وقتی سعی می‌کنید چیز جدیدی را بیآموزید، همه چیز از ساده به پیچیده تغییر می‌کند. هنگامی‌که صحبت از اصطلاح “سکونت‌پذیر” می‌شود، پژوهشگران فراسیارات نیز در این وضعیت قرار می‌گیرند. زمانی که آنها اولین فراسیاره را کشف کردند، این اصطلاح مفید بود. اساساً به این معنی بود که سیاره می‌تواند آب مایع روی سطح خود داشته باشد.
اما اکنون که بیش از 5000 فراسیاره تایید شده را می‌شناسیم، تعریف کنونی سکونت‌پذیر، قدیمی شدن خود را نشان می‌دهد.
واژه‌ی « سکونت‌پذیر » و تعریف آن چیزی بیش از بازی ساده با کلمات است. معنای این واژه با آنچه در مورد سکونت‌پذیری می‌دانیم و چگونگی توصیف آن در هم تنیده است. و اکنون که هزاران فراسیاره را می‌شناسیم، مشخص کردن محل سکونت‌پذیر پیچیده‌تر است. برای اطلاعات بیشتر، اصطلاح “منطقه سکونت‌پذیر” برای اولین بار توسط دانشمند آمریکایی هارلو شپلی بیش از 70 سال پیش مطرح شد.
به گزارش اورانوس و به نقل از یونیورس‌تودی، در مقاله‌ای جدید، محققان فرانسه و ایالات متحده به تعریف فعلی از سکونت‌پذیر و اینکه چگونه می‌توانیم سیارات سکونت‌پذیر را با تلسکوپ‌های جدید قدرتمندی که شروع به کار می‌کنند توصیف کنیم، می‌پردازند. همچنین روشی جدید و ابتکاری برای ارزیابی سکونت‌پذیر و مسکونی ارائه می‌دهند.
نام مقاله ” چشم انداز توصیف سیارات قابل سکونت ” است. نویسنده اول استفان مازوت است. مازوت مدیر Observatoire de la Côte d’Azur، Université Côte d’Azur، CNRS (مرکز ملی تحقیقات علمی‌فرانسه) است.
مفهوم سکونت‌پذیری در فراسیارات به یکی از سؤالات اساسی بشریت می‌پردازد: آیا ما تنها هستیم؟ وقتی یا اگر، متوجه شویم که تنها نیستیم، احتمالاً به این دلیل نیست که فرازمینی‌ها به دیدارمان بیایند یا سیگنال واضحی برای ما ارسال کنند. احتمال اینکه سیاره‌ای با حیات ساده و تک سلولی پیدا کنیم بسیار بیشتر است. به هر حال، حیات روی زمین برای میلیاردها سال بیش از موجودات تک سلولی نبود. زندگی پیچیده تنها در طول انفجار کامبرین، کمی‌بیش از 500 میلیون سال پیش، برجسته شد. نمی‌دانیم چقدر احتمال دارد که زندگی ساده به زندگی پیچیده تبدیل شود.
اما می‌دانیم که حیات بر جو سیاره تأثیر می‌گذارد. این همان چیزی است که روی زمین اتفاق افتاد، زمانی که موجودات زنده متان و اکسیژن تولید کردند. تشخیص هر دوی این مواد شیمیایی در جو هر فراسیاره نشانه مطمئنی از حیات نیست، اما به دلیل رابطه بین حیات و جو، مقادیر مختلف مواد شیمیایی در جو می‌تواند نشان دهنده حیات باشد. اما بیش از 5000 فراسیاره تایید شده وجود دارد و به احتمال زیاد، تعداد زیادی از آنها هنوز در انتظار کشف هستند.
واضح است که برای تعیین اینکه چه سیاراتی ممکن است سکونت‌پذیر باشند، به روش‌های دقیق و قوی نیاز داریم. نویسندگان می‌نویسند: «با هزاران فراسیاره که اکنون شناسایی شده‌اند، شناسایی سیارات سکونت‌پذیر و شناسایی بالقوه سیارات مسکونی چالش بزرگ برای دهه‌های آینده است. روش جدید آنها برای شناسایی جهان‌های سکونت‌پذیر بر ماموریت‌ها و تلسکوپ‌های آینده متمرکز است. خیلی زود است که فکر کنیم بتوانیم فراسیاره را از نزدیک بررسی کنیم و قابلیت سکونت بالقوه آن را تعیین کنیم. در عوض، باید جو تعداد زیادی از فراسیارات را توصیف کنیم تا روندهای شیمیایی در جو آنها را شناسایی کنیم.
یکی از مشکلاتی که دانشمندان فراسیارات با آن روبرو هستند، انواع گیج‌کننده فراسیارات است که کشف کرده‌اند. این اکتشافات از سنگ‌هایی به اندازه عطارد گرفته تا غول‌های گازی عظیم بسیار پرجرم‌تر از مشتری هستند. برخی از فراسیارات فاصله زیادی از ستاره‌های خود گرفته‌اند، در حالی که برخی دیگر در مدارهای نزدیکتری قرار دارند و به طور جزر و مدی به ستاره‌های خود قفل شده‌اند. بعضی سیارات پف کرده هستند و سیاراتی وجود دارند که ممکن است در آنها باران آهن ببارند.
