چگونه دوقلوی خود را پیدا کنیم!؟

چکیده

زمانی به نظر می‌رسید ساکنین زمین تنها موجودات زنده عالم هستی هستند...اما آیا واقعا چنین است

!؟ شاید با بررسی روش های یافتن سیارات زیست پذیر و ویژگی این سیارات و شاخص های تعیین زیست پذیری , بهتر بتوانیم بدنبال حیات های دیگر بگردیم.

.در ادامه به بررسی روش های یافتن سیارات زیست پذیر،ویژگی این سیارات و شاخص های تعیین زیست پذیری میپردازیم.در ادامه به بررسی روش های یافتن سیارات زیست پذیر،ویژگی این سیارات و شاخص های تعیین زیست پذیری میپردازیم.

چکیده.در ادامه به بررسی روش های یافتن سیارات زیست پذیر،ویژگی این سیارات و شاخص های تعیین زیست پذیری میپردازیم.دامه به بررسی روش های یافتن سیارات زیست پذیر،ویژگی این سیارات و شاخص های تعیین زیست پذیری میپردازیم.

مقدمه

تلاش برای پیشرفت ، کاهش نویز ابزار و افزایش حساسیت برای پیدا کردن سیارات جالب توجه در مناطق قابل سکونت از ستاره های خورشید مانند همواره ادامه داشته وحتی اگر فرض کنید سیارات شبیه زمین ویژگی مشترک دارند ، کشف آنها همچنان دشوار است. احتمال اینکه مدار سیاره به گونه ای هم تراز شود که یک گذر صورت بگیرد ،برابر با حاصل تقسیم اندازه ستاره به اندازه مدار است. سیاره‌هایی مانند زمین که در حال چرخش بدور ستارگانی مانند خورشید هستند در وهله اول تنها نیم درصد احتمال گذر دارند.همراه با این واقعیت که ما هنوز هم ممکن است حساسیت لازم برای پیدا کردن همه این سیارات ، حتی آنهایی که در حال گذر هستند را پیدا نکرده باشیم .

مأموریت کپلر ناسا در حال کمک به دانشمندان در تلاش برای یافتن این جهان ها است ، که بعضاً سیارات Goldilocks نامیده می شوند ، زیرا در مدارهایی قرار می گیرند که شرایط مناسب برای زندگی دارند. کپلر و تلسکوپ های دیگر تاکنون تعداد معدودی را تأیید کرده اند که همه آنها کمی بزرگتر از زمین هستند. اما جستجو برای دوقلوهای زمین ، سیاره ای قابل سکونت به اندازه زمین ، در حال انجام است.

چگونه دانشمندان به جستجوی سیارات مسكونی می پردازند

در حالت ایده آل ، دانشمندان می خواهند سیاراتی درست مانند زمین پیدا کنند ، زیرا بدون شک می دانیم که زندگی در زمین ریشه دارد. اما برای یافتن سیارات روش های متعدد و البته پیچیده ای وجود دارد. که در اینجا به شش روش اشاره خواهیم کرد.

1-روش گذر سياره

در اين روش ستاره شناسان به دنبال يك كاهش اندك و جزيي در نور ستاره مي گردند كه در اثر گذشتن يك سياره از برابر آن رخ ميدهد.

تلسكوپ فضايي كپلر ناسا از اين روش بسيار بهره برده و از زمان پرتابش در مارس ٢٠٠٩ تاكنون بيش از ٢٧٠٠ سيارهي احتمالي را يافته است.ستاره شناسان همچنين تغييرات زماني در گذر يك سياره ي معين را هم زير نظر ميگيرند، زيرا اين تغييرات ميتواند نمايانگر وجود يك سياره ديگر پيرامون همان ستاره باشد.

٢- روش سرعت شعاعي

در روش سرعت شعاعي، ستاره شناسان به دنبال تكان هاي كوچكي كه يك سياره ميتواند در حركت ستاره ي مادري اش، به هنگام جابجايي آن به سوي سیاره يا دور شدن آن از ايجاد می كند، مي گردند. اين شيوه به نام

روش دوپلر هم شناخته ميشود زيرا جابجايي هايي كه به دليل همين كشاكش هاي گرانشي در نور ستاره رخ ميدهد را هم اندازه مي گيرد.

