یافتن حیات فرازمینی چقدر زمان‌بر خواهد بود؟

نسل جدیدی از اَبَرتلسکوپ‌ها در راه هستند و در کنار رصدخانه‌های فضایی و زمینی، به ما این امکان را می‌دهند تا بتوانیم اتمسفر سیاره‌های دوردست را به خوبی مشاهده کنیم. ما می‌دانیم که روی سیاره‌ی زمین حیات وجود دارد و اتمسفر سیاره ما نیز به این موضوع اشاره می‌کند؛ اما آیا ما می‌توانیم به کمک اتمسفر، وجود حیات روی سیاره‌های فراخورشیدی را تشخیص دهیم؟ کافی است که تنها یک نشانه‌ی حیات وجود داشته باشد یا حتی یک ترکیب شیمیایی در اتمسفر که به ما بگوید بله، در آن سیاره قطعاً حیات وجود دارد. چنین چیزی غیرممکن نیست؛ اما واقعاً راهی دشوار در پیش داریم تا به این مرحله برسیم.

تا پیش از این واقعاً عملکرد جالبی نداشته‌ایم؛ زیرا گمان می‌کردیم که می‌توانیم صرفاً با مشاهده‌ی اتمسفر یک سیاره، با قطعیت بگوییم که در آن‌جا حیات وجود دارد یا خیر. ما اشتباه می‌کردیم؛ زیرا قضیه به این سادگی‌ها نیست. تا پیش از این ما می‌گفتیم کافی است که در اتمسفر سیاره‌ای دوردست، چیزی نظیر اوزون، متان و یا ذره‌ای آلودگی کشف کنیم تا بگوییم در آن‌جا حیات وجود دارد. واقعیت این است که در گذشته اشتباه فکر می‌کرده‌ایم و اکنون باید آن تفکرات اشتباه را کنار گذاشته و با واقعیت تلخی که پیش‌رو داریم روبه‌رو شویم؛ زیرا انجام این‌کار به مراتب دشوارتر از کشف یک اوزون و متان است.

اخترزیست‌شناسان همواره در تلاش بوده‌اند تا با شناسایی یک نشانه‌ی زیستی هرچند کوچک در اتمسفر سیاره‌های فراخورشیدی، بگویند که در آن‌جا حیات وجود دارد. فرآیند طبیعی، بسیار عجیب عمل می‌کند و آن‌قدر باهوش است که می‌تواند ما را با روش‌هایی مختلف، دچار گمراهی کند و تلاش‌های ما را به بن‌بست برساند. به‌راستی نشانه‌های حیات که اهمیت ویژه‌ای دارند، کدامند؟ چرا این نشانه‌ها تا این اندازه مشکل‌ساز هستند و چقدر طول می‌کشد تا ما بتوانیم به کمک تشخیص یکی از این نشانه‌ها، وجود حیات را تأیید کنیم؟ بگذارید با نزدیک‌ترین سیاره‌ای که پتانسیل حیات دارد شروع کنیم؛ مریخ.

برای حدود دو دهه‌ است که ستاره‌شناسان ابرهای بزرگی از متان را در اتمسفر مریخ شناسایی کرده‌اند. روی زمین، متان توسط موجودات زنده‌ای نظیر باکتری‌ها و گاوها (باد معده گاوها) تولید می‌شود. نکته جالب در مورد متان این است که به راحتی توسط نور خورشید از بین می‌رود؛ بنابراین، متان موجود در اتمسفر زمین، مربوط به میلیون‌ها یا میلیاردها سال گذشته نیست. علاوه بر موجودات زنده، پدیده‌هایی طبیعی نظیر آتشفشان‌ها نیز متان تولید می‌کنند و این اتفاق زمانی رخ می‌دهد که سنگ‌ها با آب داغ برخورد می‌کنند.

