آیا جستجو برای یافتن حیات فرازمینی به نتیجه خواهد رسید؟

آیا جستجو برای یافتن حیات فرازمینی به نتیجه خواهد رسید؟

اولین اقدام جدی بشر برای جستجوی حیات فرازمینی در سال ۱۹۷۶ و با فرود فضاپیماهای وایکینگ ۱ و ۲ بر رویمریخ صورت گرفت. نشستن بر خاک مریخ اتفاق بزرگی بود که باعث شد موجی از هیجان در جامعه‌ی علمی آن زمان ایجاد شود. این هیجان با پیدا شدن شواهدی که ممکن بود اولین نشانه‌ها از حیات مریخی باشند به اوج خود رسید.

فضاپیمای وایکینگ چیزی شبیه میکروب در خاک مریخ پیدا کرده بود که به نظر می‌رسید باعث تولید گاز دی اکسید کربن می‌شود. اما وقتی دستگاه‌های این فضاپیما موفق نشدند هیچگونه مولکول ارگانیکی در خاک مریخ پیدا کنند، این هیجان به سرعت فرونشست و دانشمندان نتیجه گرفتند که خاک مریخ فاقد حیات است.

تا به امروز، اطلاعات وایکینگ همچنان موجب سردرگمی دانشمندان است. این داده‌ها هیچگاه وجود حیات در خاک سیاره‌ی سرخ را تایید نکرد، اما این امید را در جامعه‌ی علمی به وجود آورد که ممکن است حیات فضایی را قبل از هرکجا در همین منظومه‌ی خودمان پیدا کنیم.

ماجرای وایکینگ باعث به وجود آمدن رشته‌ی تحقیقاتی جدیدی با نام «اختر زیست شناسی» (astrobiology)شد.

با گذشت چند دهه از آن زمان، کاوشگرهای فضایی با سفر به سیارات، اقمار و سیارک‌ها به جستجوی خود در منظومه شمسی ادامه می‌دهند. آن‌ها موفق شده‌اند تا محیط‌هایی سرشار از آب پیدا کنند که شرایط توسعه‌ی حیات باکتریایی را در خود داشته باشند. احتمال وجود حیات فرازمینی در منظومه‌ی شمسی (و نه فقط در مریخ) یک احتمال جدی است.

خارج از منظومه‌ی شمسی، ستاره‌شناسان موفق به کشف هزاران سیاره‌ی جدید شده‌اند و برآورد می‌کنند که کهکشان خودمان ممکن است میزبان صدها میلیارد سیاره باشد. بسیاری از این سیارات ممکن است شبیه به زمین باشند؛ دارای اقیانوس‌هایی از آب، اتمسفر و حیات.

در دهه‌های آینده، کاوشگرهای فضایی و تلسکوپ‌های جدید به جستجو برای حیات در منظومه‌ی شمسی و فراتر از آن ادامه خواهند داد. جیم کستینگ، دانشمند سیاره‌شناس دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا می‌گوید:

«احتمال مناسب و معقولی وجود دارد که تا سال ۲۰۳۰ شواهدی از وجود حیات فرازمینی بر روی سیارات شبیه زمین پیدا کنیم.»

برای اولین بار در تاریخ بشر، دانشمندان برنامه و ابزار مناسب برای یافتن پاسخ به این پرسش که «آیا ما انسان‌ها در جهان تنها هستیم؟» را در اختیار دارند. جیسون رایت، یکی دیگر از دانشمندان دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا در این باره می‌گوید:

«این حقیقت که دانش می‌تواند به جای جوابی مبهم و فلسفی، پاسخی قطعی به این پرسش بدهد بسیار هیجان انگیز است.»

فاتحان کهکشانی

بدون شک، هیجان انگیزترین نوع حیات فرازمینی، نوع هوشمند آن است. دانشمندان به مدت چند دهه است که امواج رادیویی فضای دوردست را به امید یافتن نشانه‌هایی از تمدنی فضایی مورد بررسی قرار می‌دهند. برای مثال، موسسه‌ی SETI با استفاده از آرایه‌ی تلسکوپی آلن در کالیفرنیا در حال گوش دادن به پیام‌های احتمالی بیگانگان است.

