کشف ردپای اکسیژن در سیارات فراخورشیدی

کشف ردپای اکسیژن در سیارات فراخورشیدی

اکتشافات فضایی در دهه‌های اخیر، دیدگاه ما را نسبت به کیهان به طور کامل دگرگون کرده است. دیگر تصور نمی‌کنیم که زمین تنها سیاره‌ای باشد که شرایط میزبانی حیات را داراست. هزاران سیاره فراخورشیدی (Exoplanets) – سیاراتی که به دور ستارگان دیگر می‌چرخند – کشف شده‌اند و این عدد همچنان رو به افزایش است. اما پرسش اساسی همچنان باقی است: آیا ما تنها هستیم؟

پاسخ به این سوال، یکی از بزرگترین انگیزه‌های علمی بشر برای کاوش در اعماق فضا بوده است. در این میان، جستجو برای “ردپای زیستی” (Biosignatures) – نشانه‌های قابل اندازه‌گیری از وجود حیات – در اتمسفر سیارات فراخورشیدی، به یکی از هیجان‌انگیزترین و امیدبخش‌ترین حوزه‌های پژوهش تبدیل شده است. و در این میان، اکسیژن (O2) به عنوان یکی از مهم‌ترین و شاید شناخته‌شده‌ترین ردپای زیستی مطرح است.

چرا اکسیژن یک ردپای زیستی مهم است؟

اکسیژن، گازی که نفس زندگی را برای ما و بسیاری از موجودات زنده بر روی زمین فراهم می‌کند، در مقادیر زیاد در اتمسفر ما به طور مداوم تولید می‌شود. منبع اصلی این اکسیژن، فتوسنتز است؛ فرآیندی که گیاهان، جلبک‌ها و برخی باکتری‌ها با استفاده از نور خورشید، دی‌اکسید کربن (CO2) و آب (H2O) را به قند (برای انرژی) و اکسیژن تبدیل می‌کنند. این فرآیند، اتمسفر زمین را در طول میلیاردها سال غنی از اکسیژن کرده است.

نکته کلیدی اینجاست: در سیارات سنگی و بدون حیات، اکسیژن مولکولی (O2) به طور طبیعی تمایل به واکنش دارد و به سرعت با مواد دیگر ترکیب می‌شود (مانند اکسیداسیون سنگ‌ها). بنابراین، وجود مقادیر قابل توجه و پایدار اکسیژن در اتمسفر یک سیاره، به طور قوی نشان‌دهنده یک فرآیند فعال و مداوم تولیدکننده اکسیژن است. در مقیاس سیاره‌ای، این فرآیند غالباً با فعالیت‌های زیستی، به ویژه فتوسنتز، مرتبط دانسته می‌شود. به همین دلیل، اخترشناسان و دانشمندان سیاره‌شناس، اکسیژن را یکی از بهترین نامزدها برای شناسایی حیات در سیارات فراخورشیدی در نظر می‌گیرند.

چالش‌های شناسایی اکسیژن در سیارات فراخورشیدی

با وجود اهمیت اکسیژن، شناسایی آن در اتمسفر سیارات فراخورشیدی با چالش‌های فنی عظیمی روبرو است. سیارات فراخورشیدی بسیار دور هستند و نور ستاره میزبانشان بسیار درخشان‌تر از نور بازتابیده شده از خود سیاره است. این موضوع، مشاهده مستقیم اتمسفر یک سیاره فراخورشیدی را شبیه به تلاش برای دیدن یک پروانه در کنار یک چراغ قوه بسیار قوی می‌کند.

با این حال، دانشمندان از روش‌های هوشمندانه‌ای برای غلبه بر این مشکل استفاده می‌کنند، عمدتاً از طریق “طیف‌سنجی انتقالی” (Transit Spectroscopy). هنگامی که یک سیاره از مقابل ستاره خود عبور می‌کند (گذار یا Transit)، بخشی از نور ستاره از اتمسفر نازک سیاره عبور می‌کند. مولکول‌های مختلف در اتمسفر، طول موج‌های خاصی از نور را جذب می‌کنند. با تجزیه و تحلیل نور ستاره که از اتمسفر سیاره عبور کرده است، دانشمندان می‌توانند “اثر انگشت” مولکولی اکسیژن و سایر گازها را شناسایی کنند.

این روش نیازمند تلسکوپ‌های بسیار قدرتمند و حساس است. تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) با قابلیت‌های بی‌نظیر خود در مشاهده نور فروسرخ، انقلابی در این زمینه ایجاد کرده است. JWST قادر است جزئیات بسیار دقیقی از اتمسفر سیارات فراخورشیدی را آشکار کند که پیش از این غیرممکن بود.

یافته‌های اخیر و نشانه‌های امیدوارکننده

تا به امروز، شناسایی قطعی اکسیژن به عنوان ردپای زیستی در سیارات فراخورشیدی هنوز به طور رسمی اعلام نشده است، اما پیشرفت‌های چشمگیری حاصل شده و نشانه‌های امیدوارکننده‌ای در حال ظهور هستند.