حذف سیاراتی که در مناطق حداکثری هستند بسیار آسان است، اما در مورد تعداد زیاد سیارات سنگی در منطقه سکونت‌پذیر چطور؟ اینجاست که مشکل واژه سکونت‌پذیر در کانون توجه قرار می‌گیرد. اما بازتعریف کلمه بدون روش‌هایی که بتواند تعریف جدیدی را ارائه دهد، دشوار است.
همانطور که اکثر افرادی که اخبار فضایی را دنبال می‌کنند می‌دانند، آستانه کلیدی برای درک بهتر فراسیارات سکونت‌پذیر، توانایی توصیف جو آنها است. تعریف رایج منطقه سکونت‌پذیر بر این اساس است که سیاره تا چه حد به ستاره نزدیک است و این سیاره چقدر از خورشید تابش دریافت می‌کند. اما برای اینکه سیارات در منطقه سکونت‌پذیر، آب مایع در خود داشته باشند، جو نیز باید این اجازه را بدهد. ما در روزهای آغازینی هستیم که جو فراسیارات را بررسی می‌کنیم. نویسندگان می‌نویسند: «مشخصات جوی فراسیارات تنها در موارد انگشت‌شماری به دست آمده است. تلسکوپ فضایی جیمز وب برای رسیدگی به چندین موضوع در نجوم ساخته شده است و جو فراسیارات یکی از آنهاست.
ابزارهای مدرن در تلسکوپ‌های قدرتمند شروع به گردآوری ویژگی‌های جوی می‌کنند. JWST، ابزار SPHERE و GRAVITY در VLT و VLTI ESO، تلسکوپ بسیار بزرگ اروپایی آینده، و ماموریت ARIEL ESA همگی باعث پیشرفت بیشتر در این زمینه خواهند شد.
در حین پرداختن به سوالات مختلف در طول مسیر، مانند ترکیب جوی سیارات غول پیکر، ماهیت جهان‌های اقیانوسی، خرده‌نپتون‌ها و ابرزمین‌ها، اهداف نهایی و دراز مدت نسل بعدی ابزارها این است که ما را قادر به تعیین کمیت سکونت‌پذیری سیارات مشابه زمین و در نهایت شناسایی سیارات مسکونی کنند.
اما در نجوم چیزهای بیشتری از ابزار وجود دارد. روش‌ها به همان اندازه مهم هستند، و این جایی است که این تحقیق تاثیرگذار می‌شود.
مشکل اساسی در درک ما از جو و سکونت‌پذیری، فقدان کلی دانش ما است. ستاره‌شناسان مفهوم منطقه سکونت‌پذیر را با ایده‌های منطقه سکونت‌پذیر محافظه‌کارانه و منطقه سکونت‌پذیر خوشبینانه به روز کرده‌اند . اما هر دو بر اساس مدل‌های آب و هوایی بلندمدت سیارات درونی منظومه شمسی ما هستند. اخترشناسان چیز دیگری برای ادامه دادن ندارند.
این گروه، مدل اکوسیستم-سیاره‌ای یکپارچه را برای کمک به تعیین سکونت‌پذیری در ماموریت‌ها و تلسکوپ‌های آینده پیشنهاد می‌کند. این مدل بر اساس چند چیز است که دانشمندان در مورد سیارات می‌دانند.
زندگی ساده می‌تواند راه را برای زندگی پیچیده هموار کند، همانطور که روی زمین انجام داد. زندگی ساده می‌تواند جو را با افزودن اکسیژن و سایر مواد شیمیایی مانند متان تغییر شکل دهد. این موضوع می‌تواند زمان زیادی طول بکشد و احتمالاً به چرخه کربن نیز نیاز دارد تا تجمع کربن در جو را تعدیل کند. در زمین، این به معنای صفحات تکتونیک است.
متانوژن‌ها نقش مهمی‌در تغییر جو دارند. روی زمین، آنها ممکن است به سکونت‌پذیری طولانی مدت سیاره ما کمک کرده باشند، در حالی که در مریخ، در صورت وجود، به بیرون راندن آن از سکونت‌پذیری کمک کردند. این موضوع ارزشمندی روش یکپارچه گروه را نشان می‌دهد. این مدل‌سازی نتیجه کمی متفاوت را بین زمین و مریخ بر روی ظهور بالقوه متانوژن‌ها نشان می‌دهد، و بر نیاز به رویکردی یکپارچه برای رسیدگی به سکونت‌پذیری و مسکونی بودن در یک سطح تاکید می‌کند. این موضوع نشان می‌دهد که چگونه خود زندگی می‌تواند به سکونت‌پذیری کمک کند. همچنین نشان می‌دهد که سکونت‌پذیری تا حدی توسط مسکونی بودن تعیین می‌شود.»
