چرا در منظومه‌ شمسی فقط زمین دارای حیات است؟

فرارو- نموداری که مرز‌های منطقۀ قابل سکونت در پیرامون ستاره‌ها و چگونگی تأثیرگذاری نوع ستاره را در قرار گرفتن جای مرز‌ها نشان می‌دهد. این نقشۀ به‌روز شده همچنین سیاره‌های منظومۀ خورشیدی؛ (زهره، زمین و مریخ)، و نیز سیاره‌های فراخورشیدیِ به‌ویژه مورد توجه؛ مانند تراپیست-۱دی، کپلر-۱۸۶اف، و نزدیکترین همسایۀ ما پروکسیما قنطورس بی را، که در کمربند حیات ستارۀ خود قرار دارند نشان می‌دهد.

کمربند حیات (به انگلیسی Circumstellar Habitable Zone (CHZ)) یا منطقۀ گُلدی‌لاکس (Goldilocks Zone) در اخترشناسی بازه‌ای از فاصله در سامانۀ یک ستاره است که بتوان در آن سیاره‌ای با فشار اتمسفر کافی یافت کرد که شرایط وجود آب مایع در سطح خود را دارا باشد. این فاصله بر مبنای نیاز‌های شناخته شدۀ زیست‌کرۀ زمین، موقعیتش در منظومۀ خورشیدی و مقدار انرژی حرارتی که از خورشید دریافت می‌کند، محاسبه می‌شود.

 

به دلیل اهمیت وجود آب مایع به عنوان لازمۀ زندگی تصور می‌شد می‌توان با استفاده از کمربند حیات وسعتی از جهان که امکان زندگی فرازمینی در آن وجود دارد را تخمین زد. هر چند بعد‌ها مشخص شد که امکان وجود آب مایع به علت وجود منابع حرارتی دیگر در اجرام آسمانی که خارج از این محدوده قرار دارند نیز وجود دارد و در واقع امکان زیست فرازمینی به این نواحی محدود نمی‌شود.

از سال ۱۹۵۳ میلادی که مفهوم کمربند حیات برای نخستین‌بار مطرح شد، تاکنون سیاره‌های بسیاری در این نواحی یافت شده‌اند که بیشتر آن‌ها ابرزمین یا غول گازی با ابعادی بسیار بزرگ‌تر از زمین هستند، چرا که شناسایی اینگونه سیارات آسان‌تر است. در ۴ نوامبر ۲۰۱۳ میلادی ستاره‌شناسان اعلام کردند که بر اساس اطلاعات تلسکوپ فضایی کپلر امکان وجود نزدیک ۴۰ میلیارد سیارۀ زمین‌سان در کهکشان راه شیری وجود دارد که در کمربند حیات در حال گردش حول ستارۀ خود باشند، نزدیک‌ترین آن‌ها در حدود ۱۲ سال نوری از زمین فاصله دارد.

 

بر اساس مطالعه‌ی جدیدی که به رهبری دانشگاه ریورساید کالیفرنیا انجام شده است، دانشمندان نشان داده‌اند که ستاره‌های دیگر غیر از خورشید، می‌توانند تا ۷ سیاره‌ی مشابه زمین در اطراف خود داشته باشند.

تیم‌های جستجو به دنبال حیات در کهکشان‌ها، معمولاً روی ناحیه‌ی قابل سکونت ستاره‌ها تمرکز می‌کنند. این ناحیه در واقع جایی از اطراف ستاره است که آب بر روی سیاره‌های موجود در آن‌جا، می‌تواند به صورت مایع وجود داشته باشد.

«استفن کین» و هکارانش از دانشگاه ریورساید، منظومه‌ای به‌نام «TRAPPIST-۱» را مورد مطالعه قرار داده‌اند و دریافته‌اند که در ناحیه‌ی قابل سکونت آن ۳ سیاره‌ی مشابه زمین وجود دارد. دکتر کین می‌گوید: «این یافته ما را بر آن داشت که بفهمیم حداکثر ممکن تعداد سیاره‌های موجود برای هر ستاره چقدر است و چرا منظومه‌ی شمسی تنها یک سیاره‌ی مشابه زمین دارد.»