٣- ريزهمگرايي گرانشي

در روش ريزهمگرايي گرانشي ، ستاره شناسان به هنگام گذشتن يك جسم سنگين و پرجرم از جلوي يك ستاره (از چشم انداز زمين) خم شدن پرتوهاي نور ستاره را بررسي ميكنند. ميدان گرانشي اين جسم، نوري كه

از ستاره ي پشتي به چشم ما ميرسد را خم كرده و مانند يك عدسي، آن را بزرگنمايي ميكند.

بدين ترتيب يك منحني نوري پديد ميآيد و نور ستاره با گذشت زمان كم و زياد ميشود. ستاره شناسان با بررسي ويژگيهاي اين منحني به آگاهيهاي فراواني دربارهي جسم جلويي، كه اغلب خودش هم يك ستاره

است، دست مي يابند. اگر اين ستاره داراي سياره هايي باشد، آن سياره ها ميتوانند منحني هاي نوري دومي پديد آورند و پژوهشگران را از وجودخود آگاه كنند. ريزهمگرايي گرانشي در مورد سياره هايي كه نسبتا دور از

ستاره هايشان به گرد آن ها مي چرخند، اعتمادپذيرتر از روش گذر سياره يا روش سرعت شعاعيست.

٤- عكسبرداري مستقيم

در اين روش تلسكوپ هاي پرقدرت به كمك دستگاه هايي به نام تاج نگار،جلوي نور كوركننده ي ستاره ي مادر را گرفته و از دنياهايي كه به گردش ميچرخد عكس واقعي مي گيرند. تلسكوپ فضايي هابل سياره هايي را با روش عكسبرداري مستقيم پيدا كرده است.

٥- اخترسنجي

روش اخترسنجي بر پايه ي ردگيري فرا-دقيق جابجايي هاي يك ستاره درآسمان براي يافتن كشش هاي گرانشي سياره هايي كه به گرد آن مي-چرخند انجام ميشود. اصول و پايه هاي اين روش همانند روش سرعت شعاعي است ولي در آن، جابجايي هاي دوپلري در نور ستاره اندازه گرفته نمي شود.

٦- زمانبندي تپ اختر

اين روش ويژه ي يافتن سياره هایي است كه به دور تپ اخترها مي چرخند.تپ اخترها بازمانده هاي ريز و ابَرچگالي هستند كه از انفجار ستارگان به جا مانده اند، و به هنگام چرخش، در بازه هاي زماني منظم امواج راديويي تولید می کنند. اگر ناهنجاري و بي نظمي اي در زمانبندي اين تپ هاي راديويي ديده شود، ميتوان به وجود سياره هايي پي برد كه به گرد تپ اختر مي-چرخند.

ویژگی سیارات زیست پذیر

پارامترهای تعیین یک سیاره به عنوان یک سیاره زیست پذیر به شرح زیر است:

1-فاصله سیاره تا ستاره

سیاراتی که دارای فاصله‌ای مناسب از ستاره‌ای مانند خورشید هستند؛ به این معنی که آن‌ها به اندازه کافی از گرما و تابش شدید دور هستند اما نه آن‌قدری که بیش از حد سرد باشند. چنین فاصله‌ای را محدوده قابل سکونت (habitable zone) می‌نامند.

محدوده حیات: ناحيه اي بين دو مدار است كه فاصله ي آنها از ستاره به قدري است كه در آن ناحيه آب بصورت مايع ميتواند وجود داشته باشد .

2-میزان تابش ستاره

طبق نتايج تحقيقات بدست آمده از تحقيق ناسا از هر ٥ ستاره دركهكشان راه شيري يك ستاره خورشيد مانند است. بنابراين در كهكشان٤٠ ستاره از نظر دما، جنس و ابعاد تقريبا شبيه خورشيد هستند. پس محدوده حيات آنها با محدوده حيات خورشيد برابر است.

