شاخص شباهت به زمین: به جز زمین در کجا می‌توانیم زندگی کنیم؟

«زمین شاید خانه ما باشد، اما آیندگان بالاخره باید جایی دیگر را برای زندگی بیایند.»

زمین برای مدت زیادی خانه جنگل‌های باشکوه، منابع بزرگ آب، بسیاری از جانوران عجیب و شگفت‌انگیز و ارگانیسم‌هایی که در شدیدترین شرایط می‌توانند زنده بمانند بوده؛ و صد البته این‌جا سیاره‌ای است که هر انسانی که تا به حال زیسته آن را «خانه» نامیده.

متاسفانه ما بهترین خدمتگزاران خانه‌مان نبوده‌ایم. تغییرات اقلیمی یک مشکل جدی است که باید هرچه سریع‌تر به آن پرداخته شود. در غیر این صورت، وقتی یخ‌های قطبی ذوب شوند و میلیاردها انسان مجبور به ترک خانه و زمین‌هایشان شوند، «گوی آبی و سبز» می‌تواند به یک گوی فقط آبی تبدیل شود.

گرمایش جهانی تنها مشکلی نیست که با آن طرف هستیم: یک دنباله‌دار یا سیارک می‌تواند همه ما را در یک چشم به هم زدن نابود کند و کار چندانی هم برای متوقف کردنش از دست ما ساخته نیست. تنش‌ها بین کشورهایی که سلاح هسته‌ای دارند می‌تواند اوج بگیرد و سیاره ما از شدت باران‌های رادیواکتیو غیر قابل سکونت شود.

اگر بتوانیم از همه این‌ها اجتناب کنیم، ظرف چند میلیارد سال سوخت خورشید تمام، به صورت یک غول قرمز متورم می‌شود و زمین را در خود فرو می‌برد. یا گونه ما از بین می‌رود، یا خوشبختانه دانشمندان آینده می‌توانند راهی پیدا کنند که انسان‌های باقی مانده را به یک سیاره قابل سکونت دیگر ببرند.

به لطف تلسکوپ فضایی کپلر (روحش شاد)، ستاره‌شناسان برخی سیارات کهکشان راه شیری را در جایی که «کمربند طلایی» نامیده می‌شود، پیدا کرده‌اند؛ به عبارت دیگر سیاره‌هایی که فاصله‌شان از ستاره مادرشان دقیقا به اندازه‌ای است که امکان به وجود آمدن حیات روی آن‌ها وجود دارد.

این سیاره‌ها به احتمال زیاد دمای سطح‌شان به گونه‌ای است که آب مایع می‌تواند روی آن‌ها وجود داشته باشد. البته نه لزوما به این معنی که این سیاره‌ها به طور اتوماتیک برای ما قابل سکونت باشند. جدا از آب، انسان‌ها برای زنده ماندن به اکسیژن و غذا هم نیاز دارند.

هر سیاره که بتوانیم به طور بالقوه به آن مهاجرت کنیم باید ویژگی‌های خاصی داشته باشد. به همین دلیل است که ستاره‌شناسان یک شاخص شباهت به زمین (ESI) را توسعه داده‌اند.

شاخص شباهت به زمین (ESI) چیست؟

این شاخص، که در سال ۲۰۱۱ معرفی شد، بر اساس تعدادی ویژگی به سیاره‌ها یک نمره از ۰ (بدون شباهت) تا ۱ (خیلی شبیه) می‌دهد. این ویژگی‌ها شامل چگالی سیاره، شعاع میانگین، دمای سطح و سرعت فرار (این سرعتی است که برای خارج شدن از مدار سیاره با آن نیاز دارید) هستند.

سیاره‌هایی که نمره بالاتر از ۰٫۸ داشته باشند شبیه زمین در نظر گرفته می‌شوند. برای این که تصوری از این شاخص داشته باشید، باید گفت که ESI زهره ۰٫۴۴ و مال مریخ ۰٫۶۴ است – یعنی هیچکدام در عمل قابل سکونت یا شبیه زمین نیستند.

البته ما همیشه همه اطلاعات لازم درباره سیاره‌های فراخورشیدی را در اختیار نداریم، چون اطلاعات‌مان را قطره قطره و برای مثال با تحلیل نوری که از این سیاره‌ها بازتابانده می‌شود، کسب می‌کنیم. پس بعضی از عددها بهترین تخمین ممکن هستند.

