مرصاد جعفری - ضمیمه نوروزنامه روزنامه اطلاعات| در وهله اول لازم است بدانیم که زمین خود ما هم در روزگار ابتدایی تولدش، سیارهای خشن بود و بدون آب یا هر نوع عاملی برای زیست، سیارهای آتشفشانی با دمایی مرگبار که تصور امکان شکوفایی حیات در آن محال به نظر میرسید.
صحبت از ۴.۵ میلیارد سال پیش است؛ زمانی که زمین از دل بقایای تشکیل خورشید در قرصی دوار، اطراف این ستاره زندگیبخش شکل گرفت. زمان زیادی، حدود سهمیلیارد سال طول کشید تا این سیاره، آماده میزبانی از حیات شود، آن هم نه حیات پیشرفته بلکه حیات مولکولی، چیزی که امروز، دانشمندان سیارهشناس در همسایگی خودمان (منظومه شمسی) به دنبال آن هستند.
نکته قابلتأمل این است که حیات در زمین تنها ۷۰۰ میلیون سال پیش شکوفا شد، البته که آب در این سیاره بعد از گذشت بیش از یک میلیارد سال از تولد زمین به وجود آمد. این که آب در سیاره زمین از کجا و چگونه پدیدار شد، خود مقوله پیچیده دیگری است که در این نوشته به آن نخواهیم پرداخت.
انقراضهای گوناگون مثل انقراض عظیم آتشفشانی، یخبندان سراسری (زمین گلوله برفی)، برخورد شهابسنگ و زلزلههای مهیب و حتی سرعت سپری شدن شبانهروز در زمین و ... همه از دلایلی هستند که نشان میدهند زمین سالهای طولانی و بیش از ۳.۵ میلیارد سال، به هیچ وجه آماده پذیرش حیات به طور گسترده و پیچیده نبوده است.
شرایط، آرام آرام مهیای انفجار حیات شد. گرم شدن زمین بعد از یخبندان سراسری یا همان رسیدن زمین به دمای مناسب، تثبیت اکسیژن در اتمسفر، دریاها و اقیانوسهای زمین، طولانی شدن شبانهروز و رسیدن آن به زمان امروزی (۲۳ ساعت و ۵۶ دقیقه) ?و?... از عواملی بودند که بعد از سالها این سیاره را برای موجودات تکیاختهای در دل آبهای زمین، قابلسکونت ساختند تا آنها بشوند اجداد اولیه ما.
پس این تصور که زمین از همان بدو تولد، برخوردار از حیات بوده کاملا اشتباه است. مسأله حیات پیچیدهتر از این حرفهاست. عوامل و شرایط باید درست و بینقص سرجای خود قرار میگرفتند تا زمین، زمین شود!
بیایید باهم به زبان ساده این عوامل را بررسی کنیم.
فاصله از ستاره مادر (خورشید)
زمین ما دقیقا در فاصلهای از خورشید قرار گرفته که دمای آن مناسب و با میانگین ۱۵ درجه سانتیگراد بوده و آب به صورت مایع در سطح آن وجود داشته باشد. این فاصله، معرف یک منطقه طلایی است که برای هر سیاره در بیرون از منظومه شمسی هم میتواند مطرح باشد که به آن «کمربند حیات» میگوییم. در حقیقت، کمربند حیات یا «گلدی لاک» با توجه به اندازه و عمر ستاره مادر، تعیین میشود و برای منظومه ما در حدفاصل ۱۰۵ میلیون تا ۲۳۰ میلیون کیلومتری از خورشید است که شامل سه سیاره زهره (ناهید)، زمین و مریخ (بهرام) میشود.
نکته قابلتوجه این است که در سراسر مساحت کمربند حیات یک ستاره، امکان پدیدار شدن حیات روی یک سیاره وجود ندارد و گواه آن، سیارات زهره و مریخ هستند که هیچکدام مناسب حیات نیستند.
زهره بابت اتمسفر بسیار غلیظ و دمای سطحی بسیار بالایش که به ۴۸۰ درجه سانتیگراد در فصل گرم میرسد در لبه داخلی این منطقه قرار دارد و غیرقابلسکونت برای هر نوع موجود زندهای است و مریخ که لبه بیرونی کمربند حیات را اشغال کرده و درجه حرارت پایین (۶۳- درجه سانتیگراد) و نبود آب مایع، اتمسفر عاری از اکسیژن (۴/۰ درصد اکسیژن) و دیاکسید کربن ۹۵ درصدی، فعلا آن را غیرقابلسکونت کرده است!
