نجوم در صد سال گذشته: جایگاه زمین در جهان برای ما چه تغییری کرده است؟

در حدود صد سال پیش، کهکشان راه شیری تمامی جهان شناخته‌شده ما را در بر می‌گرفت. در آن زمان، چیزی درباره چگونگی درخشش ستارگان نمی‌دانستیم و تنها ستاره‌ای که اطراف آن سیاره‌ای وجود داشت، خورشید ما بود. و انسان‌ها تنها یک سیاره از سیارات اطراف خورشید را جستجو کرده بودند که زمین بود.

امروزه، فضاپیماها از کنار تمام سیارات منظومه شمسی گذشتند و از آن‌ها تصاویر نزدیک با جزئیات بالا ثبت کردند. مشخص شد که منظومه شمسی تعداد بسیار زیادی اجرام سنگی و یخی دارد که تعریف استاندارد از یک سیاره را زیر سوال می‌برد. هزاران سیاره دیگر کشف شده است که به دور ستاره‌های دیگر می‌چرخند و بعضی ممکن است میزبان حیات باشند. و راه شیری، تنها یکی از میلیاردها کهکشان کیهان ما است.

در صد سال گذشته، نظریاتی انقلابی در نجوم مطرح شده است که هر بار زمین را از مرکز جهان دور می‌کند. در چنین مسیری، شواهد علیه مرکزیت زمین مورد قبول عامه مردم نبود. در سال ۱۹۲۰ میلادی، «مناظره بزرگ» با موضوع «جهان‌های جزیره‌ای» یا همان کهکشان‌ها بین دو منجم رخ داد. ۵۰ سال بعد از آن، خبری منتشر شد که مریخ بر خلاف آسمان آبی زمین، آسمانی صورتی دارد که مورد تمسخر خبرنگاران آن زمان قرار گرفت. بعدها نیز، کارل سیگن چنین رفتاری را به «علاقه زیادمان به شباهت مریخ به زمین» ربط داد. حدود سی سال پیش، منجمان تنها به دنبال سیارات فراخورشیدی می‌گشتند که به سیارات منظومه شمسی شباهت دارد، به همین دلیل تقریبا متوجه نمی‌شدند که بین داده‌های جمع‌آوری شده، اطلاعاتی مربوط به سیارات فراخورشیدی دیگر ثیت شده و وجود دارد.

اما این عدم تمرکز روی زمین به ما اجازه داد تا دیدمان به احتمالات دیگر باز شود و دنیاها و مکان‌های جدیدی را ببینیم که ممکن است شامل حیات باشد. قرن پیش رو، ممکن است چشم‌انداز بهتری از منشا کیهان و روش‌های جدیدی برای کشف جهان موجودات دیگر به ما نشان دهد.

تصورات غلط دهه‌های گذشته نشان می‌دهد که دانشمندان فقط نباید روی یافته‌های آینده خودشان تمرکز کنند و همچنین باید نگاهی به اشتباهات گذشته داشته باشند. در علم، همواره از اشتباهاتمان بیشتر می‌آموزیم تا وقتی که می‌دانیم نظریه درستی ارائه دادیم.

فراتر از راه شیری

در ابتدای دهه ۱۹۲۰ میلادی، تصور می‌کردیم که راه شیری تنها کهکشان دنیای ماست. درون این کهکشان ستاره‌هایی وجود داشت که گاهی اوقات به شکل خوشه‌های ستاره‌ای کنار هم قرار می‌گرفتند و تکه‌های گرد و غباری دیده می‌شد که سحابی نام داشت.

بعضی از سحابی‌ها ساختار مارپیچی داشتند که مثل فرفره در رصدها دیده می‌شدند. در قرن ۱۸ میلادی، ایمانوئل کانت این سحابی‌ها را «جهان‌های بالاتر» توصیف کرد که «که راه شیری‌ها[ی دیگر]» بودند. با این حال، تا اوایل قرن ۲۰ام اکثر منجمان تصور می‌کردند که چنین توصیفی از جهان مسخره به نظر می‌رسد.

همچنین اگنس کلرک در ۱۸۹۰ میلادی معتقد بود که هیچ متفکر شایسته‌ای مدعی نمی‌شود که سحابی‌ها در یک رده سیستمی با راه شیری قرار دارند و نمی‌توان سحابی‌ها را با چیزی مثل راه شیری مقایسه کرد.

اما در اوایل دهه ۲۰ میلادی، این دیدگاه متحول شد. در سال ۱۹۱۴ میلادی، هبر کورتیس درباره سحابی‌های مارپیچی گفت که این سحابی‌ها بخشی از راه شیری نیستند، بلکه کهکشان و یا جهان‌های ستاره‌ای دیگری هستند که به قدری دوراند که تنها به صورت نور محوی دیده می‌شوند.

