در جست‌وجوی اشکالی از حیات فرازمینی| میزبانی حیات برای فراخورشیدی‌ها

رازهای دانش- ۲۷؛

مسئله حیات فرازمینی و مهم‌تر از آن، حیات در سیارات فراخورشیدی سال‌هاست که مورد توجه اخترشناسان و زیست‌اخترشناسان قرار گرفته و این علاقه و توجه با کشف پیوسته فراخورشیدی‌ها روز‌به‌روز رو به افزایش است.

خبرگزاری آنا- هدا عربشاهی: کاتالوگ دانش‌نامه سیارات فراخوشیدی نشان می‌دهد که تا ۸ سپتامبر ۲۰۲۴ تعداد ۷هزارو۳۲۷ سیاره فراخورشیدی در ۵هزارو۲۳ منظومه سیاره‌ای مختلف شناسایی شده‌اند. علاوه‌بر این تعداد، ۲هزارو۳۰۶ سیاره نامزد این بخش هستند و ۱۴۹ سیاره احتمالی دیگر در انتظار تأییدند. این درحالی‌ است که تا اواسط دهه ۱۹۹۰ دستیابی به چنین فهرست بلندی دست‌نیافتنی و دور از تصور به‌نظر می‌رسید.

با این حال امروزه با کشف هر روزه سیارات منظومه‌های دور، دیگر می‌دانیم که منظومه خورشیدی در مقام منظومه ستاره‌ای، دیگر منحصربه‌فرد نیست بنابراین اکنون لازم است این سوال را مطرح کنیم که هریک از این فراخورشیدی‌ها قادر به میزبانی حیات هستند یا خیر. به‌دیگر سخن، آیا ما در عالم تنها هستیم یا چون ما بسیار است؟  

معادله دریک 

آیزاک نیوتن، دانشمند انگلیسی در سال ۱۷۱۳ میلادی اولین فرضیه وجود سیارات فراخورشیدی را ارائه کرد و هرچند فقط در سال ۱۹۹۵ وجود این سیارات به‌طور قطعی تایید شد اما اولین اعلان کشف سیاره‌ای فراخورشیدی در دوران معاصر به سال ۱۹۶۳ بازمی‌گردد یعنی زمانی‌که پیتر ون د کمپ ادعا کرد که ازطریق اندازه‌گیری‌های نجومی‌ای که به‌مدت ۲۰ سال انجام داده است یک همراه نامرئی را کشف کرده است که دور ستاره بارنارد در فاصله ۶ سال نوری از زمین واقع در صورت‌فلکی مارافسای می‌چرخد و جرم آن ۱.۶ برابر جرم سیاره مشتری است.

اگرچه یک دهه بعد، در سال ۱۹۷۳، اخترشناسان عدم وجود این سیاره را نشان دادند و مشخص کردند که ناهنجاری اندازه‌گیری‌شده به‌دست ون د کمپ حاصل یک خطای سیستماتیک در مکانیک تلسکوپ بوده است اما همین اعلام، توجه به حیات در سیارات فراخورشیدی را افزایش داد. به‌ویژه که در سال ۱۹۶۱، فرانک دریک، استاد بازنشسته اخترشناسی و اخترفیزیک دانشگاه کالیفرنیا در سانتا کروز، معادله‌ای را برای تخمین تمدن‌های فرازمینی‌هایی که قادر به برقراری ارتباط با ما هستند مطرح کرده بود.  

در این معادله، «تعداد تمدن‌های فرازمینی که می‌توانیم با آنها تماس برقرار کنیم» برابر است با حاصل‌ضرب (نرخ متوسط تشکیل ستاره‌ها در کهکشان راه‌شیری) در (نسبتی از این ستاره‌ها که سیاره دارند) در (تعداد متوسط سیاراتی که احتمال شکل‌گیری حیات در آنها وجود دارد و دور هر ستاره سیاره‌داری می‌چرخند) در (نسبت سیاراتی که در طول عمرشان واقعا حیات در آنها شکل می‌گیرد به تعداد سیاراتی که احتمال شکل‌گیری حیات در آنها وجود دارد) در (نسبت سیارات دارای حیات که می‌توانند حیات هوشمند داشته باشند) در (نسبت تمدن‌های برخوردار از فناوری با علایمی قابل دریافت در کهکشان) در (مدت زمانی که آن تمدن‌ها امکان برقراری تماس دارند) است.  