حقیقتی که داستان حیات را پیچیدهتر میکند همین مسأله کمربند حیات است؛ بر خلاف نامش در همهجای این منطقه طلایی، شرایط برای تشکیل حیات مناسب نیست و موضوع قابلتأمل، قرارگیری زمین، درست در نقطهای از این کمربند است که شرایط برای شکوفایی حیات در آن فراهم شود و این موضوع سیاره ما را منحصر بهفرد میکند.
برخورداری از اتمسفر با ترکیبات شیمیایی خاص
همه میدانیم که وجود اکسیژن برای موجودات زنده زمین، امری حیاتی و بدیهی اما میزان آن در سیاره ما اکنون حدود ۲۱ درصد است. حیات در زمین بر پایه کربن بوده و البته میزان نیتروژن (حدود ۷۳درصد گازهای اتمسفر) برای تشکیل حیات ضروری است و همچنین گازهای مهم دیگری همچون متان که وجود آن نشان از فعالیت زیستی در سیارات دارد و هر کجا این ترکیبات یافت شد باید امید به شکوفایی حیات ولو در نوع میکرو ارگانیسم داشت.
برخورداری از میدان مغناطیسی قدرتمند
منحصر بهفرد بودن زمین، فقط به دلیل موارد ذکر شده نیست. زمین به دلیل هسته آهنی و نیکل خود همانند یک آهنربای بزرگ عمل میکند و اطراف خود، کمربند مغناطیسی عظیمی ایجاد کرده است که همانند سپر دفاعی در برابر تشعشات مغناطیسی و توفانهای خورشیدی از سیاره ما دفاع میکند. اگر این کمربند مغناطیسی اطراف زمین نبود، اکنون زمین آبی ما به سرنوشتی دچار میشد که پیشتر و میلیاردها سال قبل، مریخ با آن مواجه شده است.
شانس و اتفاق، بازیگر اصلی سرنوشت زمین در منظومه شمسی است، به طوری که همه عوامل دست به دست هم داده است تا زمین به جواهری در سامانه خورشیدی بدل شود که حتی انقراضهای متعدد هم مانع از شکوفایی این پدیده نایاب نشود.
اکنون که با شکلگیری حیات و عوامل آن در زمین آشنا شدیم باید بگوییم که سالهاست دانشمندان به دنبال سیارات شبیه به زمین میگردند. آنها در قالب مأموریتهای فضایی متعدد نظیر کپلر، تس، جیمز وب و... در پروژه های مربوط به اخترزیستشناسی به دنبال سیارات و اجرامی هستند که بتواند میزبان حیات میکروارگانیسم باشد.
کاوش منظومه شمسی برای یافتن حیات میکروبی
به غیر از کاوشهای بیرون از منظومه شمسی، مریخ اولین گزینه برای پشتیبانی از حیات به شمار میرود؛ به این جهت که روزگاری همانند زمین، میزبان دریاها و دریاچههایی مملو از آب بوده و شرایط اقلیمی شبیه به زمین داشته اما از بد روزگار این ویژگی را از دست داده است. شاید باورتان نشود، اما عاملی که منجر به تبخیر آبهای سطحی سیاره سرخ شد، خورشیدی است که خود عامل تولد مریخ است!
گزینه بعدی، قمر سیاره مشتری، اروپاست؛ قمری پوشیده از لایههای ضخیم یخ که سالهاست توجه ما را به خودش جلب کرده. به این دلیل که زیر لایههای ضخیم یخ، اقیانوسی از آب مایع وجود دارد که اتفاقا همین لایههای یخ به عنوان عایقی برای مایع ماندن آب در اعماق این قمر عمل کرده است. این اقیانوس میتواند میزبان حیات میکروبی باشد و شاید روزگاری سکونتگاه بعدی انسان. اکنون که این مقاله را میخوانید، کاوشگر «اروپا کلیپر» ناسا در راه این قمر است تا پرده از این راز بزرگ بردارد.