در همان زمان نیز، هارلو شپلی تلاش می‌کرد تا اثبات کند که راه شیری به طور غیر قابل تصوری گسترده است. شپلی فرضیه خود را بر اساس تلاش‌های هنریتا لوویت ارائه داد. لوویت یکی از اعضای تیم زنانی بود که در هاروارد تصاویر نجومی را با دقت بسیار بالایی بررسی می‌کردند تا هر تغییری را گزارش کنند. لوویت وقتی که در حال بررسی تصاویر ابرهای ماژلانی بود، متوجه شد که روشنایی بعضی از ستاره‌ها در گذر زمان تغییر می‌کند که بعضی از آن‌ها به طور خاصی تغییر می‌کردند. او در یادداشت‌هایش نوشت: «این که متغیرهای پرنورتر، دوره تناوب طولانی‌تری دارند می‌تواند قابل توجه باشد». به عبارتی، هر چه ستاره‌ای پرنورتر باشد، کندتر چشمک می‌زند.

به این ستاره‌های متغیر، «دلتا قیفاووسی» می‌گویند که به خاطر همین خاصیت، می‌توانند به عنوان وسیله اندازه‌گیری فواصل کیهانی استفاده شوند. به طور کلی، تعیین فاصله یک ستاره کار بسیار سختی است. ستاره‌ای که روشن‌تر به نظر می‌رسد ممکن است ستاره کم‌نوری باشد که فاصله کمی با زمین دارد. به همین صورت، ستاره‌ای که کم‌نورتر است می‌تواند در واقع ستاره پرنوری باشد که از زمین دورتر است. اما تمام دلتا قیفاووسی‌های داخل یک ابر تقریبا در فاصله یکسانی با زمین قرار دارند. پس می‌توان گفت که دوره تناوب این ستاره‌ها و نوری که منتشر می‌کنند، به یکدیگر وابسته‌اند. بنابراین، برای یافتن روشنایی واقعی یک دلتا قیفاووسی فقط باید سرعت چشمک زدن آن را اندازه‌گیری کنیم.

چندین سال بعد از کشف دلتا قیفاووسی‌ها، شپلی از آن‌ها استفاده کرد تا موقعیت خورشید در راه شیری را اندازه‌گیری کند. او متوجه شد که خورشید در مرکز راه شیری قرار ندارد و به یک سمت آن تمایل دارد. همچنین طبق محاسباتی که انجام داد، قطر راه شیری ۳۰۰ هزار سال نوری به دست آمد که تقریبا ۱۰ برابر چیزی است که در آن زمان پذیرفته شده بود. با این حال عددی که به دست آورد کمی بیشتر از مقدار واقعی است. امروزه منجمان قطر راه شیری را بین ۱۲۰ تا ۲۰۰ هزار سال نوری اندازه‌گیری کردند.

در بهار سال ۱۹۲۰ میلادی، شپلی و کورتیس دیدگاه‌های خود را در نشستی عمومی در آکادمی ملی علوم واقع در واشنگتن دی.سی. مطرح کردند که با نام «مناظره بزرگ» شناخته شد. هر کدام تنها ۴۰ دقیقه فرصت داشتند تا یافته‌هایشان درباره وجود چندین جهان دیگر یا همان کهکشان‌ها را مطرح کنند.

ابتدا شپلی که ستاره‌ای جوان در این زمینه به شمار می‌رفت، فرضیه خود را ارائه داد. او تقریبا حرفی از جهان‌های دیگر نزد و به جای آن، محاسبات جدیدش درباره اندازه راه شیری را مطرح کرد. در واقع حرف‌های او نشان می‌داد که راه شیری به قدری بزرگ است که وجود کهکشان‌های دیگر معنی ندارد.

کورتیس که متخصص سحابی‌های مارپیچی بود معتقد بود که راه شیری از اندازه‌گیری‌های شپلی بسیار کوچک‌تر است. با این حال، راه شیری بزرگ نیز احتمال وجود کهکشان‌های هم‌اندازه دیگر را زیر سوال نمی‌برد. همچنین ادعا کرد که طیف نوری سحابی‌های مارپیچی بسیار شبیه به طیف نوری راه شیری است. بنابراین می‌توان گفت که سحابی‌های مارپیچی و کهکشان راه شیری در واقع از یک نوع هستند. بخشی از حرفای این دو منجم درست و همزمان بخشی از آن اشتباه بود.

رصد کهکشان‌ها

سوال مطرح شده در مناظره بزرگ با تلاش‌های ادوین هابل در سال‌های بعد پاسخ داده شد. هابل هم از ستاره‌های دلتا قیفاووسی استفاده کرد، اما این بار از ستاره‌های متغیر خود سحابی‌های مارپیچی استفاده کرد.