ستارگان حجیم از خورشید ما داغ تر هستند و اشعه تابش میکنند ، بنابراین مناطق قابل سکونت آنها دورتر است. به همین ترتیب ، ستاره های کوچکتر و سردتر مدار نزدیکتری نسبت به خورشید ما تا محل زیست پذیر دارند. به عنوان مثال ، سیاره Kepler-62f که توسط کپلر کشف شده است در اطراف یک ستاره خنک میچرخد و نزدیک به ستاره خود .این سیاره تنها 267 روز طول می کشد تا مدار خود را کامل کند ، در مقایسه با زمین که 365 روز طول میکشد.دانستن دقیق اینکه یک منطقه قابل سکونت تا چه اندازه از یک ستاره فاصله دارد ، به شیمی بستگی دارد. به عنوان مثال ، مولکولهای موجود در جو سیاره مقدار مشخصی از انرژی را از نور ستاره جذب کرده و بقیه را به بیرون تابش می کنند. میزان این انرژی به دام افتاده می تواند به معنای تفاوت بین یک دریا فیروزه ای و آتشفشان های فوران کننده باشد.

محققان به سرپرستی Ravi kumar Kopparapu از دانشگاه ایالتی پن ، دانشگاه پارک.پا از این نوع اطلاعات شیمیایی برای ایجاد ناحیه زیست پذیر استفاده می کنند. مطالعه مجله اخترفیزیکی سال 2013 این تیم ، استاندارد طلایی فعلی در تعیین چگونگی ارتباط کل خروجی پرتوی ستاره با موقعیت منطقه قابل سکونت خود است. کین و همکارانش علاوه بر اندازه گیری دقیق از کل انرژی خروجی ستاره و مدار سیاره ، از این اطلاعات برای تنظیم دقیق محدوده قابل سکونت Kepler-69c استفاده کردند.کین گفت: "شناخت خواص ستاره برای تعیین خصوصیات سیاره ای و محاسبه وسعت منطقه قابل سکونت در آن سیستم بسیار مهم است."

اما قبل از خرید املاک و مستغلات در یک منطقه قابل سکونت ، در نظر داشته باشید فاکتورهای دیگری وجود دارد که بیانگر این است که آیا جهان به توسعه فضای سرسبز و سواحل می پردازد. به عنوان مثال ، فوران های سطحی از ستاره ها به نام شعله های آتش می توانند سیارات را ویران کنند.
لوسیان واکوویچ ، عضو تیم علمی کپلر مستقر در دانشگاه پرینستون ، نیجریه ، گفت: "بسیاری از سؤالات بی پاسخ در مورد سکونت وجود دارد." وی افزود: "سیارات در اثر تابش تمام مدت ستاره والدین خود ممکن است سطح ان مکان بسیار مطلوبی برای زندگی نباشند. بنابراین ممکن است زندگی در اقیانوس ها رونق بگیرد. "
شراره همچنین می تواند اتمسفر سیارات را از بین ببرد. این امر به ویژه در مورد ستارگان کوچکتر و خنک تر که نسبت به ستاره هایی مانند خورشید ما بیش از اندازه فعال هستند ، صادق است.

3- جنس سیاره

سیاراتی که از سنگ ساخته شده‌ باشند. سیاره‌های مشتری، زحل و اورانوس در منظومه شمسی از گاز تشکیل شده‌اند؛ بنابراین امکان سکونت و رشد حیات در چنین سیاراتی مورد انتظار نیست.

در زمین، تکتونیک یا زمین‌ساخت صفحه‌ای(Plate Tectonics) برای حفظ و تداوم شرایط آب و هوایی محلی که در آن حیات بتواند رشد کند، امری ضروری محسوب می‌شود. علاوه بر این، بدون پروسه چرخه ماده میان سطح و درون زمین، مکانیزم همرفتی (Convection) که میدان مغناطیسی زمین را هدایت می‌کند امکان‌پذیر نخواهد بود و بدون یک میدان مغناطیسی، ما توسط پرتوهای کیهانی به اصطلاح بمباران می‌شویم.