پس منبع تولید متان در مریخ چیست؟ ناسا چندین سال است که سعی می‌کند به کمک دو مریخ‌نورد اسپیریت (Spirit) و آپورچونیتی (Opportunity) به این پرسش، پاسخ دهد؛ اما متأسفانه موفق نشده است. ناسا در سال ۲۰۱۲، مریخ‌نورد کنجکاوی (Curiosity) را به مریخ فرستاد و به نظر می‌رسد که این مریخ‌نورد، ابزارهای لازم برای یافتن منشأ تولید متان در سیاره‌ی سرخ را در اختیار دارد. در طول چند ماه، مریخ‌نورد کنجکاوی مقادیر زیادی از متان را روی سطح مریخ شناسایی کرد که همین موضوع نیز بحث‌ برانگیز شد. آن‌طور که بعدها مشخص شد، این مریخ‌نورد، خودش مقادیری از متان را حمل می‌کند و با توجه به این‌که در اطراف خود به جستجو می‌پردازد، این امکان وجود دارد که متان‌های شناسایی شده روی سطح مریخ، در واقع از جانب خود مریخ‌نورد باشند. این امکان نیز وجود دارد که یک شهاب سنگ که حاوی مقادیری از گاز متان بوده، در آن نزدیکی سقوط کرده و گازهای خود را آزاد کرده است.

پروژه‌ی ExoMars آژانس فضایی اروپا، اکتبر سال ۲۰۱۶ میلادی به مریخ رسید؛ هرچند که فرودگر شیاپارِلی (Schiaparelli) نتوانست با موفقیت روی سطح مریخ بنشیند و کاملاً از بین رفت. این پروژه علاوه بر فرودگر، یک مدارگرد شناسایی گاز نیز دارد که توانست با موفقیت در مدار مریخ قرار بگیرد و به محض قرارگیری در مدار، فرآیند نقشه‌برداری از اتمسفر مریخ را با دقت و جزئیات بالایی آغاز کرد. هدف از نقشه‌برداری این بود تا مناطقی که تولید کننده‌ی متان هستند، شناسایی شوند؛ اما متأسفانه با وجود تلاش‌های بسیار و قابل تقدیر، نتیجه‌ای رضایت‌بخش حاصل نشد.

به عبارت دیگر، ما تا به امروز چندین مدارگرد و مریخ‌نورد را که به تجهیزات نقشه‌برداری و آزمایشگاهی پیشرفته مجهز شده‌اند، به مریخ ارسال کرده‌ایم تا منشأ این متان موجود در اتمسفر را شناسایی کنند؛ اما متأسفانه موفق نشده‌ایم. برخی از دانشمندان دلایل جالبی را برای افزایش سطح متان موجود در مریخ ارائه داده‌اند؛ برخی نیز می‌گویند که احتمالاً در آن‌جا حیات وجود دارد؛ اما اخترزیست‌شناسان با این دیدگاه موافق نیستند. در واقع اخترزیست‌شناسان می‌گویند که ادعاهای عجیب و غریب نیازمند شواهدی عجیب و غریب هستند تا آن‌ها را تأیید کنند؛ در غیر این صورت مردود هستند. برخی از تلسکوپ‌های فعلی، می‌توانند اتمسفر سیاره‌هایی فراخورشیدی که به دور ستاره‌های دیگر گردش می‌کنند را اندازه‌گیری کنند. برای حدود یک دهه، تلسکوپ فضایی اسپیتزر(Spitzer) ناسا، از اتمسفر سیاره‌های مختلف نقشه‌برداری کرده است. به عنوان مثال، نقشه‌ی اتمسفر سیاره‌ی فراخورشیدی HD 189733b را که از نوع مشتری داغ است، در زیر مشاهده می‌کنید. این سیاره حدود ۶۴.۳ سال نوری از زمین فاصله دارد.

در حال حاضر چیز زیادی از این نقشه دستگیر دانشمندان نمی‌شود؛ اما این سیاره ۶۴.۳ سال نوری با ما فاصله دارد و ما توانسته‌ایم از اتمسفر آن نقشه‌برداری کنیم و این یک دستاورد بزرگ به شمار می‌رود. فرآیند تهیه نقشه از اتمسفر چنین سیاره‌هایی به این شکل است که ابتدا به هنگام عبور سیاره از مقابل ستاره‌ی مادر، میزان ترکیبات شیمیایی اندازه‌گیری می‌شود و پس از عبور سیاره، یک‌بار دیگر اندازه‌گیری انجام می‌شود و سپس اختلاف مقادیر اندازه‌گیری شده، همانی است که در اتمسفر سیاره وجود دارد که البته آماری دقیق نیست؛ اما یک چشم‌انداز نسبی را ارائه می‌دهد.