معادله دریک

در معادله دریک دو پارامتر «تعداد متوسط سیاراتی که احتمال شکل‌گیری حیات در آنها وجود دارد و دور هر ستاره سیاره‌داری می‌چرخند» و «نسبت سیاراتی که در طول عمرشان واقعا حیات در آنها شکل می‌گیرد به تعداد سیاراتی که احتمال شکل‌گیری حیات در آنها وجود دارد» به مفهوم «اشکالی از حیات» اشاره می‌کنند، اما به‌طور دقیق منظور از این اصطلاح را مشخص نمی‌کنند و نشان نمی‌دهند منظور از اشکالی از حیات چیست. شاید اشکال هوشمندی چون ما؟ یا شاید موجوداتی که جوامع و هوشی برتر از ما دارند؟ یا صرفاً باکتری‌هایی که وجودشان متکی به سوخت‌وساز متان است؟ 

هیچ اخترزیست‌شناسی تعریف دقیق و پذیرفته‌شده واحدی از معنای حیات فرازمینی ندارد. باوجوداین، می‌توان تعریفی از حیات ارائه کرد که با تجربه رایج مبتنی‌بر زیست‌شناسی زمین همخوانی داشته باشد. کارل سیگان، اخترشناس محبوب قرن گذشته، چنین می‌گوید: «حیات، هر سامانه‌ شیمیایی‌ای است که در پایه‌اش واکنش‌هایی شیمیایی وجود دارد که طبق قوانین داروینی درطول زمان می‌توانند تکامل یابند.» 

هرچند تاکنون بیش‌از ۷هزار سیاره فراخورشیدی کشف شده است اما براساس معیارهای سن، موقعیت، اندازه و حضور در کمربند حیات، فقط ۷ فراخوشیدی به‌طور بالقوه می‌توانند از احتمال میزبانی اشکالی از حیات برخوردار باشند.  

اما حتی در این استدلال سگان هم به‌طور دقیق مشخص نشده که سامانه باید بر چه عناصر اساسی مبتنی باشد و به‌سادگی به مجموعه‌ای از واکنش‌های شیمیایی اشاره می‌کند که می‌توانند در طول زمان، سازگاری خودشان را با تغییرات محیط اطراف حفظ کند. 

در خط نظری، عناصر شیمیایی پایه مختلفی وجود دارند که حیات را تشکیل می‌دهند برای مثال، در سیاره ما، حیات جانداران بر‌اساس عنصر کربن (C) و مولکول آب (H2O) استوار است. اغلب فرضیه‌ای از اشکال حیات را در سیارات فراخورشیدی می‌شنویم که معتقد است حیات موجودات زنده در آن سیارات می‌تواند براساس عناصری غیر از کربن، ازجمله سیلیکون (Si) باشد. اگر بخواهیم به دنبال اشکال حیات در منظومه‌های فراخورشیدی بگردیم، شاید باید نظرمان را تغییر دهیم و درعوض فکر کنیم که حیات در این سیارات هم به احتمال بسیار زیاد برپایه وجود کربن و آب بنا شده است. اما چرا؟ کربن و سیلیکون هر دو به گروه چهارم جدول تناوبی عناصر شیمیایی تعلق دارند، اما اگرچه از نظر خصوصیات عنصری مشابه یکدیگرند، اما دارای تفاوت‌هایی هستند که باعث می‌شود حیات، اولی را به دومی ترجیح دهد.

به‌عنوان نمونه، هر دو عنصر دارای 4 الکترون آزاد در بیرونی‌ترین مدار هستند و ازاین‌رو، قادرند با اتم‌های دیگر پیوندهای کووالانسی تشکیل دهند. درواقع، هر دو عنصر با اکسیژن، هیدروژن و نیتروژن پیوند ایجاد می‌کنند، اما فقط کربن می‌تواند زنجیره‌های مولکولی بسیار طولانی تشکیل دهد و روش پایدار این پیوندها در ساخت آجرهای سازنده پایه حیات به‌ویژه اسیدهای آمینه، کربوهیدرات‌ها، پروتئین‌ها و ترکیبات آروماتیک نقش اساسی دارد. همچنین کربن به‌تنهایی قادر است تعداد بیشتری از ترکیبات را نسبت به سایر عناصر جدول تناوبی با هم تشکیل دهد. ازاین‌رو، کربن عنصر اولیه‌ای است که براساس آن می‌توان وجود حیات در منظومه‌های فراخورشیدی را فرض کرد، اما مطمئناً شرط کافی نیست. دومین جنبه اساسی، که برپایه آن فرضیه‌های خود را برای بررسی حیاتِ آن بیرون، می‌سازیم وجود آب به شکل مایع است، زیرا آب مایع دارای ویژگی‌های منحصر‌به‌فرد برای زندگی است.  