او در پاییز ۱۹۲۳ میلادی، کار خود را با سحابی آندرومدا شروع کرد که یکی از درخشان‌ترین سحابی‌ها به شمار می‌رفت. هابل از تلسکوپ‌های ۶۰ و ۱۰۰ اینچی رصدخانه مونت ویلسون و سپس از بزرگترین تلسکوپ دنیا برای رصد این سحابی استفاده کرد. تا یک سال پس از آن، حدود ۳۵ ستاره دلتا قیفاووسی در آندرومدا و سحابی دیگری به نام مثلث را مشاهده کرد. دوره تناوب این ستاره‌ها به قدری زیاد بود که فاصله آن‌ها باید تا یک میلیون سال نوری می‌بود تا با محاسبات جور در می‌آمد. امروزه می‌دانیم که کهکشان آندرومدا ۲.۵ میلیون سال نوری و کهکشان مثلث ۲.۷ میلیون سال نوری با زمین فاصله دارند.

محاسبه فاصله آندرومدا تا زمین دستاورد مهمی بود چرا که جز اولین شواهدی به شمار می‌رفت که وجود کهکشان‌های دیگر را تایید می‌کرد. قبل از آن نیز شواهدی وجود داشت که نشان می‌داد راه شیری تنها کهکشان کیهان نیست، اما یافته‌های هابل مهر تاییدی بر این فرضیه بود. حتی اگر راه شیری به اندازه محاسبات شپلی بزرگ بود، آندرومدا در جایی بیرون از مرزهای آن قرار می‌گرفت. زمانی که شپلی مقاله هابل را دریافت کرد گفت که این مقاله جهان مرا از بین برد.

هابل در این مقاله گفت: «احتمالا سحابی‌های مارپیچی کوچکتر کهکشان‌هایی هستند که از ما بسیار دورترند. تنها بخشی از جهان که در دامنه تحقیقات و مشاهدات ما می‌گنجد، شامل تعداد بسیار زیادی کهکشان در اندازه راه شیری ما می‌شود. این کهکشان‌ها در فضایی تقریبا خالی پخش شده‌اند و با فواصلی غیر قابل تصور از یکدیگر قرار دارند.» اینجا بود که بالاخره تصویر مدرن از جهان ارائه شد.

تا اواخر دهه ۲۰ میلادی، هابل نشان داد که تمامی کهکشان‌های مارپیچی کهکشان‌های دیگر هستند. در این مدت نیز شروع به دسته‌بندی این کهکشان‌ها و توصیف نحوه تحولات آن‌ها کرد. از مهم‌ترین کارهای هابل این بود که نشان داد کهکشان‌ها با سرعتی متناسب با فاصله آن‌ها از یکدیگر دور می‌شوند. به عبارتی دیگر، جهان در حال گسترش است.

تا اواخر قرن ۲۰ام میلادی، منجمان فهمیدند که جهان شامل میلیاردها کهکشان با اشکال و ابعاد مختلف است و ما تنها یک کهکشان معمولی در یک خوشه کهکشانی معمولی هستیم. در بهار ۱۹۹۰ میلادی، ناسا اولین تسلکوپ فضایی اپتیکی را به مدار زمین فرستاد تا چشم‌انداز جدیدی از فضا را نشان دهد. ناسا اسم این تلسکوپ را هابل گذاشت، به نام دانشمندی که دید منجمان را به وجود چنین جهانی باز کرد. این تلسکوپ یکی از چیزهایی است که همه مردم اسمش را شنیدند و عده‌ای فکر می‌کند که هابل سازنده این تلسکوپ است.

یکی از اولین تصاویر مهم هابل در زمستان ۱۹۹۵ میلادی گرفته شد. مدیر تحقیقاتی تلسکوپ تصمیم گرفت تا هابل را به سمت قسمت تاریکی از آسمان در نزدیکی صورت فلکی دب اکبر نشانه برود و برای ۱۰ روز متوالی از آن عکاسی کند. نتیجه این کار، تصویری از هزاران کهکشان ناشناخته بود که بسیار دورتر از تصور و مشاهدات منجمان در آن زمان بود. دنیایی که ادوین هابل تصور می‌کرد، در یک تصویر ثبت شده بود.

هنریتا لوویت شهرتی را که می‌توانست در کمک به درک کیهان کسب کند، از دست داد. در سال ۱۹۲۵ میلادی، ریاضیدانی سوئدی به لوویت نامه‌ای نوشت و گفت که تحت تاثیر تلاش‌های او قرار گرفته است و تمایل دارد تا او را جز کاندیداهای جایزه نوبل فیزیک ۱۹۲۶ معرفی کند. اما این ریاضیدان نامه‌ای از طرف شپلی که در آن زمان مدیر رصدخانه هاروارد بود، دریافت کرد که لوویت چهار سال پیش از دنیا رفت.

گامی به سوی مریخ

اولین راکت سوخت مایع که بعدها فضاپیما‌ها و انسان‌ها را به فضا فرستاد، در دهه ۱۹۲۰ میلادی پرتاب شد. صد سال پس از آن، ربات‌ها به نقاط شناخته و ناشناخته در دهه ۲۰ میلادی سفر کردند. انسان‌ها روی ماه قدم گذاشتند و بیشتر از یک سال در فضا زندگی کردند. و حالا به سفر به مریخ فکر می‌کنند.

