احتمالاً سیاره‌های منظومه 1-TRAPPIST مملو از آب هستند

اگر بتوانیم حیات فرازمینی را کشف کنیم، آن‌گاه باید بگوییم که جستجوهای ما در فضا به پایان رسیده‌اند. حیات احتمالاً حضور خود را به ما نشان نخواهد داد و باید زنجیره‌ای از فرضیات و گمان‌ها را دنبال کنیم تا بالاخره بتوانیم به حیات فرازمینی برسیم. آن‌طوری که دانشمندان می‌گویند، حلقه‌ی نخست این زنجیره، یافتن آب در سیاره‌ای به‌غیر از زمین است. سال گذشته، منظومه‌ی TRAPPIST-1کشف شد که بسیاری از دانشمندان را هیجان‌زده کرد. این منظومه دارای هفت سیاره است که به دور ستاره‌ی TRAPPIST-1 که ۴۰ سال نوری با زمین فاصله دارد، گردش می‌کنند. در آن زمان، ستاره‌شناسان گمان می‌کردند که دست‌ کم تعدادی از این سیاره‌ها زمین‌سان هستند؛ اما گویا اشتباه کرده‌اند. مطالعاتی به‌تازگی انجام شده‌اند، نشان می‌دهند که برخی از این سیاره‌ها، بیش از حد اندازه آب دارند. میزان آب موجود در برخی از این سیاره‌ها، حدود ۲۵۰ برابر آب‌های زمین تخمین زده شده است.

در این مطالعه‌ی جدید، دانشمندان سعی کرده‌اند چگالی این سیاره‌ها را اندازه‌گیری کنند. انجام این کار اصلاً ساده نیست و برای آن‌که دانشمندان بتوانند این کار را انجام بدهند، برخی از تلسکوپ‌های قدرتمند فضایی و زمینی را به کار گرفته‌اند. تلسکوپ فضایی اسپیتزر، تلسکوپ فضایی کپلر، تلسکوپ SPECULOOS (جستجوی سیاره‌های قابل سکونت که به دور ستاره‌های فوق سرد گردش می‌کنند) و تجهیزات موجود در رصدخانه‌ی پارانال در انجام این مطالعه‌ی گسترده مشارکت داشته‌اند.

داده‌ها دریافت‌شده از این تلسکوپ‌ها وارد یک مدل پیچیده‌ی رایانه‌ایشده است تا دانشمندان بتوانند چگالی ۷ سیاره‌ی منظومه TRAPPIST را محاسبه کنند. با انجام این‌ کار، دانشمندان پی برده‌اند که این سیاره‌ها تقریباً سنگی هستند و ۵ درصد جرم برخی از آن‌ها را آب تشکیل داده است. این در حالی است که آب، تنها ۰.۰۲ درصد از جرم زمین را تشکیل می‌دهد. همان‌طوری که گفته شد، محاسبه‌ی چگالی این سیاره‌ها کار ساده‌ای نیست. برای انجام این کار، باید وزن و اندازه‌‌ی این سیاره‌ها را نیز محاسبه شود. دانشمندان سال گذشته، سیاره‌های این منظومه را به وسیله‌ی روش انتقال کشف کردند. روش انتقال، اصول معینی ندارد؛ اما هرگاه سیاره‌ای از مقابل ستاره مادر عبور کند، از میزان نور آن ستاره کاسته می‌شود و دانشمندان متوجه می‌شوند که سیاره یا سیاره‌هایی به دور آن ستاره گردش می‌کنند. روش انتقال را می‌توان برای تعیین اندازه‌ی سیاره‌ها نیز به کار گرفت؛ اما چندان دقیق نیست.

قسمت سخت ماجرا، یافتن جرم این سیاره‌ها است؛ زیرا سیاره‌هایی با جرم متفاوت، می‌توانند مدارهایی یکسان به دور ستاره داشته باشند که در این صورت ما نمی‌توانیم آن‌ها را از یکدیگر تشخیص دهیم؛ اما برای منظومه‌های چند سیاره‌ای مانند TRAPPIST 1 یک روش دیگر وجود دارد. مادامی که سیاره‌ها به دور ستاره‌ی TRAPPIST-1 گردش می‌کنند، سیاره‌هایی با جرم بیشتر، مدار سیاره‌های با جرم کم‌تر را دچار اختلال و منحرف می‌کنند. این اتفاق باعث می‌شود زمان‌بندی حرکت سیاره‌ها از مقابل ستاره، تغییراتی داشته باشد. این تأثیرات، بسیار پیچیده و نامحسوس هستند و برای تشخیص تغییرات زمان‌بندی، باید به دفعات زیادی آن منظومه را رصد کرد. همچنین باید مدل‌های رایانه‌ای پیچیده را به کار گرفت تا بتوان چگالی را محاسبه کرد.

سیمون گریم، پژوهشگر ارشد این مطالعه، در خصوص چگونگی انجام کار می‌گوید:

سیاره‌های منظومه‌ی TRAPPIST-1 به یکدیگر نزدیک هستند و با گرانش یکدیگر نیز تعامل دارند؛ بنابراین زمان عبور آن‌ها از مقابل ستاره، تغییرات بسیار اندکی خواهد داشت. تغییرات زمان‌بندی، به وزن سیاره‌ها، فاصله‌ی آن‌ها از یکدیگر و دیگر پارامترهای مداری وابسته است.