تلسکوپ فضایی اسپیتزر توانسته است که اتمسفر سیاره‌ی HAT-P-26bرا نیز اندازه‌گیری کند. این سیاره هم اندازه‌ی نپتون بوده و در فاصله‌ی نزدیکی از ستاره‌ی مادر خود‌ گردش می‌کند و تقریباً ۴۲۴ سال نوری از زمین فاصله دارد. نکته جالب در مورد این سیاره، شناسایی بخار آب در اتمسفر آن است که بحث برانگیز شده است. آیا این نشان می‌دهد که در این سیاره‌ها حیات وجود دارد؟ زیرا ما هرجایی در زمین آب بیابیم، حیات را یافته‌ایم. واقعیت این است که تصورات ما اشتباه هستند؛ زیرا آب حتی بدون حضور حیات، همچنان وجود دارد.

تلسکوپ فضایی جیمز وب که قرار است سال ۲۰۱۹ به فضا پرتاب شود، این حساسیت در تهیه نقشه اتمسفری را به سطح جدیدی خواهد برد و به ستاره‌شناسان این امکان را می‌دهد تا بتوانند اتمسفر سیاره‌های بیشتری را با دقت و جزئیات به مراتب بالاتر، مشاهده کنند. نخستین چیزی که تلسکوپ فضایی جیمز وب رصد می‌کند، منظومه‌ی TRAPPIST-1 خواهد بود که ۶ سیاره‌ی زمین‌سان دارد که در ناحیه‌ی حیات (ناحیه‌ای در اطراف ستاره‌ها که امکان شکل‌گیری حیات در آن، بیش از هر جای دیگری است) به دور ستاره‌ی کوتوله‌ی سرخی گردش می‌کنند. تلسکوپ فضایی جیمز وب می‌تواند در اتمسفر سیاره‌های این منظومه، اوزون، متان و دیگر نشانه‌های حضور حیات را شناسایی کند؛ بنابراین چقدر طول می‌کشد تا پس از مشاهده‌ی اتمسفر یک سیاره، بگوییم در آن‌جا حیات وجود دارد یا خیر؟

جان لی گرِنفل، اخترزیست‌شناسی از مرکز هوافضای آلمان، گزارشی را تهیه کرده و در آن به معرفی تمام نشانه‌های فراسیاره‌ای حیات که ممکن است در اتمسفر آن سیاره‌ها مشاهده کنیم، پرداخته است. همچنین وی به بررسی تمام این نشانه‌ها پرداخته و چگونگی استفاده از آن‌ها برای پی بردن به حضور حیات در دیگر سیاره‌ها را به درستی شرح داده است. طبق گفته‌های وی، نخستین چیزی که باید به دنبال شناسایی آن در اتمسفر سیاره‌های فراخورشیدی باشیم، مولکول اکسیژن یا همان O₂است. همه‌ی ما در حال حاضر مولکول اکسیژن را تنفس می‌کنیم زیرا ۲۱ درصد از هوای اطراف ما را تشکیل داده است. تحت هر شرایطی، اکسیژن می‌تواند در اتمسفر سیاره‌های دیگر نیز بدون آن‌که منشأ داشته باشد، برای هزاران سال باقی بماند.

اکسیژن، روی زمین به وسیله‌ی فرآیندی به نام فتوسنتز تولید می‌شود؛ اما اگر سیاره‌ای فراخورشیدی توسط ستاره‌ی مادر خود تخریب شود و اتمسفر آن از بین برود، هیدروژن به درون فضا منتقل خواهد شد؛ اما مولکول اکسیژن می‌تواند همچنان در اطراف سیاره باقی بماند.

در مورد اوزون یا همان O₃ چطور؟ مولکول اکسیژن یا همان O₂ می‌تواند توسط فرآیندی شیمیایی که در اتمسفر صورت می‌گیرد، به اوزون O₃تبدیل شود. به نظر می‌رسد که باید به دنبال تشخیص اوزون نیز در اتمسفر سیاره‌های دیگر باشیم و این مولکول نیز انتخاب خوبی است؛ اما ممکن است که در آن سیاره‌ها، فرآیند‌های طبیعی دیگری نیز صورت بگیرند که به تولید اوزون منجر می‌شوند. به عنوان مثال، یک لایه اوزون در اطراف سیاره زهره است و در اطراف مریخ نیز یک لایه اوزون دیده شده است؛ همچنین می‌توان این لایه را در اطراف قمرهای یخ زده‌ای که در منظومه‌ی شمسی حضور دارند نیز مشاهده کرد.