یکی از راه‌های یافتن حیات فرازمینی این است که به دنبال تمدن‌های فوق پیشرفته‌ای باشیم که کل یک کهکشان را به استعمار خود درآورده‌اند. جیسون رایت به تازگی رهبری تیمی از دانشمندان را برای این منظور به عهده گرفته است.

در سال ۱۹۶۰، فیزیکدانی با نام فریمن دایسون این نظریه را مطرح کرد که موجودات فضایی ممکن است برای تامین انرژی تمدن خود، مستقیماً از ستاره‌ی منظومه‌شان استفاده کنند و توسط آن، نیروی مورد نیاز کامپیوترها، سفینه‌های فضایی یا هر دستگاه دیگری که در اختیار دارند را تامین کنند. تمامی این وسایل از خود گرما ساطع می‌کنند (درست مانند گرم شدن لپ‌تاپ شما هنگام استفاده) و اگر چنین تمدنی بتواند بر تمام یک کهکشان مسلط شود، می‌توان آن‌ها را با ترفند «جستجو برای تابش بیش از حد انتظار» پیدا کرد.

بعد از جستجو بین تصاویر گرفته شده از ۱۰۰ هزار کهکشان توسط ماهواره‌ی WISE، تیم تحقیقاتی رایت هیچ نتیجه‌ای به دست نیاورد، اما باید توجه داشت که آن‌ها تنها به دنبال یافتن نوع خاص و فوق پیشرفته‌ای از حیات فرازمینی بودند که توانایی تسخیر تمام یک کهکشان را داشته باشد. شاید موجودات فرازمینی ترجیح می‌دهند در منظومه‌ی خود باقی بمانند، و یا به جای تصرف کل کهکشان، تنها بر قسمت خاصی از آن حکمرانی می‌کنند.

رایت می‌گوید برای فهمیدن این موضوع، مرحله‌ی بعدی این است که هر کهکشان را با جزئیات بیشتر مورد بررسی قرار بدهیم تا ببینیم آیا نواحی خاصی از آن گرمای بیش از حد انتظار تولید می‌کنند یا خیر. او درباره‌ی یافتن کهکشانی با سطح تابش غیر عادی می‌گوید:

«چنین پدیده‌ای (در صورت کشف شدن) در یک کهکشان بسیار غیر معمول است؛ بطوریکه دلیل طبیعی دیگری (به جز وجود حیات بیگانه) برای توضیح این پدیده به ذهن من نمی‌رسد.»

با این حال، هنوز با کشف موجودات فضایی «هوشمند» فاصله داریم. در همین زمین خودمان هم با اینکه حیات سابقه‌ای ۳.۵ میلیارد ساله دارد، حیات هوشمند (اگر انسان‌ها را هوشمند در نظر بگیریم) تنها ۲۰۰ هزار سال است که به وجود آمده است. زمین بیشتر عمر خود را میزبان حیات ابتدایی به شکل میکروب بوده است. اگر روزی هم بتوانیم به کشف حیات فرازمینی نائل شویم، به احتمال زیاد این حیات به شکل میکروبی یا ابتدایی خواهد بود. البته این امکان نیز وجود دارد که حیات فضایی از آنچه فکرش را می‌کنیم هم به ما نزدیک‌تر باشد.

فضایی‌های همسایه

یکی از مکان‌های جذاب برای جستجوی حیات فرازمینی تایتان (Titan)، بزگترین قمر زحل است. تایتان اتمسفری غلیظ و ضخیم دارد و به جز زمین تنها جایی در منظومه‌ی شمسی است که سطح آن با دریا و دریاچه پوشیده شده است؛ تنها با این تفاوت که این دریاها به جای آب با متان مایع پر شده‌اند. دانشمندان عقیده دارند وجود مایع برای شکل گیری حیات بسیار مهم است، اما این واقعیت که مایع موجود در تایتان از جنس متان است، باعث می‌شود هرگونه موجود تایتانی از اساس با ما زمینی‌ها متفاوت باشد.

عدم وجود آب مایع در تایتان وجود حیات در آن را غیر ممکن نمی‌کند، بلکه تنها باعث ضعیف شدن احتمال آن می‌شود. حیات بر روی تایتان همچنین باید بتواند دمای بسیار سرد ۱۸۰- درجه‌ی سلسیوس را نیز تحمل کند.

