تصور کنید یک سیاره؛ معمولاً یک ستاره نیز در نزدیکی آن پنهان است. در منظومه شمسی خودمان، خورشید شاید حیاتیترین عضو باشد—نور و گرما را ارسال میکند تا حیات روی زمین ممکن شود. اما اگر برای بقا به خورشید نیاز نداشته باشیم چه؟
در سراسر کهکشان، دانشمندان نجوم سیاراتی را کشف کردهاند که بدون راهنمایی یک ستاره در کیهان گشت و گذار میکنند. این اجرام شناور آزاد، که سیارات سرگردان نامیده میشوند، کلیشهای را که میگوید گلولههای بزرگ گاز داغ برای وجود آنها ضروری است، وارونه میکنند. اکنون، دانشمندان در حال بررسی این موضوع هستند که آیا ستارهها نیز برای معیشت ما ضروری هستند یا خیر.
شاید لازم باشد «از این دیدگاه زمینمحور که حیات باید همان چیزی باشد که ما میشناسیم، فاصله بگیریم»، میگوید باربارا ارکولانو، اخترفیزیکدان دانشگاه لودویگ ماکسیمیلیان مونیخ. «شاید [سیارات سرگردان] حالت عادی باشند و ما فقط آنها را عجیب میدانیم چون در سیستم دیگری زندگی میکنیم.»
دانشمندان نجوم حداقل نشانههایی از ۷۰ دنیای سرگردان در کهکشان راه شیری دریافت کردهاند، اما مدلها نشان میدهند که کهکشان ما ممکن است ۲۰ برابر بیشتر از ستارهها، سیاره بیقید و بند داشته باشد—به معنای تریلیونها مورد. و امسال، دانشمندان جرم و فاصله دقیق یک سیاره سرگردان به اندازه زحل را که حدود ۱۰,۰۰۰ سال نوری از زمین فاصله دارد، اندازه گرفتند و رسماً برای اولین بار وجود یکی از این سیستمهای بدون ستاره را تأیید کردند.
پروژههای جدید، از جمله تلسکوپ فضایی نینسی گریس رومن ناسا که در ماه آگوست راهاندازی شد، میتوانند صدها مورد دیگر را تأیید کنند. و همانطور که دانشمندان این سیستمهای بدون ستاره را مطالعه میکنند، آنها کمی کمتر غیرقابل سکونت به نظر میرسند و این امکان را پیش میآورند که چنین سیاراتی—یا به احتمال بیشتر قمرهای مداری آنها—میتوانند حیات را حفظ کنند.
سیارات چگونه سرگردان میشوند؟
سیارات میتوانند به چند روش مختلف تنها شوند. بخش کوچکی ممکن است ستارههای ناموفق باشند، اگرچه دانشمندان هنوز در تلاش برای درک این فرآیند تشکیل هستند. ارکولانو میگوید آنها ممکن است در یک ابر مولکولی تکهتکه شده و به صورت منزوی شکل گرفته باشند، اما هرگز جرم کافی برای سوختن سوخت در هستههای خود و تبدیل شدن به ستاره را جذب نکردند. برخی ممکن است در دستهای از ستارههای ناموفق به نام قزمه قهوهای قرار گیرند، هرچند تمایز همچنان مورد بحث است.
با این حال، اکثر این خارجیان احتمالاً همانطور که سیارات معمولی حول یک ستاره تشکیل میشوند، شکل گرفتهاند، اما سپس از سیستم بیرون انداخته شدند. در طی میلیونها سال اول، سیارات در مدارهای آشفتگی قرار دارند و لزوماً به طور یکنواخت حول ستاره خود حرکت نمیکنند. سیارات جوان احتمال بیشتری دارد که مدار یک شیء بزرگ دیگر را قطع کنند و از نظر گرانشی از سیستم بیرون رانده شوند. این سیارات احتمالاً جرم کمتری دارند، شاید به اندازه مریخ، یا در حاشیههای خارجی سیستم قرار دارند.
«این برخوردهای فاجعهبار احتمالاً در هر منظومه شمسی که تشکیل شده است رخ دادهاند»، میگوید ارکولانو.
اما سیارات همیشه بیرون انداخته نمیشوند. شرایط مداری باید مناسب باشد. در حال حاضر، سیارات در منظومه شمسی ما، برای مثال، به خورشید ما مقید هستند و انرژی کافی برای فرار از کشش گرانشی ستاره را ندارند.
«ما همه فقط برای مدت کوتاهی زنده میمانیم زیرا مدارها اکنون بسیار پایدار هستند»، میگوید دیوید دالبودینگ، که او نیز اخترفیزیکدان دانشگاه لودویگ ماکسیمیلیان مونیخ است.
