10 دقیقه
به سیارهای به اندازه زمین فکر کنید که به دور یک ستارهٔ نارنجی و نسبتاً آرام با سرعتی تقریباً مشابه زمین میگردد و حالا تصور کنید تمام سطح آن پوشیده از یخ است. عجیب اما واقعی: اخترشناسان سیارهٔ HD 137010 b را بهعنوان یک جهان سنگی معتدل—و احتمالاً منجمد—در فاصلهای کمتر از 150 سال نوری از ما شناسایی کردهاند.
HD 137010 b از بازتحلیل دادههایی بیرون آمد که توسط تلسکوپ فضایی کپلرِ بازنشستهٔ ناسا جمعآوری شده بود. سیگنال بسیار ظریف است: یک افت نور منفرد و کمعمق که با گذر (ترانزیت) یک سیاره در جلوی ستارهٔ میزبان سازگار است. از همان سیلوئتِ تنها، پژوهشگران شعاعی نزدیک به زمین و جرمی در حدود 1.2 برابر زمین برای این سیاره استنباط کردهاند. دورهٔ مداری آن تقریباً 355 روز برآورد میشود—نزدیک به یک سال زمینی—که آن را بهطور وسوسهانگیزی در مجاورت منطقهٔ قابل سکونت ستاره قرار میدهد؛ منطقهای که در آن آب مایع روی سطح یک سیارهٔ سنگی میتواند وجود داشته باشد.
اهمیت این کشف
همهٔ جهانهایی که در منطقهٔ قابل سکونت قرار دارند یکسان نیستند. HD 137010 یک ستارهٔ کوتولهٔ نوع K است که تقریباً 70 درصد شعاع و جرم خورشید را دارد. کوتولههای K هیدروژنِ خود را آهسته میسوزانند؛ آنها کمتر از ستارههای نوع G مانند خورشید میدرخشند اما عمر طولانیتری دارند. در واقع، طول عمر اصلی ردیفی (main-sequence) HD 137010 از سن فعلی عالم بیشتر است که این بدان معناست هر سیارهای در این سامانه از منبع انرژی بلندمدت و پایداری بهرهمند است—ویژگیای که برای ثبات اقلیم و بهطور بالقوه برای تکامل زیستی مفید است.
آنچه HD 137010 b را ویژه میکند ترکیبِ شعاع نزدیک به زمین، دورهٔ مداری تقریباً یکساله و ستارهٔ میزبانِ کمابیش روشن است که امکان ردیابی و بررسیهای بعدی را فراهم میکند. تیم کاشف تأکید میکند که این اولین نامزدِ عبورکننده با این ویژگیهاست که به دور یک ستارهٔ شبیه خورشید قرار گرفته و ستارهٔ میزبان آن به اندازهٔ کافی روشن است تا مطالعات پیگیر و قابلملاحظهای انجام پذیرد. این درِ جدیدی باز میکند برای اندازهگیری دقیقتر جرم، بررسیِ جو و تصویر اقلیمی سیاره—اگر اصلاً رصدها بتوانند وجود سیاره را تأیید کنند.
اما تأیید همان نکتهٔ چالشبرانگیز است. کپلر تنها یک گذر را ثبت کرده است. برای مدارهای بلندمدت و شبیه زمین، گذرهای متعدد برای اطمینان از تشخیص و تعیین دقیق عناصر مداری لازم است. در عمل این اغلب به سالها پایش صبورانه نیاز دارد. با این همه، این کشف از این نظر مهم است که نشان میدهد رخدادهای تکعبوری (single-transit) میتوانند سیارههای سنگی و معتدل به اندازهٔ زمین را اطراف ستارههای شبیه خورشید پرچمگذاری کنند—مکانهایی که دقیقاً در مرزهای قابل رصد قرار دارند.
احتمالات اقلیمی: سرمای تلخ یا سکونتپذیری محدود؟
مدار و اندازه تنها بخشی از داستان را بازگو میکنند. انرژی ستاره—میزان نور ستاره که به سیاره میرسد—بهطور کلی دمای سطح را کنترل میکند. HD 137010 b کمتر از یکسوم تابشِ دریافتی زمین از خورشید را دریافت میکند؛ سطح انرژیای که یک سیارهٔ صخرهای عاری از جو را در بازهٔ تقریباً -68 تا -85 درجهٔ سانتیگراد (-90 تا -121 درجهٔ فارنهایت) قرار میدهد. سردتر از مریخ و سردتر از اغلب مکانهایی که معمولاً بهعنوان قابل سکونت تصور میکنیم.
