کمربند حیات: همه‌چیز درباره نقطه شیرین قابل‌سکونت

ناحیه قابل‌سکونت جایی در اطراف یک ستاره است که یک سیاره در آن می‌تواند میزبان آب مایع باشد و درنتیجه احتمالاً حیات را پشتیبانی کند.

ناحیه قابل‌سکونت یا کمربند حیات، «ناحیه گلدیلاکس» (Goldilocks Zone) نیز نام دارد؛ زیرا سیارات در فاصله‌ای «دقیقاً درست» از یک ستاره دور آن می‌چرخند و بسیار گرم یا بسیار سرد نیستند که آب بخار یا منجمد شود. اگر سیاره به ستاره خود نزدیک شود، آب بخار می‌شود و اگر از آن دور شود، آب یخ می‌زند.

برخی از پژوهشگران گمان می‌کنند پتانسیل وجود آب مایع تصویری بسیار ساده‌انگارانه از چیزی است که برای پشتیبانی حیات نیاز است. برای مثال، زهره از لحاظ علمی در کمربند حیات خورشید است؛ مدارش سیاره را در ناحیه‌ای قرار می‌دهد که در آن سیاره می‌تواند میزبان بالقوه آب مایع باشد. اما در واقعیت، اتمسفر غنی از کربن‌دی‌اکسید سیاره سطح آن را از هر سیاره‌ای در منظومه شمسی گرم‌تر کرده است و احتمال بسیار کمی وجود دارد که حیات روی سطح سوزاننده یا در آسمان این سیاره حاضر باشد.

کمربند حیات چیست؟

کمربند حیات حول هر ستاره متفاوت است. طبق تعریف ناسا، ستاره‌های بزرگ و گرم مانند خورشید، یا ستاره‌های نوع G، کمربند حیات پهن‌تری دارند، درحالی‌که ناحیه قابل‌سکونت اطراف کوتوله‌های قرمز کوچک به ناحیه باریک‌تری محدود است. اما ستاره‌های نوع G عمر کمتری (البته در مقیاس کهکشانی) از برخی انواع دیگر ستاره‌ها دارند. یکی از فراوان‌ترین انواع ستاره، ستاره‌های نوع K، می‌تواند برای ده‌ها میلیارد سال بسوزد و شاید به‌دلیل پایداری‌اش، یکی از نویدبخش‌ترین نواحی قابل‌سکونت را داشته باشد.

اما ستاره‌ها نیز مانند افراد هستند؛ برای مثال، برخی از کوتوله‌های کوچک غیرقابل پیش‌بینی هستند و شعله‌هایی عقیم‌کننده به‌سمت سیاره‌های خود می‌فرستند؛ درحالی‌که بقیه پایدار و قابل اتکا هستند. پس با اینکه دو ستاره می‌توانند کمربندهای حیات مشابه و سیاراتی با یک اندازه داشته باشند، یک ستاره می‌تواند شرایط بسیار مطلوب‌تری برای حیات فراهم کند.

یک مثال سیاره فراخورشیدی TOI 700 d است که ناسا در سال ۲۰۲۰ با ماهواره نقشه‌بردار فراخورشیدی گذران (TESS) کشف کرد. ستاره‌ای که TOI 700 d حول آن می‌گردد، می‌توانست تنها براساس نوع و کمربند حیاتش خانه‌ای نامحتمل برای سیارات میزبان حیات در نظر گرفته شود. اما طبق گفته ناسا، این ستاره به‌طور ویژه‌ای «ساکت» است و به‌اندازه کافی پایدار بوده که حیات بتواند روی یکی از سیاره‌هایش به بقا دست یابد.

ناحیه قابل‌سکونت یک ستاره ارتباطی با نوع سیاره‌های حاضر در آن ناحیه ندارد. طبق گفته ناسا، غول‌های گازی احتمالاً نمی‌توانند پذیرای حیات باشند. پس علاوه بر جستجوی سیارات درون کمربند حیات ستارگان، دانشمندان باید دنبال کره‌هایی باشند که از نظر اندازه، اتمسفر یا ترکیب شیمیایی شبیه به زمین هستند.

یک متخصص به سؤالات متداول پاسخ می‌دهد

«بروس بتس» (Bruce Betts)، دانشمند ارشد انجمن سیاره‌ای، به تعدادی از سؤالات متداول درباره ناحیه گلدیلاکس پاسخ می‌دهد.