عوامل دیگری را نیز باید به حساب آورد: آیا سیاره سطح جامد، اتمسفر و میدان مغناطیسی که آن را از شرایط ناهنجار فضا محافظ کند، دارد؟ آیا نوعی منبع انرژی (مثل تکتونیک صفحات) در آن‌جا وجود دارد؟ چه موادی اتمسفر سیاره را تشکیل می‌دهند؟ آیا گردش سیاره به دور ستاره‌اش دائمی است و ستاره‌اش می‌تواند آن را برای همیشه در کمربند طلایی نگه دارد؟ آیا درخشندگی ستاره میزبان پایدار است؟ آیا انحراف محور سیاره شدید است؟ برای بسیاری از سیاره‌های شناسایی شده این اطلاعات نامعلوم هستند.

قطع به یقین چیزهای زیادی را باید در نظر گرفت. در حال حاضر ستاره‌شناسان چشم‌اندازهای خوبی برپایه شاخص شباهت زمین دارند. در واقع در سال ۲۰۲۰ آن‌ها توانستند ۲۴ سیاره فوق قابل سکونت کشف کنند. یعنی سیاره‌هایی که احتمالا برای زندگی از زمین هم مناسب‌تر هستند.

خب حالا علاوه بر زمین روی چه سیاره‌های دیگری می‌توانیم زندگی کنیم؟

گلیز ۸۳۲ سی

یکی از جالب‌ترین یافته‌ها در دنیای سیارات شبیه به زمین گلیز ۸۳۲ سی (Gliese 832 c) نام دارد. این سیاره تقریبا ۱۶ سال نوری دروتر از زمین، در صورت فلکی درنا قرار دارد و به دور ستاره‌اش که یک کوتوله قرمز است، می‌گردد. گلیز ۸۳۲ سی از لحاظ نزدیکی به زمین پنجمین سیاره فراخورشیدی شناخته شده است که الزامات قابل سکونت بودن را دارد.

طبق گفته آبل مندز تورس (Abel Mendez Torres)، رییس آزمایشگاه سیارات قابل سکونت در دانشگاه پورتو ریکو در آرسیبو، شاخص شباهت به زمین این سیاره ۰٫۸۱ است. سیاره‌هایی با نمرات بالاتر هم وجود دارند که در ادامه به آن‌ها خواهیم پرداخت، اما این یکی به خاطر نزدیکی نسبی به زمین یک گزینه جذاب است.

از معایب گلیز ۸۳۲ سی این است که تخمین زده میشود این سیاره یک سیاره فوق-زمینی باشد، به این معنی که جرم آن بسیار بیشتر از زمین (طبق تخمین‌ها ۵ برابر بزرگ‌تر از زمین) است. این یعنی سیاره اتمسفر غلیظی دارد که می‌تواند آن را غیر قابل سکونت کند. احتمالا شرایط روی آن بیشتر شبیه زهره باشد تا زمین.

KOI-4878.01

سیاره KOI-4878.01 احتمالا شبیه‌ترین سیاره به زمین است که تا به حال کشف شده، با نمره بالقوه ۰٫۹۸ (۹۸ درصد). بعضی‌ها پا را فراتر گذاشته و آن را اولین زمین ثانویه کشف شده می‌نامند، هرچند شرایط این سیاره هنوز تایید نشده‌اند.

این سیاره حول یک ستاره رشته اصلی نوع F به فاصله ۱۹۷۵ سال نوری از زمین و واقع در صورت فلکی اژدها می‌گردد. روی این سیاره هر سال ۴۴۹ روز زمینی است و سیاره دور ستاره‌ای می‌چرخد که کمی از خورشید ما پیرتر و کمی سنگین‌تر است. از طرف دیگر تخمین زده می‌شود خود سیاره چیزی بین ۰٫۳ تا ۰٫۴ زمین جرم داشته باشد.عقیده بر این است که این سیاره به اندازه زمین از ستاره‌اش انرژی دریافت می‌کند و در فاصله قابل سکونت آن قرار دارد.

متاسفانه مشاهدات بیشتری لازم است تا تایید شود این سیاره نه تنها واقعا وجود دارد، بلکه دارای تمام ویژگی‌هایی است که آن را مشابه زمین می‌کند. شاید وقتی تلسکوپ فضایی جیمز وب بالاخره به فضا پرتاب شود این رویا به واقعیت بدل گردد.

ترپیست-۱ای

دومین نمره بالا در لیست سیارات فرازمینی متعلق به سیاره‌ای به نام ترپیست-۱ ای (TRAPPIST-1e) (یا 2MASS J23062928-0502285 e، اگر می‌توانید نامش را به خاطر بسپارید) است. این سیاره یک گزینه بسیار محتمل است، چون نه تنها شاخص ESI بالایی دارد، بلکه همچنین از لحاظ کیهانی نسبتا «نزدیک» ما است.

تخمین زده می‌شود ترپیست-۱ای، با نمره ۰٫۹۵، اندازه، جرم، چگالی، جاذبه سطح و دمایی مشابه زمین داشته باشد. این سیاره حول یک ستاره کوتوله «فوق سرد» در فاصله تقریبا ۴۰ سال نوری از زمین و در صورت فلکی دلو می‌گردد.