آنات شهار(Anat Shahar) یکی از اعضای این تیم تحقیقاتی می‌گوید: «ما نیازمند درک بهتری از چگونگی تاثیر ترکیب و درون یک سیاره بر قابلیت زیست‌پذیری آن هستیم که بدین منظور می‌توانیم از سیاره خودمان یعنی زمین شروع کنیم.» او ادامه می‌دهد: «ما می‌توانیم از این مسئله در جهت جستجو و کاوش برای سیاره‌های فراخورشیدی و سامانه‌های ستاره‌ای، محل‌هایی که حیات در آن‌ها امکان رشد دارد، کمک بگیریم؛ تشخیص این امر نیز می‌تواند با استفاده از تلسکوپ‌ها انجام گیرد.

همه این‌ها با فرایند شکل‌گیری آغاز می‌گردد؛ سیاره‌ها از حلقه‌ای چرخشی از غبار و گاز تشکیل شده‌اند که یک ستاره نوپا و جوان را احاطه کرده است. توده‌های اصلی که سیاره‌های سنگی از آن‌ها تشکیل می‌شوند، شامل سیلیکون، منیزیم، اکسیژن، کربن، آهن و هیدروژن هستند. اما فروانی آن‌ها و گرمایش و سرمایشی که در دوران نوپایی خود تجربه می‌نمایند بر ماهیت شیمیایی درونی آن‌ها و در نتیجه مواردی مانند حجم اقیانوس‌ها و ترکیب جوی اثرگذار خواهد بود.

پیتر دریسکول(Peter Driscoll) دیگر عضو این تیم تحقیقاتی عنوان می‌کند: «یکی از مهم‌ترین سوالاتی که باید بپرسیم این است که آیا ویژگی‌های زمین‌شناختی و دینامیکی که سیاره ما را قابل سکونت می‌کنند قابل تولید در سیاره‌های دیگر با ترکیبات متفاوت هستند یا خیر؟»

بر اساس ادعای این تیم پژوهشگر، جستجو برای زندگی فرازمینی می‌بایست با رویکرد‌ی مشتمل بر علوم مختلف انجام گیرد؛ رویکردی که مشاهدات نجومی، تجارب آزمایشگاهی، وضعیت درونی سیاره‌ها و همچنین مدل‌سازی‌ها و شبیه‌سازی‌های ریاضی را با یکدیگر درمی‌آمیزد.

4- اندازه سیاره

ابعاد سياره باید به ابعاد زمين باشد. این سیارات آن‌قدر بزرگ هستند که یک هسته مذاب داشته باشند. هسته زمین برای ما منبعی از انرژی گرمایی فراهم می‌آورد، شرایط را برای چرخه مواد خام ایجاد می‌کند و همچنین یک میدان مغناطیسی را در اطراف سیاره ایجاد می‌نماید که از ما در برابر اشعه و تابش محافظت می‌کند. مریخ احتمالا زمانی یک هسته مایع گرم داشته است، اما از آنجایی که سیاره‌ای کوچک‌تر از زمین است گرمای آن سریع‌تر مستهلک می‌شود.

5- چگالي سیاره

که باید در محدوده چگالی زمین باشد.

6- جو سیاره

در حالت ایده آل ، اخترشناسان دوست دارند سیاراتی را بیابند که دارای اتمسفر یا فضای اطراف محافظت کننده هستند. اتمسفر دارای دی اکسید کربن و گازهای دیگری است که موجب گرم نگه داشتن سیاره می‌شوند و از سطح آن در مقابل اشعه و تابش حفاظت می‌کنند.

از طریق تركیبات مولكولی میتوان به نشانه هایی از گازهای گلخانه ای فراری كه می تواند سیاره را به سیاره ای غیرقابل مهار مانند ونوس تبدیل کند اشاره كند. تلسکوپهای فضایی آینده حتی می توانند میزان اکسیژن ، آب ، دی اکسید کربن و متان را تعیین کنند. تلسکوپ فضایی جیمز وب آینده ناسا با جستجوی جو سیارات ، برخی از آنها را در مناطق قابل سکونت قرار می دهد. این ماموریت قادر به بررسی جو سیارات به اندازه زمین نیست ، بنابراین باید منتظر یک تلسکوپ آینده دیگری برای جدا کردن زهره ها از زمین باشیم.