به کمک یک مدل رایانه‌ای پیچیده، دانشمندان مدار سیاره‌ها را شبیه‌سازی می‌کنند تا زمانی که تغییرات انتقالی سیاره‌ها با مشاهداتی که دانشمندان داشته‌اند هم‌خوانی داشته باشند. با این روند، می‌توان وزن سیاره‌ها را محاسبه کرد.

در مورد آب‌ چطور؟

پیش از هر چیزی باید بگوییم که این مطالعه، به‌صورت مستقیم آب را شناسایی نکرده است. دانشمندان در واقع یک ماده‌ی فرار را شناسایی کرده‌اند که به احتمال زیاد آب است. در هر صورت، چه این ماده آب باشد و چه نباشد، نتایج این مطالعه بسیار باارزش هستند. اکنون دانشمندان در یافتن سیاره‌های فراخورشیدی  متخصص هستند؛ اما گام بعدی این است که ویژگی‌های اتمسفر هر سیاره‌ای را که کشف می‌کنیم تشخیص دهیم.

اریک آگول، یکی از اعضای این پروژه، در مورد اهمیت داده‌های به‌دست‌آمده می‌گوید:

در حال حاضر، هدف مطالعه‌ی سیاره‌های فراخورشیدی این است که ترکیب این سیاره‌های زمین‌سان را از نظر اندازه و دما بررسی کنیم. به لطف کشف منظومه‌ی TRAPPIST-1 و وجود تجهیزات ESO در شیلی و تلسکوپ فضایی اسپیتزر در مدار، ما اکنون می‌توانیم این ترکیبات را شناسایی کنیم. اکنون ما می‌توانیم برای نخستین‌بار پی ببریم که سیاره‌های زمین‌سان از چه چیزی ساخته شده‌اند.

در این مطالعه، مشخص نشده است که این سیاره‌ها دارای حیات هستند یا خیر؛ حتی دانشمندان نمی‌توانند با قاطعیت بگویند که سیاره‌های TRAPPIST-1 قابل سکونت هستند. این مطالعه، صرفاً گامی رو به جلو در مسیر کشف حیات فرازمینی است و شاید روزی در یک سیاره‌ی دوردست، بتوانیم حیات فرازمینی کشف کنیم.

بریس اُلیویِر دیموری، یکی از پژوهشگران این پروژه از دانشگاه برن، می‌گوید:

اگرچه چگالی یک سرنخ مهم در امر تشخیص ترکیبات سیاره‌ها به شمار می‌رود؛ اما متأسفانه نمی‌تواند اطلاعات مفیدی در خصوص سکونت‌پذیری سیاره‌ها در اختیار ما قرار دهد. با این حال، این مطالعه یک گام مهم روبه جلو در زمینه‌ی کشف سکونت‌پذیری این سیاره‌ها به شمار می‌رود.

به‌طور کلی، اطلاعاتی که این مطالعه در مورد سیاره‌های منظومه‌ی TRAPPIST-1 در اختیار ما می‌گذارد، به شرح زیر است:

• سیاره‌های TRAPPIST 1-b و c، نزدیک‌ترین سیاره‌ها به ستاره‌ی مادر هستند که هسته‌ی سنگی دارند و اتمسفری ضخیم‌تر از اتمسفر زمین، آن‌ها را پوشانده است.
• سیاره‌ی TRAPPIST 1-d سبک‌ترین سیاره در این منظومه و جرم آن ۳۰ درصد جرم زمین است.
• سیاره‌ی TRAPPIST 1-e کمی دانشمندان را شگفت‌زده کرده است؛ زیرا تنها سیاره‌ی این منظومه به شمار می‌رود که چگالی آن اندکی از زمین بیشتر است. هسته‌ای با چگالی بیشتر و از جنس آهن دارد؛ اما اتمسفر آن چندان ضخیم نیست. لایه‌ای از جنس یخ یا آب سطح آن را پوشانده است. این سیاره کمی مرموز است؛ زیرا سنگی‌تر از تمام سیاره‌های این منظومه است. این سیاره از نظر چگالی، اندازه و میزان تابش دریافتی از ستاره مادر، بیشترین شباهت را به زمین دارد.
• سیاره‌ها‌ی TRAPPIST 1-f و g و همچنین h، ممکن است دارای سطحی کاملاً یخ‌زده باشند. اگر آن‌ها اتمسفری نازک داشته باشند، ممکن است مولکول‌های سنگینی نظیر کربن دی‌اکسید که روی زمین یافت می‌شوند، در آن‌ها وجود نداشته باشند.

منظومه‌ی TRAPPIST-1 برای مدت‌زمان زیادی مورد مطالعه قرار خواهد گرفت. به‌محض پرتاب تلسکوپ فضایی جیمز وب، این منظومه یکی از نخستین اهداف برای رصد خواهد بود. این منظومه اهمیت ویژه‌ای دارد؛ حتی اگر هیچ یک از سیاره‌های آن قابل سکونت نباشند، دانشمندان می‌توانند اطلاعات ارزنده‌ای از آن‌ها به دست آورند که به ما در یافتن سیاره‌های دیگر کمک خواهند کرد.