جستوجو برای حیات فرازمینی سالهاست که به کشف سیاراتی در منطقه قابل سکونت ستارگان محدود میشود، اما پژوهشگران جدید ثابت کردهاند که اندازهٔ سیاره میتواند تعیینکنندهٔ کلیدیتر از تنها دمای مناسب برای آب مایع باشد. اگر جرم یک سیارهٔ سنگی به اندازهٔ مریخ نباشد، به احتمال زیاد نمیتواند جو خود را در طول چندین میلیارد سال حفظ کند و فرصت شکلگیری حیات را از دست خواهد داد.
چرایی محدودیت اندازه در جستوجوی حیات
منطقهٔ قابل سکونت به ناحیهای پیرامون ستاره گفته میشود که شرایط دمایی برای وجود آب مایع روی سطح سیاره فراهم است. اما نزدیکی به ستاره یعنی قرار گرفتن در معرض باد و تابشهای شدید که مانند سمبادهای بهتدریج لایهٔ گازی سیاره را فرسوده میکند. میشل هیل و تیمش در دانشگاه کالیفرنیا ریورساید با شبیهسازی پیشرفته بر روی مدلهای دیجیتالی سیارات سنگی به این پرسش پاسخ دادند که کرهٔ زمین تا چه حد میتوانست کوچکتر باشد و همچنان توانایی نگهداری جو را از خود نشان دهد.
پاسخ آنها قاطع است: برای آنکه یک سیاره بتواند جو خود را در مقیاس زمانی چند میلیارد ساله حفظ کند، شعاع آن نباید از 80 درصد شعاع زمین کمتر شود. این مرز دقیقاً با اندازهٔ مریخ همپوشانی دارد. سیارات کوچکتر به دلیل گرانش ضعیفتر و میدان مغناطیسی ناپایدار، بهسرعت گازهای جو خود را از دست میدهند. فرسایش جوی در این ردهها سریعتر از آنکه فورانهای آتشفشانی بتوانند با گازهای دیگر آن را جایگزین کنند، پیش میرود.
نقش حیاتی آتشفشانها و کربن در بقای جو
مدل پژوهشگران نشان میدهد که سرنوشت اتمسفر یک سیارهٔ کوچکشده به رقابت میان دو عامل اصلی وابسته است:
- پرتاب گازهای جو به فضا توسط باد و تابش ستارهای
- تزریق مجدد گازها از داخل سیاره از طریق فعالیتهای آتشفشانی
پوسته و گوشتهٔ سیارات کوچک زودتر سرد و سخت میشوند و فعالیت آتشفشانی در سنین بسیار پایینتری قطع میگردد. این یعنی منبع جایگزینسازی گازها از کار میافتد و لایهٔ محافظتکننده ناپدید میشود. اما یک استثنأٔٔٔٔٔٔٔٔٔٔٔٔٔٔٔٔٔٔٔٔٔٔٔٔٔ مهم وجود دارد: مقدار کربن درون سیاره. با افزایش کربن در گوشته، سیارات میتوانند دیاکسیدکربنِ بیشتری به جو بفرستند و این گازِ نسبتاً سنگین به حفظ لایهٔ گازی کمک شایانی میکند. در شرایطی که کربن به میزان قابل توجهی در ترکیب سیاره وجود داشته باشد، حتی سیاراتی با شعاع 60 درصد زمین نیز توانایی حفظ جو را پیدا میکنند.
این یافتهها مسیر جستوجوی اخترزیستشناسان را ترسیم میکنند. با توجه به کشف هزاران سیارهٔ فراخورشیدی و محدودیت وقت تلسکوپها، تیم هیل توصیه میکند که تمرکز رصدی بر روی سیارات سنگی با شعاع بالای 0.8 رادیوس زمین و ترکیبِ غنی از کربن متمرکز شود.
آینده کاوشهای فضایی و تعیین اهداف هوشمند
محدودیت اندازه و ترکیب شیمیایی بهعنوان فیلترهای طبیعی، شکار حیات فرازمینی را از یک جستوجوی پراکنده به یک عملیات مهندسیشده تبدیل کردهاند. اگر آیندهٔ رصدخانههایی مانند جیمز وب یا نسلِ بعدی تلسکوپهای فضایی روی تشخیص نشانههای زیستی در جو سیارات متمرکز باشد، درک دقیق مکانیسمهای فرسایش جو و نقش بازتولید آتشفشانی میتواند از اتلاف منابع پژوهشی جلوگیری کند. یافتن سیارهای که هم در منطقهٔ قابل سکونت باشد و هم ساختارِ درونیِ آن به اندازهٔ کافی پویا باقی مانده باشد، به مرزهای جدیدی در علم نجوم نزدیکتر از قبل شده است.
