تبلیغات

تبلیغات متنی

محبوبترینها

قیمت انواع دستگاه تصفیه آب خانگی در ایران

نمایش جنگ دینامیت شو در تهران [از بیوگرافی میلاد صالح پور تا خرید بلیط]

9 روش جرم‌ گیری ماشین لباسشویی سامسونگ برای از بین بردن بوی بد

ساندویچ پانل: بهترین گزینه برای ساخت و ساز سریع

خرید بیمه، استعلام و مقایسه انواع بیمه درمان ✅?

پروازهای مشهد به دبی چه زمانی ارزان می‌شوند؟

تجربه غذاهای فرانسوی در قلب پاریس بهترین رستوران‌ها و کافه‌ها

دلایل زنگ زدن فلزات و روش های جلوگیری از آن

خرید بلیط چارتر هواپیمایی ماهان _ ماهان گشت

سیگنال در ترید چیست؟ بررسی انواع سیگنال در ترید

بهترین هدیه‌ تولد برای متولدین زمستان: هدیه‌های کاربردی برای روزهای سرد

آمار وبسایت

تعداد کل بازدیدها : 1833106689

سيارات فراخورشيدي

واضح آرشیو وب فارسی:فان پاتوق:

خلاصه مقاله: هرچند تنها کمتر از دو دهه از شروع مطالعه علمي بر سيارات فراخورشيدي ميگذرد، مطالعه چنين مکانهاي احتمالي شکلگيري حيات و بررسي امکان پيدايش و دوام در آنها نه تنها دريايي از اطلاعات جديد را در اختيار کاوشگران حيات قرار داده است، بلکه موجب بروز تغييرات بنيادين در بسياري از نظريههاي مربوط به شرايط شكلگيري حيات بر روي يک کره خاکي شده و دايره جستجو به دنبال حيات را گستردهتر کرده است.

مبحث سيارات فراخورشيدي نخستين بار در سال 1990 و با کشف اولين سياره خارج از منظومه شمسي مطرح شد. گرچه آن سياره به دور ستارهاي در حال زوال پيدا شد، اما به شدت کنجکاوي منجمان را براي کشف سيارات فراخورشيدي برانگيخت. از سوي ديگر، از آنجا که در آن زمان اميدها براي کشف حيات در منظومه شمسي به خصوص سياره مريخ روز به روز کمتر ميشد و مطالعات بر اقمار مشتري و زحل هنوز در حد گستردهاي شروع نشده بود، امکان کشف سيارهاي با شرايط شكلگيري حيات خارج از منظومه شمسي، ايدهاي بس مهيج مينمود.
جستجو براي يافتن سيارات فراخورشيدي آغاز شد و ديري نپاييد تا نخستين سياره فراخورشيدي که به دور ستارهاي مانند خورشيد در حال گردش بود در سال 1995 کشف شد. کشف اين سياره سرآغازي بود براي جستجوي گستردهتر به دنبال پاسخي براي يکي از قديميترين، بنياديترين و مهمترين سوالات ذهن بشر: آيا ما در جهان تنها هستيم؟
نخستين گام براي پاسخ به اين سوال و يافتن حيات هوشمند در ساير سيارات، پيدا کردن گونههاي سادهتر حيات مانند باکتريها و موجودات تک سلولي است. بدين منظور، يافتن سياراتي که شرايط تكوين حيات را دارا باشند مهمترين ماموريت دانشمنداني است که در اين زمينه تحقيق ميکنند. علاوه بر اين، دريافتن اين مساله که آيا منظومه ما منظومهاي منحصر بهفرد است يا خير نيز ميتواند کمک شاياني به حل بزرگترين معماي بشر کند.

شکل 1 – تصوير هنري از يک سياره فراخورشيدي
از زمان کشف نخستين سيارات فراخورشيدي تاکنون بيش از 230 سياره خارج از منظومه شمسي کشف شدهاند که عموما داراي شرايطي بسيار متفاوت از يکديگرند. برخي سيارات غولپيکر و گازي و شبيه مشتري و برخي ديگر سيارات خاکي مانند سيارات داخلي منظومه شمسي هستند. برخي آنقدر به ستاره خود نزديکند که همواره يک سمت خود را رو به ستاره ميبينند و برخي آنقدر دور که امکان بروز و رشد حيات در آنها به حداقل ميرسد. برخي از اين سيارات به دور ستارگاني در حال گردشند که زندگي بر روي آنها را تقريبا ناممکن ميسازد - مانند تپ اخترها که ستارگان نوتروني در حال چرخش با ميدانهاي مغناطيسي قوي و سرعتهاي بالا هستند. فوران اشعههاي گاما از سطح تپ اخترها به سياراتي که در اطراف آنها در گردشند اجازه بروز و تکامل حيات را نميدهد.
تعداد سيارات فراخورشيدي روز به روز در حال افزايش است. در اين جهان فراخ، گرچه کشف سيارات جديد دريايي از اطلاعات را در اختيار سيارهشناسان قرار ميدهد، اما دانشمندان بيشتر به دنبال سياراتي هستند که شرايط ايجاد حيات را دارا باشند.

براي اينکه حيات بتواند در سيارهاي به وجود آمده و تکامل يابد، آن سياره بايد در کمربند حيات منظومه خود قرار گرفته باشد. به علاوه، چنانچه ستاره ميزبان داراي شرايط زير باشد، احتمال تشكيل و دوام حيات در آن بيشتر است:سن ستاره بايد بيشتر از 3 ميليارد سال باشد: سه ميليارد سال حداقل زماني است که حيات ميتواند در طي آن به وجود آمده و تکامل يابد. جرم آن بايد حداکثر 5/1 برابر جرم خورشيد باشد: ستارگاني با جرم بالاتر گرچه هيدروژن و هليوم بيشتري دارند اما ذخيره سوخت خود را با سرعت بيشتري به پايان ميبرند و بنابراين عمر کوتاهتري دارند و به همين خاطر، فرصت لازم براي پيدايش و تکامل حيات را فراهم نميکنند - حتي اگر سياره يا سياراتي در فاصله مناسبي از چنين ستارگاني قرار گرفته و شرايط خوبي براي ايجاد حيات داشته باشد. عناصر سنگين موجود در ستاره بايد حداقل 40 درصد عناصر موجود در خورشيد باشند: سيارات خاکي اطراف ستارگاني که داراي ميزان پاييني عناصر سنگين هستند تشکيل نميشوند و تنها سيارات گازي که بر روي آنها امکان حيات وجود ندارد در چنين منظومههايي يافت ميشوند. البته در سالهاي اخير منظومههاي خورشيدي متعددي کشف شدهاند که يک يا چند شرط بالا را دارا نبودند، اما سياراتي كه در چنين منظومههايي كشف شدهاند باز هم از نظر دانشمندان شرايط ايجاد حيات را داشتهاند زيرا در کمربند حيات منظومه خود قرار داشتهاند. دليل اين امر آن است که بسته به قطر، جرم و نوع ستارهاي که در يک منظومه وجود دارد، کمربند حيات آن منظومه گستردهتر يا کوچکتر ميشود.