نامزدهای حیات فراخورشیدی 

دانشمندان بر این باورند که هر سیاره فراخورشیدی که بتواند میزبان حیات باشد، باید در منطقه قابل سکونت ستاره مادر خودش یا به‌عبارتی در کمربند حیات ستاره‌اش باشد، یعنی در نواری که در آن، آب می‌تواند به‌شکل مایع روی سطح یا دست‌کم نزدیک به سطح جریان داشته باشد. به‌نظر می‌رسد سن سیارات هم از اهمیت قابل توجهی برخوردار است. برای‌مثال، حدود ۴.۵میلیارد سال طول کشید تا حیات روی زمین به نقطه‌ای که امروز در آن است برسد یعنی به‌ درجه‌ای از تکامل که قادر است اجرام دست‌سازی چون کاوشگرهای وویجر ۱ و ۲ را سوی منظومه‌های ستاره‌ای دیگر روانه کند. بنابراین، این فرضیه مطرح می‌شود که سیارات فراخورشیدی که تمدن پیشرفته‌ای را توسعه داده‌اند اگر قدیمی‌تر از زمین نباشند، باید دست‌کم هم‌سن زمین باشند. 

هرچند تاکنون بیش‌از ۷هزار سیاره فراخورشیدی کشف شده است اما براساس معیارهای سن، موقعیت، اندازه و حضور در کمربند حیات، فقط ۷ فراخوشیدی به‌طور بالقوه می‌توانند از احتمال میزبانی اشکالی از حیات برخوردار باشند.  

در سکوی نخست نامزدهای میزبان حیات، Kepler-452 b قرار دارد که دور ستاره‌ای تقریبا مشابه ستاره ما و در مداری مشابه می‌چرخد. منظومه ستاره‌ای که این سیاره بخشی از آن است در فاصله هزارو۴۰۰ سال نوری از زمین قرار دارد که با معیارهای نجومی به ما بسیار نزدیک است. 

مقایسه شباهت ابعاد زمین (تصویر چپ) با سیاره فراخورشیدی Kepler-452 b (تصویر راست)

این سیاره فراخورشیدی که در زمان کشف توجه جامعه جهانی را به خود جلب کرد اولین جرم‌ کشف‌شده با ابعاد مشابه ابعاد زمین است که در کمربند حیات ستاره‌ای بسیار شبیه به خورشید قرار دارد و حدود ۳۸۵ روز زمینی طول می‌کشد تا چرخش خود را دور ستاره‌اش کامل کند. ازآنجاکه این سیاره از نظر سن، بزرگ‌تر از زمین است و پیش‌از سیاره ما شکل گرفته ناسا به آن لقب «پسرعموی بزرگ زمین» را داده است.  

سیاره فراخورشیدی K2-18b هم جرم دیگری است که از سال ۲۰۱۹ و از زمانی که اخترشناسان اعلام کردند که نشانه‌های احتمالی بخار آب را در جو آن پیدا کرده‌اند موضوع مطالعات گسترده‌ای بوده است. سپتامبر ۲۰۲۳ سازمان فضایی آمریکا (ناسا) اعلام کرد که تلسکوپ مداری جیمزوب که در فاصله بیش‌از ۱.۵میلیون کیلومتری سیاره ما، در نقطه لاگرانژی ۲ شناور است، ردپایی از مولکول‌های متان و دی‌اکسیدکربن را در این فراخورشیدی شناسایی کرده است. سیاره K2-18b که در فاصله حدود ۱۲۰ سال نوری از زمین در صورت فلکی اسد قرار دارد بیش‌از ۸.۵ برابر جرم بیشتری نسبت به جرم زمین دارد و در کمربند حیات ستاره کوتوله بسیار سرد K2-18 می‌چرخد.