ناسا در این زمان کرات دیگر را به ترتیب مشخصی بررسی می‌کرد. ابتدا مشاهدات اولیه را با تلسکوپ‌ها انجام می‌داد و سپس ربات‌هایی برای گذر نزدیک، قرارگیری در مدار، نشستن روی سطح کره و جستجو روی آن می‌فرستاد. بعد از آن، ماموریت‌های سرنشین‌دار انجام و از مقصد نمونه‌برداری می‌شد. در قرن گذشته، تمام این مراحل را برای ماه انجام دادیم. زمانی در سده آینده نیز چنین اتفاقی برای مریخ می‌افتد و می‌توان گفت که تقریبا تمام این مراحل را برای بقیه سیارات منظومه شمسی انجام شده است.

پس از اینکه شوروی فضاپیمای اسپوتنیک ۱ را در سال ۱۹۵۷ میلادی به فضا فرستاد، پرتاب‌ها به مقصد فضا به سرعت گسترش پیدا کردند. بیشتر این پرتاب‌ها نماد قدرت سیاسی و نظامی کشورها بود، با این حال بسیاری از آن‌ها نیز با اهداف علمی انجام می‌شدند. فضاپیمای لونا ۳ شوروی در سال ۱۹۵۹ میلادی تصاویری از سمت دور ماه به زمین فرستاد. در دهه ۱۹۶۰ میلادی فضاپیماهای دیگری نیز از کنار ناهید و مریخ گذشتند تا بتوانند اطلاعاتی از اتمسفر و سطح این سیارات به دست آورند.

در همان دهه، اولین انسان روی ماه قدم گذاشت و نمونه‌هایی از سنگ این کره را به زمین بازگرداند که محققان با آن توانستند بخشی از تاریخ منظومه شمسی را با جزئیات فراوان بررسی کنند. این نمونه‌ها به دانشمندان کمک کرد تا بتوانند سن سطح سیارات منظومه شمسی را تخمین بزنند. همچنین با این سنگ‌ها متوجه شدند که تمام بخش داخلی منظومه شمسی در ابتدای شکل‌گیری خود با هزاران سنگ فضایی بمباران می‌شد. با وجود چنین نظریه‌ای توانستیم فرضیه‌ای درباره شکل‌گیری ماه و برخورد آن به زمین مطرح کنیم.

در آن زمان، جغرافیا در سیارات دیگر بسیار عجیب بود. دانشمندان به طور ناخودآگاه انتظار داشتند تا باقی سیارات نیز چیزی شبیه به زمین باشند. جلد مجله Science News در سال ۱۹۷۶ میلادی، تصویری از مریخ‌نورد وایکینگ ۱ ناسا نشان می‌دهد که زیر آسمانی آبی در مریخ قرار دارد. محققان ناسا نیز اولین تصویر رنگی وایکینگ ۱ از مریخ را نیز با آسمانی آبی پردازش کردند.

اولین روز بعد از فرود این مریخ‌نورد، یکی از اعضای تیم تصویربرداری به خبرنگاران گفت که مریخ به دلیل وجود ذرات معلق در هوا و پخش شدگی نور، به جای آسمانی آبی مانند زمین آسمانی صورتی رنگ دارد. این خبر از طرف بیشتر خبرنگاران مورد تمسخر قرار گرفت و همانطور که کارل سیگن اشاره کرد، آن‌ها می‌خواستند که مریخ حتی از این نظر هم مثل زمین باشد.

با فرود فضاپیماهای وایکینگ ۱ و ۲ روی مریخ، این سیاره ماهیتی پیدا کرد و از یک مفهوم تبدیل به مکانی واقعی شد. از سوی دیگر، تصویری که این فضاپیماها از مریخ به ما نشان می‌دادند ناامیدکننده بود. هدف اصلی این ماموریت‌ها، یافتن حیات میکروبی روی این سیاره بود که احتمال آن بسیار کم بود. نتایج ماموریت وایکینگ برای یافتن حیات بی نتیجه ماند. چنین نتیجه‌ای از یک نتیجه منفی واقعی نیز بدتر است.

ناسا پس از آن دیگر مستقیما به دنبال حیات نبود. این سازمان در ۴۵ سال از ماموریت‌های مریخی خود به دنبال نشانه‌هایی از آب در تاریخ گذشته این سیاره، محیط‌های قابل سکونت و مولکول‌های آلی بود که می‌توانند نشانه‌هایی از حیات میکروبی باشند. در دهه ابتدایی قرن ۲۱ میلادی، تمام این نشانه‌ها در داده‌های مریخ‌نوردهای روح (Spirit)، فرصت (Opportunity) و کنجکاوی (Curiosity) یافت شد.