کمربند حيات يک منظومه به ناحيهاي در اطراف آن اطلاق ميشود که در آنجا انرژي دريافتي از ستاره نه خيلي زياد و نه خيلي کم است و بنابراين درجه حرارت سيارهاي که در اين مکان قرار ميگيرد براي شکلگيري آب مايع در سطح آن مناسب است. بر اساس نظريه سنتي، وجود آب مايع براي شکلگيري و دوام حيات ضروري است. اما امروزه دانشمندان به دلايلي که بعدا به آنها ميپردازيم کمي محتاطانهتر در اين رابطه اظهار نظر ميکنند. اکنون ميدانيم هر کجا آب مايع پيدا شود، حيات از نوعي که ما در سياره خود ميبينيم ميتواند به وجود آيد. بيشتر سياره شناسان در اين زمينه معتقدند پيدا کردن آب مايع نميتواند به طور قطع وجود حيات در سيارهاي را به اثبات برساند چرا که هيچ کس هنوز به طور قطع نميداند حيات بر روي زمين چگونه به وجود آمده و آيا اصلا منشا آن خود کره زمين بوده يا خير؟ اما با اين وجود، اين دانشمندان معتقدند سيارات خاکي که بر سطح آنها آب مايع وجود دارد و به دور ستارگان رشته اصلي (ستارگاني که در مرکز آنها همجوشي هستهاي رخ ميدهد) ميگردند، بهترين مکان براي جستجو به دنبال فعاليتهاي زيستي هستند، هر چند اين مساله بدان معنا نيست که امکان وجود حيات در سيستمهاي خورشيدي با شرايط متفاوت مورد بررسي قرار نگيرد.

شکل 2 - منظومه خورشيدي ما در کمربند حيات کهکشان راه شيري، و سيارات زمين و مريخ در کمربند حيات منظومه شمسي واقع شدهاند (عکس از universe Review)
اوايل نيمه دوم قرن بيستم بود که مطالعات بيشتر بر نحوه شکلگيري، دوام و تکامل حيات موجب شد تا دانشمندان در ديدگاه سنتي خود تجديد نظر کنند و به جاي محدود ساختن جستجو به دنبال حيات تنها در سياراتي که به دور ستارگان رشته اصلي وجود دارند، امکان پيدايش حيات به دور ساير ستارگان و حتي اقمار سيارات را نيز بررسي کنند.
ايده اين امر زماني مطرح شد که متخصصان علوم زيستي در دهه 1960 در مکانهايي از کره زمين مانند اعماق اقيانوسها، محيطهايي با دماهاي بسيار پايين، فشار هواي به شدت بالا و يا حتي مکانهاي بسيار خشک و بدون آب که شرايط حيات بسيار مشکل مينمود موفق به کشف هزاران گونه موجود زنده که بيشتر آنها از نوع تکسلولي يا باکتريها بودند، شدند. برخي از اين موجودات حتي قادر به دوام در مقابل ميزان بسيار بالايي تشعشعات گوناگون بودند و برخي ديگر براي دوام نيازي به اکسيژن و نور خورشيد نداشتند. اين امر موجب طرح ايدهاي نوين در جامعه نجومي شد که بر اساس آن كاوشگران حيات دريافتند اگر حيات در شرايطي بسيار دشوار در همين کره خاکي ميتواند به وجود آمده و دوام يابد، در جستجو به دنبال حيات به سادگي نميتوان از کنار سيارات ديگري که شرايط آنها با شرايط معمول زمين بسيار متفاوت به نظر ميرسد گذشت.
حدود يک دهه بعد، فضاپيماهاي وويجر ناسا بار ديگر کاوشگران حيات فرازميني را که تصور ميکردند تمامي احتمالات موجود جهانهايي که داراي شرايط حيات هستند را بررسي کردهاند به شدت متحير ساختند. تصاويري که اين دو فضاپيما از قمر مشتري، اروپا، در سال 1979 به زمين مخابره کردند نشان داد اين قمر با وجود آنکه در کمربند حيات منظومه شمسي قرار ندارد، داراي مقادير زيادي يخ بر سطح خود است. اما نکته جالب ديگري که در اين تصاوير وجود داشت، سطح نسبتا هموار اين قمر بود. بر خلاف ماه که بر سطح خود زخمهايي کهنه از برخوردهاي سماوي دارد که همچنان به دليل ميزان بسيار ناچيز فعاليتهاي زمينشناسي و فرسايش خاک تقريبا از هنگام برخورد بدون تغيير باقي مانده است، در تصاوير قمر مشتري اثرات زيادي از برخوردهاي سماوي ديده نميشد.

