این پرسشی است که یک مطالعهی تازه، ارسالشده به نشریات انجمن نجوم آمریکا، تلاش دارد به آن پاسخ دهد. در این پژوهش، گروهی از محققان امکان وجود «اگزوتیتانها» (Exo-Titans) را بررسی کردهاند؛ سیارات فراخورشیدیای که جوّ آنها مانند قمر تیتانِ زحل از ترکیباتی همچون نیتروژن و متان تشکیل شده است و این سیارات به دور ستارگان نوع M میچرخند. ستارگان نوع M کوچکتر و سردتر از خورشید ما هستند. اهمیت این مطالعه در آن است که میتواند به دانشمندان کمک کند تا نهتنها شکلگیری و تکامل سیارات در مدار چنین ستارگانی را بهتر درک کنند، بلکه به این پرسش پاسخ دهند که آیا این سیارات میتوانند میزبان حیات باشند یا خیر.
شبیهسازی جوّ سیارات با استفاده از مدل فوتوشیمی
برای انجام این تحقیق، پژوهشگران از مجموعهای از مدلهای رایانهای با نام فوتوسم (Photocem) بهره بردند. این مدلها بهویژه برای شبیهسازی فرایندهای فوتوشیمیایی در اگزوتیتانها طراحی شدهاند و امکان برآورد طول عمر گاز متان در جوّ این سیارات را فراهم میکنند. متان به دلیل نقشی که در حفظ شرایط پایدار جوی دارد، کلیدیترین مؤلفه در این بررسی بود. علاوه بر متان، مدل فوتوسم وجود گازهای دیگری همچون هیدروژن، نیتروژن، اکسیژن و کربن را نیز در چارچوب شبکهی شیمیایی خود ارزیابی کرد.
بهعنوان بخشی از شبیهسازی، پژوهشگران سیارهی معروف TRAPPIST-1e را که در مدار یک ستارهی نوع M قرار دارد، در قالب یک اگزوتیتان در نظر گرفتند. نتیجهی این تحلیلها نشان داد که طول عمر متان در جوّ یک اگزوتیتانِ مشابه TRAPPIST-1e بسیار کوتاه خواهد بود. افزون بر این، برآورد شد که احتمال کشف یک اگزوتیتان گرم توسط اخترشناسان چیزی در حدود ۱ تا ۱۰ درصد باشد.
پیوند نتایج با رصدهای تلسکوپ فضایی جیمز وب
یافتههای این تحقیق با نتایج اخیر تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) همخوانی دارد. این تلسکوپ تاکنون نشانهای از وجود جوهایی سرشار از متان بر روی سیارات فراخورشیدی سنگی و گرم نیافته است. به همین دلیل، احتمال یافتن یک اگزوتیتان گرم بسیار پایین در نظر گرفته میشود. در نتیجه، اگر کسی بخواهد ادعای کشف یک اگزوتیتان گرم را مطرح کند، باید شواهد بسیار محکمی ارائه دهد.
محققان در گزارش خود پیشنهاد دادهاند که مشاهدهی گونههای اکسیدشدهی کربن (مانند دیاکسیدکربن) میتواند تأییدی بر چنین کشفی باشد. همچنین، آنها تأکید میکنند که اگر روزی وجود اگزوتیتانهای گرم بهطور قطعی اثبات شود، لازم خواهد بود که درک کنونی خود از ساختار، دینامیک و فوتوشیمی دنیاهای شبیه به تیتان را بهطور اساسی بازنگری کنیم.
چرا TRAPPIST-1e انتخاب شد؟
سیارهی TRAPPIST-1e به دلیل ویژگیهای خاصش بهعنوان نمونهی این مطالعه برگزیده شد. این سیاره به دور یک ستارهی کوتولهی نوع M میچرخد و در مرکز منطقهی قابلسکونت ستارهاش قرار دارد. این موضوع باعث میشود که TRAPPIST-1e به یکی از جذابترین اهداف برای اخترزیستشناسی و جستجوی حیات فرازمینی تبدیل شود.
نکتهی قابلتوجه این است که TRAPPIST-1e تنها در مدت ۶/۱ روز زمینی مدار خود را کامل میکند؛ در حالیکه عطارد در منظومهی شمسی برای یک گردش کامل به دور خورشید به ۸۸ روز نیاز دارد. با این حال، به دلیل نزدیکی به ستارهی میزبان، همچنان در ناحیهای قرار دارد که آب مایع و شرایط زیستپذیر میتواند وجود داشته باشد.
