده از ستاره شناسایی می‌کند. جیکوب لاستیگ ایگر، اخترشناس و دانشجوی دوره‌ی پسادکتری در آزمایشگاه فیزیک کاربردی جانز هاپکینز می‌گوید: «مانند این است که با چشمان بسته به خورشیدگرفتگی نگاه کنید. ممکن است احساس کنید که نور کم شده است.»

سیاره‌ای با اتمسفر ستاره‌ی پشت خود را به‌گونه‌ای متفاوت از سیاره‌ای عریان کم‌نور می‌کند. مقداری از نور ستاره‌ مستقیم از اتمسفر می‌گذرد؛ اما گازها نور را در طول موج‌های خاصی جذب می‌کنند. اگر اخترشناسان فقط به نور ستاره در آن طول موج‌ها نگاه کنند، سیاره‌ی تراپیست ۱ به‌مراتب کم‌نورتر خواهد بود. تلسکوپ این مشاهد‌ه‌ها از تراپیست ۱ را به زمین ارسال خواهد کرد و آن‌گاه به‌گفته‌ی دکتر منسفیلد، ایمیلی دریافت می‌کنید که می‌گوید: «سلام، داده‌های شما دردسترس هستند.»

نوری که از تراپیست ۱ می‌آید، به‌قدری ضعیف خواهد بود که درک آن زمان می‌برد. دکتر اسمیت می‌گوید: «چشم شما عادت دارد که با میلیون‌ها فوتون در ثانیه برخورد کند؛ اما تلسکوپ‌های فضایی در هر ثانیه فقط چند فوتون جمع‌آوری می‌کنند.»

پیش از آنکه دکتر منسفیلد یا اخترشناسان همکارش بتوانند سیاره‌های فراخورشیدی در حال گذر از مقابل تراپیست را تجزیه‌وتحلیل کنند، ابتدا باید تفاوت آن‌ها با نوسان‌های کوچک ایجادشده با ابزارهای خود تلسکوپ را تشخیص دهند. دکتر منسفیلد می‌گوید:

حجم زیادی از کارهایی که واقعاً انجام می‌دهیم، اطمینان‌یافتن از این است که هر‌چیز عجیبی که تلسکوپ انجام می‌دهد، به‌دقت تصحیح می‌کنیم تا بتوانیم آن سیگنال‌های بسیار ریز را ببینیم.

این احتمال وجود دارد که در پایان تلاش‌ها، دکتر منسفیلد و همکارانش در اطراف یکی از سیاره‌های تراپیست ۱ اتمسفر پیدا کنند؛ اما این نتیجه به‌تنهایی ماهیت اتمسفر را نشان نخواهد داد. اتمسفر مذکور ممکن است مانند نمونه‌ی زمینی سرشار از نیتروژن و اکسیژن یا بیشتر به اتمسفر سمی مملو از دی‌اکسید‌کربن و اسید‌سولفوریک زهره شبیه باشد. حتی احتمال دارد اتمسفر ترکیبی از عناصری باشد که دانشمندان قبلاً هرگز ندیده‌اند.

الکساندر راتکی، اخترشناس دانشگاه فنی دانمارک می‌گوید:

هیچ ایده‌ای نداریم که این اتمسفرها از چه چیز ساخته شده‌اند. ما تصورها و شبیه‌سازها و تمام این‌ها را داریم؛ اما واقعاً هیچ ایده‌ای نداریم. باید برویم و نگاه کنیم.

تلسکوپ فضایی جیمز وب ممکن است ثابت کند که برای تعیین اجزای خاص اتمسفر سیاره‌های فراخورشیدی به‌اندازه‌ی کافی قدرتمند است؛ زیرا هر نوع مولکول طیف متفاوتی از طول موج‌های نور را جذب می‌کند.

