در جستجوی زیستگاه دوم؛ تلاش برای یافتن حیات فرازمینی به کجا رسیده است؟

برقراری ارتباط با حیات فرازمینی بدون شک نقطه عطفی در تاریخ بشر خواهد بود. حتی کشف ساده ترین ارگانیسم بیگانه می تواند درک ما از نحوه شکل گیری حیات در کره زمین و دیگر سیاره ها را متحول سازد. با این حال، هنوز هیچ مدرک مستدلی مبنی بر حضور موجودات زنده در دیگر قسمت های جهان هستی نداریم.

در واقع هنوز میکروب، هاگ، یا سلول بیگانه را هم ندیده ایم، چه برسد به گونه و نژاد پیشرفته ای که بتواند ما را نجات داده یا نابود سازد. ما حتی نمی دانیم واقعاً 4 میلیارد سال قبل، حیات در کره خاکی چگونه شکل گرفت.

آیا در فضای بیکران با ده ها میلیارد کهکشان، واقعاً تنها موجودات زنده هستیم؟

دانشمندان در این زمینه به سه دسته تقسیم می شوند؛ برخی می گویند حیات فرازمینی بسیار فراوان است، برخی آن را نادر می دانند، و بعضی دیگر اصلاً به وجود آن اعتقاد ندارند. وجود حداقل 300 میلیارد ستاره، آن هم فقط در کهکشان راه شیری، برخی اخترشناسان و دانشمندان همچون «کارل سیگن» را متقاعد ساخته که تنها در کهکشان خودمان می توانیم تا 10 هزار تمدن پیشرفته داشته باشیم. دیگران اما می گویند نه تنها سیاره های سکونت پذیر بسیار محدودند، بلکه احتمال شکل گیری حیات در همین معدود سیاره ها نیز بسیار اندک است. به عبارت دیگر، شاید در این کهکشان و حتی در کل جهان هستی تنها باشیم.

با وجود اظهارات ناامید کننده دانشمندان، ناسا همواره بر موضع خود پافشاری کرده که اگر سیاره ای شرایط یکسانی با زمین داشته باشد، حیات به صورت خودکار در آنجا شکل می گیرد. «کیلب شارف» فضانورد انگلیسی که مقاله ای علمی هم در زمینه احتمال تشکیل حیات روی سیاره های دیگر نوشته، می گوید:

این موضع در واقع رویکرد مارکتینگ و تبلیغاتی ناسا است تا مردم را به سمت تحقیقات فضایی و اکتشافات سیاره ای بکشاند. من شخصاً معتقدم احتمال حیات فرازمینی بسیار کمتر از آن چیزیست که آژانس فضایی می گوید.

در اینجا با واقعیت دشوار دیگری هم روبرو هستیم. «لوری بارژ» اخترزیست شناس ناسا می گوید:

تا به امروز هر جایی را که نگاه کردیم، نشانی از حیات ندیدیم. اگر حیات به شرایط خیلی خاصی نیاز دارد که زمین حائز آنهاست، چند سیاره دیگر می توانند چنین شرایطی را به وجود آورند؟

بنابراین شاید حیات بیگانه وجود داشته باشد، اما احتمال عکس آن هم کاملاً قویست. هرکدام از این دو نتیجه به اثبات برسد، محققین زیادی را خوشحال خواهد ساخت و به نظر می رسد در حال ورود به عصر طلایی اکتشافات سیاره ای هستیم. «شان دوماگال-گلدمن» محقق حوزه اگزوپلنت در ناسا می گوید:

شاید در مورد کشف حیات فرازمینی خوشبین نباشم، اما معتقدم به زودی به نتایج خوبی می رسیم. به نظر من تاکنون در تاریخ بشر چنین موقعیت ارزشمندی نداشته ایم.

در جستجوی اگزوپلنت های زیست پذیر

تلسکوپ فضایی کپلر تاکنون 2335 اگزوپلنت کشف کرده است

توانایی ما برای یافتن حیات بیگانه طی سال های پیش رو چندین برابر خواهد شد. ناسا با جدیت تمام در پی اگزوپلنت هاست، یعنی سیاره هایی که خارج از منظومه شمسی به دور ستاره خودشان می گردند. تلسکوپ های فضایی اسپیتزر، هابل و به خصوص کپلر که در سال 2009 به فضا پرتاب شد، مهم ترین ابزارهای اکتشافی انسان به شمار می روند. کپلر تا به امروز توانسته 2335 اگزوپلنت کشف کند که 21 مورد از آنها در منطقه زیست پذیر ستاره شان قرار دارند و از نظر ابعاد و جرم، کاملاً مناسب تشکیل حیات هستند.

