|
کمربند حيات يک منظومه به ناحيه‌اي در اطراف آن اطلاق مي‌شود که در آنجا انرژي دريافتي از ستاره نه خيلي زياد و نه خيلي کم است و بنابراين درجه حرارت سياره‌اي که در اين مکان قرار مي‌گيرد براي شکل‌گيري آب مايع در سطح آن مناسب است. بر اساس نظريه سنتي، وجود آب مايع براي شکل‌گيري و دوام حيات ضروري است. اما امروزه دانشمندان به دلايلي که بعدا به آنها مي‌پردازيم کمي محتاطانه‌تر در اين رابطه اظهار نظر مي‌کنند. اکنون مي‌دانيم هر کجا آب مايع پيدا شود، حيات از نوعي که ما در سياره خود مي‌بينيم مي‌تواند به وجود آيد. بيشتر سياره شناسان در اين زمينه معتقدند پيدا کردن آب مايع نمي‌تواند به طور قطع وجود حيات در سياره‌اي را به اثبات برساند چرا که هيچ کس هنوز به طور قطع نمي‌داند حيات بر روي زمين چگونه به وجود آمده و آيا اصلا منشا آن خود کره زمين بوده يا خير؟ اما با اين وجود، اين دانشمندان معتقدند سيارات خاکي که بر سطح آنها آب مايع وجود دارد و به دور ستارگان رشته اصلي (ستارگاني که در مرکز آنها همجوشي هسته‌اي رخ مي‌دهد) ميگردند، بهترين مکان براي جستجو به دنبال فعاليت‌هاي زيستي هستند، هر چند اين مساله بدان معنا نيست که امکان وجود حيات در سيستم‌هاي خورشيدي با شرايط متفاوت مورد بررسي قرار نگيرد.
 |
| شکل 2 - منظومه خورشيدي ما در کمربند حيات کهکشان راه شيري، و سيارات زمين و مريخ در کمربند حيات منظومه شمسي واقع شده‌اند (عکس از universe Review) |
اوايل نيمه دوم قرن بيستم بود که مطالعات بيشتر بر نحوه شکل‌گيري، دوام و تکامل حيات موجب شد تا دانشمندان در ديدگاه سنتي خود تجديد نظر کنند و به جاي محدود ساختن جستجو به دنبال حيات تنها در سياراتي که به دور ستارگان رشته اصلي وجود دارند، امکان پيدايش حيات به دور ساير ستارگان و حتي اقمار سيارات را نيز بررسي کنند.
ايده اين امر زماني مطرح شد که متخصصان علوم زيستي در دهه 1960 در مکان‌هايي از کره زمين مانند اعماق اقيانوس‌ها، محيط‌هايي با دماهاي بسيار پايين، فشار هواي به شدت بالا و يا حتي مکانهاي بسيار خشک و بدون آب که شرايط حيات بسيار مشکل مي‌نمود موفق به کشف هزاران گونه موجود زنده که بيشتر آنها از نوع تک‌سلولي يا باکتري‌ها بودند، شدند. برخي از اين موجودات حتي قادر به دوام در مقابل ميزان بسيار بالايي تشعشعات گوناگون بودند و برخي ديگر براي دوام نيازي به اکسيژن و نور خورشيد نداشتند. اين امر موجب طرح ايده‌اي نوين در جامعه نجومي شد که بر اساس آن كاوشگران حيات دريافتند اگر حيات در شرايطي بسيار دشوار در همين کره خاکي مي‌تواند به وجود آمده و دوام يابد، در جستجو به دنبال حيات به سادگي نمي‌توان از کنار سيارات ديگري که شرايط آنها با شرايط معمول زمين بسيار متفاوت به نظر مي‌رسد گذشت.
