سیاره‌هایی با جرم بسیار بیشتر از زمین با نام «ابر زمین» و «زیرنپتون»، رایج‌ترین نوع سیاره‌ها در کیهان هستند که در منظومه شمسی وجود ندارند، اما به لحاظ تئوری می‌توانند از حیات حفاظت کنند. در سه دهه گذشته، کشف سیاره‌هایی که به دور ستاره‌هایی مانند خورشید می‌چرخند، به قرن‌ها بحث در مورد این که آیا جهان‌هایی فراتر از منظومه شمسی وجود دارند یا خیر پایان داد، اما با وجود میلیاردها سیاره در کهکشان راه شیری، سوال اساسی این است که آیا آن‌ها میزبان حیات هستند؟
ستاره‌شناسان بیش از یک دهه پیش به این نتیجه رسیدند که هر ستاره در آسمان شب می‌تواند میزبان گروهی از سیاره‌ها باشد. نکته مهم برای جستجوی حیات، این است که از هر پنج ستاره، یکی دارای سیاره‌ای در منطقه «قابل سکونت» است. این منطقه برای جمع شدن آب روی سطح سیاره، داخل گودال‌ها، دریاچه‌ها و اقیانوس‌ها مناسب است که در این شرایط حیات می‌تواند شکل گیرد؛ بنابراین کشف سیاره‌های واقع در این ناحیه طلایی، به منظور جستجو برای حیات فرازمینی در فهرست پروژه‌های علمی قرار گرفت.
انواع سیاره‌ها
در منظومه شمسی دو نوع سیاره وجود دارد؛ جهان‌هایی زمینی شامل عطارد (Mercury)، زهره (Venus)، زمین و مریخ (Mars) که اساسا اجرامی کروی متشکل از فلز و سنگ هستند؛ هسته آن‌ها عمدتا از آهن و نیکل و لایه‌های بیرونی آن‌ها از مواد سنگی، سیلیکون، منیزیم و اکسیژن ساخته شده است.
دورتر از مریخ، غول‌های گازی مثل مشتری (Jupiter) و زحل (Saturn) متشکل از هیدروژن و هلیوم با جرمی بیش از ۱۰۰ برابر زمین وجود دارند؛ سپس غول‌های یخی مثل اورانوس (Uranus) و نپتون (Neptune) که توسط لایه‌هایی از لجن یخ‌زده -آمونیاک، متان و سایر ترکیبات احاطه شده‌اند.
منظومه شمسی شامل جهان‌هایی برابر با جرم زمین و غول‌های یخی به اندازه اورانوس (که ۱۴ برابر زمین جرم دارد) است و هیچ سیاره‌ای با جرمی مابین این دو به دور خورشید نمی‌چرخد؛ در حالی که، در کیهان رایج‌ترین نوع جهان‌ها در فضا با جرمی بین این دو سیاره قرار دارد که به عنوان ابرزمین‌ها (Super Earth) و زیرنپتون‌ها (Sub-Neptune) شناخته می‌شوند.
نیروی گرانشی سیاره با افزایش عمق بیشتر می‌شود؛ در نتیجه، در هسته زمین فشار گرانش به یک میلیون برابر سطح زمین می‌رسد که شرایط را برای زندگی در سطح مهیا کرده‌اند، از جمله وجود صفحات زمین‌ساختی یا تکتونیکی (Tectonics) که تکامل را شکل دادند و میدان‌های مغناطیسی که بشر را در برابر تشعشعات خطرناک خورشید محافظت می‌کند.
به بیان دیگر، آنچه در زیر اتفاق می‌افتد، آنچه که در سطح ممکن است را شکل می‌دهد. جرم اضافی درون ابرزمین‌ها و زیرنپتون‌ها، فشار داخلی آن‌ها را به حدی بالا می‌برد که سوال‌های زیادی برای دانشمندان به وجود می‌آید.
وقتی سنگی ۱۰۰ برابر بیشتر از درون زمین له می‌شود، در اعماق ابرزمین چگونه رفتار می‌کند؟ آیا همچنان به آرامی جریان می‌یابد و چیزی شبیه به قاره‌های در حال حرکت زمین را شکل می‌دهد؟ یا وجود صفحات تکتونیکی در ابرزمین‌ها از نظر علمی غیرممکن است؟ وقتی یخ در اعماق یک زیرنپتون تحت فشارهای بسیار بالا قرار می‌گیرد، چگونه رفتار می‌کند؟
روش‌های آزمایشگاهی سنتی نمی‌توانند به فشارهایی ۱۰۰ برابر بیشتر از هسته زمین دست یابند؛ بنابراین نمی‌توان آنچه را که در سطح این جهان‌های دور اتفاق می‌افتد، بازسازی کرد. در مواجهه با این محدودیت، دانشمندان سیاره‌شناس با کمک فیزیکدانان پلاسما که از لیزرهای غول‌پیکر در مکان‌هایی مانند آزمایشگاه انرژی لیزر (Laboratory for Laser Energetics) در شمال نیویورک استفاده می‌کنند به مطالعه همجوشی هسته‌ای می‌پردازند.
