حیات در سیارات فراخورشیدی

همواره ارتباط با دیگر موجودات ذی شعور یکی از خواسته های بشر بوده است. با شروع عصر فضا و سفرهای فضایی این سوال مطرح شد که آیا به جز زمین کره ی دیگری در این عالم قابل سکونت است و یا در آنجا موجودات ذی شعوری به وجود آمده اند؟

در ابتدا نگاه اختر شناسان محدود به منظومه ی شمسی خودمان بود و مسئله ی حیات در مریخ بحث داغ و جنجال بر انگیز شده بود ولی حالا نگاه اختر زیست شناسان به ورای این منظومه دوخته شده است. برای بررسی حیات در منظومه ها ، ابتدا نگاهی به سیاره ی خودمان می اندازیم ، سپس پا را فراتر گذاشته و منظومه های سیاره ای دیگر و امکان حیات در آنها را مورد بررسی قرار خواهیم داد. در بخش بعدی هم تحقیقات فعلی و آتی در این زمینه را ذکر می کنیم.

شکل گیری منظومه ی خورشیدی و حیات در زمین : در مورد شکل گیری منظومه ی خودمان نظریه های مختلفی مطرح است. به طور خیلی ساده منظومه ی شمسی از چگالش یک ابر بزرگ بِین ستاره ای در حال چرخش در حدود ۴.۵ میلیارد سال پیش شکل گرفته است. به تدریج بخشهای داخلی این ابر گرم شده و پیش- خورشید را به وجود آورد. سپس ابر به شکل یک صفحه گرم چرخان در آمد و چگال تر شد اختشاشات شکل گرفته در این صفحه باعث شد که تکه هایی از آن متراکم شود. در نواحی داخلی مواد چگال تجمع پیدا کردند که از این مواد سیارات خاکی شکل گرفتند . سپس در نواحی خارجی توده های رقیق گاز تحت بر خورد دنباله دارها به تدریج بزرگتر شدند و سیارات گازی را به وجود آوردند.

مسئله ی مهم چگونگی به وجود آمدن حیات در زمین است. سر « فرد هویل » اختر شناس معروف انگلیسی ، دیدگاه جالب و افراطی در این مورد دارد. مطابق نظر او که به نظریه ی « حیات جهانی » معروف است. میلیاردها سال پیش ، منظومه ی شمسی با عناصر زیستی بذر افشانی شد و بذر حیات در هر کجا که شرایط زیستی مناسب بود ریشه گرفت . این نظریه از توضیح منشأء حیات و چگونگی پیدایش آن ناتوان است . مطابق شناخت ما از حیات ، کربن ماده ی اصلی حیات است . وجود کربن برای تشکیل اسید های آمینه و در نتیجه DNA لازم و ضروری است .

تا آنجا که ما می دانیم بخش اعظم دنباله دار ها آب منجمد ، کاینهای سیلیکاتی و مواد آلی است . شاید دنباله دار های سرشار از کربن توانسته باشند مولکول های آلی را به زمین بیاورند . علاوه بر این حدود پنج رصد شهاب سنگ هایی که از زمان تشکیل تغییر نیافته اند را کربن تشکیل می دهد . برخورد شهاب سنگ های مختلف می توانسته در تنوع بخشیدن مولکول های آلی مؤثر بوده باشد . ممکن است بخش زیادی از آب اقیانوس ها یخ های ذوب شده ی دنباله دارها باشد . آتش فشان ها هم می توانند مقدار زیادی بخار آب ، دی اکسید کربن و مقداری نیتروژن و دیگر گازها را به جو اضافه کنند . برخی شبیه سازی های کامپیوتری نشان می دهند که سیارات پرجرمی همچون مشتری نقش « جارو برقی گرانشی » را دارند . بدون حضور سیاره ی مشتری تعداد برخوردها آنقدر زیاد می شد که تکوین حیات را با مشکل مواجه می کرد . بعضی از زیست شناسان هم معتقدند که عصر یخبندان نقش مهمی را در شکل گیری ، تحول و تسریع حیات ماکروسکوپی در زمین داشته است.