برای حیاتی که ما می‌شناسیم، آب مایع همچنان مهمترین ماده‌ی تشکیل دهنده به شمار می‌رود و کاوش‌های فضایی نیز نشان داده‌اند که منظومه‌ی شمسی مملو از این مایع حیاتی است. تلکسوپ فضایی هابل امسال موفق شد وجود آب مایع در زیر سطح گانیمد، بزرگترین قمر مشتری را به اثبات برساند و همین حالا کاوشگر داون در حال چرخش به دور سیاره‌ی کوتوله‌ای با نام سرس است که ۴۰ درصد حجم آن را آب تشکیل می‌دهد و احتمال وجود اقیانوس‌های زیر سطحی در آن وجود دارد.

در میان مکان‌هایی که بیشترین امید برای یافتن حیات فرازمینی در آن‌ها وجود دارد می‌توان به مریخ، انسلادوسقمر زحل و اروپا قمر مشتری اشاره کرد. در مورد مریخ، بهترین شانس وجود حیات را باید در گذشته‌ی آن جستجو کرد؛ زمانی که این سیاره گرم، و سطح آن پر از رودخانه و دریاچه بوده است. شرایط امروزی مریخ برای میزبانی از حیات بسیار سخت‌تر شده است.

با این حال این امکان وجود دارد که هنوز هم میکروب‌ها در زیر سطح مریخ به حیات خود ادامه بدهند. جیم کستینگ عقیده دارد:

«به نظر من احتمال اینکه همین الان هم زندگی بر روی مریخ وجود داشته باشد ۵۰/۵۰ است.»

هرچند او در ادامه می‌گوید اگر هم حیات بر روی مریخ وجود داشته باشد، احتمالاً در عمق یک کیلومتری سطح سیاره قرار دارد؛ جایی که دما به اندازه‌ای گرم است که آب می‌تواند به شکل مایع وجود داشته باشد. اثبات این تئوری هرچند نیازمند حفاری سطح مریخ است.

یافتن حیات بر روی این سیاره نیز ممکن است نیازمند حفاری باشد. احتمالاً یک اقیانوس عظیم قابل سکونت در زیر لایه‌ی چند کیلومتری یخی این قمر مشتری وجود داشته باشد. دانشمندان مدت زیادی است که آرزو دارند به این سیاره سفر کنند و بودجه‌ی ۳۰ میلیون دلاری کاخ سفید برای چنین ماموریتی در سال ۲۰۱۶ می‌تواند بهترین فرصت برای عملی کردن این آرزو باشد. البته فرود و حفاری بر روی اقمار و سیارات بسیار پرهزینه خواهد بود و در پروژه‌ای با این بودجه‌ی اندک احتمالا تنها می‌توان یک کاوشگر کوچک به مدار اروپا ارسال، و از فاصله‌ی دور آن را مطالعه کرد.

برای همین است که دانشمندان عقیده دارند جستجو برای حیات بر روی انسلادوس (که آن هم دارای اقیانوس زیر سطحی است) بسیار منطقی‌تر خواهد بود. این قمر منجمد، در سال ۲۰۰۹ هنگامی که کاوشگر کاسینی موفق به کشف فواره‌هایی از جنس آب با ارتفاع صدها کیلومتر از سطح آن شد، مورد توجه دانشمندان قرار گرفت. این فواره‌ها که مستقیماً از اقیانوس بزرگ اعماق انسلادوس به فضا اسپری می‌شوند، می‌توانند حاوی نشانه‌هایی از حیات باشند.

مولکول‌های حیات

فضاپیمایی که بخواهد برای شکار حیات فرازمینی در اروپا یا انسلادوس به جستجو بپردازد باید به دنبال دو نوع مولکول باشد: لیپیدها و آمینو اسیدها. لیپیدها شامل چربی‌ها و روغن‌ها می‌شوند و برای ساختار و کارکرد سلول‌های زنده مهم هستند. اسیدهای آمینه نیز پروتئین‌ها را می‌سازند.

نکته‌ی جالب درباره‌ی آمینو اسیدها این است که با وجود اینکه از لحاظ ایزومری، دو ساختار L و D دارند، از بین تمام ۲۰ آمینو اسیدی که در حیات زمینی به چشم می‌خورند، ۱۹ تای آن‌ها آمینو اسیدهای نوع L هستند. این یعنی به احتمال زیاد، آمینو اسیدهایی که منشاء بیولوژیکی دارند، همه از نوع L باشند. کشف چنین آمینو اسیدی در یکی از اقمار یا سیارات منظومه‌ی شمسی وجود حیات در آن را با احتمال بسیار بالایی تایید خواهد کرد.