اخیرا استفاده از نور لیزری با شدت بالا برای فشرده کردن آهن مشابه فشارهای ابرزمین‌ها، سرنخی در مورد دمای ذوب شدن آهن جامد در مرکز یک ابرزمین را می‌دهد. جریان‌های چرخشی آهن مایع در مرکز زمین به آن میدان مغناطیسی می‌دهد که ذرات مضر رسیده از خورشید و کیهان را منحرف می‌کند. این آزمایش نشان می‌دهد که ابرزمین‌ها ممکن است میزبان میدان‌های مغناطیسی محافظ حیات باشند.
ابرزمین‌ها و خصوصیات خاص آن
زمین در نخستین روزهای شکل‌گیری، دارای یک سطح سنگی مذاب (یک اقیانوس ماگما) بود که احتمالا توسط اتمسفر غلیظی از هیدروژن و گاز هلیوم احاطه شده بود، اما این عناصر به قدری سبک هستند که گرانش زمین نتوانست آن‌ها را برای مدت طولانی نگه دارد و به سرعت به فضا پراکنده شدند.
با سرد شدن اقیانوس ماگما، گازهایی مانند دی‌اکسیدکربن و نیتروژن از سنگ تازه جامد شده خارج شدند تا اتمسفر ثانویه (Secondary atmosphere) را شکل دهند؛ در حالی که، اکسیژن میلیاردها سال بعد به وجود آمد.
احتمالا ابرزمین‌ها و زیرنپتون‌ها هم به همین ترتیب تشکیل شدند، اما احتمالا به علت ابعاد زیادشان، اتمسفر اولیه خود را حفظ کرده باشند. وقتی صحبت از حیات در این دنیاها می‌شود، همه چیز به اتمسفر آن‌ها بستگی دارد.
برخلاف سیاره زمین، اکثر ابرزمین‌ها باید جاذبه کافی برای نگه داشتن اتمسفر هیدروژن اولیه خود را داشته باشند. قدرت گاز گلخانه‌ای هیدروژن در به دام انداختن انرژی خورشیدی بسیار بیشتر از گازی مانند دی‌اکسیدکربن است. اتمسفر هیدروژن در حفظ گرما آنقدر خوب است که سطح این سیاره‌ها می‌تواند چنان داغ شود که امکان زندگی در آن نباشد، اما اخترشناسان مشاهده کرده‌اند که بسیاری از سیاره‌ها با جرم ابرزمین، جوی گسترده و پف (هیدروژن) کرده ندارند.
پس هیدروژن کجا رفته است؟ به نظر می‌رسد تابش ستاره مادر پوشش هیدروژنی ابرزمین را از بین برده باشد؛ در نتیجه، ابرزمین‌ها می‌توانند در صورت تولید جوهای ثانویه قابل سکونت و میزبان خوبی برای حیات باشند.
زیرنپتون‌ها و جهان‌هایی با نام های‌سین
زیرنپتون‌ها اسرار جوی بیشتری دارند؛ نیکو مادوسودان (Nikku Madhusudhan)، استاد دانشگاه کمبریج (University of Cambridge) انگلستان و همکارانش این نظریه را مطرح کردند که برخی از زیرنپتون‌ها ممکن است جهان‌های «های‌سین» (Hydrogen Ocean به اختصار Hycean) باشند. مادوسودان این نام را به سیاره‌ها با اتمسفر هیدروژنی و اقیانوس‌های آب مایع گسترده در سطح داد.
آن‌ها دریافتند افزایش گرمایش گلخانه‌ای ناشی از اتمسفر هیدروژنی می‌تواند هر چیزی را که بشر در مورد «مناطق قابل سکونت» انتظار دارد را تغییر دهد. با به دام انداختن انرژی خورشیدی در یک لایه هیدروژن، سیاره‌ها دور از ستاره میزبان هنوز می‌توانند در حالتی مایع و گرم وجود داشته باشند؛ پس دنیای های‌سین یک کلاس کاملا جدید از سیاره‌ها قابل سکونت را تشکیل می‌دهد.
اخیرا تیم مادوسودان با استفاده از تلسکوپ فضایی جیمز وب به شواهدی دست یافتند که نشان می‌دهد، زیرنپتون K2-18b که به دورستاره‌ای از نوع کوتوله سرخ (Red Dwarf) در صورت فلکی شیر (Leo) می‌چرخد، نمونه‌ای از سیاره‌های های‌سین است.
این سیاره‌های فراخورشیدی با جرم هشت برابر زمین و اقیانوسی به همان اندازه بزرگ است. دریاهای زمین بیش از هفت مایل عمق ندارند، اما اگر K2-18b از نوع های‌سین باشد، اقیانوس‌های آن کل سیاره را پوشانده و تا ۵۰۰ مایل عمق خواهند داشت. اگر چنین اقیانوس‌هایی وجود داشته باشد، این سوال پیش می‌آید که آیا حیات در دریاهای تاریک که فشار آن میلیون‌ها برابر بیشتر از کف اقیانوس زمین است، وجود دارد؟
هیچ کس نمی‌داند! پاسخ به برخی سوال‌ها در مورد جهان‌های ابرزمینی و زیرنپتونی ممکن است به نسل بعدی تلسکوپ‌های غول پیکر زمینی نیاز داشته باشد که اکنون در حال ساخت هستند و آینه‌هایی به بزرگی زمین فوتبال خواهند داشت. ابرزمین‌ها و زیرنپتون‌ها ناشناخته‌ترین سیاره‌ها بیگانه هستند؛ زیرا به تازگی کشف شدند.