بااین‌حال، این اکتشافات به آب‌وهوای حاکم بر سیاره‌های فراخورشیدی بستگی دارد. لایه‌ای روشن و بازتابنده از ابرها می‌تواند از ورود نور ستاره به اتمسفر سیاره‌ی فراخورشیدی جلوگیری کند و تمام تلاش‌ها برای یافتن هوای بیگانه را بی‌نتیجه بگذارد. دکتر راتکی می‌گوید: «تمایز بین اتمسفر دارای ابر با نبود اتمسفر واقعاً سخت است.»

اگر آب‌وهوا همکاری کند، اخترشناسان به‌ویژه مشتاق هستند که دریابند آیا سیاره‌های فراخورشیدی در اتمسفر خود آب دارند یا خیر. دست‌کم روی زمین، آب نیازی ضروری برای حیات است. دکتر منسفیلد می‌گوید: «فکر می‌کنیم که احتمالاً این نقطه‌ی شروع مناسبی برای جست‌وجوی حیات خواهد بود.»

باوجوداین‌، اتمسفر پرآب لزوماً بدین‌معنی نیست که سیاره‌ی فراخورشیدی حیات دارد. برای اطمینان از زنده‌بودن سیاره، دانشمندان باید اثری زیستی شامل یک مولکول یا ترکیبی از چندین مولکول را شناسایی کنند که به‌طور مشخص موجودات زنده آن‌ها را ساخته‌اند.

دانشمندان هنوز بر سر این موضوع که اثر زیستی مطمئن چیست، در حال بحث هستند. جوّ زمین در منظومه‌ی شمسی منحصربه‌فرد است؛ زیرا حجم زیادی از اکسیژنی دارد که عمدتاً محصول گیاهان و جلبک‌ها است. بااین‌حال، وقتی مولکول‌های آب در هوا شکافته می‌شوند، اکسیژن می‌تواند بدون کمک حیات نیز تولید شود. همچنین، متان می‌تواند حاصل فعالیت میکروب‌های زنده یا آتشفشان‌ها باشد.

ساعت نصب‌شده در رصدخانه‌ای در آریزونا که زمان باقی‌مانده به تحویل نخستین مجموعه داده‌ها از تلسکوپ فضایی جیمز وب را نشان می‌دهد.

این احتمال وجود دارد که تعادل خاصی از گازها وجود داشته باشد که بتواند اثر زیستی واضحی ارائه دهد؛ توازنی که بدون کمک حیات نمی‌تواند حفظ شود. دکتر راتکی می‌گوید:

ما به سناریوهای بسیار مطلوب برای یافتن این آثار زیستی نیاز داریم. نمی‌گویم امکان‌پذیر نیست؛ بلکه فقط فکر می‌کنم دور از ذهن است. باید بسیار خوش‌شانس باشیم.

جاشوا کریسانسن توتون، دانشمند سیاره‌ای در دانشگاه کالیفرنیا سانتاکروز، می‌گوید یافتن چنین تعادلی ممکن است مستلزم آن باشد که جیمز وب گذر مکرر سیاره‌ای را از مقابل تراپیست ۱ رصد کند. او می‌گوید: «اگر کسی در پنج سال آینده بیاید بگوید بله ما با جیمز وب حیات را پیدا کرده‌ایم، به این ادعا بسیار مشکوک خواهم بود.»

احتمال می‌رود تلسکوپ فضایی جیمز وب به‌سادگی نتواند آثار زیستی را بیابد. برای تحقق این هدف، ممکن است مجبور باشیم برای نسل بعدی تلسکوپ‌های فضایی صبر کنیم که بیش از یک دهه‌ی دیگر از راه می‌رسند. این تلسکوپ‌ها سیاره‌های فراخورشیدی را به همان شکلی مطالعه خواهند کرد که مردم مریخ یا زهره را در آسمان شب رصد می‌کنند؛ یعنی به‌جای مشاهده‌ی سیاره‌ها هنگام گذر از مقابل ستاره، نورهایی را رصد می‌کنند که از سیاره‌ها در پس‌زمینه‌ی سیاه فضا بازتابیده می‌شوند.