به تازگی یک تیم پژوهشگر با مجموعه‌ای از تخصص‌ها، از علم زمین‌شیمی(Geochemistry) تا علوم سیاره‌ای و نجوم، مقاله‌ای منتشر کرده‌اند که جامعه تحقیقاتی را به آگاهی از اهمیت بالای دینامیک درونی سیاره در ایجاد محیطی مناسب برای زندگی ترغیب می‌کند. با توجه به توانایی‌ها و قابلیت‌های موجود، مشاهده ترکیب جوی یک سیاره فراخورشیدی نخستین راه کاوش و جستجو به منظور حصول اطمینان از زیست‌پذیری جایی غیر از سیاره زمین خواهد بود. با این حال آن‌گونه که این تیم پژوهشگر اظهار می‌کنند تصویری حقیقی از قابل سکونت بودن یک سیاره می‌بایست بیانگر این باشد که جو یک سیاره با آنچه در درون آن اتفاق می‌افتد چه ارتباطی دارد و چگونه توسط آن شکل می‌گیرد.

7- غبار معلق در اتمسفر

دانشمندان «دانشگاه اکستر» انگلستان این نظریه را عنوان می‌کنند که سیاراتی با میزان بالای غبار معلق در اتمسفر ممکن است در صورت قرار گرفتن در فاصله نسبتاً زیاد از ستاره خویشاوند خود زیست پذیر باشند

سیاراتی که در نزدیکی ستاره‌هایی کوچک تر و خنک تر از خورشید روی مدار خود در گردش هستند و کوتوله‌های Mنام گرفته اند احتمالاً در وضعیت مدار هم زمانی قرار دارند. درنتیجه طرف روز آنها برای همیشه روز و طرف شب آنها برای همیشه شب است. این پژوهشگران دریافتند که غبار، سمت همیشه روز را که گرم‌تر ‌است خنک کرده اما در عین حال سمت همواره شب را نیز گرم می‌کند. بدین ترتیب منطقه زیست پذیر سیاره وسیع تر می‌شود. شناسایی و توصیف سیارات دوردستی که به طور بالقوه زیست‌پذیر هستند با داشتن این ویژگی بیشتر امکان پذیر است.نتایج مطالعات نشان می‌دهند که به طور کلی سرد شدن سیارات به وسیله غبار معلق در اتمسفر نقش بسیار مهمی‌در وضعیت لبه داخلی منطقه زیست پذیر بازی می‌کند. این منطقه به قدری داغ می‌شود که سیاره ممکن است آب سطحی خود را از دست بدهد و غیر‌قابل سکونت شود. این همان اتفاقی است که گفته می‌شود در سیاره ونوس رخ داده است.با توجه به این که سیاره از آب تهی و اقیانوس‌های آن کوچک‌تر می‌شوند، مقدار غبار معلق در اتمسفر افزایش می‌یابد و در نتیجه دمای سیاره با وجود حجم بیشتری از غبار کاهش می‌یابد. این روند بازخورد اقلیمی‌منفی است و از دست رفتن آب سیاره را به تعویق می‌اندازد.
در مریخ و زمین طوفان‌های گرد و غبار رخ می‌دهند. طوفان‌های‌گرد و غبار مریخ بسیار بزرگ تر و مهیب تر از طوفان‌های زمین هستند. این طوفان‌ها هم اثر خنک کنندگی دارند و هم اثر گرم کنندگی که معمولاً نیروی خنک کننده آنها پیروز میدان می‌شود. اما سیارات مدار هم زمان بسیار متفاوت هستند. سمت همیشه تاریک این سیارات تا ابد در شب به سر می‌برد و در نتیجه اثر گرم کننده غبار تبدیل به نیروی غالب می‌شود. این در حالی است که در سمت همیشه روشن اثر خنک کننده برنده میدان است. این دو ویژگی در کنار هم دما را متعادل می‌کنند و در نتیجه سیاره زیست پذیرتر می‌شود. غبار معلق در اتمسفر عاملی است که می‌تواند کیفیت زیست‌پذیری ‌سیارات را حفظ کند، اما به موازات آن دید ما را برای یافتن نشانه‌های حیات در این سیارات مسدود می‌کند.

