پروکسیما بی اتمسفر خود را با سرعت بالایی از دست می‌دهد

پروکسیما بی، سیاره‌ای هم‌اندازه‌ی زمین است و در ناحیه قابل سکونت (ناحیه‌ای در اطراف ستاره‌ها که در آن، تمامی شرایط برای شکل‌گیری حیات فراهم باشد) ستاره‌ی مادر خود قرار گرفته است. دانشمندان سال گذشته میلادی این سیاره را کشف کردند و از آن زمان، روی ویژگی‌های مختلف پروکسیما بی کار می‌کنند. پیش‌تر، دانشمندان گمان می‌کردند که این سیاره، اتمسفری همانند زمین دارد و می‌تواند گرما را در سرتاسر سیاره توزیع کند؛ اما گویا این تصور دانشمندان اشتباه بوده است. به‌تازگی پژوهشگران پی برده‌اند که پروکسیما بی توانایی نگهداری اتمسفر خود را ندارد و سطح این سیاره توسط تابش‌های ستاره‌ای بمباران می‌شود و امکان تشکیل حیات در این سیاره وجود ندارد.

پروکسیما بی تنها ۴ سال نوری با زمین فاصله دارد؛ بنابراین نزدیک‌ترین سیاره‌ی فراخورشیدی به ما محسوب می‌شود. دانشمندان مدتی است که ستاره‌ی پروکسیما قنطورس را تحت نظر گرفته‌اند؛ اما متأسفانه تا به امروز گذر سیاره پروکسیما بی از مقابل این ستاره را مشاهده نکرده‌اند. این موضوع باعث شده است دانشمندان نتوانند از روش‌های رایج برای بررسی اتمسفر این سیاره استفاده کنند؛ بنابراین آن‌ها برای بررسی قابل سکونت بودن این سیاره، باید بر مدل‌های شبیه‌سازی شده تکیه کنند.

یکی از این مدل‌های شبیه‌سازی رایانه‌ای، سیاره زمین را در مدار پروکسیما بی به دور ستاره پروکسیما قنطورس قرار می‌دهد تا ببیند اگر زمین در این شرایط باشد، چه اتفاقی رخ می‌دهد. با توجه به نتایج پژوهش‌های ناسا که در تاریخ ۲۴ جولای در نشریه‌ی Astrophysical Journal Letters منتشر شده است؛ اگر زمین در مدار پروکسیما بی – که فاصله‌ی بسیار کمی با ستاره‌ی پروکسیما قنطورس دارد –  قرار بگیرد، توانایی حفظ اتمسفر خود را از دست می‌دهد.

تصویری از ستاره‌ی پروکسیما قنطورس که توسط تلسکوپ فضایی هابل ثبت شده است

کاترین گارسیا سیج، دانشمند فضایی از مرکز پروازهای فضایی گودارد ناسا واقع در گرینبلت، مریلند و همچنین نویسنده‌ی ارشد این مقاله‌ی پژوهشی، می‌گوید:

ما تصمیم گرفتیم از زمین، به‌عنوان تنها سیاره‌ی قابل سکونتی که می‌شناسیم استفاده کنیم و آن را در جایی که پروکسیما بی قرار دارد، جایگذاری کنیم.

همان‌طوری که گفته شد، فاصله‌ی پروکسیما بی از ستاره‌ی مادر خود به‌گونه‌ای است که می‌تواند آب را به شکل مایع روی سطح خود حفظ کند. قرارگیری این سیاره در فاصله‌ی مناسب از ستاره‌ی مادر، به این معنی نیست که لزوماً بتواند قابل سکونت باشد. در اینجا باید این موضوع را نیز در نظر گرفت که آیا اصلاً روی این سیاره آب وجود دارد؟ آیا اتمسفر این سیاره می‌تواند در این مدار ساختار خود را حفظ کند و از بین نرود؟ وجود اتمسفر مناسب، برای حیات بسیار ضروری است. یک اتمسفر مناسب می‌تواند شرایط آب و هوایی را تنظیم کند، فشار سطح آب را در مقدار مناسبی حفظ کند، از سطح سیاره در مقابل خطرات عوامل کیهانی محافظت کند و بستری مناسب برای شکل‌گیری پایه‌های حیات به وجود آورد.