به طور کلي، هنگامي که يک جسم سماوي مانند سياره، قمر، يا سيارک بر روي سطح خود نشانههاي زيادي از برخوردهاي سماوي ندارد، ميتوان گفت يک يا چند مورد زير در مورد آن صادق است:مدت زمان زيادي از عمر آن جسم سماوي نميگذرد و پوسته آن جوان است. به همين دليل هنوز توسط اجرام مهاجم سماوي بمباران نشده است و يا چون پوسته هنوز در حال شکلگيري است، اثرات به جا مانده از برخوردهاي اجرام سماوي دستخوش تغيير شدهاند.
آن جسم سماوي داراي فعاليتهاي زمينشناسي مانند فعاليتهاي آتشفشاني و حرکات زمينساختي است که موجب تغيير شکل پوسته در طي سالها ميشود.
آن جسم سماوي داراي جو است و به دليل بارشهاي جوي و جابجايي هوا در آن، خاک دچار فرسايش ميشود.
در مرکز جسم سماوي، منبع توليد انرژي وجود دارد که موجب گرم شدن لايههاي مختلف آن و تغيير شکل پوسته ميشود. سياره شناسان ميدانستند که قمر اروپا تقريبا به طور همزمان با ساير اجرام منظومه شمسي يا حداقل با اختلاف چند ده ميليون سال از آن به وجود آمده است؛ بنابراين اروپا يک قمر جوان محسوب نميشود. به علاوه، از آنجا که پوسته اروپا برخلاف پوسته زمين که از مواد سنگي ساخته شده، پوشيده از يخ است، فعاليتهاي زمينشناسي به نحوي که بر روي زمين شاهد آن هستيم نيز در سطح اين قمر مشاهده نميشد. از سوي ديگر، اروپا فاقد جو است، بنابراين نه فرسايش خاک در آن رخ ميدهد و نه اجرام مهاجم پيش از برخورد با سطح قمر در لايههاي جو سوخته و تبخير ميشوند. از طرفي، با توجه به فاصله نزديک اين قمر به سياره خود يعني مشتري که تنها 671 هزار کيلومتر است، انتظار ميرفت اروپا به دليل گرانش قوي مشتري که سيارکها و شهابسنگها را به سوي خود جذب ميکند، آماج حملات اين تکه سنگهاي مهاجم باشد. تمامي اين عوامل موجب شد سياره شناسان اعلام کنند که اروپا احتمالا در لايههاي دروني خود داراي يک منبع توليد انرژي و حرارت است که موجب جريان آب مايع جايي حدود 15 کيلومتر پايينتر از خارجيترين لايه يعني پوسته آن ميشود. اين جريان متداوم مايعات در زير پوسته موجب بروز تغييرات در سطح آن و تغيير شکل دادن و پر شدن دهانههاي برخوردي ناشي از تصادم شهابسنگها ميشود. سيارهشناسان با محاسبه تعداد دهانههاي برخوردي که امروزه بر سطح اروپا ديده ميشوند دريافتند که از عمر پوسته اين قمر به طور متوسط 10 ميليون سال بيشتر نميگذرد.

شکل 3 - در اين تصوير که وويجرها از اروپا، قمر مشتري، تهيه کردند، سطح پوشيده از يخ قمر به راحتي قابل رويت است (عکس از ناسا)

بسياري معتقدند گرماي قمر اروپا ناشي از پديدهاي است که به آن گرمايش جذر و مد گرانشي گفته ميشود. پوسته تمامي اقمار منظومه شمسي از جمله قمر زمين تحت تاثير نيروي گرانش سيارات خود مدام در حال تغييراند. اين تغييرات اما در اغلب اقمار بسيار جزيي و در طي زمانهاي کوتاه بسيار نامحسوس است. سطح اقمار در نتيجه اين فرآيند منبسط و منقبظ ميشود که اين امر موجب بروز اصطکاک، توليد حرارت و گرم شدن آنها ميشود. طبيعي است که هرچه قمر به سياره مادر خود نزديکتر و هر چه آن سياره داراي نيروي گرانش قويتري باشد، گرماي ناشي از جذر و مد گرانشي بيشتر است. البته اقمار منظومه شمسي نيز بر روي سيارات خود چنين تاثير متقابلي ميگذارند، اما به دليل جرم کمتر و متعاقبا نيروي گرانش ضعيفتري که نسبت به سيارات خود دارند، چنين تاثيراتي عموما قابل چشمپوشي است.
پيش از اعزام فضاپيماهاي وويجر به ماموريت خود، دانشمندان تصور ميکردند تمامي اقمار منظومه شمسي مانند قمر زمين جهانهايي مرده هستند که امکان بروز و دوام حيات بر روي آنها به هيچ وجه حتي قابل بررسي هم نيست. تصاوير جديدي که وويجرها از اروپا در سال 1979 ارائه دادند ثابت کرد چنين ديدگاهي نادرست است و از آن پس اقمار سيارات نيز مورد توجه کاوشگران حيات قرار گرفتند.
از آنجا که قمر اروپا خارج از کمربند حيات منظومه شمسي قرار داشت، دستاورد مهم ديگري که اطلاعات ارسالي وويجرها براي کاوشگران حيات دربرداشت اين بود که آنان دريافتند جهانهايي که خارج از اين محدوده و در فواصل زيادي از منبع اصلي توليد انرژي يک منظومه که ستاره آن است، قرار دارند نيز چنانچه داراي منابع حرارتي دروني باشد و در اثر فرايندهايي همچون گرمايش گرانشي يا زوال راديواکتيو که در نيمکره جنوبي تيتان، قمر زحل، رخ ميدهد، بتوانند انرژي مورد نياز خود را تامين کنند بايد در زمره مکانهايي با احتمال ايجاد شرايط حيات و حتي وجود آب مايع محسوب شوند.
از آن زمان بود که در جستجو به دنبال حيات، اقمار سيارات گازي منظومه شمسي ديگر حتي از سياره مريخ نيز بيشتر مورد توجه قرار گرفتند و مطالعات بيشتري در اين زمينه بر روي اين قمرها آغاز گرديد. با گسترش دامنه اين مطالعات به سيارات فراخورشيدي و اقمار آنها، بار ديگر تعداد جهانهاي ناشناختهاي که هر يک ميتوانند شرايط بروز و تکامل حيات را ايجاد کنند رو به فزوني گذارد.
تنها در کهکشان راه شيري بيش از 300 ميليارد ستاره وجود دارند. اگر 10 درصد آنها ستارگاني مانند خورشيد باشند و نحوه شکلگيري منظومههاي آنها شبيه به چگونگي شکلگيري منظومه شمسي باشد، در کهکشان ما بايد 30 ميليارد سياره گازي و به همين تعداد سياره خاکي وجود داشته باشد. با در نظر گرفتن تنها مدل منظومهاي شناخته شده يعني منظومه شمسي، اگر فرض کنيم هر سياره گازي دست کم 4 قمر و سيارات خاکي به طور متوسط هر يک تنها يک قمر داشته باشند، انتظار ميرود حدود 150 ميليارد قمر در کهکشان ما وجود داشته باشد!
همزمان سوال ديگري ذهن کاوشگران حيات را به خود مشغول ساخت: آيا تنها سياراتي که به دور ستارههاي رشته اصلي در گردشند سيارات قابل سکونت محسوب ميشوند يا ساير گونههاي ستارهاي مانند کوتولههاي قرمز يا حتي غولهاي قرمز نيز ميتوانند چنين شرايطي را براي سيارات خود به وجود بياورند؟
ستارههاي کوتوله قرمز که به وفور در جهان يافت ميشوند حدود 50 برابر کم فروغتر از خورشيدند و جرم آنها تقريبا يک پنجاهم جرم خورشيد است. نگاهي اجمالي به دسته بندي ستارگاني که تا کنون در جهان کشف شدهاند نشان ميدهد حدود 85 درصد کل ستارگان جهان را کوتولههاي قرمز تشکيل ميدهند.
اين ستارگان به دليل جرم و درخشندگي پايين خود اصلا در زمره ميزبانان احتمالي سياراتي با امکان پيدايش حيات به حساب نميآمدند. يکي از مهمترين دلايل اين امر آن است که کمربند حيات در چنين منظومههايي بايد بسيار نزديک به ستاره مادر باشد تا سيارهاي که در اين ناحيه قرار ميگيرد بتواند ميزان مناسب حرارت و انرژي را براي حفظ حيات بر روي خود دريافت کند.