کاندیدای بعدی در منظومه شمسی «انسلادوس»، قمر ارباب حلقه ها، زحل است. زمانی که آبفشانهای جذاب آن توسط کاوشگر «کاسینی» رصد شد، پی بردیم که این قمر یخی هم در دل خود اقیانوسی از آب مایع را پنهان کرده است.
اما بشر پا را فراتر از گهواره خودش گذاشته و مترصد این است تا از ساز و کار دنیا سر در بیاورد. بشر، تشنه دانستن و پاسخ به این سؤال است که آیا در جهان تنهاست؟ آیا یگانه موجود هوشمند کیهان است؟ چه ادلهای وجود دارد که بشر در جهانی با این وسعت که حتی تعداد ستارههای آن از شنهای موجود در همه سواحل و بیابانهای کره زمین هم بیشتر است، تنها باشد؟ اصلا چه منطقی میتواند توجیه کند که جهان به این بزرگی باشد و فقط یک سیاره میزبان حیات هوشمند؟!
روزگاری بشر از خود به عنوان اشرف مخلوقات نام میبرد اما امروز حداقل از نظر کیهانشناسان، ما به هیچ عنوان تافتهای جدابافته نیستیم. ما محصول یک حادثهایم در نقطهای ناچیز که حتی وجود و عدم وجودمان ذرهای خدشه نه در منظومه شمسی بلکه در کل راه شیری هم ایجاد نمیکند، چه رسد در کیهان.
امروز از دو جهت تلاش برای یافتن حیات ادامه دارد: اول یافتن سکونتگاه بعدی برای نسل بعدی انسان و دوم یافتن حیات در سایر منظومههای ستارهای و البته جستجوی تمدن هوشمند در کهکشان راه شیری.
چرا در پی جایگزین برای زمین هستیم؟
در سکانسهای فیلمهای علمیتخیلی بارها دیده ایم که زمین به جهت جمعیت فزاینده ساکنانش و کمبود مواد غذایی در شرایط بحرانی قرار میگیرد یا تغییرات آب و هوایی و مخاطرات طبیعی، زندگی بشر را تهدید میکند؛ تا جایی که سیاسیون و دانشمندان تنها راه چاره برای بقا را کوچ از سیاره زمین میدانند و به فکر سکونتگاههای دیگر میافتند.
در فیلم «میانستارهای» ساخته کریستوفر نولان، شاهد وقوع توفان گرد و غبار سراسری و از دست رفتن زمینهای حاصلخیز کشاورزی هستیم که گروهی از دانشمندان در قالب مأموریتی خطرناک و بیبازگشت در اندیشه یافتن راهحلی برای نجات نسل بشر، قدم به سفری پرمخاطره میگذارند و سیارات خارج از منظومه شمسی را به عنوان خانه جدید ما کاوش میکنند.
این که روزی مجبور به ترک خانه خود خواهیم شد دور از انتظار نیست؛ با رویهای که کشورها و ساکنان زمین در پیش گرفتهاند، در آینده ای نه چندان دور، دچار کمبود منابع آبی در سرزمینهای خشک خواهیم بود و همچنین رشد بیمحابای جمعیت، چشمانداز ۵۰ سال آینده بشر را با چالش جدی کمبود مواد غذایی مواجه خواهد کرد. در این بین تغییرات اقلیمی حاصل از فعالیتهای انسانی هم بر بحرانهای زیست محیطی دامن خواهد زد و چهبسا کره آبی ما دیگر توانایی میزبانی از گونه انسانی را نداشته باشد. پس ما مجبور به ترک این سیاره هستیم و باید به فکر جایگزینی مناسب برای نسل آینده بشر باشیم.
نکته دیگر، مخاطرات کیهانی هستند. چیزی که باعث انقراض دایناسورها که در رأس هرم غذایی موجودات زنده در دورههای ژوراسیک و کرتاسه (۶۳ میلیون سال پیش) قرار داشتند شد، برخورد شهابسنگی ۱۰ کیلومتری بود که قدرت تخریبی میلیونها برابر بمبهای هستهای امروزی را داشت، تعداد کمی از موجودات زمین از این رخداد مهیب جان سالم به در بردند و تقریبا ۷۰ درصد گونههای حیات از بین رفت. پس احتمال برخورد شهابسنگ با زمین اصلا محال و غیرممکن نیست.