آیا یک سیاره میتواند بدون ستاره حیات را میزبانی کند؟
در یک اپیزود اولیه «پیشتازان فضا» (Star Trek)، خدمه بر روی سیارهای در منطقهای بدون ستاره فرود میآیند—اما با درختان و جو مشابه زمین. حتی نشانههایی از آب وجود دارد.
«یک ماده اولیه برای حیات، البته، آب مایع است»، میگوید دالبودینگ. «برای آب مایع، شما به گرمای کافی، انرژی حرارتی کافی، برای نگه داشتن آن به صورت مایع نیاز دارید.» او، ارکولانو و همکارانشان اخیراً زیستپذیری سیاره سرگردان با قمرها را در مقالهای در Monthly Notices of the Royal Astronomical Society بررسی کردند.
برخلاف سیاره پیشتازان فضا، یک سیاره سرگردان واقعی احتمالاً در سطح خود به اندازه کافی گرم نمیماند تا ما بتوانیم زندگی کنیم یا آب مایع را در خود جای دهد. بیشتر گرمای آن در زمان تشکیل وجود داشت که به سرعت پراکنده میشد.
دانشمندان نظریههای دیگر را طوفان فکری کردهاند. یک سیاره سنگی میتواند با تجزیه عناصر رادیواکتیو در داخل و آزادسازی انرژی مانند یک قابلمه آرامپز گرم شود—که به طور بالقوه اجازه میدهد آب مایع در زیر سطح وجود داشته باشد. یک سیاره با داخلی مایع نیز میتواند گرما را از طریق همرفت (convection) به سطح منتقل کند، درست مانند آب در یک دیگ در حال جوش.
«این احتمالات همه حدس زده شدهاند، اما من از هیچ مطالعهای که به طور سیستماتیک تمام آن احتمالات را بررسی کرده باشد آگاه نیستم»، میگوید ارکولانو. «من فکر میکنم نباید رد کرد که ممکن است شرایط قابل سکونت روی سیاره وجود داشته باشد.»
طبق مدلها، یک خانه محتملتر میتواند یک قمر مداری دور سیاره باشد. همانطور که سیاره سرگردان از یک سیستم بیرون انداخته میشود، دالبودینگ میگوید قمرهای آن نیز میتوانند در یک مدار بسیار بیضوی بیرون انداخته شوند. برخی از اجرام قمری میتوانند به اندازه زمین بزرگ باشند.
قمرها میتوانند از طریق فرآیندی به نام گرمایش جزرمدی در داخل گرم شوند—مشابه فشار دادن سریع یک توپ ورزشی لاستیکی. همانطور که قمر یک مدار نامنظم حول سیاره سرگردان طی میکند، سیاره کششهای گرانشی متفاوتی بر آن وارد میکند. نیروهای گرانشی زمانی که قمر به سیاره نزدیکتر است قویتر و زمانی که دورتر است ضعیفتر هستند و باعث خم شدن داخلی و تبدیل انرژی مداری به گرما میشوند.
این اتفاق در حیاط پشتی کیهانی خودمان نیز رخ میدهد. قمر مشتری، آیو را در نظر بگیرید. مشتری آیو را آنقدر شدیداً فشار میدهد و گرم میکند که محتویات داخلی آن بیرون میزند. در نتیجه، آیو فعالترین بدنه آتشفشانی در منظومه شمسی ما است و برای حیات انسانی مناسب نیست.
«شما مقدار زیادی گرمایش جزرمدی میخواهید تا آب را مایع نگه دارید، اما در عین حال، نمیخواهید خیلی زیاد... زیرا در آن صورت انرژی بسیار سریعتر پراکنده میشود»، میگوید دالبودینگ. «شما در واقع نمیتوانید این شرایط را برای بازههای زمانی طولانی که شاید حیات بتواند تکامل یابد، حفظ کنید.»
اما در آن نقطه شیرین، دالبودینگ و همکارانش یافتند که گرمایش جزرمدی میتواند گرمای کافی برای جلوگیری از یخ زدن آب سطحی در فضای تهی از نور خورشید فراهم کند.
آیا یک سیاره سرگردان میتواند حیات را گرم نگه دارد؟
تولید گرما تنها بخشی از معما است؛ یک دنیای قابل سکونت باید آن گرما را حفظ کند.
روی زمین، دیاکسید کربن در جو از طریق اثر گلخانهای گرما را حبس میکند. اما یک جو غنی از دیاکسید کربن در محیطی که بسیار سردتر است، مثلاً بدون یک ستاره نزدیک، چندان موثر نیست، میگویند. این ترکیب به مایع متراکم میشود و بسیاری از توانایی خود را برای حفظ گرما در محیطهای یخبندان از دست میدهد.