حدود يک دهه بعد، فضاپيماهاي وويجر ناسا بار ديگر کاوشگران حيات فرازميني را که تصور مي‌کردند تمامي احتمالات موجود جهان‌هايي که داراي شرايط حيات هستند را بررسي کرده‌اند به شدت متحير ساختند. تصاويري که اين دو فضاپيما از قمر مشتري، اروپا، در سال 1979 به زمين مخابره کردند نشان داد اين قمر با وجود آنکه در کمربند حيات منظومه شمسي قرار ندارد، داراي مقادير زيادي يخ بر سطح خود است. اما نکته جالب ديگري که در اين تصاوير وجود داشت، سطح نسبتا هموار اين قمر بود. بر خلاف ماه که بر سطح خود زخم‌هايي کهنه از برخوردهاي سماوي دارد که همچنان به دليل ميزان بسيار ناچيز فعاليت‌هاي زمين‌شناسي و فرسايش خاک تقريبا از هنگام برخورد بدون تغيير باقي مانده است، در تصاوير قمر مشتري اثرات زيادي از برخوردهاي سماوي ديده نمي‌شد.
به طور کلي، هنگامي که يک جسم سماوي مانند سياره، قمر، يا سيارک بر روي سطح خود نشانه‌هاي زيادي از برخوردهاي سماوي ندارد، مي‌توان گفت يک يا چند مورد زير در مورد آن صادق است:
سياره شناسان مي‌دانستند که قمر اروپا تقريبا به طور همزمان با ساير اجرام منظومه شمسي يا حداقل با اختلاف چند ده ميليون سال از آن به وجود آمده است؛ بنابراين اروپا يک قمر جوان محسوب نمي‌شود. به علاوه، از آنجا که پوسته اروپا برخلاف پوسته زمين که از مواد سنگي ساخته شده، پوشيده از يخ است، فعاليت‌هاي زمين‌شناسي به نحوي که بر روي زمين شاهد آن هستيم نيز در سطح اين قمر مشاهده نمي‌شد. از سوي ديگر، اروپا فاقد جو است، بنابراين نه فرسايش خاک در آن رخ مي‌دهد و نه اجرام مهاجم پيش از برخورد با سطح قمر در لايه‌هاي جو سوخته و تبخير مي‌شوند. از طرفي، با توجه به فاصله نزديک اين قمر به سياره خود يعني مشتري که تنها 671 هزار کيلومتر است، انتظار مي‌رفت اروپا به دليل گرانش قوي مشتري که سيارک‌ها و شهابسنگها را به سوي خود جذب مي‌کند، آماج حملات اين تکه سنگ‌هاي مهاجم باشد. تمامي اين عوامل موجب شد سياره شناسان اعلام کنند که اروپا احتمالا در لايه‌هاي دروني خود داراي يک منبع توليد انرژي و حرارت است که موجب جريان آب مايع جايي حدود 15 کيلومتر پايين‌تر از خارجي‌ترين لايه يعني پوسته آن مي‌شود. اين جريان متداوم مايعات در زير پوسته موجب بروز تغييرات در سطح آن و تغيير شکل دادن و پر شدن دهانه‌هاي برخوردي ناشي از تصادم شهابسنگها مي‌شود. سياره‌شناسان با محاسبه تعداد دهانه‌هاي برخوردي که امروزه بر سطح اروپا ديده مي‌شوند دريافتند که از عمر پوسته اين قمر به طور متوسط 10 ميليون سال بيشتر نمي‌گذرد.
 |
| شکل 3 - در اين تصوير که وويجرها از اروپا، قمر مشتري، تهيه کردند، سطح پوشيده از يخ قمر به راحتي قابل رويت است (عکس از ناسا) |
بسياري معتقدند گرماي قمر اروپا ناشي از پديده‌اي است که به آن گرمايش جذر و مد گرانشي گفته مي‌شود. پوسته تمامي اقمار منظومه شمسي از جمله قمر زمين تحت تاثير نيروي گرانش سيارات خود مدام در حال تغييراند. اين تغييرات اما در اغلب اقمار بسيار جزيي و در طي زمان‌هاي کوتاه بسيار نامحسوس است. سطح اقمار در نتيجه اين فرآيند منبسط و منقبظ مي‌شود که اين امر موجب بروز اصطکاک، توليد حرارت و گرم شدن آنها مي‌شود. طبيعي است که هرچه قمر به سياره مادر خود نزديک‌تر و هر چه آن سياره داراي نيروي گرانش قوي‌تري باشد، گرماي ناشي از جذر و مد گرانشي بيشتر است. البته اقمار منظومه شمسي نيز بر روي سيارات خود چنين تاثير متقابلي مي‌گذارند، اما به دليل جرم کمتر و متعاقبا نيروي گرانش ضعيف‌تري که نسبت به سيارات خود دارند، چنين تاثيراتي عموما قابل چشم‌پوشي است.
