هرچند چند مورد نامزد وجود دارد، اما هیچکدام هنوز از فیلتر دقیق علمی عبور نکردهاند تا بهعنوان کشف قطعی پذیرفته شوند. با این حال، تردیدی نیست که چنین قمرهایی باید وجود داشته باشند. قمرها در منظومهی شمسی ما بسیار رایجاند، بنابراین اگر در جاهای دیگر کیهان وجود نداشته باشند، حقیقتی بسیار عجیب خواهد بود.
در میان همهی قمرهای منظومهی شمسی، ماه زمین جایگاه ویژهای دارد.
ماه ما بسیار بزرگتر از نسبت معمول قمر به سیاره است، و حضورش نقش حیاتی در پایداری زیستپذیری زمین دارد. ماه باعث پایداری محور چرخش زمین میشود و همین امر آبوهوا و فصلهایی نسبتاً پایدار را پدید آورده است. افزون بر آن، جزر و مد اقیانوسها حاصل گرانش ماه است و این چرخهی طبیعی، سواحل را به محیطهایی غنی و پویاتر برای حیات تبدیل کرده است.
این پرسش مطرح میشود که آیا سیارات سنگی در مناطق قابلسکونت ستارگان دیگر نیز چنین قمرهایی دارند؟ و آیا این قمرها میتوانند در ایجاد شرایط زیستپذیری نقش داشته باشند؟ پژوهش جدیدی دقیقاً به دنبال پاسخ به همین پرسش است.
این تحقیق با عنوان
«تکهتکهشدن جزر و مدی: چرا رایجترین ستارگان احتمالاً قمرهای بزرگ در مناطق قابلسکونت ندارند»
بهزودی در نشریهی The Astronomical Journal منتشر خواهد شد. نویسندهی اصلی آن «شان پاتل» از دپارتمان فیزیک دانشگاه تگزاس در آرلینگتون است. نسخهی اولیهی مقاله در وبگاه arXiv در دسترس قرار دارد.
ستارگان نوع M (کوتولههای سرخ) رایجترین نوع ستاره در کهکشان راه شیری هستند و بسیاری از سیارات سنگی کشفشده در مناطق قابلسکونت، به گرد این ستارگان میچرخند. اما کوتولههای سرخ ستارگانی کمنور و کوچکاند، بنابراین منطقهی قابلسکونت آنها بسیار نزدیکتر از منطقهی مشابه در اطراف ستارگانی چون خورشید ما است. همین نزدیکی سبب میشود که بیشتر این سیارات به لحاظ گرانشی قفل جزر و مدی باشند — یعنی یک سوی آنها همواره رو به ستاره است و سوی دیگر در تاریکی دائمی فرو رفته است.
پژوهشگران در مقاله مینویسند:
«در سالهای اخیر، بررسی اگزومونها در اطراف سیارات منطقهی قابلسکونت بهویژه در منظومههای کوتولهی سرخ مورد توجه فزایندهای قرار گرفته است؛ از این رو ضروری است که شرایط لازم برای پایداری قمرها در چنین منظومههایی بررسی شود.»
حتی تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) نیز برای جستوجوی یک اگزومون احتمالی در اطراف سیارهی سنگی TOI-700d زمان رصدی اختصاص داده است. این سیاره به احتمال زیاد میزبان قمری مشابه ماه زمین است.
محور افقی (x): زمان گذشته (میلیارد سال)
محور عمودی (y): نیمقطر بزرگ قمر (فاصله مداری از سیاره)
شعاع هیل (ناحیه پایداری گرانشی سیاره)
مشخصات سیستم:
ستاره: M0
سیاره: ۲ برابر جرم زمین
مدار سیاره: ۰.۵۲ واحد نجومی (au)
خطوط:
آبی نقطهچین: حد پایداری قمر
سیاه: نتایج شبیهسازی
صورتی: ناحیه ناپایداری قمر (قمر فرار میکند یا نابود میشود)
اعتبار تصویر: Patel et al. ۲۰۲۵، The Astronomical Journal
تیم پژوهش با استفاده از شبیهسازیهای N-body بررسی کرد که چگونه سیارات سنگی دارای قمر در چنین شرایطی رفتار میکنند.
آنها نوشتند:
«سیاراتی مشابه زمین در منطقهی قابلسکونت کوتولههای M اخیراً هدف جستوجوی اگزومونها قرار گرفتهاند. ما پایداری و طول عمر قمرهای بزرگ (مشابه ماه) را با در نظر گرفتن اثرات متقابل سهجسمی و نیروهای جزر و مدی بررسی کردیم.»
در شبیهسازیها، جرم سیارهی میزبان و فاصلهی مداری آن تغییر داده شد تا مشخص شود در چه شرایطی قمرها ناپایدار میشوند. پایداری قمر با اندازهی کرهی هیل (Hill sphere) سیاره ارتباط دارد — یعنی محدودهای که در آن نیروی گرانش سیاره بر قمر چیره است. نتایج نشان داد هر چه کرهی هیل بزرگتر باشد، زمان لازم برای فرار قمر بیشتر است؛ امری که منطقی به نظر میرسد.