نتیجه نهایی رویکردی جامع‌تر است. در اینجا از این ایده حمایت می‌کنیم که شناسایی سکونت‌پذیری و مسکونی بودن باید با شناسایی روند جمعیت فراسیارات به جای تعیین مشخصات دقیق سیاره مشخص شود. محققان اشاره می‌کنند که چگونه ایده آنها بر جستجوی زیست‌نشانگرها تأثیر می‌گذارد .
توضیح می‌دهند: «با توجه به موضوع زیست‌نشانگرها، پیشنهاد می‌کنیم که باید با پیوند مستقیم محیط سیاره‌ای با فعالیت زیستی بالقوه برای بررسی قابلیت سوخت‌وسازهای بالقوه و گنجاندن تأثیر آنها بر ترکیب جو، به مسئله نزدیک شد.» این با طرز تفکر غالب در مورد زیست‌نشانگرها متفاوت است. جستجو برای زیست‌نشانگرها بر شناسایی مواد شیمیایی منفرد در جو سیاره متمرکز است، چیزی که ما در حال بهتر شدن و بهتر شدن در آن هستیم.
نویسندگان می‌گویند که باید به جای تمرکز روی مورد به مورد سیارات، روی روندهای آماری برای درک سکونت‌پذیری تمرکز کنیم. روش پیشنهادی آنها جنبه مثبت دیگری نیز دارد: این روش مثبت کاذب را کاهش می‌دهد. “این روش به طور رسمی احتمالات مثبت کاذب را کاهش می‌دهد زیرا به مسئله سکونت سیارات سکونت‌پذیر به عنوان یکی از ویژگی‌های کلی آنها می‌پردازد و نه ویژگی جسمی تکی.”
اما برای انجام همه اینها به تلسکوپی نیاز داریم که بتواند فراسیارات را بررسی کند. این گروه از نمونه‌ای از سیارات زمین‌گون در اطراف ستارگان نوع G مانند خورشید استفاده می‌کند تا از ایده خود دفاع کنند. آنها مدلی از زمین ایجاد کردند که ادغام بوم‌سازه و سیاره است. این شامل چرخه کربنات-سیلیکات است، ویژگی که احتمالاً برای سکونت‌پذیر بودن سیارات مشابه زمین ضروری است.
نویسندگان می‌نویسند: «با نشان دادن اینکه جمعیت سیارات مشابه زمین از غلظت کلی دی اکسید کربن پیش‌بینی شده پیروی می‌کند، ابتدا مفهوم منطقه سکونت‌پذیر تأیید می‌شود. ثانیاً نشان می‌دهد که این سیارات ممکن است آب مایع روی سطح خود داشته باشند زیرا چرخه کربنات-سیلیکات همانطور که ما آن را روی زمین تجربه می‌کنیم به وجود آب مایع در سطح بستگی دارد.
برای انجام این کار، نویسندگان امیدوارند بر طراحی نسل بعدی تلسکوپ‌های فضایی تأثیر بگذارند. آنها می‌نویسند: “این مثال نشان می‌دهد که چگونه می‌توان از این مطالعات برای طراحی ابزار و ابداع استراتژی های رصدی با هدف شناسایی روند جمعیت فراسیارات استفاده کرد.”
تلسکوپ‌های جدید دست به دست هم با روش‌های جدید توسعه می‌یابند. شناسایی سیارات سکونت‌پذیر چالش بزرگی پیش روی نجوم در دهه‌های آینده است. آنها توضیح می‌دهند : “طراحی و همچنین تجزیه و تحلیل آینده این آزمایش‌ها به نسل جدیدی از مدل‌ها نیاز دارد که جفت شدن بین فعالیت زیستی بالقوه، تکامل جوی و درونی سیارات خاکی را فراتر از اندازه و چگالی زمین گسترش دهد”.
مدل این گروه ترکیبی از بوم‌سازه‌ی مبتنی بر زمین و مدل‌سازی سیاره‌ای است. در مطالعه خود، نشان می‌دهند که چگونه می‌تواند فعالیت زیستی را شناسایی کند و تأثیر آن را بر سکونت‌پذیری انسلادوس، زمین اولیه و مریخ بدوی، و همچنین برای جمعیتی از سیارات مشابه زمین در اطراف ستارگان نوع G تعیین کند.
تلسکوپ‌های فضایی آینده درک ما از سکونت‌پذیری را در کنار روش‌های بهتر ارتقا می‌دهند. تلسکوپ پیشنهادی LUVOIR ناسا، بن‌سازه‌ای که در چند طول موج کار می کند، قادر خواهد بود مشخصات تعداد زیادی از فراسیارات را شناسایی کند، که دقیقاً همین نوع بررسی مورد نیاز است. HABEX هم می‌تواند همین کار را انجام دهد. روش‌های کل‌نگر مانند آنچه در این مطالعه بیان شد برای درک همه داده‌های LUVOIR ضروری است.