در عوض، دالبودینگ و همکارانش جویی پر از مولکولهای هیدروژن را مدلسازی کردند، که ممکن است هنگام تشکیل قمر وجود داشته باشد یا پس از آن از طریق فرآیندهای شیمیایی تولید شود. آنها هنگام برخورد با یکدیگر تابش حرارتی را جذب میکنند. تیم یافت که جو همراه با گرمایش جزرمدی میتواند بسته به فشار سطحی، گرما را به طور موثر برای ۴.۳ میلیارد سال حبس کند و حتی آب مایع را در سطح پشتیبانی کند.
در واقع، حیات روی زمین ممکن است با جو غنی از هیدروژن شروع شده باشد. برخوردهای شهابسنگی میتوانستند مقدار زیادی هیدروژن تولید کنند، که میتوانست آب و آمونیاک تشکیل دهد—مواد مفید برای حیات. برخی تحقیقات نشان میدهند که آخرین جد مشترک جهانی—عملاً ارگانیسمی که تمام حیات روی زمین از آن تکامل یافته است—ممکن است از هیدروژن به عنوان منبع انرژی استفاده کرده باشد.
«ما فقط در حال یادگیری درباره اینکه این سیارات دیگر چگونه هستند نیستیم، بلکه در حال یادگیری درباره خودمان، تاریخ خودمان نیز هستیم»، میگوید اندرو گولد، دانشمند نجوم در دانشگاه ایالتی اوهایو.
چگونه یک سیاره سرگردان را پیدا کنیم
پیدا کردن سیارات سرگردان بیشتر میتواند به پاسخ برخی از این سؤالات کمک کند، اما آنها سختتر از سیارات فراخورشیدی معمولی که حول ستارهها میچرخند (که تعدادشان بیش از ۶,۰۰۰ است) قابل شناسایی هستند. تصور کنید سعی دارید شیئی را در میلیونها سال نوری تاریکی بدون چراغ قوه پیدا کنید. آن چالش به نظر غیرممکن، کشف سیارات سرگردان را به یک مشاهده تصادفی تبدیل کرده است.
در اوایل دهه ۲۰۰۰، دانشمندان در حال اسکن آسمانها برای اجرام کمنور بودند که برای اولین بار با سیارات بدون ستاره مواجه شدند. تاکنون، هیچ قمری در اطراف یک سیاره شناور آزاد شناسایی نشده است.
دانشمندان عمدتاً شواهد سیارات سرگردان را با تماشا کردن تقویت موقت نور یک ستاره دور و بیربط هنگام عبور آنها از جلوی آن—شناخته شده به عنوان همگرایی گرانشی میکرو (gravitational microlensing)—پیدا میکنند. آن همترازیها نادر هستند و ممکن است فقط چند ساعت یا روز طول بکشند.
شبکههای تلسکوپی زمینی این نقاط روشن کوتاه مدت را شناسایی میکنند، اما باید با آب و هوا، نور روز، اعوجاج جو و شکافها در جمعآوری دادهها رقابت کنند. اما خوششانسی ما ممکن است به زودی تغییر کند. تلسکوپ جدید نینسی گریس رومن ناسا همگرایی گرانشی میکرو را با میدان دیدی ۱۰۰ برابر تلسکوپ فضایی هابل شناسایی خواهد کرد و مکانها را هر ۱۲ دقیقه اسکن میکند. این تلسکوپ میتواند تا ۴۰۰ سیاره سرگردان به اندازه زمین را پیدا کند.
مأموریت پیشنهادی چین زمین ۲.۰، که انتظار میرود در سال ۲۰۲۸ راهاندازی شود، همچنین برنامهریزی میکند دهها میلیون ستاره در مرکز کهکشان راه شیری را نگاه کند و به طور بالقوه صدها سیاره سرگردان دیگر را شناسایی کند. سپس تلسکوپ فوق بزرگ (Extremely Large Telescope)، رصدخانهای در شیلی که قرار است کار خود را در سال ۲۰۲۹ آغاز کند، میتواند هر کاندیدای کشف شده را برای بررسی دما، جو و شیمی آن دنبال کند.
در مورد بازدید از یک سیاره سرگردان، «سرانجام مردم موشکها را پرتاب خواهند کرد و به آنجا خواهند رفت»، میگوید گولد. اما فعلاً، این همچنان در حوزه علمی تخیلی باقی میماند. «حتی برای رسیدن به این سیارات... سفر با یک دهم سرعت نور ۱۰۰,۰۰۰ سال طول میکشد، بنابراین این یک پروژه بلندمدت برای یافتن اطلاعات بیشتر است»، او میگوید.