8- وجود آب

در سال‌های اخیر ماموریت‌هایی به قمر‌‌های مشتری و زحل منجر به آشکار شدن توانایی بالقوه این سیارات برای محافظت از زندگی شده است. مشتری، سیاره‌ای غول‌پیکر و متشکل از گاز است که در حالت عادی امکان سکونت در آن وجود ندارد؛ اما قمر‌های یخی آن، خصوصا اروپا(Europa)، این دارای چنین قابلیتی هستند.

سطح اروپا به آب‌های یخ‌زده قطب جنوب شباهت دارند. فرانسوا پوله (Francois Poulet)، یکی از اعضای انجمن فیزیک نجومی در دانشگاه پاریس سود (University of Paris-Sud) می‌گوید: «نشانه‌ها حاکی از آن است که این یخ‌ها از نظر زمین‌شناسی نسبتاً تازه هستند و این می‌تواند مهر تاییدی بر اثر متقابل آن‌ها با ذخایر آب زلال باشد.» همچنین در دسامبر ۲۰۱۲، تلسکوپ فضایی هابل در فراز قطب جنوب اروپا مقداری بخار آب کشف کرده است و این‌گونه مطرح شد که این بخار از فوران ستون‌های آب به وجود آمده است.

4 شاخص اصلی در بررسی حیات در سیارات فراخورشیدی

1- شاخص ميزان شباهت سياره به زمين ESI

شاخصي است كه زمين را الگو و مبنا قرار ميدهد و عوامل دماي سطح،چگالي، سرعت فرار و شعاع سياره را در مقايسه آن كره با زمين در نظر ميگيرد.

ESIx=(1-|x-x0/x+x0|)w

جرم زمين x0

ميزان حساسيت مقياس در پارامتر مورد نظر w

2- شاخص قابليت سكونت در سيارهPHI

شاخصي است كه نيازهاي ضروري حيات از قبيل قرار داشتن در لايه ي جوي پايدار و محافظ، وجود سطح سنگي يا منجمد و توازن نسبت مايع موجود، و دارا بودن تركيبات شيميايي و سطح انرژي مناسب، را ارزيابي میکند.

PHI= (S.E.C.L)1/4

پوسته سياره ٧ S

انرژي در دسترس E

تركيبات شيميايي C

متوسط مايع موجود L

براي هر سياره امتيازي بين صفر و يك در نظر گرفته ميشود كه از نسبت فرمول بالا به شاخص بيشينه بدست ميآيد

0≤PHI/PHImax<1

3- شاخص پيچيدگي بيولوژيكي BCI

اين شاخص به تحليل حيات پذيري سياره با بررسي پارامترهايي از قبيل تركيبات شيميايي سياره و برخي ويژگيهاي مربوط به بيولوژي سياره مانند لايه جو، انرژي، ژئوفيزيك، دما و سن سياره ميپردازد. همانگونه كه در معادله زير مشخص است، اين شاخص سه پارامتر(A) سن سياره (T) دماي مناسب ،(G) پيچيدگي ژئوفيزيكي را نیز بررسي ميكند.

BCI= (S.E.T.G.A)1/5

4- شاخص قابليت حيات كوب- داگلاس CDHS

اين شاخص بر پايه ي توابع كوب-داگلاس كه معيار سكونت پذيري را با اندازه گيري و تخمين پارامترهاي اوليه محاسبه ميكنند، كار ميكند. دراين روش شعاع سياره، چگالي، سرعت فرار و دماي سطح سياره به عنوان

مقادير اوليه درنظر گرفته شدهاند. اين مقادير با واحدهاي زمين معادل-سازي شده اند.

Y=k0(x1)α.(x2)β

X1 ,x2 مقادير ورودي تابع

yمحصول كلي

β و αمقادير ثابت واقعي (ضرايب الاستيك(

قيد طراحي

α+ β<1

مریم جزی

منابع:

[1]https://www.nasa.gov/mission_pages/kepler/news/kepler20130717.html

[2]https://www.space.com/nasa-tess-exoplanet-habitable-zone-discovery-milestone.html

[3]https://sci.esa.int/web/cheops/-/61092-exoplanet-system

[4] بررسي امكان حيات در سيارات فراخورشيدي دكتر مهران ميرشمس سعیده مشايخي . دانشكده هوافضاي دانشگاه خواجه نصيرالدين طوسي