مدل شبیه‌سازی رایانه‌ای که کاترین گارسیا سیج و همکارانش مورد استفاده قرار دادند، اتمسفر، میدان مغناطیسی و گرانش زمین را به‌ جای پروکسیما بی قرار داد. همچنین آن‌ها بر اساس داده‌های دریافت‌شده از سوی رصدخانه‌ اشعه‌ی ایکس چاندرا که متعلق به ناسا است، میانگین تابشی را که از سوی ستاره‌ی پروکسیما قنطورس ساطع می‌شود، محاسبه کرده‌اند. به کمک این داده‌ها، این مدل چگونگی تأثیرات تابش ستاره‌ی مادر را روی اتمسفر سیاره‌ی پروکسیما بی شبیه‌سازی کرد.

اوفر کوهن، دانشمند فضایی از دانشگاه ماساچوست و یکی از نویسندگان این مقاله پژوهشی، می‌گوید:

پرسش اصلی این است که چه مقدار از اتمسفر این سیاره از بین رفته و این فرآیند با چه سرعتی رخ داده‌ است؟ اگر ما بتوانیم زمانی را که طول کشیده تا بخشی از اتمسفر پروکسیما بی از بین برود، محاسبه کنیم؛ آن‌گاه می‌توانیم مقدار زمانی را که برای از بین رفتن تمام اتمسفر این سیاره لازم است، محاسبه کنیم. آن‌گاه ما باید مقدار به‌دست‌آمده را با سن سیاره مقایسه کنیم.

پروکسیما قنطورس،‌ ستاره‌ی کوتوله‌ی سرخ بسیار فعالی است. یک چنین ستاره‌ی فعالی می‌تواند به اتمسفر سیاره آسیب وارد کند و به‌تدریج آن را از بین ببرد. این ستاره می‌تواند به‌وسیله‌ی تابش فرابنفش بسیار پرانرژی که از خود ساطع می‌کند، گازهای اتمسفری را یونیزه کند، به الکترون‌ها شوک وارد کند و نواری از ذرات باردار الکتریکی به وجود آورد. در این فرآیند، الکترون‌های تازه تشکیل‌شده، به اندازه‌ای انرژی دریافت می‌کنند که می‌توانند به‌راحتی بر گرانش غلبه کنند و از اتمسفر سیاره خارج شوند. بارهای مخالف یکدیگر را می‌ربایند؛ بنابراین هرچه الکترون‌های با بار منفی از اتمسفر خارج می‌شوند، یک جدایش بار قدرتمند را ایجاد می‌کنند و یون‌های با بار مثبت را نیز به همراه خود به فضای بیرون می‌کشند.

در «ناحیه قابل سکونت» ستاره‌ی پروکسیما قنطورس، میزان تابش فرابنفش بسیار بالا است؛ بنابراین سیاره پروکسیما بی توسط مقدار زیادی اشعه‌ی فرابنفش بمباران می‌شود. میزان تابش فرابنفش دریافتی پروکسیما بی از ستاره‌ی پروکسیما قنطورس، صدها برابر بیشتر از میزانی است که زمین از خورشید دریافت می‌کند. این تابش شدید، انرژی لازم را برای فراری دادن مولکول‌های سبکی نظیر هیدروژن، تولید می‌کند و می‌تواند با گذشت زمان، مولکول‌های سنگین‌تری نظیر اکسیژن و نیتروژن را نیز از اتمسفر پروکسیما بی خارج کند.

این تابش شدید باعث می‌شود که اتمسفر پروکسیما بی حدود ۱۰ هزار بار سریع‌تر از اتمسفر زمین از بین برود. کاترین گارسیا سیج در این خصوص می‌گوید:

ما بر اساس میانگین فعالیت ستاره‌ی پروکسیما قنطورس، محاسباتی ساده انجام دادیم و توانستیم به این نتیجه برسیم. در این محاسبات، مواردی نظیر گرمای شدید اتمسفر ستاره و آسیب‌هایی را که ستاره به میدان مغناطیسی سیاره وارد کرده است، مطرح نمی‌شود. ما در حال حاضر می‌خواهیم اطلاعاتی در مورد تابش یونیزه کننده و فرار اتمسفر به دست آوریم.