پيش از اعزام فضاپيماهاي وويجر به ماموريت خود، دانشمندان تصور مي‌کردند تمامي اقمار منظومه شمسي مانند قمر زمين جهان‌هايي مرده هستند که امکان بروز و دوام حيات بر روي آنها به هيچ وجه حتي قابل بررسي هم نيست. تصاوير جديدي که وويجرها از اروپا در سال 1979 ارائه دادند ثابت کرد چنين ديدگاهي نادرست است و از آن پس اقمار سيارات نيز مورد توجه کاوشگران حيات قرار گرفتند.
از آنجا که قمر اروپا خارج از کمربند حيات منظومه شمسي قرار داشت، دستاورد مهم ديگري که اطلاعات ارسالي وويجرها براي کاوشگران حيات دربرداشت اين بود که آنان دريافتند جهان‌هايي که خارج از اين محدوده و در فواصل زيادي از منبع اصلي توليد انرژي يک منظومه که ستاره آن است، قرار دارند نيز چنانچه داراي منابع حرارتي دروني باشد و در اثر فرايندهايي همچون گرمايش گرانشي يا زوال راديواکتيو که در نيمکره جنوبي تيتان، قمر زحل، رخ مي‌دهد، بتوانند انرژي مورد نياز خود را تامين کنند بايد در زمره مکان‌هايي با احتمال ايجاد شرايط حيات و حتي وجود آب مايع محسوب شوند.
از آن زمان بود که در جستجو به دنبال حيات، اقمار سيارات گازي منظومه شمسي ديگر حتي از سياره مريخ نيز بيشتر مورد توجه قرار گرفتند و مطالعات بيشتري در اين زمينه بر روي اين قمرها آغاز گرديد. با گسترش دامنه اين مطالعات به سيارات فراخورشيدي و اقمار آنها، بار ديگر تعداد جهان‌هاي ناشناخته‌اي که هر يک مي‌توانند شرايط بروز و تکامل حيات را ايجاد کنند رو به فزوني گذارد.
تنها در کهکشان راه شيري بيش از 300 ميليارد ستاره وجود دارند. اگر 10 درصد آنها ستارگاني مانند خورشيد باشند و نحوه شکل‌گيري منظومه‌هاي آنها شبيه به چگونگي شکل‌گيري منظومه شمسي باشد، در کهکشان ما بايد 30 ميليارد سياره گازي و به همين تعداد سياره خاکي وجود داشته باشد. با در نظر گرفتن تنها مدل منظومه‌اي شناخته شده يعني منظومه شمسي، اگر فرض کنيم هر سياره گازي دست کم 4 قمر و سيارات خاکي به طور متوسط هر يک تنها يک قمر داشته باشند، انتظار مي‌رود حدود 150 ميليارد قمر در کهکشان ما وجود داشته باشد!
همزمان سوال ديگري ذهن کاوشگران حيات را به خود مشغول ساخت: آيا تنها سياراتي که به دور ستاره‌هاي رشته اصلي در گردشند سيارات قابل سکونت محسوب مي‌شوند يا ساير گونه‌هاي ستارهاي مانند کوتوله‌هاي قرمز يا حتي غول‌هاي قرمز نيز مي‌توانند چنين شرايطي را براي سيارات خود به وجود بياورند؟
ستاره‌هاي کوتوله قرمز که به وفور در جهان يافت مي‌شوند حدود 50 برابر کم فروغ‌تر از خورشيدند و جرم آنها تقريبا يک پنجاهم جرم خورشيد است. نگاهي اجمالي به دسته بندي ستارگاني که تا کنون در جهان کشف شده‌اند نشان مي‌دهد حدود 85 درصد کل ستارگان جهان را کوتوله‌هاي قرمز تشکيل مي‌دهند.