چرا آن را ناحیه گلدیلاکس می‌نامند؟

ناحیه گلدیلاکس ارجاعی است به قصه گلدیلاکس و سه خرس. در این داستان، گلدیلاکس دو حد افراطی و سپس چیزهایی می‌یابد که برایش «دقیقاً درست» هستند. به‌طرز مشابه، سیاره‌هایی که بسیار به ستاره خود نزدیک هستند، بسیار گرم و آن‌هایی که بسیار دورند، بسیار سرد هستند؛ درحالی‌که آن‌هایی که در ناحیه گلدیلاکس هستند، دمای «دقیقاً درست» دارند. دقیقاً درست در این مورد فاصله سیاره از یک ستاره است که اجازه می‌دهد آب مایع روی سطح آن وجود داشته باشد.

چه سیاره‌هایی در ناحیه گلدیلاکس هستند؟

در منظومه شمسی، زمین، با بخش بزرگ سطحی که با آب مایع پوشیده شده، به‌وضوح در ناحیه گلدیلاکس است. زهره بسیار گرم است، مریخ بسیار سرد و زمین دقیقاً با دمایی درست. چون ناحیه گلدیلاکس براساس مدلسازی‌های نظری و فرضیاتی معین است، برخی تعاریف می‌توانند به‌گونه‌ای باشند که مدارهای زهره و مریخ در حاشیه این ناحیه قرار بگیرد، درصورتی‌که در مدل‌ها سیاراتی متفاوت با زهره و مریخ وجود باشند که بتوانند در سطح خود آب مایع داشته باشند.

ناحیه گلدیلاکس چقدر بزرگ است؟

این به نوع ستاره و فرضیات نظری بستگی دارد که تعیین می‌کنند آب مایع روی سطح یک سیاره در وضعیت پایدار قرار دارد یا خیر. برای منظومه شمسی ما تعاریف متفاوتی وجود دارد که برای مثال مدار زهره می‌تواند مرز درونی و مدار مریخ به‌عنوان مرز بیرونی تعریف شود. زهره در فاصله تقریباً ۰٫۷ واحد نجومی (AU) از خورشید و مریخ در فاصله حدوداً ۱٫۵ واحد نجومی قرار دارد. پس پهنای ناحیه گلدیلاکس تقریباً ۰٫۸ واحد نجومی یا ۱۲۰ میلیون کیلومتر است.

کدام‌یک از سیاره‌های منظومه شمسی در کمربند حیات قرار دارند؟

زهره، زمین و مریخ همگی درون ناحیه قابل‌سکونت خورشید می‌گردند.

طبق ناسا، زهره درست به‌قدری از خورشید دور است که بتواند احتمال میزبانی از آب مایع را داشته باشد؛ هرچند گاز گلخانه‌ای خارج از کنترل زهره آن را حتی از عطارد که بسیار به خورشید نزدیک‌تر است، گرم‌تر می‌کند. اتمسفر احتمال حیات (حیاتی که ما می‌شناسیم) روی سطح این سیاره را حذف می‌کند.

زمین تقریباً در وسط ناحیه قابل‌سکونت منظومه شمسی قرار دارد. برخی از پژوهشگران می‌گویند این یک تصادف نیست؛ گذشته از هرچیز، ما ایده «نواحی قابل‌سکونت» را ساختیم تا دنبال سیاره‌هایی مانند زمین خودمان بگردیم. منصفانه است که بگوییم ما تنها یک چهارچوب مرجع داریم. اما یک نتیجه می‌تواند این باشد که ما شرایطی حتی بهتر از شرایط زمین را نادیده می‌گیریم؛ زیرا چشم‌انداز محدودی داریم.

مریخ در لبه انتهایی و سرد ناحیه قابل‌سکونت خورشید قرار گرفته است. اما شواهد نشان می‌دهند که شاید زمانی یک اقیانوس روی مریخ جاری بوده و مریخ‌نورد استقامت ناسا همچنان مشغول جستجوی نمونه‌هایی از حیات میکروبی سیاره است که می‌توانند زیر سطح پنهان شده باشند.

چرا ناحیه قابل‌سکونت در جستجوی حیات مهم است؟

پژوهشگران از ایده ناحیه قابل‌سکونت استفاده می‌کنند تا تعداد سیارات فراخورشیدی کاندیدای جستجوی حیات فرازمینی را محدود کنند.

طبق آرشیو سیارات فراخورشیدی ناسا، تلسکوپ فضایی کپلر و TESS تا ابتدای سال ۲۰۲۳ بیش از ۵٬۰۰۰ سیاره فراخورشیدی را شناسایی و طبقه‌بندی کرده‌اند و این‌ها تنها بخشی ریز از سیاراتی هستند که ممکن است در ادامه جستجو پیدا کنیم. تلسکوپ کپلر نشان داده است که به‌طور میانگین هر ستاره حداقل یک سیاره دارد.