اهمیت چندسیارهای شدن انسان
جمعبندی موارد بالا چندسیارهای شدن انسان را بیش از پیش ضروری میکند تا از انقراض یک گونه هوشمند و نسل انسان جلوگیری شود. این تنها در شرایطی است که خود انسان به واسطه جنگهای متعدد، عامل مستقیم انقراض خود نشود!
به نظر میرسد که انتخاب اول محققان و دانشمندان، سیاره مریخ باشد، سیارهای دمدست که فاکتورهایی شبیه به زمین دارد؛ از جمله طول شبانهروز تقریبا برابر با زمین و این که روزگاری میزبان دریا و دریاچههایی از آب مایع بوده است. بیدلیل نیست که در دو دهه گذشته، مریخ بیشترین هزینههای مربوط به کاوشهای نجومی را به خود اختصاص داده و هماکنون نیز دو مریخنورد ناسا در سطح این سیاره، مشغول بررسی مناطق باستانی کاندیدای وجود آب مایع هستند (مریخنوردهای کنجکاوی و استقامت).
ناسا از سال ۱۹۹۷ مریخنوردهای متعدد و موفقی را بر سطح سیاره سرخ فرود آورده که حضور طولانیمدت هر یک، اطلاعات گرانبهایی را در اختیار ما گذاشته است؛ نظیر مریخنوردهای سوجرنر (۱۹۹۷)، روح(۲۰۰۴ تا ۲۰۱۰) و فرصت (۲۰۰۴ تا ۲۰۱۸).
البته کاوش سطح مریخ از دههها قبل با مریخنشینهای وایکینگ ۱ و ۲ (۱۹۷۶) شروع شده بود و این کاوشها همچنان با موضوعات مختلف ادامه دارد. مریخنشینهای فیتیکس (۲۰۰۸) و اینسایت (۲۰۱۸ تا ۲۰۲۲) یا مریخنورد چین (ژورونگ) و ماهوارههای نقشهبردار سطحی و جوی با مدیریت کشورهایی نظیر آمریکا، اتحادیه اروپا، امارات، چین و هند لحظه بهلحظه در حال جمعآوری داده از این سیاره هستند.
مریخنوردهای دیگری هم در آینده در راه سیاره سرخ هستند تا آخرین اطلاعات را برای انسان ارسال کنند و بشر با بیشترین آگاهی روزی پا به این سیاره بگذارد؛ مانند مریخنورد «روزالیند فرانکلین» متعلق به مأموریت اگزو مارس. همچنین طرحهای بلندپروازانه شرکت اسپیس ایکس با فضاپیمای استارشیپ، عملا طراحی یک وسیله نقلیه ایدهآل برای کوچ انسان به این سیاره با تعداد نفرات بالاست و البته هدف اصلی دور جدید مأموریتهای ناسا با عنوان آرتمیس نیز فتح مریخ است.
اینها همگی دلایل محکمی هستند بر این که به طور قطع، سکونتگاه بعدی انسان سیاره سرخ است. البته که راه طولانی برای سکونتپذیر کردن مریخ داریم، چون شرایط این سیاره به هیچ وجه مناسب پذیرایی از گونه انسان نیست و گروههای اولیه مهاجر باید در محیطی کاملا ویژه و به صورت کلونی در این سیاره زیست کنند.
تمدنهای هوشمند کجا هستند؟
برگردیم به پرسش بنیادی بشر و هزینهای که تا به امروز برای رسیدن به جواب آن متحمل شده است: آیا در این جهان تنهاییم یا موجودات هوشمند دیگری هم هستند؟ اگر تمدنهای هوشمند دیگری وجود دارند پس چرا تا به امروز خبری از آنها نبوده؟ این سکوت عجیب جهان، نام ویژهای را یدک میکشد: «پارادوکس فرمی». انریکو فرمی، فیزیکدان مشهور این پرسش را مطرح کرد که «دیگران کجا هستند؟» حتی با سرعتهای پایین فضاپیماهای امروزی و طولانی شدن سفر ، میلیاردها سال عمر جهان باید زمان کافی را برای موجودات هوشمند فراهم کند تا کهکشان را پیمایش کنند. پس چرا کیهان اینقدر ساکت است؟
وقت آن است که با چند عدد دست و پنجه نرم کنیم. منجمان و فیزیکدانان برای سنجش مسافت از واحد «سال نوری» استفاده میکنند؛ میزان مسافتی که نور با سرعت ثابت آن را طی می کند. نور در یک ثانیه ۳۰۰ هزار کیلومتر را طی میکند و در یک دقیقه ۱۸ میلیون کیلومتر. مسافت زمین تا خورشید در مدت زمان کمی بیش از هشت دقیقه با سرعت نور طی میشود و ۴۳ دقیقه طول میکشد تا نور از خورشید به سیاره مشتری برسد.
