چگونه سیارات فراخورشیدی بیگانه را کشف کنیم؟

[Interstellar]

چگونه میتوان به شکار حیات در دیگر سیارات کهکشان پرداخت ؟  یک نقطه شروع مناسب جستجوی نشانه های حیات زمین است. به کمک تلسکوپ هایی مشابه تلسکوپ های زمینی بیگانگان زمین و خورشید را همانند نقطه ی زرد رنگ ادغام شده در یکدیگر خواهند دید.
اگر بتوانند زمین را از خورشید تفکیک کنند زمین را فقط یک نقطه ی آبی رنگ خواهند دید و هیچ راهی برای دیدن حیات و زندگی بر روی زمین و تصور چگونگی سطح آن برای آنان وجود نخواهد داشت.
اما بیگانگان میتوانند طیف نوری سیاره را مشاهده کنند و نور سیاره را به مولفه های رنگی تبدیل کنند برای دانستن اینکه چه گازهایی اتمسفر سیاره را تشکیل میدهند. در بین این گازها ممکن است یک نشانگر کشف کنند چیزی غیر طبیعی و غیر قابل انتظار که تنها میتواند توسط حضور حیات در سیاره توضیح داده شود.
در زمین واضح ترین نشانه ی وجود حیات فراوانی اکسیژن در اتمسفر است. چرا اکسیژن ؟ چون بسیار واکنش پذیر است و به آسانی با مولکول های دیگر در سطح زمین و در اقیانوس واکنش میدهد.
بدون ارائه ی مداوم اکسیژن توسط حیات ، اکسیژن موجود در اتمسفر ناپدید میشود.

Biomarkers 

نشانگرهای زیستی 

اما داستان به همین سادگی نیست. زندگی بر روی زمین حداقل  از ۳،۵ میلیارد سال پیش وجود داشته است اما در آن زمان مقدار اکسیژن کمتر از امروز بوده است. 

و تنها وجود اکسیژن برای نشان دادن حیات کافی نیست ، فرآیندهای بیولوژیکی زیادی وجود دارد که میتواند اکسیژن را به اتمسفر سیاره هدیه کند.

به عنوان مثال نور فرابنفش میتواند اکسیژن زیادی در اتمسفر سیاره ای که با اقیانوس پوشش یافته تولید کند حتی اگر سیاره عاری از حیات باشد. 
نتیجه ی این امر این است که حضور یک گاز به تنهایی نمیتواند نشانگر زیستی باشد به جای آن ما باید به دنبال شواهدی از عدم تعادل شیمیایی در اتمسفر سیاره باشیم چیزی که نمیتواند توضیحی جز وجود حیات داشته باشد. 
اینجا بر روی زمین ، ما یک نشانه ی قطعی داریم : اتمسفر ما فقط از اکسیژن غنی نیست بلکه حاوی آثار قابل توجهی از متان است. در حالی که فراوانی متان و اکسیژن در یک سیاره ی بدون حیات میتواند به راحتی توضیح داده شود ما میدانیم متان و اکسیژن به سرعت و به شدت با یکدیگر واکنش نشان میدهند و ابن واکنش اتمسفر را از هرچه حداقل مشترکات این دو عنصر است پاک خواهد کرد. 
بنابراین برای حفظ کردن این مقدار از متان در اتمسفر غنی از اکسیژن زمین شما به منبع غنی از متان نیاز دارید تا از اثر تخلیه ای اکسیژن جلوگیری کنید. قابل قبول ترین توضیح برای حضور حیات.