مشهورترین مورد که به تازگی شناخته شده، سامانه ستاره ای «تراپیست-1» (Trappist-1) است که از هفت سیاره تشکیل شده و حدود 40 سال نوری با زمین فاصله دارد. سه سیاره از این مجموعه در منطقه طلایی کمربند حیات قرار گرفته اند.

اگزوپلنت های تراپیست-1 یکی از اولین اهداف پروژه 8.7 میلیارد دلاری «تلسکوپ فضایی جیمز وب» (JWST) به شمار می روند که در سال 2018 آغاز به کار خواهد کرد. این ابزار ارزشمند که در فاصله چندین میلیون کیلومتری از زمین مستقر می شود، قادر است طیف گسترده اتمسفر اگزوپلنت ها را آنالیز کرده و به دنبال بیومارکرها، یا همان نشانه های حیات بگردد.

دوماگال-گلدمن می گوید:

اگر قبل از کشف تراپیست-1 با من صحبت می کردید، می گفتم بررسی اتمسفر اگزوپلنت ها فایده ای ندارد، چون برای این کار باید سیاره ای ویژه با شرایط عالی داشته باشیم. حال با کشف این سامانه ستاره ای، چنین هدفی را پیش رو داریم.

دقیقاً به دنبال چه هستیم؟

بیولوژیست ها نمی دانند حیات روی زمین چگونه شکل گرفته، چه برسد به دیگر سیارات. آنها دو فرضیه را مطرح می کنند: حیات زایی، که چگونگی ایجاد حیات از مواد بیجان را توضیح می دهد، و پان اسپرمیا که می گوید بذر حیات بر اثر برخوردی عظیم از یک سیاره دیگر جدا شده و با عبور از فضای بیکران، به زمین رسیده است.

اگزوپلنت ها را نمی توان با تلسکوپ به صورت مستقیم مشاهده کرد

مشاهده اگزوپلنت ها با تلسکوپ ممکن نیست، چون خیلی کوچک و بیش از حد دور هستند، ضمن اینکه تحت تأثیر نور شدید ستاره شان قرار دارند. با این حال زمانی که از جلوی یک ستاره عبور کنند، تلسکوپ فضایی کپلر می تواند کاهش نور ستاره را تشخیص دهد و سپس بر اساس مقدار و نحوه تغییر نور، اندازه تقریبی سیاره، جرم و فاصله اش از ستاره را تخمین بزند. سپس مدل های تابش ستاره ای می توانند دمای سطحی سیاره را برآورد نمایند.

با جمع آوری این اطلاعات، می توان زیست پذیر بودن یک سیاره را تشخیص داد. بهترین حالت، دمایی برای مایع نگه داشتن آب و جرمی کمتر از دو برابر زمین است که می تواند سطحی صخره ای را به وجود آورده و جاذبه مناسبی را ایجاد نماید. زمانی که گزینه مطلوب شناسایی شد، ناسا اقدام به تجزیه و تحلیل اتمسفر سیاره می کند. «تراپیست-1» بهترین گزینه برای این کار توسط JWST به شمار می رود، چون ستاره کوتوله سرخ این سامانه بیش از حد نورانی نیست و می توان سیاره ها را رصد کرد.

تلسکوپ فضایی جیمز وب از دوربین های فروسرخ نزدیک برای آنالیز جو سیاره ها استفاده می کند

ابزارهای اصلی JWST برای آنالیز جو سیاره های تراپیست-1، دوربین های فروسرخ نزدیک NIRCAM و NIRISS هستند. زمانی که سیاره ها از جلوی ستاره خود بگذرند، نور از میان جو آنها عبور کرده و ابزارهای فوق می توانند طول موج های مشخصه برای مواد شیمیایی مختلف را دریافت کنند. این دوربین ها به دنبال بیومارکرهای شیمیایی همچون اوزون و متان می گردند، که معمولاً نشانه حضور حیات ارگانیک هستند. مثلاً اوزون زمانی تشکیل می شود که نور فرابنفش به اکسیژن تولید شده توسط گیاه یا فیتوپلانکتون ها برخورد نماید.

اثبات وجود یا فقدان اتمسفر در تراپیست-1 برای دانشمندان بسیار ارزشمند است. دوماگال-گلدمن می گوید:

می خواهم بدانم چرا این سیاره ها زیست پذیر نیستند. آیا اتمسفرشان از بین رفته؟ آیا فرایند فرار گلخانه ای در آنها شکل گرفته که نتوانستند آن را جبران کنند؟

البته تلسکوپ فضایی جیمز وب تنها ابزار ناسا برای شکار حیات فرازمینی نیست؛ «ماهواره انتقالی شناسایی اگزوپلنت» (TESS) موسوم به «تس» هم که در سال آتی میلادی به فضا پرتاب می شود، به دنبال اگزوپلنت ها در ستاره های نزدیک خواهد گشت. این ابزار نیز همانند کپلر از روش انتقالی استفاده می کند، اما برخلاف آن می تواند ستاره های بسیار نورانی نزدیک به زمین را نیز اسکن نماید. از آنجا که این ستاره ها نزدیک به 100 برابر درخشنده تر از کشفیات کپلر هستند، مشاهدات بعدی توسط JWST یا تلسکوپ های زمینی بسیار ساده تر انجام خواهد شد.