جالب است بدانید که نور یک ساعت زمان میبرد تا یک میلیارد کیلومتر را طی کند و بیش از چهار ساعت طول میکشد که با سرعت نور به آخرین سیاره منظومه شمسی، نپتون، سفر کنیم.
یک روز نوری معادل ۲۶ میلیارد کیلومتر است و فاصله خورشید تا لبه داخلی «ابر اورت»، مرز منظومه شمسی، ۲۹ روز نوری است. مرز بیرونی منظومه شمسی حدود یک سال نوری تخمین زده میشود که معادل ۹.۴ تریلیون کیلومتر است. پس برای عبور از منظومه شمسی و منطقه حکمرانی خورشید با سرعت نور، یک سال زمان نیاز است!
اما این تازه اول شگفتی است. نزدیکترین همسایه ستارهای به ما با سیارههایش، منظومه «پروکسیما قنطورس» است که برای سفر به منزل همسایه دیوار بهدیوار خود با سرعت نور، ۴.۲ سال در راه خواهیم بود. اگر بخواهیم سادهتر تصور کنیم، با پرسرعتترین وسیله ساخته دست بشر، کاوشگر «پارکر» با سرعت ۲۵۰ هزار کیلومتر بر ساعت، برای سر زدن به همسایه خود، ۸۰ هزارسال در راه خواهیم بود! که از عمر انسان بسیار بیشتر است.
حال کمی پا را فراتر میگذاریم، برای طی مسیری به مسافت ۱۰۰ سال نوری، باید معادل ۹۴۶ تریلیون کیلومتر طی مسیر کنیم و برای این که از کهکشان راه شیری که میزبان منظومه شمسی ماست خارج شویم باید ۱۰۰ هزار سال نوری را طی کنیم؛ معادل ۹۶۴ کوادریلیون کیلومتر! با کمی تأمل درباره این اعداد متوجه میشویم که چرا تاکنون تنها ماندهایم و خبری از کسی نبوده است!
راه شیری، جزیره ای از ستاره و سیاره
نکته قابلتأمل دیگر این است که در همین کهکشان راه شیری ما چیزی حدود ۴۰۰ میلیارد و بیشتر ستاره وجود دارد که احتمالا هر کدامشان میزبان چند سیاره باشند. به واسطه مأموریت های فضایی متعدد نظیر، هابل، تلسکوپهای دوقلوی کک، مأموریت کپلر و کی – ۲، تلسکوپ فضایی تس و در آخر جیمز وب که شکارچیان سیارات فراخورشیدی هستند، امروز موفق شدهایم ۵۸۳۴ سیاره فراخورشیدی (سیارت بیرون از منظومه شمسی) را کشف کنیم و شگفتانگیزتر این که تعداد سیارههای کهکشان ما بسیار بیشتر از ستارههای آن است.
با یک تصور ساده، درک موضوع آسانتر میشود: فرض کنید که شهر تهران، همان کهکشان راه شیری است و اکنون بعد از گذشت دو دهه توانستهایم با روشها و تکنیکهای مختلف، هزاران سیاره فراخورشیدی را کشف کنیم.
این تعداد کشف در حقیقت مربوط به یک کوچه از یک محله از شهر تهران است و مابقی مساحت تهران دستنخورده باقی مانده است! در حقیقت مساحت کلانی از کهکشان ما منتظر بررسی نسلهای بعدی تلسکوپهای بشری است تا پی به اسرار آنها ببریم.
بشر از ابتدای عصر فضا در حال ارسال سیگنال به سمت فضاست، انتشار تشعشعات حاصل از فعالیتهای انسانی نیز امری است که کاملا از دوردستها قابل شناسایی است و تمدن هوشمند احتمالی هم به همین عارضه از آشکارسازی خود دچار هستند. این که تا به امروز نه پیدایشان کردیم و نه پیدایمان کردهاند، به نظر مربوط به همان فواصل بیاندازه زیادی میشود که هنوز دانش بشری قادر به غلبه بر آن نیست.
