همانطور که قبلا در ساختنی خوانده بودید، کشف حیات فرازمینی در خارج از مرزهای منظومه شمسی نیازمند ابزارها و تلسکوپ‌های جدید است. این ایده چندی است بین دانشمندان و اخترشناسان مطرح شده و اکنون گزارش رسمی یک کمیته فدرال به درخواست توسط کنگره ایالات متحده این ایده را تایید کرده است. این گزارش پیشنهاد می‌کند برای کشف حیات در سایر سیارات یا کشف منظومه‌های مشابه منظومه شمسی باید یک تلسکوپ فضایی جدید ساخته بشود.

در این مطلب مصاحبه بروس مکینتاش – متخصص فیزیک نجومی از دانشگاه استنفورد و یکی از اهضای کمیته گزارش – درباره ضرورت طراحی این تلسکوپ جدید را برایتان آماده کرده‌ایم. مکینتاش می‌گوید این تلسکوپ جدید قادر خواهد بود سیارات فراخورشیدی مشابه زمین که دور ستاره‌های مشابه خورشید می‌چرخند را مستقیما رصد و تصویربرداری کند و هم‌راستا با رصدخانه‌های زمینی برای جمع‌آوری داده‌های شیمیایی درباره اتمسفر سیارات فراخورشیدی فعالیت کند.

در ادامه صحبت‌های بروس مکینتاش درباره طرز کار این تلسکوپ جدید، مکان احتمالی کشف منظومه‌های جدید و آموخته‌های ناشی از جستجو و کشف حیات فرازمینی را می‌خوانید.

چرا کنگره ایالات متحده درخواست تهیه چنین گزارشی را داده است؟

این گزارش روی دو سوال کلیدی که آینده جستجوی سیارات فراخورشیدی و کشف حیات فرازمینی را مشخص می‌کنند، تمرکز دارد. سوال اصلی این است که آیا سیارات میزبان حیات دیگری هم در کیهان وجود دارند. سوال مهم دیگر این است که سیستم‌های سیاره‌ای چطور شکل می‌گیرند و تکامل می‌یابند و آیا منظومه خورشیدی ما یک نمونه نادر است یا بخش عادی این فرایند محسوب می‌شود؟
ما می‌دانیم وجود سیارات اطراف سایر ستاره‌ها بسیار رایج هستند اما دقیقا نمی‌دانیم این منظومه‌های خورشیدی چطور شکل گرفته‌اند. در واقع دانش ما درباره شکل‌گیری سیارات بسیار کمتر از دانسته‌هایمان درباره شکل‌گیری سیاهچاله‌ها و ستاره‌های نوترونی است!

در حال حاضر سیارات فراخورشیدی چطور کشف و بررسی می‌شوند؟

چندین روش برای بررسی و مطالعه سیارات فراخورشیدی وجود دارد. روش‌های رایج و غالب روش‌هایی هستند که ما به آنها تکنیک‌های غیرمستقیم می‌گوییم و در آنها شما در واقع سیاره را نمی‌بینید. یکی از رایج‌ترین تکنیک‌های غیرمستقیم هم تکنیک گذر است. در این روش وقتی سیاره در مدار چرخش از مقابل ستاره عبور می‌کند، قسمتی از سطح ستاره را مسدود می‌کند و باعث تاریک شدن جزیی آن به مدت چند ساعت خواهد شد.

در ساختنی بخوانید :
ستاره های سرد می توانند راه رسیدن به سیاره های قابل سکونت باشند

البته تکنیک گذر محدودیت‌هایی دارد. در حال حاضر این تکنیک فقط امکان بررسی جزییات اتمسفر سیارات غول‌پیکر و چندین برابر زمین را دارد چون این سیارات اتمسفر بزرگی دارند که مقدار زیادی نور جذب می‌کند. وقتی سیاره به ستاره نزدیک باشد و اندازه ستاره کوچک باشد، کارایی این تکنیک بیشتر می‌شود و به همین خاطر تکنیک گذر روش خوبی برای مطالعه سیارات بزرگ نزدیک به ستاره‌های کوچک است.

این روش بسیار جالبی است اما برای سیارات شبیه به زمین و اطراف ستاره‌های بزرگ مناسب نیست و برای سیاراتی که از ستاره‌شان خیلی دور هستند، اصلا جواب نمی‎دهد.