و حالا مریخ‌نورد استقامت (Perseverance) که در ابتدای سال ۲۰۲۱ میلادی در مریخ فرود آمد، به دنبال نشانه‌هایی از حیات میکروبی در گذشته این سیاره می‌گردد. استقامت نمونه‌هایی از مریخ را جمع‌آوری می‌کند که قرار است ماموریتی آن‌ها را به زمین بازگرداند.

مریخ‌نورد ماموریت ExoMars که محصول مشترک همکاری بین سازمان فضایی اروپا و روسیه است، به دنبال نشانه‌های مولکولی از حیات رو و زیر سطح مریخ می‌گردد. این مریخ‌نورد احتمالا در سال ۲۰۲۲ میلادی پرتاب خواهد شد.

کار سیگن در سال ۱۹۷۳ میلادی پیش‌بینی کرد که اگر در ۵۰ سال آینده به دنیا آمده بود، جستجوی حیات روی مریخ به پایان رسیده بود. تا کنون ۴۸ سال از آن روز می‌گذرد و ما همچنان به دنبال نشانه‌هایی از حیات روی این سیاره هستیم.

قمرهای عجیب

اولین سال پس از اینکه وایکینگ‌ها روی مریخ فرود آمدند، منجمان دو فضاپیمای دیگر را به سمت باقی منظومه شمسی فرستادند تا باقی سیارات را مشاهده کنند. آن‌ها متوجه شدند که در سال ۱۹۷۷ میلادی، سیارات به گونه‌ای در یک خط قرار می‌گیرند که فضاپیمایی می‌تواند از کنار مشتری، زحل، اورانوس و نپتون عبور کند و اطلاعات جمع‌آوری کند. علاوه بر این، می‌تواند با عبور از کنار هر کدام از آن‌ها مانوری گرانشی انجام دهد و از تکانه زاویه‌ای هر سیاره استفاده کند تا برای ادامه مسیر خود سرعت کافی داشته باشد. منجمان تصمیم گرفتند تا اسم این ماموریت را Voyager به معنی مسافر انتخاب کنند.

مناظری که وویجر از بقیه سیارات منظومه شمسی ثبت کرد به دانشمندان این امکان را داد تا خارج از استانداردهای زمینی فکر کنند. تیم تصویربرداری این ماموریت قبل از دریافت و پردازش داده‌ها درباره آن‌ها حدس و گمان‌هایی می‌زدند که اکثر اوقات اشتباه بودند. با این حال، این اشتباهات چیزهای زیادی به ما یاد دادند.

اولین باری که وویجر از قمرهای گالیله‌ای مشتری داده جمع‌آوری می‌کرد، تیم تصویربرداری احتمال می‌داد که با توجه به چگالی اندازه‌گیری شده، قمرهای آیو و اروپا سنگی و گانیمد و کالیستو یخی هستند. بنابراین قمرهای آیو اروپا باید پر از دهانه برخوردی باشد و گانیمد و کالیستو هیچ دهانه‌ای نخواند داشت. اما نتایج کاملا برعکس بود. مشخص شد که در چنین دماهای پایینی یخ مانند سنگ عمل می‌کند و روی گانیمد و کالیستو پر از دهانه برخوردی بود، اما آیوی ذوب شده و اروپای پر آب هیچ دهانه‌ای نداشت.

قمرهای مشتری دنیاهای کاملا غیر قابل تصوری را نشان می‌داد. هر کدام از این دنیاها با تمام تجربه وویجر از تمام سیارات بسیار متفاوت بود. تا قبل از سال ۱۹۷۹ میلادی، زمین تنها دنیای سنگی فعالی بود که دانشمندان می‌شناختند، تا اینکه وویجر این تصور را عوض کرد. یکی از اعضای تیم ناوبری وویجر، در لبه قمر آیو متوجه شکلی قارچ مانندی شد که از آن بیرون زده است. پس از مطرح کردن این موضوع با گروه، فهمیدند که این بخار انفجاری آتشفشانی است که از سطح آیو به فضا پرتاب می‌شود.

دانشمندانی قبل از این کشف، وجود آتش روی آیو را احتمال داده بودند. آن‌ها احتمال داده بودند که آیو بین کشش‌های گرانشی مشتری و یک یا دو قمر دیگر قرار گرفته است که باعث می‌شود چنین اتفاقاتی روی آن رخ دهد.

وویجر و ماموریت‌های بعدی به سیارات بیرونی - مانند ماموریت گالیله در دهه ۹۰ میلادی به مشتری یا کاسینی در دهه ۲۰۰۰ میلادی به زحل - دیدگاه ما به منظومه شمسی را به کلی تغییر داد. وویجر نشان داد که ممکن است قمر اروپا در زیر لایه یخی خود، اقیانوسی از آب مایع داشته باشد. بعد از آن، ماموریت گالیله احتمال داد که ممکن است آب این اقیانوس شور باشد و با هسته سنگی آن در ارتباط باشد. چنین چیزی می‌تواند مواد شیمیایی مورد نیاز برای حیات میکروبی را فراهم کند. و حالا ناسا در نظر دارد تا ماموریتی برای گذر از کنار اروپا بفرستد تا با دقت بیشتری این قمر را بررسی کند.

