یافتن سیارات فراخورشیدی به‌تدریج از دانشی که هدف آن جست‌وجوی سیارات جدید عجیب و غریب است، به دانشی تبدیل می‌شود که می‌کوشد از خود این سیارات درک بهتری پیدا کند و از ویژگی‌های آن‌ها اطلاعاتی به دست آورد.

اخترزیست‌شناسان به طور ‌ویژه به سیاراتی که ممکن است میزبان حیات باشند، علاقه‌مندند. یکی از ویژگی‌های مهم در جریان این جست‌وجوها، وجود آب مایع است که برای حیات روی هر سیاره‌ای ضروری است. از این رو اخترزیست‌شناسان بر یافتن سیارات دیگر در ناحیه پیرامون ستارگان که ممکن است در آن‌ها آب مایع وجود داشته باشد، یعنی به اصطلاح ناحیه زیست‌پذیر، تمرکز کرده‌اند و ده‌ها گزینه یافته‌اند که طبیعتا به موازات قدرتمندتر شدن رصدخانه‌ها، تعداد آن‌ها بیشتر هم خواهد شد.

با این حال ستاره‌شناسان نمی‌توانند همه این سیارات را با جزئیات بررسی کنند، چرا که زمان لازم برای رصد هر یک از آن‌ها بسیار طولانی است. حال این پرسش پیش می‌آید که چگونه می‌توان آن دسته از سیارات فراخورشیدی را که در آن‌ها بخت یافتن حیات وجود دارد، شناسایی کرد؟

ردپای اکسیژن

به گزارش تارنمای آسترونومی، کاساندرا هال و همکارانش در دانشگاه جورجیا که روی روش‌های یافتن حیات بر سیارات فراخورشیدی کار می‌کنند، برای حل این معمای دیرینه کلید جدیدی پیدا کرده‌اند. به گفته آن‌ها، حیات به انرژی نیاز دارد تا با محیط بی‌جان اطراف خود تفاوت داشته باشد. این منبع انرژی تقریبا برای تمام زیست‌توده روی زمین فتوسنتز اکسیژنی است.

به همین دلیل، هال و همکاران او می‌گویند منطقی خواهد بود اگر جست‌وجو را فقط به سیاراتی محدود کنیم که می‌توانند میزبان این نوع فتوسنتز باشند. بنا بر محاسبه آنان، این معیار جدید گستره پیرامون یک ستاره را که باید در آن‌ها به دنبال سیارات فراخورشیدی بگردیم، محدود می‌کند و چنین چیزی زمان بررسی و بخت یافتن چنین سیاراتی را به میزان قابل‌توجهی کاهش می‌دهد. این پژوهشگران به شناسایی تعداد انگشت‌شماری از گزینه‌های موجود از این سیارات می‌پردازند که در آن‌ها، مانند زمین، شرایط برای فتوسنتز فراهم است. به گفته آن‌ها، این نواحی از گیتی درست همان‌جاهایی به شمار می‌روند که باید برای جست‌وجو به دنبال حیات بر آن‌ها تمرکز کنیم.

فتوسنتز نور ستارگان را به شکل انرژی شیمیایی ذخیره می‌کند. در زمین، این واکنشی است که انرژی خود را از خورشید می‌گیرد و دی‌اکسید کربن و آب را به گلوکز و اکسیژن تبدیل می‌کند و گیاهان نیز از این گلوکز برای تامین انرژی فرایندهای حیاتی استفاده می‌کنند.

فتوسنتز نه تنها به دما، بلکه به شدت و طیف نور موجود وابسته است و از سوی دیگر به آب هم نیاز دارد. از این رو هال و همکارانش با در نظر گرفتن عواملی نظیر فاصله سیاره از ستاره مادر، طیف نور ستاره و اینکه آیا گازهای جو سیاره فراخورشیدی جلو نور لازم را می‌گیرد یا نه، شرایط را در سایر سیارات مدل‌سازی می‌کنند تا ببینند آیا آن‌ها می‌توانند میزبان فتوسنتز باشند یا خیر.

همه این‌ها سبب می‌شود که ناحیه زیست‌پذیر فتوسنتزی بسیار محدودتر از ناحیه زیست‌پذیر معمولی باشدــ فقط تعداد انگشت‌شماری از سیارات این معیارها را براورده می‌کنند.