Observing Exoplanetary Atmospheres 
رصد اتمسفر سیارات فراخورشیدی 
اگر ما سیاره ای کشف کنیم که به اندازه ی کافی به زمین شباهت دارد ، راه های متفاوتی برای جستجوی نشانگرهای زیستی در اتمسفر آن وجود دارد. 
زمانی که یک سیاره مستقیما از میان ما و ستاره ی میزبان خود عبور میکند درصد کوچکی از نور ستاره از جو سیاره عبور میکند  ، اگر ما بتوانیم به اندازه ی کافی روی اتمسفر زوم کنیم اتمسفر سیاره را به عنوان یک حلقه ی شفاف به دور نقطه ای تاریک که بدنه ی سیاره را تشکیل میدهد خواهیم دید. 
مقدار نوری که از این حلقه عبور میکند نشانه ای از چگالی و ترکیبات اتمسفر را به ما میدهد و آنچه ما به دست می آوریم یک " طیف انتقالی " است که یک طیف جذبی از اتمسفر سیاره میباشد و توسط پیش زمینه ی نور ستاره روشن شده است. 
تکنولوژی ما اکنون فقط توانایی جمع آوری و آنالیز این طیف ها را دارد. 
و در نتیجه تفسیرهای ما توسط توانایی های تلسکوپی و درک ابتدایی ما از اتمسفرهای سیاره ای به شدت محدود باقی میماند. 
بر خلاف چالش های اخیر تکنیک ها به طور موفقیت آمیزی پیشرفت میکنند. 
در چند سال گذشته منجمان تنوع گسترده ای از گونه های شیمیایی متفاوت در اتمسفر بعضی از بزرگترین و بدترین سیارات فراخورشیدی گذرنده شناخته شده را کشف کردند.
Eclipses 
گرفت ها
روش دیگر شامل رصد یک سیاره ی گذرنده و ستاره ی آن در حال گردش به دور یکدیگر است.
هدف در اینجا جمع آوری برخی مشاهدات است زمانی که سیاره قابل دید است ( اما در حالت گذر نیست ) 
با اندکی تلاش منجمان میتوانند اطلاعات یک مشاهده را از دیگری کسر کنند و به طور تاثیرگذار بخش بزرگی از نور غالی ستاره را حذف کنند. زمانی که نور حذف میشود آنچه باقی میماند یک طیف روزی از سیاره است.
The Future 
آینده 
 منجمان مدام در حال توسعه ی تکنیک های جدید جمع آوری اطلاعات در مورد اتمسفرهای سیاره ای هستند. تکنیکی که پتانسیل خاص دارد مخصوصا برای جستجوی سیارات زمین مانند استفاده از نور پلاریزه (نور قطبی شده) است. 
بیشترین مقدار نوری که از سیارات دریافت میکنیم نورهای بازتابی هستند که از ستاره ی میزبان منشا میشوند.این فرایند بازتاب همراه با سودمندی نامحسوس است - نور بازتابی درجه ای از پلاریزیشن را افزایش میدهد. 
سطوح متفاوت درجه های متفاوت از پلاریزه را ثمر میدهد و این پولاریزاسیون میتواند کلیدی برای یافتن اولین اقیانوس ها در خارج از مرزهای منظومه ی شمسی باشد. 
این روش ها همچنان توسط دو فاکتور محدود میشوند : ضعف نسبی سیاره ی بیگانه و نزدیکی آن به ستاره ی میزبان خود. 
بنابراین داستان در حال پیشرفت علم سیارات بیگانه به شدت بر روی غلبه بر این چالش های رصدی متمرکز است. 
اما طیف سنجی هنوز راه زیادی در پیش دارد و سیارات هنوز همان نقطه های رنگ پریده ی آبی رنگ خواهند بود .
What we have seen so far 
تا به اینجا چه دیده ایم. 
سیارات فراخورشیدی که تاکنون کشف کرده ایم تا جایی که می دانیم در برابر حیات نامهربان هستند. هیچ کدام از سیاراتی که تاکنون بررسی شده اند حتی برای دربرگرفتن شدیدترین اکستریموفیل ها مناسب نیستند. 
اتمسفر سیاراتی که مشابه مشتری داغ هستند ، سیارات غول پیکر گازی که به طرز خطرناکی بسیار نزدیک به ستاره ی میزبان خود گردش میکنند. و در حالی که با سطح ستاره ی میزبان خود اندکی برخورد دارند در طی مدت چند روز به سرعت به دور ستاره ی میزبان گردش میکنند که حرارت و سرعت شان آن ها را به راحت ترین هدف ها برای مشاهدات ما تبدیل میکند. 
اما همانطور که تکنولوژی ثابت کرده است رصد سیارات کوچکتر که به عنوان "ابر زمین ها " شناخته میشوند همراه با تلاش بسیار زیاد ممکن شده است.

Atmospheres of Distant planets 
مشتری فراخورشیدی HD189733 یکی از بهترین اتمسفرهای شناخته شده فراسوی منظومه ی شمسی را دارد.
مشاهدات هابل در سال 2013 یک دنیای عمیق آبی رنگ از این سیاره را نشان داد با اتمسفری غلیظ از بخار سیلیکات. مطالعات دیگر شان داده که اتمسفر آن شامل مقادیر قابل توجهی از بخار آب و کربن دی اکسید است. 
اما به نظر میرسد که سیاره ای غنی از هیدروژن با ابرهای بسیار داغ تا دمای چند هزار درجه همانند مشتری باشد و در زیر لایه های ابری آن لایه ای گسترده از غبار وجود دارد شامل سیلیکات و ترکیبات نمکی فلزی. 
بقیه سیارات جوان غول پیکر در سیستم HR8799 به نظر غنی از هیدروژن میباشند اما اتمسفرهای پیچیده ای دارند به همراه ترکیبات متان کربن مونوکسید و آب. آن ها نسخه های بزرگتر جوان تر و داغ تر سیارات غول پیکر ما میباشد. 
اما در مورد سیاره ی زمین مانند GJ1214B باید با احتیاط نتیجه گیری کرد. مشاهدات اولیه نشان میدهد که این سیاره ممکن است یک سیاره ی حاوی آب باشد یا اتمسفر بدون ابر هیدروژنی داشته باشد یا مدل های دیگری مانند ترکیبات هیدروژنی مثل تیتان داشته باشد و حاوی ذرات نمک پتاسیم یا سولفید روی باشند. 
در حالی که جستجوی سیارات زمین مانند با استفاده از تلسکوپ های زمینی و فضایی ادامه دارد دانشمندان علوم سیاره ای بی صبرانه منتظر راه اندازی تلسکوپ فضایی جیمز وب هستند که قرار هست در اکتبر سال ۲۰۱۸ راه اندازی شود و میتواند آغازگر جستجوی هیجان انگیز واقعی برای نشانگر های زیستی اتمسفری و حیات فرازمینی باشد. 
مترجم : آیدا صفری 
منبع : Iflscience.com 
آرش بوالحسنی