با این حال، این سیاره بهصورت خودکار بیحیات نیست. جوای با غلظت متوسط CO2 میتواند گرمای کافی را به دام اندازد تا امکان وجود آب مایع بر سطح، حداقل فصلی یا در حفرات و چالههای محلی، فراهم شود. گازهای گلخانهای که عامل گرمایش هستند میتوانند همچنین سیاره را به سمت یخبندانِ برگشتناپذیر برانند. اگر ذخیرهٔ CO2 در HD 137010 b شبیه زمین باشد، مدلها نشان میدهند ممکن است سیاره در یک حالت جهانی «توپ برفی» به دام بیفتد—اقیانوس و سطحی که زیر لایهٔ ضخیمی از یخ محبوس شدهاند، سطحی بسیار بازتابنده که نور ستاره را بازمیتاباند و سرما را به حدود -100 درجهٔ سانتیگراد تشدید میکند.
آیا زندگی روی یک سیارهٔ توپ برفی ممکن است؟ ناممکن نیست. زمین هم در تاریخ دیرینهٔ زمینشناسی چندینبار تجربهٔ یخبندانهای جهانی را داشته است. زیستگاههایی مانند میکروارگانیسمها زیر ورقههای یخی و در پناهگاههای هیدروترمال به بقای خود ادامه دادند. بنابراین اگرچه سطح یخزده چشماندازهای فوری برای اکوسیستمهای سطحی را کاهش میدهد، زیستگاههای زیرسطحی یا تجمعات قابل تحمل در سرما را از اصول اولیه نمیتوان کنار گذاشت.
برای بررسی نرخهای فرار گازهای گلخانهای، اثرات بازتابی یخ و نقش احتمال پوشش ابرها، پژوهشگران از شبکهای از مدلهای اقلیمی یکبعدی و سهبعدی استفاده میکنند. این مدلها شامل پارامترهایی مانند ترکیب جو، فشار سطحی، پویشهای آتشفشانی که میتواند CO2 و سایر ولایتها (volatile) را دوباره عرضه کند، و بازخوردهای یخ-اقلیم است. هرچند عدم قطعیت در ترکیب و تکامل جو برای یک تکعبوری بالا است، اما ترکیبِ شعاع قابل زمین، بازهٔ مداری نزدیک به یک سال و مقدار کم تابش دریافتی، HD 137010 b را به هدفی قوی برای مطالعهٔ نظری و رصدی تبدیل میکند—به ویژه وقتی به دنبال فهمِ توانایی جوها در حفظ دما تحت تابش کمِ ستاره هستیم.
چالشهای رصدی و گامهای بعدی
تأیید HD 137010 b نیاز به صبر و دادههای بهتر دارد. تأسیسات آینده میتوانند کمک کنند. مأموریت PLATO سازمان فضایی اروپا (ESA)، که برای یافتن سیارههای زمینسان بهدور ستارههای روشن طراحی شده، ممکن است گذرهای اضافی را ثبت کند و دوره و شعاع سیاره را دقیقتر کند. کمپینهای اندازهگیری سرعت شعاعی (radial velocity) زمینی ممکن است جرم را محدود کنند، بهشرطی که ستاره برای طیفسنجی دقیق به اندازهٔ کافی ساکت باشد؛ نویز ستارهای (stellar activity) یکی از محدودیتهای اصلی در تعیین جرمِ سیارههای کوچک است.
تلسکوپهای فضایی با طیفسنجهای مادونقرمز حساس میتوانند از منظرِ تئوریک ترکیب اتمسفری را بررسی کنند—اما تنها زمانی که مدار و جدول زمانی گذر سیاره بهقدر کافی شناخته شده باشد تا مشاهدات زمانبر برنامهریزی شوند. برای مثال، جستجوی خطوط جذب CO2، متان یا بخار آب نیازمند رصدهای همزمان یا همپوشان با گذر است تا سیگنالهای ضعیف جو از نور ستاره تفکیک شوند. اگر گذرهای بعدی تأیید شوند و جرم سیاره بهخوبی محدود گردد، میتوان بهتدریج از طیفسنجی عبوری و تلاشهای همزمان برای یافتن ردپای آشکارکنندههای زیستی (biosignatures) یا شاخصهای اقلیمی استفاده کرد.
یک پیامِ وسیعتر نیز وجود دارد: این کشف نشان میدهد که ساختارهای شبیه منظومهٔ خورشیدی—چندین سیارهٔ سنگی که منطقهٔ قابل سکونت یک سامانه را اشغال کردهاند و احتمالاً غولی گازی در مدار دورتر—ممکن است رایجتر از آنچه نمونههای کنونی ما نشان میدهند باشد. اگر سیارات دیگری در داخل یا خارج مدار HD 137010 b پنهان شده باشند، آنها میتوانند از طریق فشار گرانشی متقابل، تحویل مواد فرّار، یا محافظت نسبی در برابر بمباران دنبالهدارها، بر توانایی سکونت تأثیر بگذارند. بررسی پویایی سامانه و جستجوی سیارات همراه با رصدهای زماندار بخش مهمی از برنامهٔ آینده است.