یکی دیگر از چیزهایی که احتمالاً گزینه‌ی مناسبی برای شناسایی در اتمسفر سیاره‌های فراخورشیدی خواهد بود، اکسید نیتروژن یا گاز خنده‌آور است. روی زمین، اکسید نیتروژن توسط بازدم گونه‌ای از باکتری که در خاک زندگی می‌کند، تولید می‌شود و به چرخه‌ی نیتروژن زمین کمک می‌کند. یکی از مزایای اکسید نیتروژن، این است که زمین تنها سیاره‌‌ی منظومه شمسی است که این گاز در آن وجود دارد.

دانشمندان با توسعه‌ی مدل‌هایی نشان داده‌اند که چگونه این گاز در روزهای ابتدایی زمین (یعنی زمانی که اقیانوس‌ها مملو از سولفور بوده‌اند) به وسیله‌ی تماس سولفور با نیتروژن خارجی، تولید شده است. این یعنی حتی بدون حضور حیات نیز امکان شکل‌گیری این گاز وجود دارد. در واقع، باتوجه به مدل‌ها می‌توان پی برد که مریخ و زهره نیز زمانی چنین چرخه‌ای را طی کرده‌اند. اگر این گاز را روی سیاره‌های فراخورشیدی مشاهده کنیم دو احتمال وجود دارد؛ یا این‌که ما در حال تماشای سیاره‌ای بسیار جوان هستیم، یا روی آن سیاره حیات وجود دارد.

گزینه‌ی بعدی که باید به دنبال یافتن آن در اتمسفر سیاره‌های فراخورشیدی باشیم، متان است. متان، گازی است که بحث‌های زیادی پیرامون آن می‌شود و همان‌طوری که پیش‌تر نیز به آن اشاره شد، این گاز روی زمین توسط موجودات زنده تولید می‌شود؛ اما روی مریخ این گاز وجود دارد و روی تایتان (قمر سیاره زحل) نیز اقیانوس‌هایی از متان شناسایی شده‌اند. اخترزیست‌شناسان، هیدروکربن‌هایی نظیر اتان و ایزوپرن را نیز پیشنهاد داده‌اند؛ اما این دو نیز مشکلات خود را دارند.

دریاچه‌ی متان روی سطح تایتان؛ قمر زحل

در مورد آلودگی‌هایی که توسط تمدن‌های پیشرفته تولید می‌شوند چطور؟ آیا می‌توان از این آلودگی‌ها برای شناسایی حیات استفاده کرد؟ اخترزیست‌شناسان نام این دست از نشانه‌ها را «نشانه‌های فناوری» گذاشته‌اند که شامل کلروفلوئوروکربن‌ها و خروجی‌های هسته‌ای می‌شود؛ اما این را نیز باید در نظر داشت که شناسایی چنین نشانه‌هایی آن هم در سیاره‌ای که چندین سال نوری با ما فاصله دارد، بسیار دشوار خواهد بود. برخی از ستاره‌شناسان پیشنهاد داده‌اند که ما باید در مرحله‌ی نخست، به دنبال سیاره‌هایی موسوم به «زمین‌های مُرده» باشیم تا صرفاً یک مرجع در اختیار داشته باشیم. این سیاره‌ها ممکن است که در ناحیه حیات اطراف ستاره قرار گرفته باشند؛ اما هیچ حیاتی روی آن‌ها وجود نداشته باشد ولی دارای سطح سنگی و آب باشند. همچنین وجود اتمسفری که موجودات زنده در تشکیل ساختار آن دخیل نبوده‌اند، ضروری است.

مشکل ایده مطرح شده، این است که ما نمی‌توانیم به طور قطعی اعلام کنیم که یک سیاره‌ی خاص، زمین مُرده است یا خیر. به عنوان مثال، اقیانوس‌ها می‌توانند کربن دی‌اکسید را جذب کنند؛ بنابراین شما حتی نمی‌توانید بگویید که این سیاره یک زمین‌سان است! در هر صورت چیزی را نمی‌توان تأیید یا رد کرد.

