1399/07/26

سیاره‌های مناسب برای حیات

یک سیاره چه شرایطی باید داشته باشد تا میزبان حیات شود؟ اگر در سیاره‌ای صرفاً بتوان آب پیدا کرد، قطعاً حیات نیز در آن تشکیل خواهد شد. زمین تنها شاخص ما برای بررسی حیات است. همان‌طور که می‌دانیم زمین در فاصله‌ای از خورشید است که دمای متعادلی را برای داشتن آب مایع فراهم کرده که به این فاصله‌ مناسب کمربند...
سیاره‌های مناسب برای حیات

نیلوفر ترکزاده: یک سیاره چه شرایطی باید داشته باشد تا میزبان حیات شود؟ اگر در سیاره‌ای صرفاً بتوان آب پیدا کرد، قطعاً حیات نیز در آن تشکیل خواهد شد. زمین تنها شاخص ما برای بررسی حیات است. همان‌طور که می‌دانیم زمین در فاصله‌ای از خورشید است که دمای متعادلی را برای داشتن آب مایع فراهم کرده که به این فاصله‌ مناسب کمربند حیات می‌گویند. اینکه سیاره‌ای برای ما قابل سکونت یا دارای حیات باشد دو بحث کاملاً متفاوت می‌باشند.

شرایط ویژه برای تشکیل حیات سیاره‌ها عبارت‌اند از طول عمر سیاره‌ها، اثرات جذر و مدی روی سیاره‌ها، افزایش درخشندگی ستاره و ناحیه‌ قابل‌‌ زیست مداوم، ناپایداری‌های جو سیاره‌ای، اثر گلخانه‌ای و طول عمر سیاره‌ای.

ستاره‌ها همان‌طور که درجه حرارت مختلفی دارند، طول عمر آن‌ها نیز با یکدیگر متفاوت است. هر ستاره سرانجام می‌میرد، ولی بعضی از ستاره‌ها طول عمر بسیار طولانی‌تری دارند. اثرات جذر و مدی روی سیاره‌ها مانع بسیار مهم دیگری در برابر پیدایش و رشد حیات در سیاره‌های پیرامون ستارگان است. افزایش درخشندگی ستاره و ناحیه‌ قابل زیست مداوم در این مرحله و افزایش پایدار در درخشندگی ستاره، ناشی از واکنش هم‌جوشی چهار هسته‌ هیدروژن و تولید یک هسته‌ هلیم می‌باشد که به‌مرور باعث کاهش تعداد ذرات در هسته‌ی ستاره می‌شود.

ناپایداری‌های جو سیاره‌ای خطر دیگری از تغییرات خیلی شدید اقلیمی سیاره محسوب می‌شود که از تغییرات محور دوران به‌دلیل اندرکنش گرانشی بین سیاره‌ها به وجود می‌آید. در مورد اثر گلخانه‌ای نیز وقتی نور فروسرخ به‌راحتی جذب مولکول‌های گازها در جو زمین می‌گردد و باعث ارتعاش و دوران مولکول‌های گلخانه‌ای جو می‌شود، انرژی رسیده از خورشید نهایتاً در جو حبس شده و درجه حرارت جو را بالا می‌برد؛ روندی که به آن اثر گلخانه‌ای می‌گویند. 

آنچه گذشت

به نظر شما آیا زمین تنها سیاره‌ حیات است و یا حیات در سایر نقاط کیهان نیز وجود دارد؟ این را باید بدانیم که یک سیاره چه شرایطی باید داشته باشد تا میزبان حیات شود؟ از زمان‌های قدیم تصور بر این بود که اگر در سیاره‌ای صرفاً بتوان آب پیدا کرد، قطعاً حیات نیز در آن تشکیل خواهد شد. باگذشت زمان و افزایش دانش بشریت، دانشمندان دریافتند که حیات بر روی زمین در آب‌هایی که به حالت مایع و روان بودند، به‌وجود آمده است. بااین‌حال، شرطی جدید برای سیاره‌ها و اقمار با احتمال وجود حیات گذاشته شد؛ اینکه سیاره‌هایی می‌توانند میزبان حیات باشند که قادرند آب را به حالت مایع روی خود حفظ کنند.