اين ستارگان به دليل جرم و درخشندگي پايين خود اصلا در زمره ميزبانان احتمالي سياراتي با امکان پيدايش حيات به حساب نمي‌آمدند. يکي از مهم‌ترين دلايل اين امر آن است که کمربند حيات در چنين منظومه‌هايي بايد بسيار نزديک به ستاره مادر باشد تا سياره‌اي که در اين ناحيه قرار مي‌گيرد بتواند ميزان مناسب حرارت و انرژي را براي حفظ حيات بر روي خود دريافت کند.
|
 |
| شکل 4 – اين تصوير خيالي سياره‌اي مشتري‌گون مانند آپسيلون آندرومدا بي (Upsilon Andromeda b) که در قفل مداري ستاره خود قرار گرفته را نشان مي‌دهد. (عكس از ناسا) |
|
|
از سوي ديگر، يک سياره در صورتي که در چنين فاصله نزديکي از ستاره خود قرار گيرد، در تله گرانشي ستاره خود مي‌افتد و همواره يک روي آن به سمت ستاره است در حالي که روي ديگر هيچ‌گاه حرارت مستقيم ستاره را دريافت نمي‌کند. اين پديده که قفل مداري نام دارد هنگامي رخ مي‌دهد که به دليل فاصله کم دو کره سماوي با جرم‌هاي متفاوت از يکديگر و گرانش کره بزرگ‌تر، طول حرکت وضعي جسم کوچک‌تر با مدت حرکت انتقالي آن به دور جسم ديگر برابر مي‌شود. درست مانند قمر زمين که به دليل قرار گرفتن در تله گرانشي سياره مادر، هميشه يک روي خود را به زمين مي‌نماياند و ما هرگز قادر به ديدن نيمه ديگر ماه نيستيم.
در چنين شرايطي، دما در نيمي از سياره که همواره رو به ستاره مادر است به شدت زياد و در نيمه ديگر آن به شدت کم خواهد بود به گونه‌اي که حتي اگر اين سياره داراي آب هم باشد، حرارت ستاره در نيمي از آن موجب تبخير آب و در نيم ديگر سبب انجماد آن مي‌شود.
اما در سال‌هاي اخير، مدل‌هاي کامپيوتري نشان دادند که چنانچه چنين سياره‌اي داراي جوي با ضخامت مناسبي باشد، حرارت دريافتي از ستاره کوتوله قرمز مي‌تواند از سمتي که رو به ستاره دارد به سمت ديگر منتقل و موجب متعادل شدن حرارت کل سياره شود.
اين يافته نيز بار ديگر بر تعداد اجرام و منظومه‌هايي که مي‌توانند از لحاظ ايجاد و پيدايش حيات مورد بررسي قرار گيرند افزود و اين بار ستارگان کوتوله قرمز که همانطور که پيشتر اشاره شد بخش عمده‌اي از ستارگان جهان را به خود اختصاص داده‌اند مورد توجه جستجوگران حيات قرار گرفتند.
از آن پس، هر روز بر تعداد اخترشناساني که معتقد بودند جستجو به دنبال حيات فرامنظومه‌اي نبايد به ستارگان رشته اصلي محدود شود رو به افزايش گذاشت تا اينکه سياراتي که به دور غول‌هاي قرمز ميگردند نيز مورد توجه قرار گرفتند.
|
غول قرمز ستارهاي است با قطري معادل 10 تا 100 برابر قطر خورشيد که پيشتر خود در زمره ستارگان رشته اصلي قرار داشته، بدان معنا که در مرکز آن همجوشي هسته‌اي به وقوع مي‌پيوسته است. سرانجام با اتمام ذخيره هيدروژن در مرکز چنين ستارگاني و فشرده‌تر شدن آنها، همجوشي هسته‌اي اتم‌هاي هيدروژن در لايه‌اي اطراف هسته آغاز شده، در اثر برهم خوردن تعادل ميان لايه‌هاي گازي، ستاره شروع به انبساط مي‌کند که در آن هنگام غول قرمز ناميده مي‌شود. گرچه مرکز چنين ستارگاني بسيار فشرده و داراي دماي بالايي است، اما لايه‌هاي خارجي آنها در اثر انبساط دچار کاهش نسبي دما مي‌شوند.