در این مطالعه، محققین مدل‌های شبیه‌سازی کرده‌اند که در آن‌ها سیاره‌ها با اندازه‌های مختلف در اطراف ستاره‌ها در حال دوران هستند. آن‌ها الگوریتمی طراحی کردند که نیرو‌های گرانشی را محاسبه می‌کنند و برهمکنش سیاره‌ها با یکدیگر را طی میلیون‌ها سال پیش‌بینی می‌کند. آن‌ها دریافتند که برخی از ستاره‌های شبیه‌سازی شده می‌توانند ۷ سیاره‌ی مشابه زمین در اطراف خود داشته باشند، ولی ستاره‌ای مانند خورشید می‌تواند تنها شش سیاره داشته باشد که آب بر روی آن‌ها به‌صورت مایع باشد. دکتر کین می‌گوید: «اگر بیشتر از ۷ سیاره در ناحیه‌ی قابل سکونت ستاره‌ها وجود داشته باشد، سیاره‌ها آنقدر به یکدیگر نزدیک می‌شوند که مدارات آن‌ها با هم تداخل پیدا کرده و پایداری خود را از دست می‌دهند. حال این پرسش پیش می‌آید که چرا خورشید تنها یک سیاره‌ی قابل سکونت در اطراف خود دارد؟ اگر مدار سیارات به جای بیضوی به صورت دایره‌ای می‌بود، امکان وجود سیاره‌ی دیگری نیز در ناحیه‌ی قابل سکونت خورشید وجود داشت؟»

دانشمندان حدس می‌زنند که مشتری با جرم زیاد خود یعنی دو و نیم برابر مجموع جرم سیارات دیگر در منظومه‌ی شمسی، باعث از بین رفتن امکان زندگی در دیگر سیارات منظومه‌ی شمسی شده است. دکتر کین می‌گوید: «مشتری تاثیر زیادی بر قابلیت سکونت سیاره‌های دیگر داشته است، زیرا مدار آن باعث به هم خوردن مدارات دیگر سیارات می‌شود.»

دانشمندان ستاره‌ای را پیدا کرده‌اند که سیاره‌ای مانند مشتری در اطراف خود ندارد و به همین خاطر حدس می‌زنند که احتمالاً چندین سیاره‌ی مشابه زمین در ناحیه‌ی قابل سکونت خود داشته باشد.

مقاله‌ی حاوی نتایج این تحقیقات در مجله‌ی Astronomical Journal چاپ شده است

در مطالعات نجومی و اخترزیست‌شناسی آنچه به عنوان کمربند حیات خوانده می‌شود دربردارنده شرایط سازگار با زیستن، وجود مقادیر زیاد آب به شکل مایع، امکان بقا و تولیدمثل می‌شود. به طورکلی در این سیارات فشار اتمسفر سبب حفظ آب مایع باید برروی این سیارات بشود. یک سیاره قابل سکونت عموماً با ویژگی‌های سیاره زمین قیاس می‌گردد.

بر اساس تحقیقات محققان، تلسکوپ فضایی کپلر محاسبه کرده است که حدود ۹ میلیارد سیاره فراخورشیدی مانند زمین و مستعد حیات وجود دارد که نزدیک‌ترین آن‌ها ۱۲ سال نوری از ما فاصله دارد.

این محاسبه توسط اریک پتیگورا دانشجوی دانشگاه کالیفرنیا در برکلی و بر اساس تجزیه و تحلیل اطلاعات بیش از ۳هزار سیاره فراخورشیدی نامزد شده توسط فضاپیمای کپلر انجام شده است.

بر اساس این محاسبات٬ حدود ۲۰ درصد از ستارگان کهکشان راه شیری را ستارگانی هم اندازه و مشابه خورشید تشکیل می‌دهند که به آن‌ها ستارگان خورشید مانند گفته می‌شود. با توجه به مقدار تخمینی ۲۰۰میلیارد ستاره در کهکشان راه شیری٬ این معنی آن است که ۴۰ میلیارد ستاره در پهنه کهکشان راه شیری خورشیدمانند هستند.

در نوامبر سال ۲۰۱۳ اخترشناسان به براساس اطلاعات فضاپیمای کپلر گزارش دادند که می‌توان سیاراتی شبیه به زمین در ستاره‌های کوتوله کهکشان راه شیری پیدا کرد که یازده میلیارد سال نوری از خورشید ما دورتر هستند. پس بررسی‌ها در سال ۲۰۱۵ نشان داده شده که سیارات کپلر ۶۲ اف و کپلر ۱۸۶ اف و کپلر ۴۴۲ بی برای زندگی مناسب‌تر می‌نمایند و باز این سه سیاره کپلر ۱۸۶ اف شرایطی شبیه به زمین دارد. در سال ۲۰۲۰ میلادی سیاره کپلر-۱۶۴۹سی نیز قابل سکونت برآورد شد.