زمین تنها شاخص ما برای بررسی حیات است. همان‌طور که می‌دانیم زمین در فاصله‌ای از خورشید است که دمای متعادلی را برای داشتن آب مایع فراهم کرده که به این فاصله‌ی مناسب کمربند حیات می‌گویند. ما در این قسمت تمامی شرایط را برای اینکه یک سیاره بتواند حیاتی را شکل دهد، موردبررسی قرار می‌دهیم.

شرایط ویژه برای تشکیل حیات

اینکه سیاره‌ای برای ما قابل سکونت یا دارای حیات باشد، دو بحث کاملاً متفاوت است، چون اگر سیاره‌ای پیدا شود که برای ما قابل سکونت باشد انتخابمان خیلی محدود می‌شود. ولی اگر بخواهیم سیاره‌هایی بیابیم که صرفاً واجد شرایط حیات هستند آن‌وقت گزینه‌های متعددی داریم، چون حیات بسیار انعطاف‌پذیر است. درهمین‌حال، روی زمین نیز می‌توان در دماهای بالا و فاقد اکسیژن و نور، مثل آتش‌فشان‌های زیر دریاها، حیات را مشاهده کرد. پس اگر سیاره‌ای برای انسان قابل سکونت نبود دلیل بر این نمی‌شود که حیات در آن وجود ندارد. منظور از حیات همان حیات ابتدایی است که در شرایط اولیه‌ زمین به‌وجود آمد یعنی همان موجودات میکروسکوپی.

سیاره‌های مناسب برای حیات

طول عمر سیاره

می‌دانیم که جرم مناسب و گردش در مداری واقع در ناحیه قابل زیست حول ستاره، تنها شرط‌ زیست‌پذیری یک سیاره نیست. ستاره‌ها همان‌طور که درجه حرارت مختلفی دارند، طول عمر آن‌ها نیز با یکدیگر تفاوت دارد. هر ستاره بالاخره می‌میرد ولی بعضی از ستاره‌ها طول عمر بسیار طولانی‌تری دارند. برای ستاره‌ها رشته‌ اصلی انرژی خارج‌شده از ستاره عمدتاً به‌صورت نور و پرتوهای دیگر با انرژی تولیدشده در درون ستاره در اثر واکنش هم‌جوشی هسته‌ای تبدیل هیدروژن به هلیم در هسته برابری می‌کند؛ پس ستاره‌ها برای مدت محدودی تابش می‌کنند.

وقتی‌که هیدروژن موجود در هسته‌ آن‌ها به‌پایان رسید، ستار‌ه‌ها تبدیل به غول سرخ شده و در مرحله‌ بعد نیز به کوتوله‌ سفید، ستاره‌ نوترونی و یا سیاه‌چاله بدل می‌شوند؛ زیرا در این مراحل پایانی عمر ستاره‌ها شرایط برای حیات بسیار سخت و آسیب‌رسان است. پس طول عمر ستاره‌ها در رشته‌ اصلی یا مرحله‌ هیدروژن‌سوزی آن‌ها می‌باشد. فقط در این مرحله است که اگر شرایط دیگر فراهم باشد، ستاره‌ها می‌توانند انرژی مناسب برای پیدایش و بقای حیات در سیاره‌های خاکی زیرمجموعه‌ خود را فراهم آورده و تداوم دهند. می‌دانیم که ایجاد حیات هوشمند روندی بسیار پیچیده و زمان‌بر است. حیات در سیاره‌ی زمین حدود ۴ میلیارد سال پیش آغاز شده، اما از پیدایش حیات هوشمند حدود ۲.۵ میلیون سال می‌گذرد. به‌طورکلی می‌توان گفت که برای پیدایش حیات هوشمند، یک ستاره حداقل باید به‌اندازه زمین سن داشته باشد؛ یعنی اگر در یکی از سیاره‌های ستاره‌ای حیات هوشمند وجود دارد، از عمر آن ستاره باید حداقل ۵ میلیارد سال گذشته باشد.