شکل 4 – اين تصوير خيالي سيارهاي مشتريگون مانند آپسيلون آندرومدا بي (Upsilon Andromeda b) که در قفل مداري ستاره خود قرار گرفته را نشان ميدهد. (عكس از ناسا)
از سوي ديگر، يک سياره در صورتي که در چنين فاصله نزديکي از ستاره خود قرار گيرد، در تله گرانشي ستاره خود ميافتد و همواره يک روي آن به سمت ستاره است در حالي که روي ديگر هيچگاه حرارت مستقيم ستاره را دريافت نميکند. اين پديده که قفل مداري نام دارد هنگامي رخ ميدهد که به دليل فاصله کم دو کره سماوي با جرمهاي متفاوت از يکديگر و گرانش کره بزرگتر، طول حرکت وضعي جسم کوچکتر با مدت حرکت انتقالي آن به دور جسم ديگر برابر ميشود. درست مانند قمر زمين که به دليل قرار گرفتن در تله گرانشي سياره مادر، هميشه يک روي خود را به زمين مينماياند و ما هرگز قادر به ديدن نيمه ديگر ماه نيستيم.
در چنين شرايطي، دما در نيمي از سياره که همواره رو به ستاره مادر است به شدت زياد و در نيمه ديگر آن به شدت کم خواهد بود به گونهاي که حتي اگر اين سياره داراي آب هم باشد، حرارت ستاره در نيمي از آن موجب تبخير آب و در نيم ديگر سبب انجماد آن ميشود.

اما در سالهاي اخير، مدلهاي کامپيوتري نشان دادند که چنانچه چنين سيارهاي داراي جوي با ضخامت مناسبي باشد، حرارت دريافتي از ستاره کوتوله قرمز ميتواند از سمتي که رو به ستاره دارد به سمت ديگر منتقل و موجب متعادل شدن حرارت کل سياره شود.

اين يافته نيز بار ديگر بر تعداد اجرام و منظومههايي که ميتوانند از لحاظ ايجاد و پيدايش حيات مورد بررسي قرار گيرند افزود و اين بار ستارگان کوتوله قرمز که همانطور که پيشتر اشاره شد بخش عمدهاي از ستارگان جهان را به خود اختصاص دادهاند مورد توجه جستجوگران حيات قرار گرفتند.
از آن پس، هر روز بر تعداد اخترشناساني که معتقد بودند جستجو به دنبال حيات فرامنظومهاي نبايد به ستارگان رشته اصلي محدود شود رو به افزايش گذاشت تا اينکه سياراتي که به دور غولهاي قرمز ميگردند نيز مورد توجه قرار گرفتند.

غول قرمز ستارهاي است با قطري معادل 10 تا 100 برابر قطر خورشيد که پيشتر خود در زمره ستارگان رشته اصلي قرار داشته، بدان معنا که در مرکز آن همجوشي هستهاي به وقوع ميپيوسته است. سرانجام با اتمام ذخيره هيدروژن در مرکز چنين ستارگاني و فشردهتر شدن آنها، همجوشي هستهاي اتمهاي هيدروژن در لايهاي اطراف هسته آغاز شده، در اثر برهم خوردن تعادل ميان لايههاي گازي، ستاره شروع به انبساط ميکند که در آن هنگام غول قرمز ناميده ميشود. گرچه مرکز چنين ستارگاني بسيار فشرده و داراي دماي بالايي است، اما لايههاي خارجي آنها در اثر انبساط دچار کاهش نسبي دما ميشوند.
چنين سرنوشتي حدود 5 ميليارد سال آينده در انتظار خورشيد ما نيز هست. تک ستاره ما در آن هنگام به قدري بزرگ ميشود که سيارات داخلي منظومه شمسي يعني عطارد و زهره را ميبلعد و تا نزديکي زمين پيشروي ميکند.

شکل 5 - اين تصوير خيالي، کره زمين در مجاورت خورشيدي که به غول قرمز تبديل شده را در حال تبخير نشان ميدهد، اتفاقي که چندان هم دور از انتظار به نظر نميرسد!