ناسا طی سال های آتی تلسکوپ ها و ابزارهای شناسایی بیشتری را به فضا می فرستد

اواط دهه 2020 میلادی، ناسا WFIRST را به فضا می فرستد. میدان دید این تلسکوپ فضایی 100 برابر بیشتر از تلسکوپ هابل است و همانند JWST می تواند طیف اگزوپلنت ها را اسکن کند. آینه 2.4 متری این تلسکوپ در برابر آینه 6.5 متری JWST چندان بزرگ به نظر نمی رسد، با این حال میدان دید بزرگ تر و توانایی مسدود کردن تابش ستاره ها، بررسی اگزوپلنت ها را بسیار راحت تر خواهد کرد.

در کنار این ابزارها، ناسا با استفاده از تلسکوپ زمینی ال بی تی، تلسکوپ فضایی اسپیتزر، و البته تلسکوپ فضایی هابل به تحقیقاتش ادامه می دهد. هدف اصلی این آژانس فضایی، کشف اگزوپلنت های مناسب با استفاده از روش انتقالی است تا پس از آن بتوانند با دیگر ابزارهای پیشرفته به ارزیابی اتمسفر آنها بپردازند.

نگاه دقیق تر به تراپیست-1

بهترین گزینه در بین هفت اگزوپلنت سامانه تراپیست-1، سیاره Trappist-1e است که از نظر ابعاد و جرم شباهت زیادی با زمین دارد (92 درصد شعاع و 62 درصد جرم زمین) و میانگین دمای سطحش نیز بر اساس محاسبات انجام شده، نزدیک به دمای کره خاکی است.

با این حال، سیاره فوق فاصله کمی با ستاره منظومه اش دارد که یک کوتوله سرخ و سرد است، و هر شش روز یک بار به دور آن می گردد. اجرامی که تا این حد به ستاره خود نزدیک باشند، معمولاً به قفل گرانشی دچار می شوند، درست شبیه به وضعیت ماه که همیشه یک روی خود را به زمینیان نشان می دهد.

این موضوع، حیات را با چالش روبرو می کند. دوماگال-گلدمن می گوید:

روی کاغذ، دلایل زیادی وجود دارند که حیات را در این سیاره با مشکل مواجه می سازند؛ یکی از آنها قفل گرانشی است که تشعشعات مداوم در یک نیمه، و شب های همیشگی در نیمه دیگر را ایجاد می کند.

این وضعیت در سیستم هایی با ستاره کوتوله کاملاً مرسوم است، چون سیاره ها باید تا جای ممکن به ستاره نزدیک شوند تا زیست پذیر باشند. بنابراین اگر تحقیقات نشان دهد حیات پیرامون منظومه هایی با ستاره کوتوله سرخ یا قهوه ای شکل نمی گیرد، دانشمندان به راحتی می توانند پروژه های بعدی را به صورت هدفمند تر ترتیب دهند و به دنبال کوتوله های زرد و داغی همچون خورشید خودمان بگردند.

هنوز تأثیر قفل گرانشی بر زیست پذیری سیاره تراپیست-1ای مشخص نیست

البته هنوز نمی دانیم نزدیکی به ستاره و قفل گرانشی، چه تأثیری روی سیاره های تراپیست-1 دارد. اگر به منظومه شمسی نگاه کنیم، می بینیم سه سیاره در محدوده طلایی زیست پذیری قرار دارند. زهره (ناهید) اتمسفری سمی دارد که فشار زیادی را ایجاد کرده و البته دمای سطحش هم به 460 درجه سانتیگراد می رسد. از سوی دیگر مریخ به خاطر بادهای خورشیدی و فقدان میدان مغناطیسی حفاظتی، بخش اعظم اتمسفرش را به همراه آب های سطحی از دست داده. در این میان تنها کره زمین توانسته توازن مناسبی بین گرمایش گلخانه ای و تابش خورشیدی ایجاد کند تا آب مایع و دمای مناسب بتوانند تشکیل حیات را پشتیبانی نمایند.

