احتمال وجود ۱۰ میلیارد سیاره شبیه زمین در کهکشان راه شیری

MacTavish · 27/8/19

پژوهشگران می‌گویند بین ۵ تا ۱۰ میلیارد از سیارات موجود در کهکشان راه شیری ازنظر ابعاد و مدار گردش به‌ دور ستارگان خود، شرایطی مشابه با زمین دارند.

«کهکشان ما می‌‌تواند آکنده از سیاراتی پرآب با اقلیمی گرم و مناسب باشد». این نتیجه‌‌ی پژوهش تازه‌‌‌ی پژوهشگران دانشگاه پن‌‌استیت است که با استناد به داده‌‌های حاصل از تلسکوپ کپلر ناسا، تعداد سیارات شبیه به زمین را در کهکشان راه شیری برآورد کرده‌اند. نتایج پژوهش اخیر که در ژورنال The Astronomical منتشر شده، برآورد می‌کند در ازای هر چهار ستاره‌‌ای مانند خورشید، یک سیاره با شرایطی مشابه با زمین وجود دارد. با این حساب، می‌‌توان گفت تنها در کهکشان راه شیری، بیش از ۱۰ میلیارد سیاره‌ی مشابه زمین وجود دارد. چنین برآوردی می‌‌تواند گامی مهم برای پژوهش‌‌های حیات فرازمینی باشد؛ چراکه هرگونه حیات احتمالی در سیارات دیگر باید در محیطی با شرایط گرمایی مشابه زمین شکل بگیرد؛ محیطی آن‌‌قدر گرم که بتوان وجود آب را به‌‌شکل مایع در آن متصور شد.

داشتن درکی بهتر از آمار احتمالی تعداد سیارات مشابه زمین، می‌‌تواند اهمیت فراوانی برای پیشبرد پروژه‌‌هایی نظیر تلسکوپ نقشه‌‌برداری میدان‌باز فروسرخ (WFIRST) داشته باشد؛ تلسکوپی که قرار است تا اواسط دهه‌‌ی ۲۰۲۰ به فضا پرتاب شود و نشانه‌‌های وجود آب و اکسیژن را در سیارات دوردست جست‌‌وجو کند. اریک فورد، استاد اخترفیزیک و از نویسندگان مطالعه‌‌ی یادشده می‌‌گوید:

اگر بدانیم کی و کجا باید جست‌وجو کنیم، دستاورد بسیار بیشتری از این سرمایه‌‌گذاری در انتظارمان خواهد بود.

تیم پژوهشی فورد هر سیاره با ابعادی بین سه‌‌چهارم تا ۱.۵ برابر زمین را که هر ۲۳۷ تا ۵۰۰ روز به‌‌دور ستاره‌‌ی خود بچرخد، به‌‌عنوان سیاره‌‌ی مشابه زمین تعریف می‌‌کند. فورد می‌‌گوید این شرایط می‌تواند «محدوده‌‌‌‌ی مسکونی» تعریف شود؛ یعنی میزان فاصله‌‌ی مداری لازم برای آن که امکان تشکیل آب مایع روی سطح سیاره فراهم شود. او می‌‌افزاید:

این اطلاعات برای ستاره‌‌شناسانی که درصدد طراحی رصدخانه‌‌ای بزرگ در آینده باشند، می‌‌تواند به‌‌عنوان بخشی از فرایند برنامه‌‌ریزی تلقی شود.

۵ تا ۱۰ میلیارد سیاره شبیه زمین
همان‌‌طورکه پیش‌‌تر نیز اشاره شد، مبنای محاسبات پژوهشگران داده‌‌های تلسکوپ فضایی کپلر ناسا بوده است. این تلسکوپ که در سال ۲۰۰۹ به فضا پرتاب شد، از روش ترانزیت برای یافتن جهان‌‌های خارج از منظومه‌‌ی شمسی استفاده می‌‌کند. بدین‌‌ترتیب که تلسکوپ ۵۳۰ هزار ستاره را به‌‌دقت زیرنظر می‌‌گیرد تا کوچک‌ترین افت در میزان روشنایی آن‌‌ها را رصد کند که می‌‌تواند درنتیجه‌‌ی گذر یک سیاره از مقابل ستاره باشد. این ابتکار توانست درک ما را از کهکشان راه شیری به‌‌کلی متحول کند. تلسکوپ کپلر بیش از ۲,۶۰۰ سیاره‌‌ی خارجی را رصد کرد؛ کشفی که نشان داد تعداد سیارات موجود در کهکشان راه شیری بیشتر از ستارگان آن است و به پژوهشگران دیدگاه تازه‌‌ای درباره‌ی تنوع سیارات بخشید.

سال گذشته، کپلر پس از اتمام سوخت به کار خود پایان داد و مسئولیت جست‌‌وجوی سیارات را به ماهواره‌ی نقشه‌‌بردار فراخوشیدی گذران (TESS) واگذار کرد؛ ماهواره‌‌ای که در آوریل ۲۰۱۸ به‌عنوان بخشی از برنامه‌های اکتشافی ناسا به فضا پرتاب شد. درمجموع، نتایج حاصل از کاوش‌‌های تلسکوپ کپلر نشان داد حدود ۲۰ تا ۵۰ درصد از ستارگانی که با چشم غیرمسلح در آسمان شب می‌‌بینیم، می‌‌توانند سیاراتی مشابه زمین در محدوده‌‌ی مسکونی خود داشته باشند.