در حال حاضر، يکي از موضوعاتي که ذهن اخترشناسان را به خود مشغول داشته، امکان وجود حيات بر سياراتي است که به دور غولهاي قرمز ميگردند. بر اساس مطالعات اوليه، به نظر ميرسد چنين مسالهاي زياد هم دور از واقعيت نيست، هر چند کمربند حيات يک منظومه با افزايش قطر ستاره و تغيير درخشش و دماي سطحي آن به نقطهاي دورتر نقل مکان ميکند. به عنوان نمونه، 2 ميليارد سال ديگر، زمين به دليل تغييراتي که در دما و درخشندگي خورشيد ايجاد خواهد شد، از کمربند حيات کنوني منظومه شمسي خارج ميشود.
کمربند حيات ستارگان غول قرمز در فاصله 1000 تا 3000 ميليون کيلومتري آنها قرار دارد، در حالي که کمربند حيات ستارهاي مانند خورشيد که يک ستاره معمولي از دسته ستارگان رشته اصلي محسوب ميشود، به ناحيهاي در فاصله 140 تا 240 ميليون کيلومتري آن که تنها دربرگيرنده مدار زمين و مريخ است، اطلاق ميشود.
کشف سيارات فراخورشيدي در اطراف ستارگان رشته اصلي بسيار سادهتر از رديابي سيارهاي در اطراف يک غول قرمز است، چراکه گرچه کمربند حيات ستارگان رشته اصلي در فاصله نزديکتري از ستاره خود قرار دارد، اما با توجه به اينکه درخشندگي سطحي غولهاي قرمز عموما هزاران برابر بيشتر از ستارگان رشته اصلي است، سياراتي که به دور آنها ميگردند غالبا در نور ستاره مادر به سادگي قابل رصد نيستند. به عنوان نمونه، هنگامي که خورشيد تبديل به يک غول قرمز شود، قطر آن حدودا 100 برابر، اما درخشندگي سطحي ستاره ما به بيش از 1000 برابر درخشندگي فعلي خود خواهد رسيد.
بررسي امکان وجود و دوام حيات در اطراف چنين ستارگاني باز هم دايره جستجو به دنبال حيات را گستردهتر کرد. از سوي ديگر، از زمان کشف نخستين سياره فراخورشيدي در سال 1990 تا کنون، سيارات متعددي خارج از منظومه شمسي کشف شدهاند که از نظر ساختار و همچنين منظومهاي که در آن قرار گرفتهاند با يکديگر بسيار متفاوتند.
با وجود تنوع زيادي که در سيارات فراخورشيدي تا کنون مشاهده شده، دانشمندان بيشتر به دنبال سياراتي هستند که از نظر ساختار، دما و ساير مشخصات تا حدي شبيه زمين باشند. براي اين امر پاسخ به اين سوال که آيا منظومه شمسي، منظومهاي منحصر به فرد است يا خير مسالهاي است که مدتهاست ذهن منجمان را به خود مشغول کرده است.

سياره 51پگاسيبي نخستين سيارهاي بود که به دور ستارهاي مانند خورشيد کشف شد. کشف اين سياره گازي که به سال 1995 بازميگردد، سرآغازي بود براي جستجو به دنبال سيارات فراخورشيدي که در اطراف ستارگان رشته اصلي در گردشند. علت نامگذاري اين سياره به 51پگاسيبي، کشف آن در صورت فلکي اسب بالدار يا پگاسوس بوده است.

نزديکترين سياره فراخورشيدي به زمين که تاکنون کشف شده، سياره اپسيلوناريدانيبي است. اين سياره که به دور ستارهاي خورشيدمانند و در فاصله تنها 5/10 سال نوري از زمين قرار دارد، آنقدر از ستاره خود فاصله دارد که احتمال وجود آب مايع بر سطح آن تقريبا منتفي است.

شکل 6 - تصوير خيالي اپسيلوناريدانيبي؛ سياره جواني که تنها 5/10 سال نوري با ما فاصله دارد (عکس از ناسا)

جوانترين سياره فراخورشيدي که تاکنون کشف شده است، کمتر از يک ميليون سال عمر دارد و به دور ستارهاي با نام کاکو تائو 4 در فاصله 420 سال نوري از زمين در حال گردش است. منجمان در هنگام بررسي حلقهاي از غبار در اطراف اين ستاره، متوجه يک حفره عظيم حلقهمانند به دور آن شدند که قطر آن 10 برابر فاصله زمين تا خورشيد بود و احتمالا به دليل نيروي گرانش سياره که موجب پراکندگي ذرات غبار در طي مسير خود شده، به وجود آمده است.

مسنترين سيارهاي که تاکنون کشف شده، 7/12 ميليارد سال عمر دارد. اين سياره که قدمت آن 8 ميليارد سال از زمين بيشتر است تنها 1 ميليارد سال پس از پيدايش جهان و انفجار مهيبي که به مهبانگ معروف است شکل گرفته است. کشف اين سياره که پياسآربی1620-26سی ناميده شد، از آن جهت حائز اهميت بود که نشان داد حيات ميتواند بسيار زودتر از آنچه پيشتر تصور ميشد در نقطهاي از جهان به وجود آمده باشد.

سياره تيآراِياس-4 با قطري معادل 7/1 برابر قطر مشتري (20 برابر قطر زمين)، بزرگترين سيارهاي است که تاکنون کشف شده است. منجمان قطر اين سياره را هنگامي که در حال عبور از جلوي ستاره خود به نام جياسسي 00648-02620 بود، محاسبه کردند. چگالي متوسط اين سياره غولآسا به طرز عجيبي پايين و معادل 2/0 گرم بر سانتيمترمکعب است. مدت حرکت انتقالي اين سياره که در فاصله 1400 سال نوري از زمين قرار دارد، تنها 5/3 روز است.
ستارهاي که اين سياره به دور آن کشف شده در مرحله گذار از يک ستاره رشته اصلي به غول قرمز و با عمري حدود 5 تا 7 ميليارد سال است. گرچه سن اين ستاره تقريبا معادل سن خورشيد (5/4 ميليارد سال) است، اما از آنجا که جرم اين ستاره بسيار بزرگتر از جرم خورشيد بوده، با سرعت دو برابر خورشيد سوخت خود را به پايان رسانده و در حال تبديل شدن به غول قرمز تا يک ميليارد سال آينده است. در آن زمان، سياره تي آر اي اس-4 به واسطه فاصله کمي که تا ستاره خود دارد به طور کامل توسط ستاره مادر بلعيده خواهد شد.

سياره اُجيالاي-2005- بيالجي-390 البي کوچکترين سياره فراخورشيدي که تاکنون کشف شده، جرمي حدود 5/5 برابر زمين دارد و به دور ستاره کوتوله قرمزي که فاصله آن تا زمين 28000 سال نوري است، ميگردد. گرچه پيش از اين سياراتي در ابعاد کره زمين خارج از منظومه شمسي کشف شده بودند، اما تمامي آنها به دور ستارگان نوتروني پيدا شدند و بدين سبب شرايط ايجاد حيات را نداشتند.