شاید بتوان سال کوتاه Trappist-1e را یکی از نقاط قوت آن در نظر گرفت. یک روز و یک سال در این سیاره تقریباً با هم برابرند و معادل شش روز زمینی هستند. بنابراین احتمالاً گشتاور زاویه ای کافی در آن بوجود می آید تا اقیانوس های سطحی را حفظ کرده و گرما را به مناطق تاریک برساند. دانشمندان با استفاده از JWST می توانند جو Trappist-1e را بررسی کرده و نتایج را با دما، جرم، اندازه، مدار گردش و دیگر خصوصیات آن مقایسه نمایند. بدین ترتیب زیست پذیری سیاره مشخص می شود و شاید هدف بعدی مشاهدات خود را بشناسیم.

در بدترین حالت، هیچ اتمسفری وجود ندارد و در بهترین حالت هم با مولکول های بیومارکر همچون متان و اوزون روبرو خواهیم شد. البته حتی مشاهده مولکول های دی اکسید کربن یا اکسیژن هم کاملاً مثبت ارزیابی می شود. نهایتاً با استفاده از این نتایج، دانشمندان روی زمین می توانند با استفاده از علم «حیات زایی» (abiogenesis) به بررسی نحوه تشکیل حیات بپردازند.

آینده هیجان انگیز

با بهره گیری از JWST و دیگر ابزارها، در کنار تحقیقات روی زمین، دانش ما در مورد ارگانیسم های فرازمینی طی دهه آینده به سطحی فراتر از درک کنونی خواهد رسید. اگر حیات بیگانه را کشف کنیم، علوم فضایی و اختر زیست شناسی متحول می شوند.

شارف در این رابطه می گوید:

رؤیای ما این است که طی 10 سال آینده، انقلابی در زمینه شناسایی منشأ حیات به وجود آید و بتوانیم نحوه شکل گیری این واقعه در زمین را توضیح دهیم. نهایتاً تحول در فعالیت های آزمایشگاهی به وقوع بپیوندد تا مسیر پیش رویمان مشخص شود.

با استفاده از این داده ها، اخترشناسان می توانند اگزوپلنت هایی با شرایط ویژه را شکار کنند. شارف افزود:

تصور کنید قطعه های مختلف یک پازل به ناگاه کنار هم قرار می گیرند؛ اینجاست که می توانیم سرگذشت دیگر سیاره ها را نیز شرح دهیم و برای این کار، به اطلاعات بسیار بیشتری در مورد منشأ حیات نیاز داریم؛ چیزی که بتواند داستان را قابل باور سازد.

دانشمندان از کشف حیات فرازمینی شگفت زده خواهند شد، اما کسب نتیجه منفی هم برایشان هیجان انگیز است. دوماگال-گلدمن می گوید:

به عنوان یک دانشمند، سیاره های تراپیست-1 برایم خیلی مهم هستند. حتی اگر نشانه ای از حیات در آنها کشف نشود، باز هم آزمودن فرضیه هایمان را میسر می سازند. شاید باورتان نشود، اما فقدان حیات هم به اندازه کشف آن هیجان انگیز است، چون درک ما از جهان را تکمیل می کند.

جمع آوری و ترکیب اطلاعات به دست آمده از سیستم های اگزوپلنت بسیار ارزشمند است. دوماگال-گلدمن افزود:

تشکیل کتابخانه ای از جهان های زیست پذیر، درک ما را از سیاره ها و حیات در آنها ارتقاء خواهد بخشید تا به واسطه آن، حداقل بتوانیم مراقبت بیشتری از کره زمین و دیگر سیارات منظومه شمسی ترتیب دهیم، سیاراتی که شاید تنها گزینه های پیش رو به عنوان محل سکونت بعدی ما باشند.

مقایسه دیگر سامانه های ستاره ای و سیاراتشان با منظومه شمسی نیز نتایج خوبی دارد. بارژ می گوید:

در اگزوپلنت ها، با شرایط و وضعیت های بسیار متنوع تری در مقایسه با آنچه در منظومه شمسی داریم، روبرو هستیم و بنابراین با شناسایی سیارات زیست پذیر و آنهایی که به هیچ وجه از حیات پشتیبانی نمی کنند، می توانیم وضعیت خودمان در کره خاکی را بهتر درک نماییم.

نهایتاً شاید این تلاش های بشر در جمع آوری اطلاعات مربوط به سازوکار حیات در دیگر جهان ها بتواند به دو سؤال اساسی ما از ابتدای تاریخ پاسخ دهد: از کجا آمده ایم ... و به کجا خواهیم رفت؛ یا به قول دوماگال-گلدمن، شاید با درک اینکه تنها موجودات زنده در فضای بیکران هستیم، ارزش بیشتری برای زندگی قائل شویم.