رویکرد دیگری که گروه ما از آن استفاده می‌کند، تصویربرداری مستقیم است. در این روش می‌توانید یک سیاره را به صورت مستقل از ستاره رصد کنید. این روش به شدت دشوار است چون سیارات میلیون‌ها و میلیاردها برابر کم‌نورتر از ستاره‌هایشان هستند. در حال حاضر تصویربرداری مستقیم فقط برای سیارات فراخورشیدی قابل استفاده است که از مشتری بزرگ‌تر هستند و از ستاره‌شان خیلی فاصله دارند.

فعلا فقط تلسکوپ‌های زمینی قادر به تصویربرداری مستقیم از سیارات فراخورشیدی هستند. تلسکوپ‌هایی که در فضا معلق هستند، برای این نوع تصویربرداری طراحی نشده‌اند. یک پیام روشن گزارش ما این است که اگر می‌خواهیم سیارات مشابه زمین که دور ستاره‌های مشابه خورشید می‌گردند را رصد کنیم، به تلسکوپ‌های فضایی نیاز داریم که برای اینکار طراحی شده باشند.

این تلسکوپ‌ها چطور کار خواهند کرد؟

برای پاسخ به این سوال باید دو رویکرد اصلی را در نظر داشت. اولی چیزی است که به آن تلسکوپ کرونوگراف می‌گویند و از آینه‌ها استفاده می‌کند و داخل تلسکوپ را می‌پوشاند تا یک گرفتگی یا کسوف مصنوعی ایجاد کند. به این ترتیب نور ستاره مسدود می‌شود و سیاره کم‌نور نزدیک به آن قاب شناسایی خواهد شد.

رویکرد دیگر که سایه‌بان ستاره (starshade) نام دارد، از یک روش دیگر برای ایجاد گرفتگی مصنوعی استفاده می‌کند. برای درک طرز کار این رو تصور کنید می‌خواهید یک پرنده که نزدیک خورشید پرواز می‌کند را ببینید. چه کار خواهید کرد؟ دست‌تان را بالای چشم‌تان می‌گیرید و نور خورشید را مسدود می‌کنید. سایه ستاره هم دقیقا همین طور عمل می‌کند اما چون تلسکوپ در فضا قرار دارد، این دست مسدودکننده نور خورشید ۵۰ متر طول خواهد داشت و ۳۰هزار تا ۵۰هزار مایل از تلسکوپ فاصله خواهد داشت.

در ساختنی بخوانید :
حلقه مریخ : آیا این سیاره سرخ هم مثل زحل، حلقه دار می شود؟

این دست بزرگ یا سایه‌بان ستاره بین تلسکوپ و ستاره پرواز خواهد کرد تا نور ستاره مسدود بشود و سیاره از لبه‌های آن قابل رویت بشود. هربار که بخواهید یک ستاره جدید را رصد کنید، باید یک جفت سایه‌بان ستاره را جابجا کنید تا رو به جهت دلخواه‌تان قرار بگیرند.

وقتی سایه‌بان‌ها در فعال هستند، باید تنظیماتشان را تا حدود یک متر نسبت به یکدیگر حفظ کنند. ایجاد چنین ویژگی از لحاظ مهندسی بسیار دشوار است اما اصول فیزیکی بسیار ساده‌ای دارد. ما همین حالا می‌توانیم نشان بدهیم شکل سایه‌بان در تیره کردن سایه به اندازه کافی و طوری که نور ستاره واقعا مسدود بشود، چقدر حیاتی است. یک گروه از محققان دانشگاه استندفورد هم مشغول طراحی میکروماهواره‌ای هستند که این مفهوم را تست می‌کند.

سیاره فراخورشیدی که توسط این تلسکوپ‌ها رصد می‌شود، چه شکلی خواهد بود؟

هدف از طراحی و ساخت تلسکوپ‌های جدید رسیدن به تصاویری مثل Apollo 8 نیست که قاره‌ها را هم به تصویر می‌کشد. در حال حاضر تا آینده‌های نزدیک، سیارات فراخورشیدی که با این روش تصویربرداری می‌شوند شبیه یک نقطه خواهد بود! اما از همین نقطه می‌توان برای اندازه‌گیری ویژگی‌های شیمی سیاره و شناخت ترکیبات تشکیل‌دهنده آن استفاده کرد. همانطور که می‌دانید این اطلاعات برای کشف حیات فرازمینی بسیار ضروری است.