اثرات جذر و مدی روی سیاره‌ها

مانع مهم دیگری نیز در برابر پیدایش و رشد حیات در سیاره‌های پیرامون ستارگان وجود دارد. اگر فاصله‌ زمین تا خورشید را قابل‌تغییر فرض کنیم. از نظر نزدیک‌تر کردن زمین به خورشید بسیار خطرناک است و آن ‌هم به‌دلیل افزایش فوق‌العاده‌ نیروی جذر و مدی (کشندگی) است که خورشید روی سیاره‌ ما اعمال می‌کند. وجود نیروهای جذر و مدی ناشی از تغییر نیروهای گرانش با تغییر فاصله است. کره‌ ماه بیشترین نیروی جذر و مدی را روی سیاره زمین اعمال می‌کند. اگر نیروی گرانشی ناشی از ماه روی زمین را این‌طور تصور کنیم، نیمه‌ زمین که به‌طرف ماه است حداکثر مقدار خود را دارد. این نیرو در مرکز زمین کمتر احساس می‌شود و در نیمه‌ دیگر زمین که خلاف جهت ماه است، حتی از مرکز زمین نیز کمتر می‌باشد.

ماه و زمین هر دو حول مرکز جرم مشترک خود دوران می‌کنند و نیروهای گریز از مرکز به‌وجود می‌آیند تا دو کره به‌سمت یکدیگر سقوط نکنند. این نیروهای گریز از مرکز که در همه جای کره‌ زمین بزرگی یکسانی دارند و نیروهای جاذبه‌ گرانشی ماه را خنثی می‌کنند. وقتی‌که نیروهای گریز از مرکز از جاذبه‌ گرانشی ماه کم شوند، در مرکز زمین یکدیگر را خنثی می‌کنند ولی در جاهای دیگر یک نیرو باقی می‌ماند که در دو طرف کره‌ زمین مخالف همدیگر بوده و نیروهای جذر و مدی ماه نامیده می‌شوند.

سیاره‌های مناسب برای حیات

این نیروها تمایل دارند که هم اقیانوس‌ها و هم توده‌های جرم سطحی زمین را در دو جهت مخالف نسبت به مرکز زمین بیرون بکشند؛ البته جابه‌جایی آب‌ها بسیار مشهودتر است. وقتی ماه بر فراز نقطه‌ای از اقیانوس قرار می‌گیرد، ایجاد مد می‌کند و علت آن فزونی جاذبه‌ ماه نسبت به نیروی گریز از مرکز است. در این حالت در پشت کره‌ زمین یعنی به فاصله‌ زاویه‌ای ۱۸۰ درجه اگر اقیانوسی باشد باز هم در آن مد به وجود می‌آید؛ با این تفاوت که در آنجا علت ایجاد مد فزونی نیروی گریز از مرکز نسبت به جاذبه‌ ماه در آن محل است.

 به‌طورکلی آب‌های سطح زمین وقتی‌ که مقابل کره‌ ماه قرار می‌گیرند به‌صورت مد بالا می‌آیند و هم‌زمان در ۱۸۰ درجه آن‌طرف کره‌ زمین نیز چنین اتفاقی می‌افتد. واکنش آب‌ها نسبت به نیروهای جذر و مدی نیازمند زمان است؛ پس حداکثر مد در یک نقطه، مدت‌زمانی بعد از آن که ماه از مقابل آن نقطه عبور کرد، رخ می‌دهد.

شکل پوسته‌ زمین و همچنین جابه‌جایی و آب‌های اقیانوس‌ها در اثر نیروهای جذر و مدی انرژی مصرف می‌کنند و این مصرف انرژی باعث می‌شود تا از سرعت دوران زمین کم شود که آن را ترمز جذر و مدی می‌نامند. این امر همچنین باعث می‌شود که فاصله‌ ماه از زمین افزایش یابد. به‌خاطر ترمز جذر و مدی سرعت دوران زمین حول محور خود به‌تدریج کاهش پیدا کرد، به‌طوری‌که زمان یک دور کامل زمین یا زمان حرکت وضعی آن از ۵ ساعت در ۴ میلیارد سال پیش به ۲۴ ساعت امروزی رسیده است.

خورشید هم کلیه‌ ذرات زمین و آب‌ها را به‌طرف خود می‌کشد و در سامانه‌ زمین و خورشید دوار حول مرکز جرم نیروهای جذر و مدی ایجاد می‌شوند. به‌خاطر فاصله‌ زیاد خورشید از زمین نیروی کشندگی خورشید نسبت به ماه ضعیف‌تر است. جذر و مد مشاهده‌شده در زمین ترکیب جذر و مد قوی ماه و جذر و مد ضعیف خورشید است.

