درست همانطور که در دل بیابان، هر جا ردی از آب باشد احتمال زندگی بیشتر است، در جهان پهناور نیز سیارههایی که شرایط آبی دارند، بهترین نامزد برای یافتن حیات به شمار میآیند. در سالهای اخیر، بیشترین توجه دانشمندان به دستهای از سیارهها جلب شده که آنها را «زیرنپتونها» (sub-Neptunes) مینامند. این نامگذاری به این دلیل است که اندازهٔ آنها بزرگتر از زمین ولی کوچکتر از نپتون است. آنچه این دنیاها را به موضوعی شگفتانگیز بدل میکند، ترکیب جرم و اندازهٔ آنهاست که نشان میدهد این سیارهها سرشار از آب هستند، اما نه آبی که ما روی زمین میشناسیم.
ویژگی جالب این جهانها در موقعیت مداریشان نهفته است. زیرنپتونها به ستارهٔ مادر خود بسیار نزدیکترند نسبت به فاصلهای که زمین از خورشید دارد. همین نزدیکی شدید باعث میشود سطح آنها بهقدری داغ باشد که هیچ اقیانوس مایع پایداری وجود نداشته باشد. در عوض، لایههای ضخیمی از بخار آب سراسر جو آنها را فراگرفته است. زیر این جو داغ، آب در حالتی بسیار عجیب به نام «فرا بحرانی» (supercritical) وجود دارد؛ حالتی که نه مایع معمولی است و نه یخ، بلکه رفتاری کاملاً متفاوت و پیچیده دارد. این فاز عجیب از آب پیشتر در آزمایشگاههای زمین بازتولید شده است و دانشمندان دریافتهاند که خواص آن بسیار فراتر از رفتار سادهٔ مایع یا جامد است.
تلسکوپ فضایی جیمز وب، که بزرگترین و پیشرفتهترین ابزار رصدی عصر ماست، تاکنون موفق به شناسایی بخار آب در چندین زیرنپتون شده است. این کشف در واقع تأیید فرضیهای بود که اخترشناسان دههها دربارهاش گمانهزنی میکردند. اکنون که انتظار میرود مشاهدات بیشتری از این دنیاها انجام گیرد، پژوهشگران نیازمند ابزارهای دقیقتر و مدلهای تازهتری برای تفسیر دادهها هستند.
اما دشواری اصلی در همین «ماهیت افراطی» این سیارههاست. مدلهای قدیمی برای مطالعهٔ قمرهای یخی منظومهٔ شمسی مانند اروپا (قمر مشتری) و انسلادوس (قمر زحل) ساخته شده بودند؛ اجرام کوچکی که سطحی یخی و زیر آنها اقیانوسهای مایع قرار دارد. در حالی که زیرنپتونها با آنها هیچ شباهتی ندارند. این سیارهها ده تا صد برابر جرم زمین دارند و در اعماق خود فشارهایی خردکننده و دماهایی سوزاننده را تجربه میکنند. چنین شرایطی باعث شکلگیری فازهایی از آب میشود که در قمرهای یخی یا حتی روی زمین اصلاً یافت نمیشود.
یکی از شگفتانگیزترین حالتهای آب در اعماق این دنیاها «یخ سوپریونیک» (superionic ice) نام دارد. در این حالت عجیب، مولکولهای آب به گونهای بازآرایی میشوند که یونهای هیدروژن آزادانه در شبکهای از اتمهای اکسیژن حرکت میکنند. این فاز نه کاملاً جامد است و نه مایع، بلکه چیزی میان این دو. آزمایشهای پیشرفته در آزمایشگاههای زمینی این حالت را بازتولید کردهاند و دانشمندان بر این باورند که در اعماق اورانوس، نپتون و احتمالاً در زیرنپتونها نیز چنین ساختاری وجود دارد.
گروهی از محققان در دانشگاه کالیفرنیا، سانتا کروز، به سرپرستی پژوهشگر پسادکتری «آرتم آگویچین» (Artem Aguichine)، مدلهایی ساختهاند که این فازهای عجیب آب را در نظر میگیرد و نشان میدهد این حالتها چگونه در طول میلیونها و حتی میلیاردها سال تکامل مییابند. به گفتهٔ آگویچین:
«وقتی بفهمیم رایجترین نوع سیارههای کیهان چگونه شکل میگیرند، میتوانیم تمرکز خود را بر روی سیارههای کمیابتری بگذاریم که احتمال زیستپذیری واقعی در آنها وجود دارد.»