با این حال، ممکن است احتمال یافتن حیات در خارج از منظومه‌ی شمسی و در بین میلیاردها سیاره‌ی کهکشان راه شیری، بسیار بیشتر باشد. در حالی که کاوشگرهای فضایی در منظومه‌ی شمسی تنها می‌توانند یک مکان را در هر ماموریت مورد بررسی قرار دهند، تلسکوپ‌های فضایی می‌توانند ده‌ها یا صدها سیاره را کنکاش کنند. چنین تلسکوپ‌هایی به دنبال مولکول‌های دیگری می‌گردند: اکسیژن و دیگر گازهایی که برملا کننده‌ی وجود بیگانگان فضایی باشند.

در جستجوی ET

با توجه به موفقیت تلسکوپ فضایی کپلر در کشف هزاران سیاره در خارج از منظومه‌ی شمسی، ناسا قرار است «ماهواره‌ی بررسی گذر سیاره‌ای» TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) را در سال ۲۰۱۷ به فضا بفرستد.

درست مانند کپلر، TESS نیز قرار است به دنبال سیاراتی که از جلوی ستاره‌ی خود می‌گذرند و باعث تغییر اندکی در نور آن می‌شوند بگردد؛ اما تفاوت آن با کپلر در این است که TESS قرار است به دنبال سیارات نزدیک به زمین (که مطالعه و بررسی وجود حیات بر روی آن‌ها آسان‌تر است) بگردد.

چیزی که شکارچیان حیات فرازمینی را بیش از هر چیزی به هیجان آورده این است که TESS هدف‌هایی را برای تلسکوپ جیمز وب پیدا خواهد کرد تا پس از پرتاب این تلسکوپ به فضا در سال ۲۰۱۸، اتمسفر آن‌ها مورد تجزیه و تحلیل دقیق برای جستجوی گازهای نشان دهنده‌ی حیات قرار بگیرد.

ایده‌ی پشت آنچه گفته شد به این صورت است:

هنگامی که یک سیاره از جلوی ستاره‌ی خود عبور می‌کند، مقداری از نور ستاره از جو سیاره عبور خواهد کرد، که به صورت خط نازکی در اطراف دیسک سایه‌ی سیاره دیده می‌شود. بسته به ترکیبات شیمیایی جو سیاره، طول موج‌های خاصی از نور ستاره جذب آن خواهند شد. با اندازه گیری طول موج‌هایی که توانسته‌اند از جو سیاره عبور کنند، اخترشناسان می‌توانند گازهای موجود در اتمسفر سیاره را تشخیص دهند؛ حتی اگر سیاره‌ی مذکور چند صد سال نوری از ما فاصله داشته باشد!

اخترشناسان پیش از این نیز با تحقیق روی اتمسفر سیاره‌ها توسط تلسکوپ فضایی هابل، صحت نتایج روش خود را نشان داده‌اند. با استفاده از تلسکوپ فضایی قدرتمند جیمز وب، می‌توان اتمسفر سیارات را با جزئیات بیشتری تجزیه و تحلیل کرد.

یکی از گازهایی که آن‌ها امیدوارند بتوانند کشف کنند اکسیژن است. هرچند اکسیژن می‌تواند به صورت طبیعی و بدون دخالت موجودات زنده نیز در جو یک سیاره وجود داشته باشد، اما از آنجایی که اکسیژن گاز فعالی است و واکنش پذیری بالایی دارد، نمی‌تواند برای مدت طولانی بدون واکنش با دیگر ترکیبات در جو یک سیاره دوام بیاورد. پس برای اینکه مقادیر زیادی از اکسیژن به صورت پایدار در جو یک سیاره وجود داشته باشد، یک منبع (شاید زنده) برای تولید مجدد آن نیاز است. در زمین این وظیفه بر عهده‌ی گیاهان و باکتری‌ها است.

پس از مولکول‌های آلی مانند لیپید‌ها و آمینو اسیدها، یافتن اکسیژن بالاترین شانس وجود حیات را با خود به همراه خواهد داشت.