محققان پس از رسیدن فضاپیمای کاسینی به زحل متوجه شدند که قمر انسلادوس نیز بخارات آب، کریستال‌های یخ و غبارهایی را از اقیانوس مخفی خود به فضا می‌فرستد. چنین یافته‌ای نشان داد که این قمر نیز می‌تواند جای خوبی برای وجود حیات باشد.

دانشمندان معتقدند که اگر قرن گذشته درباره درک جفرافیای سایر سیارات و قمرها بود، قرن پیش رو احتمالا درباره اقیانوس‌شناسی و درک اقیانوس‌های دنیاهای عجیب منظومه شمسی است.

شناسایی سیارات فراخورشیدی

اولین سیاره‌ای که در خارج از مرزهای منظومه شمسی شناسایی شد، به قدری عجیب بود که منجمان به دنبال چیزی مثل آن نبودند. امروزه، وجود سیارات فراخورشیدی امری بدیهی به نظر می‌رسد، در حالی که در سال ۱۹۹۵ میلادی مناظراتی درباره وجود این سیارات شکل می‌گرفت.

وقتی که میشل مایور در رصدخانه ژنو طیف سنج خود را به سمت آسمان نشانه گرفت، بیشتر به دنبال اجرامی بود که نتوانسته بودند تبدیل به ستاره شوند. به این اجرام، کوتوله‌های قهوه‌ای می‌گویند. با این حال ابزار او از روشی به نام تکنیک سرعت شعاعی استفاده می‌کرد که می‌توانست اجرام دیگری را نیز تشخیص دهد.

قبل از آن نیز دانشمندان تلاش کرده بودند تا با مشاهده مستقیم ناهنجاری‌هایی در حرکت یک ستاره بتوانند وجود سیاره‌ای در کنار آن را پیش‌بینی کنند. آن‌ها با این روش درباره وجود سیارات دیگر ادعاهایی کرده بودند که بعضی از آن‌ها به سال ۱۸۵۵ میلادی بازمی‌گردد. با این حال این ناهنجاری‌ها به قدری کوچک است که تقریبا دیده نمی‌شوند. برای مثال، سیاره مشتری می‌تواند فقط ۱۲ متر بر ثانیه خورشید را جابه‌جا کند.

مایور به جای این روش از تکنیکی استفاده کرد که بتواند تغییر طول موج نور ستاره‌ها را در پی این ناهنجاری‌ها تشخیص دهد. اگر ستاره‌ای به ما نزدیک شود، نور آن به طول موج‌های کوتاه‌تر یا آبی منتقل می‌شود و اگر از ما دور شود، نورش به طول موج‌های بلندتر یا سرخ منتقل می‌شود. دانشمندان با محاسبه جلو و عقب رفتن ستاره توانستند حداقل جرم سیاره و دوره حرکت آن به دور ستاره را بدست آوردند.

با این حال، تغییراتی که مایور به دنبال آن‌ها بود بسیار کوچک بود و تلاش‌های او همچنان بیهوده به نظر می‌رسید. اما وقتی در پاییز ۱۹۹۵ مایور و یکی از دانشجویانش گزارشی منتشر کردند که سیاره‌ای را در اطراف ستاره‌ای مثل خورشید پیدا کردند، تمام دنیا در تعجب بود.

این سیاره جدید در منظومه‌ای قرار داشت که ۵۰ سال نوری با ما فاصله دارد. سیاره کشف شده بسیار عجیب‌تر از چیزی بود که انتظارش را داشتیم. جرم آن تقریبا نصف سیاره مشتری و دوره تناوبش به دور ستاره ۴.۲۳ روز زمینی بود. با وجود چنین دوره تناوبی این سیاره باید تا حد بسیار زیادی به ستاره‌اش نزدیک باشد و دانشمندان آن زمان نمی‌دانستند چگونه ممکن است چنین چیزی وجود داشته باشد.

وجود این سیاره – که 51 Peg b نام گذاری شد - عصر جدیدی را در نجوم آغاز کرد. حالا دیگر سیاراتی اطراف ستاره‌هایی مثل خورشید وجود داشتند که می‌توانیم آن‌ها را پیدا کنیم و ممکن است هر کدام از آن‌ها بسیار هیجان‌انگیز باشد. بعدها مشخص شد که این سیاره از مشتری بزرگتر است و فاصله‌اش تا ستاره ۲۰ برابر کوچکتر از فاصله زمین تا خورشید است. به چنین سیاراتی به اصطلاح «مشتری‌های داغ» (Hot Jupiters) می‌گویند.