از آنسوی منظومه شمسی چه خبر؟

در سپتامبر ۱۹۵۹، دو فیزیکدان به نام های Giuseppe Cocconi و Philip Morrison در هفته نامه ی « نیچر » مقاله ای را به عنوان « جستجو برای ارتباطات بین ستاره ای » منتشر ساختند. آنها در این مقاله به بحث در مورد دریافت سیگنال های مربوط به تمدن های دیگر با کمک تلسکوپ های رادیویی پرداختند. آنها طول موج ۲۱ سانتی متر را پیشنهاد کردند . امروزه می دانیم که این طول موج مربوط به گسیل تابشی هیدروژن خنثی در اثر جا به جایی اسپین الکترون مداری می باشد . هفت ماه بعد یک منجم رادیویی به نام « فرانک درک » پروژه Ozma را به منظور یافتن سینگال هایی از موجودات هوشمند شروع کرد. او در این پروژه از تلسکوپ رصدخانه ملی نجوم رادیویی واقع در ویرجینیای غربی استفاده کرد. قطر بشقاب این تلسکوپ متر بود. او تمام تلاش های لازم را برای شنیدن سینگال های در یافتی از دو ستاره اپسیلون- نهر و تاو- قیطس معطوف کرد. اما به علت کم توان بودن ابزارها پروژه به نتیجه نرسید. در دهه میلادی با کشف آب و آمونیاک میان ستاره ای انقلابی را در این علم ایجاد کردند. پس از آن منجمان امواج زیر قرمزی از ابزارهای بین ستاره ای آشکار کردند که نشان از وجود مولکول هایی همچون اتیل الکل (C2 H5 OH) ، فرمالدهید (H2 CO ) ، استالدهید(C2 H4 O) داشت . از آنجا که پرتو های نافذ فرا بنفش به راحتی مولکول های پیچیده ترراتخریب می کند. بنا بر این مولکولهارا باید در ابر های سرد و تیره یافت . سیانید هیدروژن و ترکیبات کربن و هیدروژن می توانند در تشکیل اسیدهای آمینه و پروتئینها نقش اساسی ایفا کنند.

مطابق مدل های تحول ستاره ای می دانیم که ستاره های پر جرم ( بیش از هشت برابر جرم خورشید ) در طی مراحل پایانی زندگی خود بسیاری از عناصر سنگین مثل کربن ، سیلسیوم را می سازند و سرانجام در پایان عمر خود به صورت انفجار ابر نواختری عناصر خود را در فضا پراکنده می سازند . از طرف دیگر کربن و ترکیبات دیگری مثل کربید سیلسیوم در جو ستاره های سرد معروف به ستاره های کربنی یافت می شود .

فرمول درک ( Drake formula )

در نوامبر۱۹۶۱ ده تکنسین رادیویی ، اختر شناس و زیست شناس در ویرجینیای غربی گرد هم آمدند تا در کمیته ای به بررسی مسئله ی جستجوی حیات فرا زمینی بپردازند . در این گردهمایی « فرانک درک » فرمول معروف خود را در مورد موفقیت در ارتباطات بین ستاره ای بیان کرد .

N = R* * fp * ne * fl * fi * fc * L

R* : آهنگ تشکیل ستارگان در کهکشان راه شیری ( چون ارتباط با منظومه های دیگر کهکشان ها محال به نظر می رسد.)

fp : کسری از ستارگان که دارای منظومه ی سیاره ای هستند .

ne : تعداد سیارات منظومه که برای حیات مناسب هستند .

fl : کسری از سیارات مناسب که حیات در آنها می تواند رشد یابد .

fi : کسری از سیارات قابل سکونت که دارای حیات هوشمند هستند .

fc : کسری از سیارات دارای حیات هوشمند که در آنجا تکنولوژی ارتباطات رشد یافته است .

L : مدت زمانی که از تکنولوژی ارتباطات پیشرفته استفاده می شود .

N : تعداد تمدن های هوشمند که می توانند ارتباط برقرار کنند .

کهکشان ما شامل چند صد میلیارد ستاره است . در حالت ایده آل می توان نرخ سالیانه تشکیل ستاره ها را در کهکشان راه شیری یک در نظر گرفت . در سال۱۹۸۳ماهواره ی اخترشناسی فروسرخ (IRAS) قرص هایی از غبار را در اطراف ستاره های نسر واقع ، بتا- سه پایه آشکار کرد . این رصد ها احتمال وجود سیارات فرا خورشیدی را قوت بخشید . رصد های اخیر تلسکوپ فضایی هابل صفحه های پیش ستاره ای را در اطراف ستاره های سحابی جبار تایید می کند . با یک دید خوش بینانه ۱۰تا ۷۰درصد ستاره ها ، سیاره دارند. با کشفیات اخیر در مورد مولکول های آلی در فضای بین ستاره ای می توان فرض کرد که قابلیت تشکیل حیات در سیارات وجود دارد اما شکل گیری حیات هوشمند شرایط و پیچیدگی های خاص خود را دارد . در مورد تکنولوژی ارتباطات پیشرفته اگر فرض کنیم که موجودات منظومه های دیگر مانند ما زمینی ها باشند باید توجه داشت که بشر فقط چند دهه است که با کمک بشقاب های رادیویی توانایی چنین کاری را یافته است. مطابق پیش بینی ها اگر حاصلضرب هفت عامل ذکر شده عددی در مرتبه صد هزار هم بشود و این صد هزار تمدن هوشمند به طور اتفاقی در کهکشان ما پخش شده باشند آنگاه نزدیک ترین آنها به ما حدود۵۰۰ سال نوری فاصله خواهد داشت!