اما اکسیژن فقط یک گاز است. ساکنان زمین را در نظر بگیرید؛ موجودات زنده بر روی زمین هزاران نوع گاز تولید می‌کنند (برای مثال به بوهای مختلفی که ما انسان‌ها و حیوانات تولید می‌کنیم فکر کنید). البته تنها تعداد کمی از این گازها به اندازه‌ای هستند که بتوان آن‌ها را از فضا تشخیص داد. بنابراین اخترشناسان در تلاش هستند تا بفهمند کدام گازها تضمین کننده‌ی وجود حیات در یک سیاره هستند. برخی نامزدهای احتمالی عبارتند از متان و دی متیل سولفید که فیتوپلانکتون‌ها بر روی زمین آن‌ را تولید می‌کنند.

البته یافتن گازی خاص در اتمسفر یک سیاره نمی‌تواند به سادگی تایید کننده‌ی وجود حیات در آن باشد، چرا که منابع غیر زنده مانند آتشفشان‌ها نیز می‌توانند بسیاری از این گازها را تولید کنند. برای تعیین اینکه آیا یک گاز خاص منشاء بیولوژیکی دارد، اخترشناسان باید به مطالعه‌ی شیمی و ویژگی‌های خاص آن سیاره بپردازند.

الان بهترین زمان برای یافتن حیات است

تلسکوپ جیمز وب باید کمی خوش شانس باشد تا بتواند موفق به کشف حیات فرازمینی شود. طرح ساخت این تلسکوپ سال‌ها قبل از اینکه اخترشناسان متوجه شوند کهکشان راه شیری میلیاردها سیاره دارد مطرح شده بود و این تلسکوپ برای یافتن سیاره یا حیات بیگانه طراحی نشده است.

TESS هزاران سیاره پیدا خواهد کرد، اما تنها تعداد کمی از آن‌ها برای بررسی توسط تلسکوپ جیمز وب اهداف مناسبی خواهند بود. یک سیاره‌ی مناسب باید نسبت به ستاره‌ی خود زیاد کوچک نباشد. در غیر این صورت، تابش خیره کننده‌ی ستاره، پیدا کردن طول موج‌های خاص را دشوار خواهد کرد. در واقع رصد کردن یک سیاره در کنار ستاره‌اش مانند مشاهده‌ی یک کرم شب تاب در کنار نور افکن است؛ آن هم از فاصله‌ی ۱۵۰۰ کیلومتری!

از طرفی باید در نظر داشت که طیف سیاراتی که TESS و تلسکوپ جیمز وب می‌توانند بررسی کنند بسیار محدود است، چرا که آن‌ها تنها قادر به بررسی سیاراتی هستند که از جلوی ستاره‌ی خود عبور می‌کنند. اگر تلسکوپ جیمز وب موفق نشود چیزی پیدا کند، اخترشناسان مجبور خواهند بود تا یک تلسکوپ اختصاصی طراحی کنند که برای بررسی سیارات، وابسته به عبور سیاره از جلوی ستاره‌اش نباشد.

برای اینکه تلسکوپی سیارات را به صورت مستقیم مورد بررسی قرار دهد، باید به طریقی جلوی نور خیره کننده‌ی ستاره‌ی میزبان را گرفت. یک ایده برای تلسکوپ‌های فضایی آینده این است که قسمتی مانند چتر برای آن‌ها ساخته شود تا بتواند جلوی نور ستاره را بگیرد. چنین تلسکوپی قادر خواهد بود تا سیاره‌هایی با ابعاد زمین که به دور ستاره‌هایی در ابعاد خورشید در حال گردش هستند را ردیابی کند؛ کاری که TESS قادر به انجام آن نیست. به این ترتیب، شانس پیدا کردن سیارات واقعاً شبیه زمین و در نتیجه یافتن حیات فرازمینی چند برابر خواهد شد.

بزرگترین دلیل برای خوشبینی در مورد یافتن حیات فرازمینی، تعداد و تنوع بسیار زیاد سیارات در کهکشان راه شیری است. دکتر سارا سیگر، اخترشناس دانشگاه MIT در این باره می‌گوید:

«می‌دانیم که سیارات زیادی در کهکشان ما وجود دارند و تا به حال اتمسفر بسیاری از آن‌ها را بررسی کرده‌ایم. برای اولین بار در تاریخ این احتمال وجود دارد که بتوانیم نشانه‌هایی از حیات را در خارج از سیاره‌ی خودمان پیدا کنیم. احمقانه است اگر از این فرصت استفاده نکنیم.»