۲۰ تا ۵۰ درصد از ستارگانی که با چشم غیرمسلح در آسمان شب می‌‌بینیم، می‌‌توانند سیاراتی مشابه زمین در محدوده‌‌ی مسکونی خود داشته باشند
با‌این‌حال، تیم پژوهشی فورد نمی‌‌خواست برای تخمین تعداد سیارات مشابه زمین در کهکشان شیری، تنها به داده‌‌های تلسکوپ کپلر اکتفا کند. دلیل این قضیه به این بازمی‌‌گردد که روش ترانزیت فقط برای شناسایی سیاراتی کاربرد دارد که در مداری نزدیک به ستارگان خود حرکت کنند و آن‌قدر بزرگ باشند که بتوانند مسیر تابش نور دریافتی از آن‌ها را سد کنند.

چنین روشی نمی‌‌تواند برای رصد سیاراتی کوچک در مدارهایی دورتر از ستارگانشان حرکت می‌کنند، مفید واقع شود. به‌‌علاوه، روش کپلر بیشتر روی پایش ستارگانی کوچک و کم‌‌نور تأکید می‌کند که حداکثر یک‌‌سوم خورشید ما جرم داشته باشند.

برای آنکه بتوان فهمید چه تعداد از سیارات دیگر از دید کپلر پنهان مانده‌‌اند، پزوهشگران شبیه‌‌سازی رایانه‌‌ای از جهان‌‌هایی فرضی متشکل از ستارگان و سیارات پیاده‌‌سازی کردند. فضاپیمای گایا متعلق‌‌ به آژانس فضایی اروپا این شبیه‌‌سازی را براساس ترکیبی از فهرست سیارات اکتشافی کپلر و نتایج نقشه‌‌برداری ستارگان کهکشان راه شیری انجام داد. سپس، برنامه درست مانند تلسکوپ کپلر، ستاره‌‌ها را رصد کرد.

این شبیه‌‌سازی به دانشمندان نشان داد کپلر چه تعداد دنیای فرضی شناسایی کرده است. سپس، آن‌‌ها این اطلاعات را با داده‌‌های واقعی حاصل از تلسکوپ کپلر مقایسه کردند تا بتوانند تخمینی از تعداد سیارات شبیه به زمین در مدارهایی مسکونی از ستارگانی شبیه به خورشید به‌‌دست آورند. فورد می‌‌گوید:

هنوز با قاطعیت نمی‌‌توان درباره‌ی تعداد ستارگان شبیه به خورشید اظهارنظر کرد. این نبود قطعیت درباره‌ی فاصله‌‌ی مداری تعیین‌شده به‌‌عنوان منطقه‌‌ی مسکونی و ابعاد سیارات مشابه با زمین نیز وجود دارد. با درنظرگرفتن این نبود قطعیت، اعداد ۵ تا ۱۰ میلیارد می‌‌توانند برآوردهایی منطقی باشند.

کمک به جست‌وجوی بیگانگان
گام بعدی در جست‌وجوی حیات بیگانه، مطالعه‌ی سیاراتی است که به‌صورت بالقوه سکونت‌پذیر باشند تا بدین‌ترتیب، دریابیم این سیارات از چه موادی ساخته شده‌اند. فورد توضیح می‌دهد:

دانشمندان به‌صورت ویژه‌ای تمایل دارند در میان سیارات شبیه‌به زمین مولکول‌هایی را جست‌وجو کنند که مسئول حیات هستند.

حتی اگر سیاره‌ای در محدوده‌ی مسکونی از یک ستاره واقع شده باشد، بازهم برای حفظ حرارت و تشکیل آب مایع روی سطح آن به اتمسفر درخورتوجهی نیاز داریم. دانشمندان با بررسی رفتار نور ستارگان می‌توانند ترکیب اتمسفر سیاراتی را دریابند که در مدار آن‌ها می‌چرخند.

اینجا است که اهمیت پژوهش‌های فورد و تیم همکارش مشخص می‌شود. اگر تعداد سیارات شبیه‌ به زمین زیاد باشد، ممکن است تعدادی کافی از آن‌ها در محدوده‌ای نزدیک‌تر‌ به ما واقع شده باشند؛ آن‌قدر نزدیک که دانشمندان ناسا بتوانند حتی با تلسکوپ‌های کوچک‌تر و ارزان‌تر نیز آن‌ها را مطالعه کنند. اگر تمامی این سیارات در فاصله‌ای بسیار دور واقع شده باشند، برای مطالعه‌ی آن‌ها به تلسکوپ‌های قوی‌تری نیاز خواهیم داشت.

پژوهشگران پیش‌بینی می‌کنند برای هر ۲ تا ۳۳ ستاره‌ی شبیه‌ به خورشید در کهکشان راه شیری، یک سیاره شبیه‌ به زمین یافت شود. فورد می‌گوید:

یکی از موارد مهم این است که به‌جای ارائه‌ی عدد صرف، بازه‌ای از احتمالات را در نظر بگیریم. بدین‌ترتیب، افراد تصمیم‌گیرنده خواهند توانست ضمن حفظ امید، خود را برای بدترین سناریوها آماده کنند و نهایتا به استراتژی علمی منسجمی دست یابند.