برخی از ستاره‌شناسان روشی را برای شناسایی حیات پیشنهاد داده‌اند که نمی‌توان با نقشه‌برداری از اتمسفر به آن پی برد؛ اما با استفاده از روش‌های دیگر، چرا. گیاهانی که روی زمین هستند، طول موجی خاص از نور را بین ناحیه ۷۰۰ تا ۷۵۰ نانومتری، بازتاب می‌دهند که اخترزیست‌شناسان به آن «لبه‌ی سرخ» می‌گویند؛ زیرا شما در مقایسه با دیگر سطوح، تا ۵ برابر بازتاب بیشتری را خواهید دید. ما در حال حاضر تلسکوپ‌هایی که بتوانند میزان بازتاب نور از سطح یک سیاره را اندازه‌گیری کنند، در اختیار نداریم؛ اما برخی ایده‌های هوشمندانه مطرح شده‌اند که می‌توان از آن‌ها کمک گرفت. یکی از این روش‌ها، بررسی چگونگی بازتاب نور یک سیاره روی قمر نزدیکش و تجزیه و تحلیل این مقادیر است. به عبارت دیگر، باید میزان درخشش سیاره فراخوشیدی روی قمر نزدیکش را اندازه بگیریم؛ مانند درخشش زمین روی ماه. در واقع، در روزهای نخستین زمین، سیاره‌ی ما به دلیل وجود باکتری آرکایا، از فضا به رنگ بنفش دیده می‌شده است.

قرار است که به زودی فضاپیماها و رصدخانه‌های زمینی تازه‌ای شروع به کار کنند که به ما در یافتن پاسخ پرسش‌هایمان، کمک خواهند کرد. یکی از این رصدخانه‌هایی که به تازگی فعالیت خود را آغاز کرده، رصدخانه‌ی فضایی گایا متعلق به آژانس فضایی اروپا است. مأموریت گایا این است که از حدود ۱ درصد از ستاره‌های موجود در کهکشان راه شیری، نقشه‌برداری کرده و بر اساس ویزگی‌هایی که دارند، آن‌ها را دسته‌بندی کند. گایا به ما خواهد گفت که چه ستاره‌هایی در کهکشان راه شیری هستند و چه سیاره‌هایی وجود دارند که برای جستجوی حیات فرازمینی می‌توان از آن‌ها استفاده کرد.

مدارگرد TESS‌ که قرار است در سال جاری میلادی به فضا پرتاب شود، تمام سیاره‌های فراخورشیدی هم‌اندازه‌ی زمین را که در نزدیکی منظومه‌ی شمسی به دور ستاره‌ی مادر خورد گردش می‌کنند، شناسایی خواهد کرد. مأموریت PLATO 2 نیز سیاره‌های سنگی فراخورشیدی که در ناحیه حیات به دور ستاره گردش می‌کنند را شناسایی خواهد کرد تا تلسکوپ فضایی جیمز وب بتواند اتمسفر آن‌ها را بررسی کند. تلسکوپ بسیار قدرتمند LUVOIR که تا ۲۰ سال آینده به فضا پرتاب می‌شود، قرار است که مشاهدات ما از اجرام آسمانی را به سطح جدیدی وارد کند. تا زمانی که نسل جدید تلسکوپ‌ها آغاز به کار کرده و فرآیند اندازه‌گیری اتمسفر سیاره‌های زمین‌سان شروع می‌شود، اخترزیست‌شناسان تلاش می‌کنند تا نشانه‌ای از حیات بیابند که بتوان از آن استفاده کرد تا به وجود حیات در سیاره‌های دیگر پی برد.

این‌که چقدر طول می‌کشد تا ما حیات را در سیاره‌های دیگر بیابیم، بستگی به فناوری‌های ما خواهد داشت. مطمئناً به این زودی نمی‌توانیم به این پرسش، پاسخ دهیم؛ اما به یاد داشته باشید که پاسخ دادن به این پرسش می‌تواند ما را به یافتن پاسخ یکی از مهم‌ترین پرسش‌های بشریت نزدیک کند: آیا ما در این جهان تنها هستیم؟

به نظر می‌رسد که یافتن پاسخ این پرسش، ارزش صبر کردن را دارد.