اگر زمین سیاره‌ای فراخورشیدی بود، فرازمینی‌ها می‌توانستند به وجود حیات در آن پی ببرند؟
تاکنون به این فکر کرده‌اید که زمین از نگاه ستاره‌شناسان فرازمینی چگونه است؟ اگر آن‌ها هم مانند ما در جستجوی علائم سکونت‌پذیری باشند، از رصدها به چه نتیجه‌ای می‌رسند؟ این آزمایش فکری می‌تواند ما را سرگرم کند؛ اما فراتر از یک مسئله سرگرم‌کننده است و می‌تواند از دیدگاه علمی هم بسیار آموزنده باشد. بررسی زمین از دید فرازمینی‌ها و سپس مقایسه‌ی نتایج کار ساده‌تری به نظر می‌رسد.
براساس پژوهشی جدید، یافتن شواهد حیات روی زمین به فصلی که ستاره‌شناسان فرازمینی برای رصد انتخاب می‌کنند وابسته است. تقریباً هیچ چیز در نجوم هیجان‌انگیز‌تر از یافتن حیات در سیاره‌ای دارای احتمال سکونت‌پذیری نیست. اگر این کشف محقق شود، تیتر خبرها مانند ویروس از سایتی به سایت دیگر پخش می‌شوند.
تاکنون تنها توانسته‌ایم به شکلی گذرا به بررسی سیاره‌های فراخورشیدی دارای پتانسیل حیات بپردازی و هنوز راه زیادی در پیش داریم. یافتن نقطه‌ای که در آن بگوییم «بله. این سیاره‌ی دوردست سکونت‌پذیر است» نیازمند استدلال‌های نوآورانه و علمی زیادی است.
اکنون پژوهشی جدید از زاویه‌ای متفاوت و از نگاه فرازمینی‌های احتمالی به بررسی زمین و احتمال وجود حیات در آن پرداخته است. عنوان این پژوهش «زمین به‌عنوان سیاره‌ای فراخورشیدی: تابش گرمایی متغیر، تغییرات فصلی و جوی شاخص‌های زیستی» است. نسخه‌ی پیش انتشار این پژوهش را می‌توانید در پایگاه داده‌ی arXiv ببینید. ژان نوئل متلر، دانشجوی دکترای بخش فیزیک ETH زوریخ که به بررسی سیاره‌های فراخورشیدی و سکونت‌پذیری آن‌ها می‌پردازد، مؤلف ارشد این پژوهش است.
زمین از نگاه ایستگاه فضایی بین‌المللی، ژوئن ۲۰۱۶
ریشه‌های تاریخی این نوع پژوهش به دهه‌ی ۱۹۷۰ بازمی‌گردد. در آن زمان تعدادی فضاپیما برای بررسی سیاره‌های منظومه‌ی شمسی ارسال شدند. پایونیر ۱۰ و ۱۱ (سیاره‌های مشتری و زحل) و کاوشگرهای وویجر (سیاره‌های مشتری، زحل، اورانوس و نپتون) مانورهای پرواز از ارتفاع کم را روی همسایه‌های زمین انجام دادند.
دهه‌ی ۱۹۷۰ آغازی برای بررسی دقیق‌تر سیاره‌های دیگر بود. دانشمندان با بررسی پرتوهای فرابنفش و فروسرخ، نکات زیادی را درباره‌ی خصوصیات جو، سطح و موازنه‌ی انرژی کلی آن‌ها فراگرفتند؛ اما امروزه در دوره‌ی علم سیاره‌ی فراخورشیدی زندگی می‌کنیم و به‌دنبال رصد سیاره‌هایی هستیم که چندین سال نوری از ما فاصله دارند.
تنوع گیج‌کننده‌ی سیاره‌های کشف‌شده در نوع خود جذاب اما این سکونت‌پذیری سیاره‌ها است که آن‌ها را ارزشمند می‌کند. در واقع می‌خواهیم بدانیم موجودی آن بیرون زندگی می‌کند یا خیر. با پیشرفت فناوری، ستاره‌شناس‌ها به ابزار قدرتمندتری برای بررسی سیاره‌های دوردست دسترسی پیدا می‌کنند. یک تمدن پیشرفته در نقطه‌ای دیگر از راه شیری هم احتمالاً به همین طریق عمل می‌کند.
پژوهش یادشده به بررسی طیف پرتوهای فروسرخ زمینی، اثر هندسه‌های مختلف رصد بر این طیف‌ها و چگونگی ظاهر شدن رصدها برای ناظری در دنیایی دوردست اختصاص دارد. پژوهشگرها همچنین به ارزیابی تأثیر تغییرات فصلی بر طیف‌ها پرداختند. به نقل از آن‌ها:
ما آموختیم که تغییرات فصلی قابل توجهی در طیف تابش گرمایی زمین دیده می‌شوند و قدرت ویژگی‌های طیفی شاخص‌های زیستی مثل نیتروز اکسید، متان، اوزن و کربن دی‌اکسید به‌شدت به فصل و هندسه‌ی دید وابسته است.