تصویربرداری مستقیم چه چیزهایی درباره سیارات فراخورشیدی نشان می‌دهد که در روش غیرمستقیم غیرقابل دستیابی باشد؟

در روش مستقیم ستاره مسدود می‌شود و بنابراین شما نور بازتابیده از خود سیاره را خواهید دید. اگر بتوانید نور بازتابیده از اجسام را ببینید، امکان طیف‌سنجی هم فراهم خواهد شد و می‌توانید اثر وجود اتم‌ها و مولکول‌های خاص در اتمسفر سیارات را مشخص کنید.

در بهترین حالت هم می‌توانید اثر اکسیژن را ببینید چون ما تصور می‌کنیم تنها راه وجود مقدار زیادی اکسیژن و سایر مواد مثل متان در یک سیاره این است که چیزی اصول شیمی سیاره را تغییر داده باشد و ترکیب مواد موجود در آن را از حالت تعادل خارج کرده باشد.

دلیل وجود اکسیژن روی زمین وجود حیات در آن است. اگر همه موجودات زنده روی زمین را بکشید، اکسیژن هم در عرض چند میلیون سال از بین خواهد رفت. امکان ندارد سیارات دیگر به خودی خود اکسیژن بسازند و بنابراین اگر اثری از اکسیژن در یک سیاره پیدا کنیم به احتمال زیاد کشف حیات فرازمینی هم محقق می‌شود.

در ساختنی بخوانید :
خبر علمی : محققین توانسته اند نور منجمد پایدار تولید کنند.

اولین تلسکوپ تصویربرداری مستقیم کی راه‌اندازی خواهد شد؟

خبر خوبی در پاسخ به این سوال نداریم؛ تلسکوپ بزرگ بعدی – تلسکوپ جیمز وب – قرار است در سال ۲۰۲۱ شروع به کار کند. پروژه بعد از آن هم تلسکوپ WFIRST است و انتظار می‌رود تلسکوپ تصویربرداری مستقیم از سیارات بعد از WFIRST راه‌اندازی بشود. اگر بخواهیم زمان مشخص کنیم، این تلسکوپ‌‌ها تا سال ۲۰۳۵ یا کمی دیرتر راه‌اندازی خواهند شد.
گروه شما در سال ۲۰۱۵ موفق شد به کمک تلسکوپ جمنای یک سیاره فراخورشیدی مشابه مشتری را کشف کند و قبل از آن هم به کشف چهار سیستم سیاره‌ای کمک کرده بودید.

کشف یک دنیای جدید چه حسی دارد؟

خیلی عالی و حیرت‌انگیز! قوانین کپلر ۴۰۰ سال قدمت دارند اما وقتی سیارات HR8799 را کشف کردیم، برای اولین بار این قوانین را در عمل مشاهده کردیم. این بی‌نهایت شگفت‌انگیز است.

چرا مطالعه سیارات فراخورشیدی مهم است؟

شناخت سیارات فراخورشیدی اکتشافات فضایی یا کشف حیات فرازمینی را آنطور که عموم مردم انتظار دارند، تحت تاثیر قرار نمی‌دهد. شاید ما تا چند صد سال دیگر هم به این سیارات پا نگذاریم اما این مطالعات شناخت ما از کیهان را متحول خواهد کرد.

زمانی انسان‌ها مرکز جهان هستی بودند اما اخترشناسان ثابت کردند ما مرکز جهان نیستیم. همین داده دیدگاه ما از دنیای اطراف‌مان و اهمیت خودمان را تغییر داد اما همچنان ما تنها موجودات شناخته‌شده در کیهان هستیم.

اگر موفق به کشف حیات فرازمینی شویم، شناخت‌مان از کیهان دوباره به همین میزان دگرگون خواهد شد. البته این امکان هم وجود دارد که حیات در کیهان یک پدیده نادر باشد و شرایطی که سیاره مشابه زمین را بسازد در هیچ کجای کیهان وجود نداشته باشد.

دانستن این احتمال هم خیلی مهم است؛ اگر زمین تنها سیاره سکونت‌پذیر در فاصله هزار سال نوری باشد باید در مراقبت از این موهبت بیشتر تلاش کنیم چون دیگر شانس ادامه حیات در گوشه دیگری از کیهان وجود نخواهد داشت.

رسیدن به جواب قطعی این پرسش‌ها از ساخت ابزارهای علمی و تحقیقاتی شروع می‌شود. از آنجاییکه ساخت این ابزار بیست سال طول می‌کشد، باید همین حالا کار را شروع کنیم.

منبع