K2-18b: یکی از سیاراتی که توجه زیادی را به خود جلب کرده، K2-18b است. این سیاره در منطقه قابل سکونت ستاره خود قرار دارد و داده‌های اولیه از تلسکوپ فضایی هابل و جیمز وب، نشانه‌هایی از وجود بخار آب و همچنین مولکول‌هایی مانند متان (CH4) و دی‌اکسید کربن (CO2) در اتمسفر آن را آشکار کرده‌اند. نکته هیجان‌انگیزتر اینکه، برخی مدل‌سازی‌های اولیه بر اساس داده‌های JWST، احتمال وجود دی‌متیل سولفید (DMS) را مطرح کرده‌اند. DMS گازی است که بر روی زمین عمدتاً توسط موجودات دریایی تولید می‌شود و در غلظت‌های بالا، می‌تواند نشانه‌ای قوی از حیات باشد.

هرچند DMS ردپای زیستی قوی‌تری نسبت به اکسیژن محسوب می‌شود، اما جستجو برای اکسیژن نیز در این سیاره ادامه دارد، چرا که وجود همزمان اکسیژن و متان در اتمسفر یک سیاره، می‌تواند نشانه‌ای قوی‌تر از حیات باشد، زیرا این دو گاز در غیاب حیات، به سرعت با یکدیگر واکنش نشان داده و یکدیگر را خنثی می‌کنند.

TRAPPIST-1e: این سیاره نیز در منطقه قابل سکونت سیستم ستاره‌ای TRAPPIST-1 قرار دارد. اگرچه هنوز هیچ ردپای زیستی قطعی از آن مشاهده نشده، اما قرار گرفتن آن در چنین موقعیت ایده‌آلی، آن را به هدفی کلیدی برای مشاهدات آتی با تلسکوپ‌هایی مانند JWST تبدیل کرده است. دانشمندان امیدوارند بتوانند اتمسفر این سیاره را برای شناسایی مولکول‌هایی مانند اکسیژن، متان و بخار آب مورد بررسی قرار دهند.

فراتر از اکسیژن: هشدار در مورد “مثبت کاذب”

با وجود هیجان ناشی از جستجوی اکسیژن، دانشمندان هشدار می‌دهند که باید مراقب “مثبت کاذب” (False Positives) بود. یعنی شناسایی اکسیژن یا هر ردپای زیستی دیگر، لزوماً به معنای وجود حیات نیست. ممکن است فرآیندهای غیرزیستی نیز بتوانند مقادیر قابل توجهی اکسیژن در اتمسفر یک سیاره تولید کنند.

به عنوان مثال:

فتودیسوسیشن: نور فرابنفش شدید ستاره می‌تواند مولکول‌های آب (H2O) را در اتمسفر تجزیه کرده و اکسیژن آزاد کند. در سیاراتی که نزدیک به ستاره خود قرار دارند یا ستاره‌های بسیار فعالی دارند، این فرآیند می‌تواند به طور بالقوه مقادیر زیادی اکسیژن تولید کند.

آب‌های زیرسطحی: برخی سناریوهای زمین‌شناسی یا شیمیایی پیچیده در سیارات دیگر نیز ممکن است منجر به تولید اکسیژن بدون دخالت حیات شوند.

به همین دلیل، دانشمندان نه تنها به دنبال شناسایی یک مولکول واحد مانند اکسیژن هستند، بلکه به دنبال “مجموعه‌ای از ردپاها” (Set of Biosignatures) می‌گردند. وجود همزمان چندین مولکول که در تعادل با یکدیگر قرار دارند و به سختی می‌توان آن‌ها را با فرآیندهای غیرزیستی توضیح داد (مانند اکسیژن و متان)، احتمال وجود حیات را به شدت افزایش می‌دهد.

با ادامه فعالیت تلسکوپ‌های نسل جدید مانند جیمز وب و تلسکوپ‌های زمینی بسیار بزرگ که در حال ساخت هستند، انتظار می‌رود در سال‌های آینده شاهد کشف و تأیید ردپاهای زیستی بیشتری در سیارات فراخورشیدی باشیم. شناسایی اکسیژن در مقادیر زیاد، در کنار سایر مولکول‌های مرتبط، می‌تواند نقطه عطفی در تاریخ بشر باشد و ما را یک قدم به پاسخ این سوال کهن نزدیک‌تر کند: آیا ما تنها هستیم؟

این سفر اکتشافی، نه تنها دانش ما را در مورد کیهان گسترش می‌دهد، بلکه به ما کمک می‌کند تا جایگاه خود را در این پهنه وسیع بهتر درک کنیم. هر “ردپا”ی کشف شده، داستانی از شیمی، فیزیک و شاید زیست‌شناسی را در جهانی دیگر روایت می‌کند و دریچه‌ای به سوی احتمالات بی‌پایان باز می‌کند. آینده جستجو برای حیات فرازمینی، هیجان‌انگیز و پر از امید است و اکسیژن، بدون شک، یکی از کلیدهای اصلی گشودن این راز بزرگ خواهد بود.

برای کسب اطلاهات بیشتر در رابطه با انواع گازها کلیک کنید