چنين سرنوشتي حدود 5 ميليارد سال آينده در انتظار خورشيد ما نيز هست. تک ستاره ما در آن هنگام به قدري بزرگ مي‌شود که سيارات داخلي منظومه شمسي يعني عطارد و زهره را مي‌بلعد و تا نزديکي زمين پيشروي مي‌کند.
 |
| شکل 5 - اين تصوير خيالي، کره زمين در مجاورت خورشيدي که به غول قرمز تبديل شده را در حال تبخير نشان مي‌دهد، اتفاقي که چندان هم دور از انتظار به نظر نمي‌رسد! |
در حال حاضر، يکي از موضوعاتي که ذهن اخترشناسان را به خود مشغول داشته، امکان وجود حيات بر سياراتي است که به دور غول‌هاي قرمز ميگردند. بر اساس مطالعات اوليه، به نظر مي‌رسد چنين مساله‌اي زياد هم دور از واقعيت نيست، هر چند کمربند حيات يک منظومه با افزايش قطر ستاره و تغيير درخشش و دماي سطحي آن به نقطه‌اي دورتر نقل مکان مي‌کند. به عنوان نمونه، 2 ميليارد سال ديگر، زمين به دليل تغييراتي که در دما و درخشندگي خورشيد ايجاد خواهد شد، از کمربند حيات کنوني منظومه شمسي خارج مي‌شود.
کمربند حيات ستارگان غول قرمز در فاصله 1000 تا 3000 ميليون کيلومتري آنها قرار دارد، در حالي که کمربند حيات ستارهاي مانند خورشيد که يک ستاره معمولي از دسته ستارگان رشته اصلي محسوب مي‌شود، به ناحيه‌اي در فاصله 140 تا 240 ميليون کيلومتري آن که تنها دربرگيرنده مدار زمين و مريخ است، اطلاق مي‌شود.
کشف سيارات فراخورشيدي در اطراف ستارگان رشته اصلي بسيار ساده‌تر از رديابي سياره‌اي در اطراف يک غول قرمز است، چراکه گرچه کمربند حيات ستارگان رشته اصلي در فاصله نزديک‌تري از ستاره خود قرار دارد، اما با توجه به اينکه درخشندگي سطحي غول‌هاي قرمز عموما هزاران برابر بيشتر از ستارگان رشته اصلي است، سياراتي که به دور آنها ميگردند غالبا در نور ستاره مادر به سادگي قابل رصد نيستند. به عنوان نمونه، هنگامي که خورشيد تبديل به يک غول قرمز شود، قطر آن حدودا 100 برابر، اما درخشندگي سطحي ستاره ما به بيش از 1000 برابر درخشندگي فعلي خود خواهد رسيد.
بررسي امکان وجود و دوام حيات در اطراف چنين ستارگاني باز هم دايره جستجو به دنبال حيات را گسترده‌تر کرد. از سوي ديگر، از زمان کشف نخستين سياره فراخورشيدي در سال 1990 تا کنون، سيارات متعددي خارج از منظومه شمسي کشف شده‌اند که از نظر ساختار و همچنين منظومه‌اي که در آن قرار گرفته‌اند با يکديگر بسيار متفاوتند.
با وجود تنوع زيادي که در سيارات فراخورشيدي تا کنون مشاهده شده، دانشمندان بيشتر به دنبال سياراتي هستند که از نظر ساختار، دما و ساير مشخصات تا حدي شبيه زمين باشند. براي اين امر پاسخ به اين سوال که آيا منظومه شمسي، منظومه‌اي منحصر به فرد است يا خير مساله‌اي است که مدت‌هاست ذهن منجمان را به خود مشغول کرده است.
|