دانشمندان برای درک بهتر جنبه‌های مختلف این فرآیند، به بررسی دو عامل دیگر که در از دست رفتن اتمسفر دخیل هستند پرداخته‌اند. نخستین عامل، ترموسفر یا همان گرم‌سپهر است. دانشمندان دریافته‌اند که هرچه دمای ترموسفر به‌وسیله‌ی تابش ستاره‌ای بیشتر شود، روند از دست رفتن اتمسفر نیز سرعت بیشتری خواهد داشت.

همچنین دانشمندان وسعت ناحیه‌ای را که بیشتر فرار اتمسفر بر فراز آن رخ می‌دهد، اندازه‌گیری کرده‌اند. به این نواحی، کلاه قطبی گفته می‌شود. قطب‌های مغناطیسی سیاره‌ها در مقابل تأثیرات مغناطیسی، بسیار حساس هستند. وقتی که خطوط میدان مغناطیسی در قطب‌ها بسته باشند، کلاه قطبی محدود می‌شود و ذرات باردار در نزدیکی سیاره به دام خواهند افتاد. از سوی دیگر، اگر خطوط میدان مغناطیسی در قطب‌ها باز باشند، اتمسفر با سرعت بالایی به سمت فضا راهی می‌شود و از دست می‌رود و هرگز بازنمی‌گردد.

شاون دامگال گلدمن، دانشمند فضایی از مرکز پروازهای فضایی گودارد، می‌گوید:

این پژوهش، به جنبه‌ی دیگری از سکونت پذیری یک سیاره می‌پردازد که شاید تاکنون توجه کمتری به آن‌ داشته‌ایم. در این پژوهش به بررسی ارتباط فیزیک ستاره‌ای با از دست رفتن اتمسفر پرداخته شده است. سیاره‌ها، سامانه‌های تعاملی مختلفی دارند و ما باید تا جای ممکن تمام این سامانه‌ها را در مدل‌های خود قرار دهیم.

دانشمندان نشان داده‌اند که به دلیل بالا بودن دما در ترموسفر و همچنین باز بودن خطوط میدان مغناطیسی در قطب‌های پروکسیما بی، این سیاره به‌سرعت اتمسفر خود را از دست می‌دهد. زمین، از دست دادن این مقدار اتمسفر را در ۱۰۰ میلیون سال تجربه می‌کند؛ زیرا شرایط پروکسیما بی را ندارد. این را هم در نظر داشته باشید که پروکسیما بی اکنون ۴ میلیارد سال سن دارد و اگر دانشمندان دمای پایین‌تری برای ترموسفر این سیاره در نظر بگیرند و میدان مغناطیسی آن را بسته فرض کنند، باز هم اتمسفر این سیاره حداکثر تا ۲ میلیارد سال نخست می‌توانسته خود را حفظ کند.

جرمی دریک، اخترفیزیک‌دانی از مرکز هاروارد-اسمیت‌سونیان و یکی از نویسندگان این مقاله‌ی پژوهشی، می‌گوید:

بسیار خوب و جالب است اگر یک سیاره‌ی فراخورشیدی بتواند اتمسفر خود را حفظ کند؛ اما متأسفانه طبق محاسبات انجام‌شده، از دست رفتن اتمسفر پروکسیما بی بسیار سریع صورت می‌گیرد و آن را سکونت ناپذیر می‌کند. این محاسبات و پرسش‌ها شاید بتوانند سکونت پذیری سیاره‌هایی را که در اطراف چنین کوتوله‌های سرخی قرار گرفته‌اند، به‌طور کلی مورد بررسی قرار دهند.

کوتوله‌های سرخی نظیر پروکسیما قنطورس یا ستاره‌ی TRAPPIST-1، معمولاً اهداف مناسبی برای جستجوگران سیاره‌های فراخورشیدی به شمار می‌روند؛ زیرا کوتوله‌های سرخ سردترین، کوچک‌ترین و فراوان‌ترین ستاره‌ها در کهکشان هستند. از آنجایی که آن‌ها کم‌نور و سرد هستند، سیاره‌های که در فاصله‌ی نزدیک آن‌ها گردش می‌کنند می‌توانند آب را به شکل مایع روی سطح خود حفظ کنند؛ البته اگر آب داشته باشند. البته از دست رفتن اتمسفر می‌تواند توسط یک فرآیند دیگر مانند فعالیت‌های شدید آتشفشانی یا برخوردهای شدید سیارکی حادث شود.