فاصله ميان اين کوتوله قرمز با سياره خاکي خود که از نظر ساختار يکي از شبيهترين سيارات فراخورشيدي به زمين محسوب ميشود، 5/2 برابر فاصله زمين تا خورشيد است. اين در حالي است که اغلب سيارات فراخورشيدي که تاکنون کشف شدهاند در فاصلهاي معادل فاصله عطارد تا خورشيد از ستاره خود قرار گرفتهاند. دماي پايين اين سياره که حدود 220- درجه سانتيگراد تخمين زده ميشود امکان پيدايش و رشد حيات به گونهاي که ما در زمين با آن روبهرو هستيم را به حداقل ميرساند.

شکل 7 - سياره اُجيالاي-2005-بيالجي-390البي و ستاره کوتوله قرمزي که اين سياره به دور آن کشف شد (عکس از ESO)

سرعت بالاي سويپس-10 که در فاصله تقريبي 1،200،000 کيلومتري از ستاره خود کشف شده، اين سياره را ملقب به سريعترين سياره فراخورشيدي کرده است. يک شبانه روز در اين سياره بادپا تنها 10 ساعت است. به همين دليل، سويپس-10 در زمره سياراتي با دوره تناوبي بسيار کوتاه موسوم به USPPs طبقه بندي شده است.

شکل 8 - تصاويري که تلسکوپ فضايي هابل از سياره فراخورشيدي اچدي209458بي (HD 209458b) تهيه کرده، نشانگر لايههاي ضخيم جو در اطراف آن است. (عکس از ASA, ESA, STScI) سيارات فراخورشيدياي كه تاكنون كشف شدهاند، هريك داراي ويژگيهاي منحصر بهفرد و غالبا عجيبي هستند. اما يكي از عجيبترين اكتشافات سيارات فراخورشيدي، سيارهاي است كه در سپتامبر 2004 ميلادي به دور يك كوتوله قهوهاي كشف شد.

كوتولههاي قهوهاي ستارگاني كم فروغ با دماي سطحي كم هستند كه چگالي نسبتاً پايين آنها مانع از همجوشي هستهاي در مركز آنها شده است. اين سياره كه 2 ام 1207 بي نام گرفت، در فاصله تقريبي 100 واحد نجومي (هر واحد نجومي فاصله متوسط زمين تا خورشيد معادل 150 ميليون كيلومتر) از ستاره خود قرار گرفته است.

جرم اين سياره 5 برابر سياره مشتري - بزرگترين سياره منظومه شمسي - و تنها 5 برابر كمتر از ستاره ميزبان خود بود در حالي كه بيشتر سياراتي كه تاكنون كشف شدهاند از نظر جرم با ستاره خود در نسبت 1:1000 هستند.

دماي اين سياره جوان كه تقريبا 8 ميليون سال از زمان پيدايش آن ميگذرد، در حال حاضر حدود 1000 درجه سانتيگراد تخمين زده ميشود.

نشانههايي از وجود آب در جو اين سياره و تغييرات درخشندگي آن كه ميتواند دليل وجود ابرها باشد، منجمان را به بررسي بيشتر اين سياره مرموز ترغيب ساخته است. از سوي ديگر، فاصله زياد ميان اين سياره با ستاره خود و همچنين نسبت پايين جرم اين دو، نظريه سحابي خورشيدي را كه در حال حاضر قويترين نظريه پيدايش سيارات است با مشكل مواجه كرده است.