دنیاهای شبیه به زمین
کشف نشانههای حیات حتی از نوع ابتدایی، هدف دیگر بشر است؛ تلسکوپ فضایی جیمز وب که در سال ۲۰۲۱پرتاب شد، ممکن است اولین نشانههای حیات را کشف کند. ترکیب گازها در جو سیارههای فراخورشیدی هماندازه زمین، میتواند حامل اطلاعات شگفتانگیزی باشد. وب یا نسل بعدی تلسکوپهای فضایی در آینده میتوانند علائمی از جوی شبیه به زمین شامل عناصری مانند اکسیژن، دیاکسید کربن و متان را شناسایی کنند که نشانهای قوی از امکان وجود حیات است.
تلسکوپهای آینده ممکن است حتی نشانههایی از فتوسنتز و تبدیل نور به انرژی شیمیایی توسط گیاهان یا حتی گازها و مولکولهایی که نشاندهنده حضور حیات جانوری هستند را شناسایی کنند.
دقیقا به دنبال چه هستیم؟
تنها تجربه بشر از حیات، سیاره خودش است. این اولین و مهمترین سرنخ برای یافتن سیارههایی شبیه زمین است. ما دقیقا باید به دنبال دنیاهایی بگردیم که با قابلیتهای زیستی ما همخوانی داشته باشد.
سیارهای شبیه به زمین باید ستارهای شبیه خورشید هم داشته باشد؛ به عبارتی ستارههای بزرگتر از خورشید با تشعشات مرگبار خود فرصت تکامل حیات را به سیارات اطراف خود نمیدهند. پس ستاره های جوان، داغ و بزرگ از فهرست جستجوی بشر خط خوردهاند، اما با حل یک پازل از کیهان، بیشمار پازل دیگر جلوی چشمانمان سبز میشود.
اکنون به دنبال سیارات اطراف ستارههایی میگردیم که به اندازه خورشید خودمانند یا کوچکترند. در این میان بحث زمان هم مطرح است و این کار را دشوار می کند؛ از کجا معلوم سیارهای که پیدا کردیم همانند گذشته زمین، اکنون در دوران اولیه خود نباشد و در گذر زمان از حیات پشتیبانی کند؟ این واقعیت کمی ناامیدکننده است ولی فکر به این که ما محصول همین جهان و عناصر هستیم دوباره موتور جستجوی ما را روشن میکند.
شبیه زمین یا از زمین بهتر؟
در میان کشفیات صورتگرفته، انواع مختلفی از سیارات وجود دارند، سیارات غول گازی که طبعا مناسب حیات نیستند، سیارات شبهنپتونی و فرانپتونی که غولهای یخی هستند و آنها هم احتمالا میزبان حیات نباشند و سیارات ابرزمین و شبهزمین که روی توجه ما به سمت این دوگونه آخر است؛ سیاراتی که میزبان اتمسفری با عناصری شبیه به زمین باشند و سطح آنها سنگی و سیلیکاتی باشد و این قدم اول موفقیت است.
فاصله از ستاره میزبان هم اولویت بعدی است و سپس برخورداری از آب مایع. در این مبحث به روشهای مبتکرانه و خلاقانه اما بسیار پیچیده کشف اینچنین سیارات نمیپردازیم که مجالی برای آن نیست.
اتمسفر (جو) سیارات فراخورشیدی، کلید کشف حیات در آنهاست. برای بررسی این موضوع، یک روش خلاقانه به کار می رود. وقتی نور یک ستاره از جو یک سیاره دوردست عبور میکند و به چشمان ما میرسد، حاوی اطلاعات بسیار ارزشمندی است که با انجام روشی به نام «طیفسنجی انتقالی»، اثر آن شبیه به یک بارکد به نظر میرسد.
بخشهای ازدسترفته در طیف نور به ما میگویند که چه عناصری در جو سیاره فراخورشیدی وجود دارد. یک الگوی خاص از شکافهای سیاه ممکن است نشاندهنده متان باشد و دیگری نشاندهنده اکسیژن. مشاهده این دو با هم میتواند دلیلی قوی برای حضور حیات باشد.