انریکو فرمی، فیزیکدان معروف، مسئله ای را بیان کرده است که امروزه به « باطلنمای فرمی » معروف است. او فرض کرد که تمدنی ذی شعور در کهکشان ما زمان کافی را برای جستجو داشته باشد حتی اگر آنها دارای تکنولوژی امروزی ما باشند ( چندان هم فرض بدی نیست ) و تمام مناطق کهکشان را مورد جستجو قرار دهند آنگاه با در نظر گرفتن ابعاد کهکشان احتمال اینکه از زمین سینگالی دریافت کنند صفر است.

Carl Sagan , W.Newman در ۱۹۸۱ با طرح یک مدل ریاضی برای تجسس در فضای بین ستاره ای به این نتیجه رسیدند که احتمال رسیدن موجودات فرا زمینی به سیاره ی ما چندان به سرعت فضا پیما بستگی ندارد. زمان لازم برای پیدا کردن زمین و سر زدن به دوستان خود در این کره ی خاکی قابل مقایسه با عمر کهکشان خواهد بود. تنها شانس می تواند به آنها و البته به ما کمک کند. به قول کوکونی و موریسون : « تخمین احتمال موفقیت مشکل است اما اگر جستجو را کنار بگذاریم شانس موفقیت صفر است. »

کشف سیارات فرا خورشیدی

از اواسط دهه گذشته اختر شناسان موفق به کشف سیاره های دیگری شدند . دو منظومه ی اول کاملا” با منظومه ی ما متفاوت بودند و بذای زندگی مناسب به نظر نمی رسیدند . منظومه ی اول شامل سیاره هایی است که به دور یک تپ اختر می گردند . وجود این سیارات در کنار یک تپ اختر عجیب به نظر می رسید چه رسد به حیات در آنها !

دومین ستاره ای که وجود حداقل یک سیاره در اطراف آن اثبات شد ، ۵۱- فرس اعظم بود که ستاره ای شبیه خورشید خودمان است . اما سیاره توسط Michael Mayor ،Dider Queloz از رصد خانه ی « ژنوای » سویس کشف شد . پس از آن سیاراتی در اطراف ستاره های۴۷- دب اکبر ،۷۰- سنبله نیز کشف شد . این سیارات آنقدر به ستاره ی اصلی شان نزدیکند که به علت شدت نور ستاره رصد مستقیم آنها ممکن نیست . اختر شناسان از روش های مختلفی برای تشخیص این سیارات استفاده می کنند . وقتی سیاره ای به دور ستاره ای در حال گردش است می تواند با نیروی گرانشی ناچیز خود ستاره را جا به جا کند . اختر شناسان با بررسی جا به جایی ستاره با کمک اثر دوپلر می توانند به حضور سیاره پی ببرند و از روی مقدار جا به جایی و دور آن به جرم ، فاصله و دیگر مشخصه های سیاره پی ببرند . از روش های دیگر کشف این نوع سیارات نورسنجی ستاره است . وقتی سیاره از جلوی ستاره «عبور»می کند به علت پوشیدگی بخش کوچکی از ستاره ، درخشندگی مجموعه کاهش می یابد . اختر شناسان با بررسی این تغییرات و اطمینان از اینکه تغییرات مربوط به خود ستاره نیست می توانند وجود سیاره را تشخیص بدهند. روش پیچیده تر دیگر استفاده از خاصیت عدسی های گرانشی است. وجود ستاره و سیاره را می توان مانند یک عدسی گرانشی دو تایی در نظر گرفت. مطابق پیش بینی نسبیت عام از چگونگی تقویت نور توسط یک عدسی گرانشی دو تایی می توان به وجود سیاره و مشخصه های آن پی برد . اختر شناسان با این روش ها توانسته اند تا کنون بیش از هفتاد سیاره فرا خورشیدی کشف کنند .

حیات در سیارات : بیشتر سیاراتی که تا کنون کشف شده اند در مقایسه با زمین دارای جرم زیادی می باشند. البته یک عامل مهم ناتوانی ما در آشکار کردن سیارات کم جرم تر است. آشکار کردن چنین سیاراتی به علت تأثیر گرانشی کمشان بسیار مشکل است.