این موضوع برای محدوده سیاراتی که ستاره‌شناسان تاکنون یافته‌اند پیامدهای مهمی به دنبال دارد. ستارگان کوتوله سرخ میزبان بسیاری از سیارات فراخورشیدی‌اند که داخل ناحیه زیست‌پذیر یافت می‌شوند. دلیل این مسئله می‌تواند این باشد که این سیارات را به کمک روش‌‌های موجود، راحت‌تر می‌توان در اطراف این نوع ستاره‌ها مشاهده کرد.

علت آن‌ هم می‌تواند این باشد که جرم چنین سیارات فراخورشیدی کم است و از این رو این سیارات اغلب با سرعت و در مدارهای نزدیک به دور ستاره خود می‌چرخند که چنین چیزی تشخیص آن‌ها را آسان‌تر می‌کند. در چنین حالتی، در سیاراتی که به دور ستاره‌های مادر خود در گردش‌اند، به احتمال زیاد، پدیده قفل کشندی مشاهده می‌شود. پدیده قفل کشندی پدیده‌ای است که بر اساس آن، شبیه به گردش ماه به دور زمین که همواره فقط یک روی ماه را می‌بینیم، همیشه فقط یک روی سیاره به سمت ستاره خود است.

این موضوع به بحث‌های داغی در مورد اینکه آیا این اجرام آسمانی اساسا می‌توانند میزبان حیات باشند یا نه دامن زده است. چرا که آب مایع می‌تواند تنها در بخش کوچکی از این نواحی وجود داشته باشد. به گفته پژوهشگران، تا جایی که به ناحیه زیست‌پذیر فتوسنتزی مربوط می‌شود، چنین بحثی محلی از اعراب ندارد؛ چرا که اصولا ناحیه زیست‌پذیر فتوسنتزی بسیار دورتر از ناحیه قفل کشندی قرار دارد.

مسئله ستاره‌های کوتوله سرخ

از این رو با این معیار می‌توان اکثر سیارات اطراف ستارگان کوتوله‌ سرخ را از لیست جست‌وجو خط زد. این کار به طور خاص، چهار سیاره در ناحیه زیست‌پذیر پیرامون یک ستاره نزدیک به نام تراپیست ۱ را کنار می‌گذارد. مجموعه سیارات تراپیست از نزدیک‌ترین سیارات فراخورشیدی به زمین به شمار می‌روند و به همین دلیل، توجه زیادی را به خود جلب کرده‌اند. اما با توجه به قرار گرفتنشان در قفل گرانشی، احتمالا کنار گذاشته می‌شوند.

با تمام این تفاسیر، هال و همکاران او پنج سیاره را شناسایی کرده‌اند که همواره در ناحیه زیست‌پذیرفتوسنتزی از ستاره خود قرار دارند؛ سیارات فراخورشیدی مانند کپلر ۴۵۲بی، کپلر ۱۶۳۸بی، کپلر ۱۵۴۴بی، کپلر ۶۲ ای و کپلر ۶۲ اف.

به عنوان مثال، شعاع سیاره فراخورشیدی کپلر ۴۵۲بی، چیزی حدود ۵۰ درصد از شعاع زمین بزرگ‌تر است و هر ۳۸۵ روز یک بار به دور ستاره‌ای خورشیدمانند می‌گردد. در نبود اثر گلخانه‌ای، دمای سطح آن باید به طور متوسط منفی ۸ درجه سانتی‌گراد باشد. از این رو، وجود هر نوع اثر گلخانه‌ای ولو اندک نیز وجود آب مایع را امکان‌پذیر می‌کند.

این باعث می‌شود که این سیاره در ناحیه زیست‌پذیر و به طور دقیق‌تر، با معیار کنونی در ناحیه ‌زیست‌پذیر فتوسنتزی قرار داشته باشد.

هال و همکاران او بر این باورند که سیاره فراخورشیدی کپلر ۴۵۲بی و چند سیاره دیگر نظیر آن، از بهترین اهداف جست‌وجو برای تحقیقات آینده به شمار می‌روند. این پژوهشگران پیشنهاد می‌کنند که جست‌وجو در پی یافتن نشانه‌های حیات در گیتی باید از این سیارات فراخورشیدی که آن‌ها شناسایی کرده‌اند، آغاز شود.