قفل جذر و مدی

حال یک سیاره‌ بدون ماه را در نظر می‌گیریم؛ وقتی سیاره به خورشید نزدیک‌تر می‌شود نیروهای جذر و مدی وارد به آن از طرف خورشید افزایش پیدا می‌کند. یک فاصله معینی به‌نام شعاع قفل جذر و مدی وجود دارد که در آن فاصله سرعت دوران سیاره حول محور خود طی چند میلیارد سال به‌حدی کاهش پیدا می‌کند که مساوی سرعت دوران مداری سیاره می‌گردد؛ یعنی سرعت حرکت وضعی سیاره تا آن حد پایین می‌آید که به سرعت دوران آن در حرکت انتقالی می‌رسد و در آن وضعیت سرعت دوران سیاره حول محور خود به‌اصطلاح قفل شده و به‌همان حال باقی می‌ماند. زمانی که دوران یا حرکت وضعی به حالت قفل‌شدگی می‌رسد همیشه یک طرف سیاره رو به‌سوی ستاره قرار می‌گیرد. به این حالت قفل جذر و مدی می‌گویند. برای مثال راجع به قفل جذر و مدی می‌توان چهار قمر گالیله‌ای مشتری یعنی آیو (Io)، اروپا (Europa)، گانیمد (Ganymede) و کالیستو (Callisto)‌ را نام برد.

وقتی مدار سیاره ای داخل شعاع قفل جذر و مدی قرار می‌گیرد، باید انتظار سخت‌ترین و تهاجمی‌ترین شرایط اقلیمی را داشت. یک طرف سیاره مصرانه داغ شده و طرف دیگر در تاریکی و سرمای دیرپای یا ابدی فرو می‌رود. تحت این شرایط اگر تبادل حرارت در اثر گردش‌ها و چرخه‌های جوی یا جریان‌های اقیانوسی به‌صورت فوق‌العاده کارآمد و استثنایی صورت نگیرد، بدین معناست که آب نمی‌تواند به‌حالت مایع در این سیاره قفل‌شده جذر و مدی وجود داشته باشد. چنین سیاره‌ای شرایط زیست‌پذیری ندارد، چون حیات نمی‌تواند در محیطی وجود داشته باشد که مواد سطح آن فقط به‌صورت جامد یا گاز شکل بگیرند و یا ادامه داشته باشد. 

سیاره‌های مناسب برای حیات

افزایش درخشندگی

با گذر زمان تغییرات قابل‌توجهی هم در ستاره و هم در سیاره‌های منظومه ستاره‌ای پدیدار می‌گردد. برای این که یک سیاره میزبان حیات با گذشت زمان همواره در ناحیه قابل‌زیست قرار گیرد باید مدار آن در یک محدوده کم‌عرض قرار داشته باشد تا هرگز از ناحیه قابل‌زیستی که جابه‌جا می‌شود، خارج نگردد. افزایش درخشندگی یک ستاره ی شبیه خورشید با جرم 1m طیف نوری از نوع G2V طی دوره تکاملی آن از رشته اصلی تا غول سرخ را نشان می‌دهد.

درخشندگی L عبارت از کل انرژی خروجی از ستاره در یک ثانیه است. این انرژی بر حسب درخشندگی فعلی خورشید یعنی کل انرژی خروجی از خورشید داده شده است. زمان از ابتدای مرحله رشته اصلی اندازه‌گیری شده، یعنی از زمانی که ستاره شروع به هیدروژن‌سوزی پایدار در هسته خود نموده است. در این مرحله افزایش پایدار در درخشندگی ستاره ناشی از واکنش هم‌جوشی چهار هسته هیدروژن و تولید یک هسته ی هلیم می‌باشد که به‌مرور باعث کاهش تعداد ذرات در هسته ستاره می‌گردد. در نتیجه فشار گاز پایین می‌آید که آن هم باعث انقباض گرانشی و کوچک‌تر شدن هسته ستاره شده و دمای آن بالا می‌رود؛ زیرا میزان واکنش‌های هم‌جوشی شدیداً تابع درجه حرارت است. بالا رفتن درجه حرارت باعث افزایش واکنش‌ها و تولید انرژی بیشتر و درخشندگی فزون‌تر می‌شود.