همچنین ستارگان نوع M طول عمر بسیار بیشتری نسبت به خورشید دارند. در حالیکه خورشید ما چیزی در حدود ۱۰ میلیارد سال عمر خواهد کرد، ستارگان نوع M میتوانند تا تریلیونها سال به درخشیدن ادامه دهند. این طول عمر بسیار زیاد فرصت مناسبی برای سیارات اطرافشان فراهم میآورد تا مواد و شرایط لازم برای شکلگیری حیات را بهتدریج توسعه دهند.
چرا تیتان بهعنوان قیاس انتخاب شد؟
پژوهشگران علاوه بر TRAPPIST-1e، قمر تیتان، بزرگترین قمر زحل، را نیز بهعنوان یک قیاس (آنالوگ) در نظر گرفتند. دلیل اصلی این انتخاب وجود نیتروژن و متان در جوّ تیتان است. متان، بخش اصلی ترکیب جوّ این قمر را تشکیل میدهد و نیتروژن نیز بهعنوان یکی از شاخصترین زیستنشانگرها (biosignatures) شناخته میشود.
از دیرباز، تیتان یکی از جذابترین اهداف پژوهشهای اخترزیستشناسی بوده است. بسیاری از مطالعات گذشته نشان دادهاند که شرایط شیمیایی این قمر میتواند شباهتهایی با زمین اولیه داشته باشد؛ دورانی که حیات نخستین بار بر روی زمین شکل گرفت. هرچند تیتان در فاصلهای بسیار دور از منطقهی قابلسکونت خورشید قرار دارد، اما اگر سیارهای با جوّ مشابه در ناحیهی قابلسکونت ستارهی میزبان خود قرار گیرد، میتواند فرصتی بینظیر برای کشف حیات فرازمینی به دانشمندان بدهد.
با این وجود، بر اساس یافتههای این تحقیق، احتمال کشف یک اگزوتیتان گرم بسیار اندک است. بنابراین، اگر این نتایج درست باشد، احتمال یافتن حیات بر روی چنین سیاراتی نیز کاهش خواهد یافت.
پیوند با مأموریتهای آینده و اهمیت این مطالعه
این تحقیق در زمانی منتشر میشود که شمار سیارات فراخورشیدی تأییدشده به بیش از ۶۰۰۰ مورد رسیده است. در همین حال، ناسا در حال آمادهسازی مأموریت دراگونفلای (Dragonfly) است؛ یک پهپاد چهارجانبه که قرار است در سال ۲۰۲۸ بهسوی تیتان پرتاب شود و در سال ۲۰۳۴ به این قمر برسد. مأموریت دراگونفلای میتواند دادههای بیسابقهای دربارهی جوّ و سطح تیتان فراهم آورد و سرنخهایی مهم در زمینهی وجود زیستنشانگرها و شرایط زیستپذیر ارائه کند.
از این رو، مطالعاتی مانند بررسی اگزوتیتانها نقش مهمی در تکمیل درک ما از جهان ایفا میکنند. آنها به اخترشناسان نشان میدهند که چه نوع سیاراتی ممکن است در کیهان وجود داشته باشند و کدامیک از آنها قابلیت میزبانی از حیات را دارند.
آیندهی پژوهشها
اینکه در سالها و دهههای آینده چه کشفیات تازهای دربارهی اگزوتیتانها صورت خواهد گرفت، پرسشی است که تنها زمان پاسخ آن را روشن میکند. ممکن است ابزارهای رصدی پیشرفتهتر، مانند نسلهای بعدی تلسکوپهای فضایی، سرانجام بتوانند نشانههای آشکار یک اگزوتیتان گرم را شناسایی کنند. یا شاید نتایج تحقیقات بعدی ثابت کند که این دنیاهای شگفتانگیز تنها در خیال ما باقی خواهند ماند.
اما نکته روشن این است که علم همواره با طرح پرسشهای تازه و جستجوی بیپایان برای پاسخ به آنها پیش میرود. همانطور که نویسندگان این تحقیق تأکید میکنند: دانش همواره در حال گسترش است و نگاه ما باید همواره رو به آسمان باشد.