نکته جالب این که ستاره‌ای که این سیاره حول آن می‌چرخد چیزی حدود فقط ۸ درصد جرم خورشید را دارد، یعنی می‌تواند تقریبا ۴۰۰-۵۰۰ برابر بیشتر از خورشید خودمان زنده بماند، که این نکته جذابیت آن را برای انسان‌هایی که بخواهند به سیاره‌ای دیگر مهاجرت کنند بیشتر می‌کند. این ستاره شاید حتی یکی از آخرین ستاره‌هایی باشد که در کیهان خواهند درخشید.

هرچند ترپیست-۱ ای، با توجه به اندازه ستاره‌اش، باید در فاصله‌ای بسیار نزدیک حول آن بچرخد تا در کمربند طلایی قرار بگیرد، در نتیجه احتمال دارد که دچار پدیده قفل گرانشی باشد. این یعنی این سیاره، مثل ماه، همواره یک سمتش رو به خورشیدش خواهد بود.

پس آن سمت سیاره که رو به خورشید است، بسیار داغ خواهد بود و نیم‌کره دیگر همواره تاریک. البته ممکن است این سیاره یک «سایه مرزی» داشته باشد که دمای آن بتواند برای وجود داشتن آب به صورت مایع مناسب باشد. همچنین بحث‌هایی وجود دارد که اتمسفر آن به قدری ضخیم است که گرما بتواند در هر دو سمت سیاره جریان داشته باشد. در حال حاضر این سیاره یک گزینه زنده برای کاوش است.

انسلادوس

گرچه از لحاظ تکنیکی هیچ نمره‌ای برای انسلادوس در شاخص شباهت به زمین وجود ندارد، بی‌مبالاتی خواهد بود که انسلادوس را ذکر نکنیم – یکی از ماه‌های زحل و احتمالا قابل سکونت‌ترین مکان در منظومه خورشیدی ما.

لازم است یکی از اجرام آسمانی در همسایگی‌مان را هم نام ببریم، چون امکان دارد انسان‌ها هیچگاه نتوانند تکنولوژی لازم برای ترک منظومه شمسی را توسعه دهند.

انسلادوس یکی از معدود مکان‌های منظومه شمسی است که می‌دانیم در آن آب مایع وجود دارد. همچنین شواهدی وجود دارد که اقیانوسی عظیم متشکل از آب و یخ زیر پوسته یخی آن وجود دارد. اغلب آب و یخ با سرعت ۸۰۰ مایل بر ساعت (۴۰۰ متر بر ثانیه) از سطح آن به فضا فوران می‌کنند که در نهایت به حلقه E زحل وارد می‌شوند، و ما توانسته‌ایم مواد شیمیایی تشکیل دهنده آن را مشخص کنیم.

از این راه فهمیده‌ایم که این ماه کوچک «اکثر مواد شیمیایی لازم برای حیات» را در خود دارد. آبفشان‌ها و نشانه‌های فرار گرما نشان می‌دهند که این ماه از لحاظ ژئولوژیکی نیز فعال است.

این که انسان‌ها می‌توانند زمانی انسلادوس را مسکونی کنند یا نه یک راز است. این ماه نوعی نشانه‌های فعالیت تکتونیکی ناشی از جاذبه زحل و یک ماه در نزدیکی‌اش دارد، که نشانه خوبی است.

به علاوه، وقتی خورشید متورم و به یک غول قرمز تبدیل می‌شود، این ماه یخ‌زده، که دمای آن منفی ۳۳۰ درجه فارنهایت (منفی ۲۰۱ درجه سلسیوس) است، می‌تواند به یک دشت گرم تبدیل شود – با این فرض که از خشم خورشید جان سالم به در ببرد.

ستاره‌شناسان تخمین می‌زنند که تعداد سیاره‌های کهکشان ما از تعداد ستاره‌های آن بیشتر است. سیاره ما دور یکی از حدودا ۲۰۰ میلیارد ستاره کهکشان راه شیری می‌گردد، پس احتمالا چیزی بالغ بر ۳٫۲ تریلیون سیاره فقط در همین کهکشان وجود دارند!

تخمین زده می‌شود حدود ۳۰۰ میلیون از آن‌ها قابل سکونت باشند. تکنولوژی فعلی ما تا الان بیش از ۲۵۰۰ «منظومه شمسی» دیگر و ۴۰۰۰ سیاره شناسایی کرده و این تکنولوژی تازه ابتدای راه خود است. کسی چه می‌داند چه کشف‌های هیجان‌انگیز دیگری ماورای افق‌های فعلی ما وجود خواهند داشت!