از این گذشته سیارات کشف شده در فاصله ی کمی از ستاره شان قرار دارند. اصولا” یافتن سیارات در فاصله ی بیشتر از ستاره کار مشکلی است. چون در این صورت سیاره در مدت زمان بیشتری به دور ستاره گردش می کند و این احتمال آشکار سازی را کاهش می دهد. اضافه بر اینها بیشتر سیارات کشف شده به عکس سیارات منظومه ما، دارای خروج از مرکز زیاد هستند و این مسئله حیات در آنها را با مشکل مواجه می سازد . مدارهای دایروی باعث می شوند که گرمای دریافتی از ستاره تقریبا” ثابت باشد و افت و خیزهای دما کمینه شود تمامی این کشفیات نظریه پردازان را با یک سوال مواجه کرده است : چرا اینقدر این منظومه ها با منظومه شمسی اختلاف دارند ؟

مطابق شناخت ما از حیات در سیارات باید برای تجسس عوامل زیر را در نظر گرفت : ستاره ی مورد نظر باید مانند خورشید یک ستاره ی رشته اصلی باشد. سیاره ی مورد نظر باید از نوع خاکی باشد و در فاصله ایاز ستاره قرار گرفته باشد که کربن و آب مایع در آنجا یافت شود . البته می توان نوع دیگری از حیات را هم تصور کرد . مثلا” فلورید هیدروژن (HF) ممکن است بتواند تا حدودی نقش آب را به عهده بگیرد و یا سیلیکون می تواند جایگزین کربن شود در این صورت دی اکسید سیلیکون (SiO2) می تواند نقش دی اکسید کربن را بازی کند . بخشی از اکسیژن هم می تواند توسط شکسته شدن مولکول های آب با کمک پرتوهای فرابنفش تامین شود .

اگر هم هیچکدام از سیارات جدید برای حیات مناسب نباشند ممکن است در اطرافشان قمرهایی برای حیات وجود داشته باشند. مانند قمرهای سیارات گازی منظومه ما ( مثل تیتان قمر زحل که امکان تکوین حیات در آن دور از ذهن نیست. ) اولین مسئله برای تکوین حیات دارا بودن جو برای یک قمر است. قمر باید آنقدر جرم داشته باشد تا بتواند جو را در اطراف خود نگاه دارد. مولکولهای جو می توانند با برخوردهایی آنقدر انرژی کسب کنند تا به سرعت فرار برسند و از سطح قمر بگریزند. در ضمن برخورد ذرات باردار پر انرژی می تواند مولکولهای گازی جو را به فضا پرتاب کند و باعث از بین رفتن جو بشود. اما وجود مغناط کره سیارات ( مانند کمر بند وان آلن ) می تواند مانع چنین اتفاقی شود. مسئله ی بعدی چرخه ی « کربونات – سیلیکات » است. این چرخه باعث تنظیم گازهای گلخانه ای همچون دی اکسید کربن در جو و موجب حفظ گرما و پایداری دما می شود. گرمای درونی سیاره یا قمر هم حائز اهمیت است. در منظومه ی ما سیارات زمینی بخش قابل توجهی از گرمای خود را از طریق واپاشی ایزوتوپهای رادیو اکتیو به دست می آورند . تولید این گرما باعث حفظ چرخه ی « کربونات – سیلیکات » می شود. در اقمار سیارات غول گازی یک منبع گرمایی دیگر هم مطرح است. این منبع اصطلاحا” « گرمایش جذر و مدی » نامیده می شود. همان اتفاقی که در مورد « یو » قمر سیاره ی مشتری می افتد . « یو » در مداری بیضوی به دور سیاره ی مشتری می گردد. تاثیرات مشتری باعث شده است که « یو » به آتشفشانی ترین قمر منظومه ی شمسی تبدیل شود. عامل مهم دیگر برای قابل سکونت بودن قمر طول « روز » است. اقمار بزرگ سیارات گازی منظومه ی ما دارای دوره ی تناوب۱/۷تا ۱۶روز هستند. در دهه ی۶۰میلادی Stephan Dole با کمک محاسبات کامپیوتری نشان داد که برای جسمی مانند زمین (از نظر اندازه و جو ) اگر طول روز آن افزایش یابد افت و خیز های دمای آن آنقدر شدید می شود که تشکیل حیات در آن را با مشکل مواجه می کند. مدل های کامپیوتری نشان می دهند که پس از گذشت چند صد میلیون سال در دوره ی چرخش اقمار بزرگ یک قفل شدگی یا هم زمانی رخ خواهد داد. ( مانند ماه که دوره ی چرخش مداری و وضعی آن برابر است. ) اما وجود یک جو غلیظ و تشدید اثر گلخانه ای در آن باعث می شود که دما در طول روز تعدیل شود و از نابودی حیات جلوگیری کند.