ناپایداری جو سیاره‌ای

تکامل ستاره مرکزی تعداد سیاره‌های قابل زیست را محدود نمی‌کند، بلکه ناپایداری‌های شدیدی هم در جو سیاره‌ها وجود دارند که از روندهای بیولوژی و شیمیایی در طول زمان ناشی می‌شوند و آن‌ها نیز روی قابلیت زیست سیارات اثر می‌گذارند. یخبندان برگشت‌ناپذیر و اثر گلخانه‌ای مهارنشدنی دو خطر بزرگ برای سیاره‌ها به‌شمار می‌روند. اگر قرار است در سیاره‌ای حیات باقی بماند و به مرحله هوشمندی برسد، باید از هر دوی این خطرات اجتناب شود. خطر دیگر تغییرات بسیار شدید اقلیمی سیاره است که از تغییرات محور دوران به دلیل اندرکنش گرانشی بین سیاره‌ها به‌وجود می‌آید.

اثر گلخانه ای

وقتی که یک سیاره خاکی شکل گرفت، جو آن در اثر برخوردها و ضربات اجرام دیگر و در اثر گاز افشانی گوشته فوقانی سیاره از طریق آتشفشان‌ها، دودفشان‌ها و تنوره‌ها به‌وجود می‌آید. این‌ها گازهایی مانند ازت، دی‌اکسیدکربن، متان و بخار آب تولید می‌کنند و این گازها وارد جو سیاره می‌شوند. سه گاز اخر از این گازها نور فروسرخ را جذب می‌کنند که به آن‌ها گازهای گلخانه‌ای می‌گویند. وقتی نور فروسرخ به‌راحتی جذب مولکول‌های گازها در جو زمین می‌گردد، باعث ارتعاش و دوران مولکول‌های گلخانه‌ای جو می‌شود. بدین ترتیب انرژی رسیده از خورشید نهایتاً در جو زمین حبس شده و درجه حرارت جو را بالا می‌برد که به آن اثر گلخانه‌ای می‌گویند؛ چرا که مانند اندرکنش ایجادشده در هوای یک گلخانه است.

نجوم | کاوش‌های فضایی |

نظر شما
اخبار مرتبط

حیات را در چه سیاره‌هایی ممکن است پیدا کنیم؟

1399/05/30
تا جایی که بشر توانسته جهان را مشاهده کند، حتی تا دورترین اجرام مانند کهکشان‌های دوردست و اختروش‌ها، ماهیت ماده یکسان است و در سرتاسر کائنات ماده همان عناصر شیمیایی را دارد که در زمین دیده...

کشف نشانه‌های احتمالی از وجود حیات در سیاره زهره

1399/06/25
یک تیم بین‌المللی از اخترشناسان اعلام کردند موفق به یافتن مولکول کمیاب فسفین (Phosphine) در ابرهای زهره شده‌اند؛ امری که می‌تواند نشانه‌ای از وجود حیات در این سیاره محسوب شود. این مولکول...

پربازدیدکننده ترین خبر

پخش فصل دوم سریال فضایی مندلورین به‌زودی آغاز می‌شود+تریلر

پخش فصل دوم سریال مندلورین (The Mandalorian) که اسپین آف جدیدی از مجموعه فیلم‌های جنگ ستارگان محسوب می‌شود و در سبک وسترن فضایی ساخته شده، از ۳۰اکتبر (۹آبان) آغاز می‌شود. وسترن فضایی از مضامین و مفهوم وسترن در داستان‌های علمی-تخیلی استفاده می‌کند. فصل اول این سریال مورد اقبال وسیع مخاطبان قرار گرفت، به‌طوری‌که امتیاز ۸.۷ از ۱۰ را با رأی حدود ۲۰۰ هزار بیننده در سایت IMDB کسب کرد. ماجرای این سریال جذاب در دنیای خیالی جنگ ستارگان می‌باشد و درباره‌ یک تفنگدار تنهاست که درد و رنج‌های زیادی کشیده است. این شخصیت در یک کهکشان دورافتاده سرگردان می‌باشد و سعی دارد تا به هدف خود برسد.