نخستين فرضيات در مورد چگونگي پيدايش سيارات ريشه در افسانهها و داستانهاي قومي و قبيلهاي در ساليان ماقبل تاريخ دارد. بهعلاوه، تقريبا تمامي اديان و آيينهاي مذهبي نيز اشاراتي به نحوه خلقت آسمانها و زمين داشتهاند. اما قرنها بعد، رياضيدانان و منجماني همچون کوپرنيک، گاليله و کپلر نخستين افرادي بودند که به جستجو در مورد دلايل علمي پديدههاي طبيعي از جمله حرکت اجرام سماوي پرداختند.
نخستين فرضيه علمي در مورد منشا پيدايش زمين توسط فيلسوف و رياضيدان فرانسوي، رنه دکارت (1650-1596 م) ارائه شد. اما از آنجا که در زمان دکارت هنوز نيوتون و نظريه گرانش وي پا به عرصه وجود نگذاشته بودند، وي در ارائه فرضيه خود هيچ جايي براي نيروي گرانش به عنوان يکي از عوامل اصلي پيدايش سيارات نگذاشته بود. دکارت معتقد بود نيرو از طريق تماس اجسام با يکديگر از جسمي به جسم ديگر منتقل ميشود و جهان از ذراتي که مانند گردابي در حال چرخش هستند تشکيل شده است.
دکارت در فرضيه خود که در سال 1644 ميلادي ارائه کرد عنوان داشت خورشيد و سيارات در اثر انقباض و تراکم يکي از همين گردابها که به طور طبيعي در جهان وجود دارند، تشکيل شدهاند. درست يک قرن بعد و در سال 1745، دانشمند فرانسوي، جرج لوييس د. بوفون (1788-1707) فرضيه ديگري را مطرح کرد که بر اساس آن سيارات به دنبال تصادم ستارهاي که از نزديکي خورشيد عبور ميکرد با آن به وجود آمدهاند. وي معتقد بود اين برخورد سهمگين آسماني موجب جدا شدن تکههاي گازي از هر دو ستاره و تشکيل سيارات در منظومه خورشيدي شده که سپس هر يک در مدارهايي به دور خورشيد قرار گرفتند.
طي دو قرن بعد، اين فرضيه هر چند سال يک بار توسط دانشمندان زمان طرح ميشد و به تناوب مورد تاييد قرار ميگرفت يا به کلي مردود ميگشت. اما فرضيه بوفون مشکلات فراواني داشت: اندازه ستارگان در مقايسه با فواصل ميان آنها بسيار ناچيز است و بنابراين تصادم آنها با يکديگر امري بسيار نادر است. بر اساس مطالعات کيهانشناسان، از هنگام شکلگيري کهکشان ما در بيش از 10 ميليارد سال پيش تا کنون، تعداد ستارگاني که با يکديگر برخورد کردهاند شايد از تعداد انگشتان يک دست نيز کمتر باشد. از سوي ديگر، ذرات گاز و غباري که بر اساس نظريه بوفون در اين تصادم از خورشيد و ستاره مهاجم جدا شده بودند آنقدر داغ و با حرارت بالا بودند که امکان تراکم آنها و تشکيل سيارات را به حداقل ميرساند. با همه اين اوصاف، اگر هم سيارات ميتوانستند بر اساس اين فرضيه تشکيل شوند، هرگز نميتوانستند در مدارهاي پايداري به دور خورشيد قرار گيرند.
فرضياتي که توسط دکارت و بوفون ارائه شدند، دو تفاوت عمده با يکديگر دارند و آن ماهيت آنهاست. فرضيه دکارت، فرضيهاي تکاملي است که در آن خورشيد و سيارات به تدريج و در فرايندي تکاملي به وجود آمدهاند. اگر فرضيه وي صحيح باشد، ستارگاني که در اطراف آنها سياراتي وجود دارند بايد در جهان به وفور يافت شوند. از طرف ديگر، فرضيه ارائه شده توسط بوفون اتفاقي است که بر اساس آن سيارات به طور تصادفي و در اثر يک اتفاق به وجود ميآيند. بنابر اين فرضيه، منظومههاي خورشيدي بايد بسيار نادر باشند.
گرچه فرضيههاي دکارت و بوفون امروزه مردود اعلام شدهاند، اما زحمات اين دو دانشمند در معطوف ساختن افکار ساير دانشمندان به چگونگي پيدايش سيارات را نبايد ناديده گرفت.
نظرياتي که در حال حاضر در مورد پيدايش سيارات مورد قبول دانشمندان هستند گرچه با دو فرضيه فوق بسيار متفاوتند اما ميتوان گفت تا حدي تلفيقي از اين دو فرضيهاند چرا که غالبا نظرياتي تکاملي همراه با وقوع وقايعي تصادفي و نادر هستند.
ريشههاي نظريه کنوني پيدايش سيارات که در ادامه به آن ميپردازيم را بايد نتيجه تحقيقات منجم و رياضيدان فرانسوي، پير سيمون د.لاپلاس دانست. در سال 1796 وي با تلفيق فرضيه دکارت و قوانين گرانش نيوتون موفق به ارائه مدلي شد که بر اساس آن ابري از ماده در حال چرخش که بر روي نيروي گرانش خود در حال تراکم و مسطح شدن به شکل قرصي از گاز بود را به تصوير کشيد و به اين ترتيب پايههاي نظريه کنوني را بنا نهاد.
در مدلي که لاپلاس از پيدايش سيارات ارائه کرده بود، بنابر اصل پايداري اندازه حرکت زاويهاي، هرچه اين قرص چرخان گازي کوچکتر ميشود، سرعت چرخش آن بيشتر ميشود. وي معتقد بود هنگامي که اين قرص چرخان به بيشترين سرعت خود ميرسد، شروع به برونپاشي لايههاي خارجي خود ميکند که اين لايهها سرانجام تشکيل حلقههايي از ماده ميدهند. اين فرايند آنقدر ادامه مييابد که حلقههاي متعددي در فواصل مختلف تشکيل ميشوند و در نهايت با متراکم شدن مواد تشکيل دهنده آن حلقهها، سياراتي تشکيل ميشوند که همگي به دور خورشيدي که در مرکز اين قرص گازي متولد شده است، در حال چرخشند. اين مدل که به نظريه سحابي مشهور است بعدها با اندک تغييراتي مورد قبول اکثر دانشمندان قرار گرفت.
يکي از اشکالات عمده مدل لاپلاس اين بود که خورشيد به عنوان مرکز ابري که موجب تشکيل آن و سيارات اطرافش شد داراي بيشترين اندازه حرکت زاويهاي بود، حال آنکه بعدها و پس از مطالعه اوليه سيارات و خورشيد، دانشمندان دريافتند سيارات منظومه شمسي بيشترين اندازه حرکت زاويهاي منظومه را دارا هستند. از آنجا که فرضيه سحابي لاپلاس در توجيه مشکل اندازه حرکت زاويهاي اجرام منظومه شمسي با شکست رو به رو شد، توجه دانشمندان در طي يک قرن پس از آن مجددا به نظريه بوفون معطوف شد.

امروزه ميدانيم عناصر سنگيني که جهان ما از آنها ساخته شده در دل ستارهها به وجود ميآيند. از سوي ديگر آخرين نظريه علمي که مورد قبول اغلب اخترشناسان نيز هست، پيدايش سيارات را نتيجه فرايندهاي گرانشي هنگام تولد ستارگان ميداند. بر اساس اين نظريه، که نظريه سحابي خورشيدي ناميده ميشود، سيارات از قرصي از گاز و غبار که در اطراف ستارهاي در حال تولد به وجود ميآيد، پديد ميآيند.
هنگامي که ذرات گاز و غبار ميانستارهاي در مکانهايي از کهکشان، مانند بازوهاي کهکشانهاي مارپيچي از جمله کهکشان راه شيري، در اثر نيروي گرانش متراکم ميشوند، ستارهاي در مرکز اين ابر متولد ميشود. اين ستاره در تمام مراحل تکامل خود توسط ابري از غبار احاطه شده که چرخش ذرات موجود در آن سبب ميشود قرصي چرخان از غبار در اطراف ستاره در حال تولد تشکيل شود. سرانجام فشار لايههاي مختلف گازي ستاره سبب بالا رفتن دماي مرکز آن و آغاز همجوشي هستهاي شده، دماي سطحي ستاره به سرعت بالا ميرود. اين امر سبب ميشود لايههاي غبار که در اطراف ستاره قرصي چرخان تشکيل داده بودند توسط جريان فوتونهاي پر انرژي که موفق به فرار از سطح ستاره شده بودند پراکنده شوند.
بر اساس نظريه سحابي خورشيدي، سيارات درون همين قرص چرخان در اطراف ستارگان جوان به وجود ميآيند. مشاهداتي که در طول موجهاي مختلف به خصوص طول موج فروسرخ انجام گرفته نيز نشان ميدهند ستارگان جوان پس از آغاز همجوشي هستهاي در مرکز خود با سرعتي حدود 200 کيلومتر بر ثانيه اين قرصهاي چرخان را از خود رانده، به اطراف پراکنده ميکنند. فناوري جديد حتي به دانشمندان امکان مشاهده و عکسبرداري از قرصهاي چرخان غبار در اطراف ستارگان در حال تولد را ميدهد.
منظومه شمسي ما نيز به احتمال فراوان در چنين فرايندي به وجود آمده است. هنگامي که خورشيد در اثر تراکم غبار ميانستارهاي به وجود آمد و فرايند همجوشي هستهاي خود را حدود 7/4 ميليارد سال پيش آغاز کرد، فوران فوتونها و ذرات باردار از سطح آن توسط بادهاي خورشيدي سبب پراکنده شدن قرص غبار اطرافش شد. پس از پراکنده شدن اين قرص چرخان، آنچه باقي ماند مجموعهاي از کرات خاکي و گازي در مدارهايي به دور خورشيد بود که آنها را سياره ميناميم.