جستجوها به تازگی شروع شده بود. پس از آن گروهی توانستند دو سیاره دیگر را پیدا کنند که در داده‌های جمع‌آوری شده گم شده بودند. این دو سیاره جدید از سیاره قبلی پرجرم‌تر و به ستاره نزدیکتر بودند. وجود این سه سیاره الگوی وجود یک سیاره را برای انسان‌ها تغییر داد. حالا دیگر منظومه شمسی تنها مدل سیاره‌ای در دنیا نبود.

پس از کشف اولین سیاره فراخورشیدی، مناظره‌هایی درباره وجود این سیاره انجام شد. برخی معتقد بودند که ممکن است ناهنجاری‌های این ستاره به دلیل جابه‌جایی اتمسفر بیرونی آن باشد. اما با کشف سیارات دیگر، این نظرات تقریبا از بین رفتند. با این حال، اثبات وجود این سیارات به مردم نیازمند استفاده از روش‌های جدیدتر بود.

در دهه ۱۸۵۰ میلادی، منجمان معتقد بودند که برخی از سیارات از دید زمین از مقابل ستاره خود عبور می‌کنند. بنابراین، چنین سیاره‌ای می‌تواند نوری که از ستاره‌اش به زمین می‌رسد را کم کند. این، یکی از روش‌هایی است که می‌توان با آن سیارات فراخورشیدی را پیدا کرد.

با این حال، اگر منظومه‌های ستاره‌ای دیگر مثل منظومه شمسی ما باشند، تشخیص چنین گذرهایی بسیار سخت خواهد بود. سیارات ما بسیار کوچکتر از خورشید هستند و فاصله آن‌ها از خورشید بسیار زیاد است و نمی‌توانند چنین سایه‌هایی را ایجاد کنند. برخلاف سیارات ما، مشتری‌های داغ می‌توانند نور ستاره خود را تا حد زیادی بلوکه کنند و مشخص شوند. چنین روشی برای اثبات وجود 51 Peg b روش بسیار راحتی بود.

در سال ۱۹۹۹ میلادی، اولین سیاره فراخورشیدی با روش گذر کشف شد. دیوید شاربنو ستاره‌ای به نام HD 209458 را نشانه گرفت که احتمال می‌دادند سیاره‌ای در اطراف آن وجود داشته باشد. هنگام گذر، نور این ستاره تا ۱ درصد کاهش می‌یافت که نشانه کاملا مشخصی از وجود یک سیاره فراخورشیدی است. طبق محاسبات، این سیاره ۳۲ درصد بزرگتر از مشتری بود.

کشف شاربنو به تمام شبهات درباره وجود سیارات فراخورشیدی پایان داد. اندازه و جرم سیاره جدید، توضیحات عجیب و غریب برای اثبات وجود سیارات فراخورشیدی را کنار زد و نشان داد که کاملا مثل یک سیاره مشتری دیگر در منظومه‌ای دیگر است.

با روش گذر، علاوه بر یافتن سیارات فراخورشیدی، می‌توان ترکیبات اتمسفر آن سیارات را نیز مشخص کرد. منجمان تصور می‌کردند که برای تشخیص ترکیبات اتمسفر یک سیاره فراخورشیدی باید مستقیما از آن‌ها عکاسی کرد. اما در روش گذر، نور ستاره از اتمسفر سیاره عبور می‌کند و با بررسی طیف نشری این نور هنگام گذر، می‌توان گازهای اطراف آن سیاره را تشخیص داد.

شکار سیارات قابل سکونت

ناسا با قرار دادن تلسکوپ فضایی کپلر در مدار زمین، برای کشف سیارات فراخورشیدی تقریبا به طور کلی روش گذر را جایگزین روش تشخیص ناهنجاری‌های گرانشی در ستاره‌ها کرد. این ماموریت به طور خاص برای کشف «زمین»های دیگر طراحی شده بود. کپلر به مدت چهار سال در بخشی از آسمان حدود ۱۷۰ هزار ستاره را با روش گذر تحلیل کرد تا به دنبال سیاره‌های مثل زمین در مدارهای مانند زمین در اطراف ستاره‌هایی مثل خورشید بگردد تا بتواند تا حد قابل قبولی حیات را پیدا کند.

کپلر در این ده سال فعالیت خود، حدود ۲۷۰۰ سیاره و هزاران سیاره بالقوه دیگر پیدا کرد. این یافته‌ها از مشتری‌های داغ فراتر رفت و به سیاراتی رسید که در کمربند حیات اطراف ستاره خودشان قرار دارند و در آن‌ها می‌تواند آب مایع وجود داشته باشد.

این اکتشافات به قدری سریع پیش رفت که دیگر کشف سیاره‌ای جدید تیتر اول خبرها نبود. کپلر به جای یکی یکی کشف کردن سیارات، اطلاعات آماری از آن‌ها جمع‌آوری می‌کرد. داده‌های کپلر نشان داد که مشتری‌های داغ سیارات متداولی نیستند، بلکه فقط راحت‌تر پیدا می‌شوند. متداول‌ترین نوع سیارات فراخورشیدی، اجرامی با ابعاد بین زمین و نپتون بودند که می‌توانند ابرزمین‌های خاکی و یا نپتون‌های کوچک گازی باشند.