اما یافتههای نهایی چندان امیدوارکننده نبود:
پژوهشگران توضیح میدهند:
«نتایج ما نشان میدهد که سیارات زمینمانند در منطقهی قابلسکونت کوتولههای سرخ، در صورتی که قمری بزرگ (مشابه ماه) داشته باشند، احتمالاً در کمتر از یک میلیارد سال نخست عمر خود آن را از دست خواهند داد.»
کوتولههای سرخ خود انواع مختلفی دارند (از M0 تا M9) که تفاوت آنها در دما و محل قرارگیری منطقهی قابلسکونت است. این تفاوت بر شدت نیروهای جزر و مدی تأثیر میگذارد و در نتیجه، بر پایداری قمر نیز اثر میگذارد.
آنها مینویسند:
«شبیهسازیهای عددی ما برای سامانههای ستاره–سیاره–قمر در اطراف کوتولهی M4 نشان میدهد که طول عمر معمول قمر کمتر از ۱۰ میلیون سال است؛ عددی بسیار اندک در مقایسه با مقیاسهای زیستشناختی و زمینشناسی.»
بر اساس همین دادهها، پژوهشگران پیشبینی میکنند که سیارات منطقهی قابلسکونت در اطراف ستارگان سردتر مانند M5 تا M9 قمرهای خود را حتی زودتر از دست میدهند.
پژوهشهای پیشین نیز نشان داده بود که اگر اگزومونی بزرگ شکل بگیرد، گرمایش جزر و مدی درون آن بسیار زیاد است و محیط را برای زیست نامناسب میکند. بنابراین در مجموع، نتایج نشاندهندهی شکنندگی زیاد اگزومونها در منظومههای کوتولهی سرخ است.
با وجود این، پژوهشگران اشاره میکنند که در موارد خاص، قمری بزرگ میتواند برای مدتی طولانی پایدار بماند.
«طول عمر قمر بزرگ میتواند تا یک میلیارد سال برسد، اگر به دور سیارهای زمینمانند در مدار یک کوتولهی M0 بچرخد.»
در چنین حالتی، منطقهی قابلسکونت دورتر است، بنابراین نیروی جزر و مدی ستاره بر سیاره ضعیفتر میشود و قمر فرصت بیشتری برای بقا دارد. در این حالت اگر جرم سیاره دو برابر زمین باشد، قمر آن میتواند تا ۱.۳۵ میلیارد سال دوام بیاورد — یعنی زمانی که روی زمین، اکسیژن تازه شروع به تجمع در جو کرده بود.
نویسندگان مقاله خاطرنشان میکنند که در موارد بسیار نادر، ممکن است قمری بتواند بیش از پنج میلیارد سال دوام بیاورد. البته قمرهای بسیار کوچکتر، مثلاً در اندازهی سرس (Ceres) یا فوبوس (Phobos)، ممکن است برای مدتی طولانی پایدار بمانند، اما فناوری کنونی برای شناسایی آنها کافی نیست.
آیندهی کشف اگزومونها به ابزارهای قدرتمندتر وابسته است. تلسکوپ آیندهی Habitable Worlds Observatory که هنوز در مرحلهی طراحی است، میتواند نقطهی عطفی باشد. هدف اصلی آن یافتن سیارات زمینمانند قابلسکونت است، اما با آینهی شش تا هشتمتری خود، احتمالاً قادر خواهد بود برخی اگزومونها را نیز شناسایی کند.
همچنین تلسکوپ غولپیکر ماژلان (GMT) که انتظار میرود در دههی ۲۰۳۰ آغاز به کار کند، با آینهی ۲۴.۵ متری خود میتواند مستقیماً سیارات فراخورشیدی را تصویربرداری کند و شاید توان شناسایی قمرهایشان را نیز داشته باشد.
این مطالعه تمرکز خود را بر کوتولههای سرخ گذاشته است زیرا رایجترین نوع ستارهاند و میزبان بسیاری از دنیاهای سنگی. اما در اطراف ستارگان پرنورتر، جایی که منطقهی قابلسکونت دورتر از ستاره است، شاید فرصت بیشتری برای پایداری قمرها وجود داشته باشد.
در چنین منظومههایی، قمرها میتوانند همان نقشی را ایفا کنند که ماه برای زمین داشته است — تثبیت محور چرخش، ایجاد جزر و مد و کمک به پایداری شرایط برای حیات. افزون بر آن، ممکن است برخی از خود قمرها نیز زیستپذیر باشند، همانگونه که در منظومهی شمسی ما، قمرهای یخی مانند اروپا و انسلادوس مظنون به وجود اقیانوسهای زیرسطحی هستند.
در نهایت، هنوز در آغاز راه شناخت دنیای قمرهای فراخورشیدی هستیم. اگرچه پژوهشها نشان میدهد که در اطراف کوتولههای سرخ احتمال وجود چنین قمرهایی بسیار اندک است، اما در کیهانی با صدها میلیارد ستاره، بعید است ماههای دیگری نباشند که در حال تابیدن بر آسمان سیارات بیگانهاند.