پژوهش یادشده به بررسی چهار هندسه‌ی رصد متفاوت پرداخت: دو هندسه برای قطب‌های جنوب و شمال، یکی برای استوای آفریقایی و یکی برای استوای اقیانوس آرام. طیف‌ها با ابزار ژرفاسنج فروسرخ جوی از ماهواره‌ی آکوای ناسا بررسی شدند. پژوهشگرها به این نتیجه رسیدند که هیچ اندازه‌گیری واحدی نمی‌تواند طیف تابش گرمایی زمین را نشان دهد زیرا تغییرات فصلی این کار را غیرممکن می‌سازند. آن‌ها در مقاله‌ی خود نوشتند:
تغییرات فصلی بر طیف تابش گرمایی زمین تأثیر می‌گذارند و قدرت شاخصه‌های جذب آثار زیستی هم به‌شدت به دو عامل فصل و همچنین هندسه‌ی دید وابسته است.
پژوهشگرها همچنین متوجه شدند که تابش گرمایی براساس هندسه‌ی رصد تغییر می‌کنند. برای مثال تغییرات خوانش توده‌های خشکی در طول زمان بسیار بیشتر از اقیانوس‌ها بود. نمای استوایی آفریقایی و نمای قطب شمال متمرکز بر خشکی‌ها بودند و تغییرات زیادی را نشان دادند. مقاله این‌گونه نتیجه‌گیری می‌کند:
نمای قطبی نیم‌کره‌ی شمالی (NP) و نمای استوایی آفریقایی (EqA) به ترتیب تغییرات سالانه‌ی ۳۳ درصد و ۲۲ درصد را در اوج طول موج زمینی تقریباً برابر با ۱۰٫۲ میکرومتر نشان دادند؛ اما ثبات گرمایی اقیانوس‌ها به معنی تغییرپذیری کمتر است. از سوی دیگر، هندسه‌های دید مثل قطب نیم‌کره‌ی جنوبی (SP) و نمای استوایی اقیانوس آرام (EqP) که بخش زیادی از آن‌ها اقیانوسی است، به دلیل اینرسی گرمایی بالای اقیانوس‌ها، تغییرات کمتری را نشان دادند.
برداشت کلی از این پژوهش این بود که سیاره‌ای متغیر و زنده مانند زمین را نمی‌توان صرفاً با یک طیف از تابش گرمایی شناخت. اتفاقات زیادی روی زمین رخ می‌دهند و از طرفی این پژوهش به نقش ابرها و اثر آن‌ها اشاره‌ای نکرده است. مؤلفان می‌نویسند: «پژوهش‌های آینده برای بررسی تأثیر ابرها و تغییرات فصلی آن‌ها و همچنین تأثیر خصوصیات فاز ترمودینامیکی ابرها بر تغییرات فصلی جوی ضروری هستند.» به گفته‌ی مؤلفان برخی تغییرات کوچک هستند و بررسی آن‌ها در حین نظارت بر سیاره‌های دوردست کار دشواری است. داده‌های کثیف هم می‌توانند آن‌ها را مخفی کنند. آن‌ها توضیح می‌دهند:
حتی برای زمین به‌ویژه برای نماهای استوایی، تغییرات جریان و قدرت ترکیب‌های جذب داده‌های یکپارچه، اندک و تقریباً برابر با ده درصد هستند. تفکیک این تغییرات از نویزها در رصدهای آینده‌ی سیاره‌های فراخورشیدی چالشی بزرگ خواهد بود. پیچیدگی زمین آن را به هدفی سخت برای این نوع رصد تبدیل می‌کند. این پیچیدگی شناخت محیط‌های سیاره‌ای دوردست را بسیار دشوار می‌سازد. زمین بستر آزمایش ما است و براساس آن می‌آموزیم که یک سیاره و ویژگی‌های آن را نمی‌توان صرفاً براساس یک طیف پرتوی گرمایی شناسایی کرد بلکه نیاز به اندازه‌گیری‌های چنددوره‌ای تابش گرمایی و همچنین نور بازتابی داریم.
اغلب اکتشافات سیاره‌های فراخورشیدی مبتنی بر عبور این سیاره‌ها از مقابل ستاره‌ی خود هستند. این روش محدودیت‌هایی دارد. هدف تلسکوپ فضایی جیمز وب، بررسی طیف نور برخی از سیاره‌های فراخورشیدی با قدرت بیشتری است درنتیجه روزی خواهد رسید که به درک بهتری از آنچه می‌بینیم برسیم. پژوهش فوق روش جدید رصد سیاره‌های فراخورشیدی در طیف فروسرخ را به جای نور بازتابی آزمایش کرد. گرچه تغییرات فصلی و تغییر در هندسه‌ی رصد وجود دارند، نتیجه‌ی آزمایش بر خلاف اندازه‌گیری‌های نور بازتابی، به تغییرات فصلی یا روزانه وابسته نیست. متلر و پژوهشگران همکار او بر این باورند که روش آن‌ها می‌تواند از داده‌های منحصر‌به فردی برای رصد سیاره‌های فراخورشیدی استفاده کند. آن‌ها می‌گویند:
بنابراین نتیجه می‌گیریم رصد سیاره‌های فراخورشیدی با استفاده از تابش گرمایی، اطلاعات مکمل و منحصر‌به فردی را فراهم می‌کند که برای شناسایی سیاره‌های سنگی در اطراف ستاره‌های دیگر ضروری است.