کپلر ۶۲-اف Kepler-۶۲f
یک سیاره در کهکشان راه شیری در منظومه کپلر۶۲ است که اندازه و فاصله آن تا خورشیدش درست مانند زمین است که در نجوم به آن اندازه و فاصله اصطلاحاً گلدیلاک (به انگلیسی Goldilocks) گفته می‌شود.

کپلر۶۲اف با شعاع ۱٫۴ برابر زمین و فاصله حدود ۱۱٬۳۵۰٬۰۰۰٬۰۰۰٬۰۰۰٬۰۰۰ کیلومتر حدود ۱۲۰۰ سال نوری از زمین همراه با ۴ سیاره دیگر به دور خورشید خود که حدود یک سوم خورشید ماست می‌چرخند و اولین سیاره دیده شده توسط تلسکوپ فضایی کپلر است که دانشمندان احتمال وجود حیات درست شبیه به زمین را در آن می‌دهند. این سیاره اولین بار در تاریخ ۱۸ آوریل ۲۰۱۳ مشاهده شد. جرم این سیاره از سیلیکات آهن و ترکیبات سنگی و همچنین از مقدار قابل توجهی آب تشکیل شده‌است.

 

یک سیاره فراخورشیدی است که دور یک کوتوله سرخ، کپلر-۱۸۶ در حال چرخش است و ۱۵۱±۱۸ پارسک یا ۵۸۲ سال نوری از زمین فاصله دارد.

این ستاره اولین بار توسط تلسکوپ فضایی کپلر ناسا شناسایی شده و اولین سیاره نزدیک به اندازه زمین می‌باشد که دارای پتانسیلی است که قادر به پشتیبانی از حیات می‌باشد. شعاع این سیاره سنگی به اندازۀ ۱٫۱ زمین اندازه‌گیری شده، که نشان می‌دهد کمی بزرگتر از زمین است.

 

کپلر-۴۴۲بی kepler-۴۴۲b
احتمالاً یک سیاره اقیانوسی و زمین سان است. این سیاره در تاریخ ۶ ژانویه ۲۰۱۵ توسط تلسکوپ فضایی کپلر کشف شد.

این سیاره در صورت فلکی شلیاق (به انگلیسی Lyra) قرار دارد و ۱۲۲۰ سال نوری (۳۴۲ پارسک) با زمین فاصله دارد. این سیاره احتمالاً میزبان حیات فرازمینی است.

این سیاره یک سیاره ابر زمین است. شعاع این سیاره ۸٬۵۳۷ کیلومتر است یعنی این سیاره ۱٫۳۴ برابر بزرگ‌تر از زمین است. نیروی جاذبه آن ۳۰ درصد قوی‌تر از جاذبه زمین است. این سیاره ۲٫۹ میلیارد سال عمر دارد. اسم ستاره این سیاره کپلر ۴۴۲ است. طول مدار این سیاره به دور خورشیدش ۱۱۲٫۳ روز است. این سیاره ۷۰ درصد نور خورشید خود را دریافت می‌کند. مطالعات در سال ۲۰۱۵ نشان داده‌است که کپلر ۴۴۲بی به همراه کپلر ۶۲اف و کپلر ۱۸۶اف شبیه‌ترین سیاره‌ها نسبت به زمین هستند

 

کپلر-۱۶۴۹سی (Kepler-۱۶۴۹c)
یک سیاره فراخورشیدی است که به دور یک کوتوله سرخ می‌چرخد. این سیاره ۳۰۰ سال نوری با زمین فاصله دارد. این سیاره که ابتدا توسط ناسا به عنوان یک سیاره سنگی تشخیص داده شده بود، بسیار به زمین شباهت دارد و ۱٫۰۶ برابر بزرگتر از زمین است. اطلاعات کمی دربارۀ شرایط جوی کپلر-۱۶۴۹سی وجود دارد و تنها دانسته‌است که ۷۵٪ نوری را که زمین از خورشید می‌گیرد، از سوی ستاره میزبان خود دریافت می‌کند. این سیاره فراخورشیدی از داده‌های تلسکوپ فضایی کپلر کشف شده است. از این سیاره به عنوان زمین دوم یاد شده است.