اهمیت این پژوهش تنها به فهم علمی محدود نمیشود، بلکه در حکم تمرینی برای آینده است. آژانس فضایی اروپا بهزودی تلسکوپ PLATO را به فضا خواهد فرستاد. این تلسکوپ مأموریت دارد سیارههای هماندازهٔ زمین را در کمربندهای زیستپذیر ستارهها بیابد. مدلهایی که تیم سانتا کروز طراحی کردهاند، ابزار کلیدی برای تفسیر دادههای چنین مأموریتهایی خواهند بود. همانطور که آگویچین میگوید: «این مدلها نهتنها برای تلسکوپها پیشبینی میسازند، بلکه گامهای بعدی بشر را در جستوجوی حیات فراتر از زمین شکل میدهند.»
درک این جهانهای بخاری از آن جهت اهمیت دارد که آنها بسیار فراواناند. در میان هزاران سیارهٔ فراخورشیدی کشفشده، زیرنپتونها یکی از رایجترین انواع به شمار میآیند. بنابراین، شناخت دقیق رفتار آب در شرایطی چنین شدید، نهتنها ما را با ماهیت این دنیاهای دور آشنا میکند، بلکه چشمانداز تازهای از فرآیندهای بنیادی شکلگیری منظومههای سیارهای در سراسر کیهان در اختیارمان میگذارد.
به عبارت دیگر، ما با مطالعهٔ زیرنپتونها صرفاً دربارهٔ چند سیارهٔ خاص یاد نمیگیریم، بلکه قطعهای از پازل عظیم کیهانشناسی را تکمیل میکنیم: اینکه چگونه آب – عنصر کلیدی برای پیدایش حیات – در حالتهای گوناگون خود میتواند جهانهای متفاوتی بسازد. از آب مایع و یخ ساده گرفته تا بخار، فاز فرا بحرانی و حتی یخ سوپریونیک، هر کدام نمایانگر یکی از چهرههای شگفتانگیز این مادهٔ حیاتی هستند.
این یافتهها همچنین ما را به درک عمیقتری از سیارات خودمان میرسانند. اگر بدانیم در اعماق نپتون و اورانوس چه رخ میدهد، میتوانیم بهتر بفهمیم چرا این غولهای یخی چنین میدانهای مغناطیسی خاصی دارند یا چرا ساختار داخلیشان متفاوت از غولهای گازی مانند مشتری و زحل است. افزون بر این، مدلهای مربوط به آب در حالتهای عجیب میتوانند در فناوریهای پیشرفته روی زمین هم الهامبخش باشند؛ از مطالعهٔ مواد نوین گرفته تا کاربردهای انرژی.
بنابراین، سفر علمی به سوی جهانهای بخاری فقط یک کنجکاوی کیهانی نیست؛ بلکه پلی است میان آیندهٔ اکتشافات فضایی و فهم بهتر از دنیای خودمان. زیرنپتونها شاید به دلیل داغی و فشار شدیدشان قابل سکونت نباشند، اما رازهایی در خود دارند که میتواند مسیر جستوجوی ما برای حیات را دقیقتر کند. هرچه این دنیاها را بهتر بشناسیم، میتوانیم هدفمندتر به دنبال سیارههایی باشیم که واقعاً میزبان زندگیاند.
در نهایت، مطالعهٔ این سیارههای پر رمز و راز یک پیام روشن دارد: کیهان بسیار متنوعتر و پیچیدهتر از آن است که تصور میکردیم. جهانهایی پوشیده از بخار، اقیانوسهای فرا بحرانی و یخهای سوپریونیک نشان میدهند که آب میتواند در قالبهایی ظهور کند که حتی در رویاهای زمینی ما هم نمیگنجد. و همین رازآلودگی است که علم را پیش میبرد و ما را وا میدارد تا همچنان به آسمان چشم بدوزیم و بپرسیم: آیا جایی آن بیرون، در میان این جهانهای بخاری، نشانهای از زندگی نهفته است؟