همچنین کپلر نشان داد که در کهکشان ما، تعداد سیارات بیشتر از ستاره‌هاست. هر کدام از میلیاردها میلیارد ستاره راه شیری حداقل یک سیاره در اطراف خود دارد. با این حال، کپلر هیچ وقت موفق نشد سیاره دیگری مثل زمین پیدا کند. کپلر برای تایید سیاره بودن یک جرم، باید حداقل سه گذر از آن جرم را مشاهده کند. به عبارتی دیگر، کپلر برای یافتن زمینی دیگر باید حداقل سه سال به یک نقطه خیره شود.

در سال ۲۰۱۲ میلادی، بعد از چهار سال رصد، لرزش‌گیرهای این تلسکوپ خراب شدند و کپلر نمی‌توانست داده‌های متوالی را بدون لرزش ثبت کند. مهندسان این ماموریت، این تلسکوپ را دوباره برنامه‌ریزی کردند تا بتواند در مدت زمان کوتاه‌تری داده‌ها را جمع‌آوری کند. همین باعث شد تا سیاراتی که کپلر پیدا می‌کند دوره گردش کوتاه‌تری نسبت داشته باشد و هیچ وقت سیاره‌ای مثل زمین پیدا نکند. در نهایت، کپلر در سال ۲۰۱۸ به کار خود پایان داد و هیچ زمینی را پیدا نکرد.

در همین حال منجمان متوجه شدند که برای یافتن سیاره‌ای قابل سکونت، نیازی نیست تا دقیقا جرمی مانند زمین پیدا کنیم. سیاراتی خاکی که دوره گردش کوتاه‌تری نسبت به زمین دارند و ستاره آن‌ها کوچکتر از خورشید است، می‌توانند در کمربند حیات قرار داشته باشند.

در آن زمان، شاربنو همچنان از زمان خود جلوتر بود. او و همکارانش با هشت تلسکوپ کوچک در آریزونای ایالات متحده و هشت تلسکوپ دیگر در شیلی توانستند ابرزمینی را پیدا کنند که پر از اقیانوس بود. البته این سیاره احتمالا بیش از حد آب دارد تا بتواند برای وجود حیات مناسب باشد.

رصدخانه اروپای جنوبی جستجویی با عنوان تراپیست (TRAPPIST) انجام داد که مخفف عبارت «تلسکوپ‌های کوچک [برای تشخیص] گذر سیارات و اجرام سیاره‌ای» بود. این جستجو از سال ۲۰۱۰ در شیلی آغاز شد. در سال ۲۰۱۶، رصدخانه دیگری در مراکش به این جستجوی آنلاین پیوست تا آسمان نیمکره شمالی را جستجو کند. در این جستجو، منظومه‌ای با هفت سیاره مانند زمین یافت شد که سه سیاره در کمربند حیات قرار داشتند. این منظومه با نام تراپیست-۱ معروف شد.

ناسا تلسکوپ فضایی دیگری به نام تس (TESS) به فضا فرستاد. این تلسکوپ از بهار ۲۰۱۸ به دنبال سیارات کوچکی می‌گردد که به دور ستاره‌های درخشان در گردش‌اند. ناسا حدود پنج ماه پیش اعلام کردند که این تلسکوپ در اولین جستجوی کلی آسمان بیش از ۲۲۰۰ سیاره بالقوه پیدا کرد.

امروزه دانشمندان رشته‌های مختلف، از دانشمندان سیاره‌ای تا میکروبیولوژیست‌ها و شیمیدان‌ها با یکدیگر همکاری می‌کنند تا درباره نوع حیاتی که می‌تواند روی این سیارات وجود داشته باشد بحث کنند و به روشی برای تشخیص انواع دیگر حیات پیدا کنند. چنین پیشرفت بزرگی در تنها یک دهه، شگفت‌انگیز است.

امروزه، نجوم سیارات فراخورشیدی مقبولیت بیشتری دارد. پیشتازانی مثل مایور و کلوز برنده جایزه نوبل فیزیک ۲۰۱۹ بودند. چنین تلاش‌هایی دیگر نیازی به تایید خود ندارند و در واقع یک کار علمی به حساب می‌آیند. همچنین، به زودی تلسکوپ فضایی جیمز وب در مدار زمین قرار خواهد گرفت و ترکیبات اتمسفر سیارات فراخورشیدی را با گذر آن‌ها تشخیص خواهد داد. از اولین ماموریت‌های این تلسکوپ بررسی اتمسفر سیارات منظومه تراپیست-۱ است. احتمالا در قرن آینده به پاسخی برای این پرسش می‌رسیم: «آیا حیاتی روی سیارات فراخورشیدی وجود دارد؟»