از منظر تاکتیکی، گامهای بعدی شامل ادامهٔ پایش نور ستاره برای یافتن گذرهای بعدی، برنامهریزی کمپینهای سرعت شعاعی با تأکید بر حذف نویزهای فعالیت ستارهای، و شبیهسازیهای اقلیمی که سناریوهای مختلف ترکیب جو و تکتونیک داخلی را بررسی میکنند، خواهد بود. همچنین ترکیب دادههای ستارهشناختی مانند سن ستاره، فعالیتِ مغناطیسی و فلزیته (فلزیک بودن) میتواند در مدلسازی تاریخچهٔ اقلیمی سیاره مؤثر باشد، زیرا این عوامل بر عرضهٔ آتشفشانی و بازیافت کربن نقش دارند.
دیدگاه تخصصی
«هیجان واقعی فقط چشمانداز یک همتای سردِ زمین نیست»، دکتر النا مورالس، شیمیدان سیاراتی که در مدلسازی سیارات معتدل مشارکت دارد، گفت. «مسئله این است که HD 137010 b دقیقاً در یک آستانۀ رصدی قرار گرفته است. تأیید و مشخصهسازی چنین جهانی به ما خواهد آموخت جوها و اقلیمها چگونه تحت تابش کم ستاره رفتار میکنند، و آیا شرایط دوستدار زندگی میتواند روی سیارههای واقعاً سرد پایدار بماند یا خیر.»
اینکه آیا HD 137010 b پژواک ضعیفی از زمین است، یک یخزدگی عمیق، یا چیزی میان این دو، هنوز روشن نیست. فعلاً این سیاره یادآور این نکته است که جستجوی جهانهای آشنا گاهی جهانهای ناآشنا را به ما نشان میدهد—و اینکه قابلیت زیست یک مقیاس است، نه صرفاً یک تیک در یک فهرست واحد.
برای جامعهٔ علمیِ سیارات فراخورشیدی، HD 137010 b یک مورد آزمایشی ارزشمند فراهم میآورد: آیا میتوان سیارات زمینسان و کمتابشی را با رصدهای تکعبوری شناسایی و سپس پیگیرانه تأیید کرد؟ پاسخ به این سؤال میتواند الگویی برای کشفهای آینده ایجاد کند، بهویژه هنگامی که مأموریتهای بعدی مانند PLATO و نسل جدید طیفسنجهای دقیق زمینی و فضایی وارد عمل شوند. در کنارِ چنین تلاشهایی، تحلیلهای نظری و آزمایشهای مدلسازی که سناریوهای اقلیمیِ مختلف را بررسی میکنند، نقش محوری در ترجمهٔ پارامترهای ابتدایی (مانند شعاع و دریافت تابش ستارهای) به تصویری واقعبینانهتر از قابلیت سکونت ایفا میکنند.
در سطحی بالاتر، این کشف پرسشهای بنیادینی را دربارهٔ فرایندهای تشکیل سیاره، تکامل جو و همزیستی بین سیاره و ستارهشان مطرح میکند. آیا کوتولههای K، بهدلیل عمر طولانی و تابش ملایمتر، میزبان مکرری از سیارههای زمینسان قابل سکونت خواهند بود؟ آیا مسیرهای تکاملی جو زیر تابش کم بیشتر به سمت یخزدگی جهانی میروند یا میتوانند با مکانیسمهایی مانند فورانهای آتشفشانی پایدار، خود را گرم نگه دارند؟ پاسخ به این سؤالات نهفقط به رصدگرهای بهتر نیاز دارد، بلکه به چارچوبهای نظری و بینرشتهای که ژئوشیمی، دینامیک جو و اخترفیزیک را گرد هم میآورد نیز نیازمند است.
در پایان، HD 137010 b نمونهای است که نشان میدهد محدودیتهای فعلی رصدی ما لزوماً منعکسکنندهٔ حداکثر تنوع سیارات فراخورشیدی نیستند. با توسعهٔ روشهای تحلیل دادهها برای شناساییِ رخدادهای تکعبوری و برنامهریزی استراتژیک برای پیگیری آنها، میتوانیم فهرست نامزدهای بالقوهٔ سیارات سنگی و معتدل را گسترش دهیم—حتی اگر بسیاری از آنها سرد و پوشیده از یخ باشند.
منبع: sciencealert
ارسال نظر