شکل 9 - مراحل مختلف تشکيل سيارات بر اساس نظريه سحابي خورشيدي
درست مانند نظريهاي که لاپلاس از پيدايش منظومه شمسي ارائه داده بود، نظريه سحابي خورشيدي نيز با اشکال بزرگي رو به رو است که آن پايين بودن سرعت حرکت زاويهاي خورشيد در مقايسه با سيارات است. براي درک چنين مساله به ظاهر نامتعارفي بايد بررسي کنيم چه چيز موجب کند شدن سرعت چرخش خورشيد شده است؟
مي دانيم خورشيد در هر ثانيه حدود 6/4 ميليون تن از جرم خود را به واسطه همجوشي هستهاي از دست ميدهد. اين ميزان جرم تبديل به انرژي شده که ما آن را به صورت نور و گرما احساس ميکنيم. بر اساس قانون پايداري اندازه حرکت زاويهاي، کاهش جرم يک جسم به معناي کند شدن سرعت حرکت زاويهاي آن است. بعلاوه، ميدان مغناطيسي قوي خورشيد تاثير بسزايي در کاهش سرعت چرخش آن دارد.
يکي از راههايي که از طريق آن ميتوان نظريه پيدايش سيارات منظومه شمسي در ابرهاي گازي اطراف خورشيد را تا حد زيادي اثبات کرد، بررسي شباهتهاي سيارات منظومه خورشيدي ما با يکديگر است - چرا که اگر تمامي سيارات از يک ابر غبار در اطراف خورشيد به وجود آمده باشند، به طور طبيعي بايد داراي ويژگيهاي مشترکي نيز باشند.

تمامي سيارات منظومه شمسي تقريبا در يک صفحه مداري به دور خورشيد ميگردند. به استثناي عطارد که صفحه مداري آن با صفحه مداري زمين يا دايرهالبروج زاويهاي معادل تقريبي ˚7 ميسازد، تمايل صفحات مداري ساير سيارات منظومه شمسي نسبت به صفحه مداري زمين، کمتر از ˚4/3 است. اين بدان معناست که اگر به منظومه شمسي از پهلو نگاه کنيم ظاهري شبيه به يک صفحه تخت دارد.

شکل 10 - سيارات منظومه خورشيدي ما تقريبا همه در يک صفحه مداري قرار گرفتهاند
زوايايي که محور گردش سيارات به دور خود با صفحه مدار زمين ميسازند نيز اختلاف چنداني با يکديگر ندارند. انحراف محور سيارات منظومه شمسي به اين صفحه کمتر از ˚30 است. انحراف محور خورشيد نيز نسبت به صفحه دايرهالبروج ˚25/7 است.
راستاي حرکت وضعي (گردش سياره به دور خود که موجب پيدايش شب و روز ميشود) و حرکت انتقالي (گردش سياره به دور خورشيد که سبب پيدايش سال ميشود) سيارات منظومه شمسي نيز ميتواند گواهي بر نظريه سحابي خورشيدي باشد. اگر از نقطهاي در بالاي قطب شمال زمين به سيارات بنگريم، تمامي سيارات در جهت خلاف عقربههاي ساعت به دور خورشيد در گردشند و به استثناي زهره و اورانوس، جهت حرکت وضعي ساير سيارات نيز عکس جهت عقربههاي ساعت است. برخي سيارهشناسان معتقدند علت اين ناهماهنگي در زهره و اورانوس ميتواند برخورد سهمگين يک جرم سماوي با اين دو سياره در سالهاي آغازين پيدايش منظومه شمسي باشد، گرچه صحت اين فرضيه هنوز به اثبات نرسيده است.
سه دليل فوق، يعني قرار گرفتن تمامي سيارات در يک صفحه مداري، راستاي چرخش آنها به دور خود (به استثناي زهره و اورانوس)، و جهت گردش آنها به دور خورشيد از مهمترين دلايلي هستند که نشان ميدهند منشا پيدايش تمامي سيارات منظومه شمسي يکسان و به نوعي مرتبط با پيدايش خورشيد بوده است. علاوه بر اين، دانشمندان به کمک محاسبه نيمه عمر مواد راديواکتيو موجود در زمين، ماه، مريخ و شهابسنگها دريافتند اجرام منظومه شمسي بين 3/4 تا 8/4 ميليارد سال عمر دارند که همزماني تولد آنها را نشان ميدهد. اين شباهتها و هماهنگي ميان اجزاي منظومه خورشيدي، مهمترين دليل اثبات نظريه سحابي خورشيدي است. علاوه بر اين، فناوري جديد تصاويري از ستارههاي در حال تولد شکار کرده است که ابري از غبار در حال تراکم را در اطراف آنها نشان ميدهد که محل تولد سيارات آن منظومه محسوب ميشود.

شکل 11 - دو تصوير در طول موجهاي مختلف که توسط تلسکوپ فضايي هابل از قرص گازي اطراف ستارهاي در حال تولد در سحابي خرچنگ در فاصله 1500 سال نوري از زمين گرفته شدهاست (عکس از ناسا)

چنانچه نظريه سحابي خورشيدي صحيح باشد، سيارات در جهان ما بايد به وفور يافت شوند، چرا که اغلب ستارگان در مرکز قرصهايي از غبار که محل تولد سيارات است، تشکيل ميشوند. کشف سيارات فراخورشيدي گامي مهم در اثبات اين نظريه تاکنون بوده است.
منبع: کد: www.isa.ir/enc

این صفحه را در گوگل محبوب کنید

[ارسال شده از: فان پاتوق]

[مشاهده در: www.funpatogh.com]

[تعداد بازديد از اين مطلب: 294]