اکتشافات جدید تلسکوپ جیمز وب

تنهایی کیهانی در بوته آزمایش؛ انقلابی فراتر از ثبت تصاویر کهکشانی

برای سده‌های متمادی، فیلسوفان و اخترشناسان با نگاه به آسمان شب در این اندیشه بودند که آیا جهان‌های دیگری شبیه زمین ما در پهنه کیهان شناورند. با پرتاب تلسکوپ‌های کپلر و تس، هزاران سیاره در مدار ستارگان دوردست کشف شدند؛ اما دانستن وجود یک سیاره سنگی کوچک، پاسخی به مهم‌ترین پرسش تاریخ نمی‌داد: آیا این دنیاها دارای هوا برای تنفس، آب مایع و شرایط پایدار حیات هستند؟

امروزه تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) مستقر در نقطه لاگرانژی L2، وارد مرحله نوینی از مشاهدات علمی شده است. تمرکز ابزارهای این رصدخانه ۱۰ میلیارد دلاری اکنون از تصویربرداری ژرف کهکشان‌های اولیه، به کالبدشکافی شیمیایی اتمسفر سیارات واقع در کمربند حیات (Habitable Zone) معطوف شده است؛ جایی که دما به آب اجازه می‌دهد به شکل اقیانوس‌های زنده بر سطح سیاره جاری باشد.

درک مکانیزم‌های فیزیکی این رصدخانه نیازمند ابزارهای دقیق انتقال فوتون است؛ دقیقا همان مباحث کوانتومی پیشرفته‌ای که در بررسی پردازنده‌های فوتونیکی سیلیکونی برای هدایت پرتوهای نور در مقیاس‌های میکرومتری به کار گرفته می‌شوند.

طیف‌سنجی عبوری؛ چگونه نور ستاره راز گازهای جو را برملا می‌کند؟

یک سیاره فراخورشیدی میلیون‌ها بار کم‌نورتر از ستاره مادری خود است؛ بنابراین عکس‌برداری مستقیم از سطح آن از فاصله ده‌ها سال نوری مانند تشخیص نور یک کرم شب‌تاب در مجاورت نورافکن یک استادیوم است. برای غلبه بر این مانع فیزیکی، اخترشناسان از تکنیکی نبوغ‌آمیز به نام «طیف‌سنجی عبوری» (Transmission Spectroscopy) بهره می‌برند.

فیلتر شدن نور در لایه نازک اتمسفر

هنگامی که سیاره از دید تلسکوپ از برابر قرص ستاره خود عبور می‌کند (پدیده گذر)، کسر بسیار ناچیزی از نور ستاره از میان جو نازک سیاره عبور کرده و به آینه‌های طلایی جیمز وب می‌رسد. هر گاز موجود در جو، طول موج‌های مشخصی از نور فروسرخ را جذب می‌کند و اثر انگشتی تاریک بر جای می‌گذارد.

طیف‌سنج فروسرخ نزدیک NIRSpec و ابزار فروسرخ میانی MIRI با دقتی تا سطح چند بخش در میلیون (ppm)، خطوط جذبی مولکول‌ها را از دل داده‌های نویز استخراج می‌کنند؛ شاهکاری در تحلیل داده که هم‌راستا با دقت بالای پردازنده‌های کوانتومی اتم‌های خنثی در پردازش حالت‌های برهم‌نهی ذرات است.

تمام گزارش‌های تاییدشده کیهانی در آرشیو رسمی مأموریت تلسکوپ جیمز وب در ناسا به صورت آزاد در دسترس جامعه منجمان جهان نمایه می‌شود.

جدول مقایسه‌ای نامزدهای برتر حیات و گازهای شناسایی‌شده امروزه

در جدول زیر، چهار سیاره فراخورشیدی برجسته که بیشترین شباهت‌های اتمسفری به محیط‌های قابل سکونت را نشان داده‌اند، مقایسه شده‌اند:

پژوهش‌های تکمیلی و مقالات داوری‌شده پیرامون مدل‌های اقلیمی این سیارات در پایگاه داده مقالات اخترفیزیک ناسا ADS منتشر شده و ابعاد پیچیده چرخه کربن در جهان‌های هایسیان را تبیین نموده‌اند.

معمای گاز دی‌متیل سولفید (DMS)؛ اثر انگشت فیتوپلانکتون‌های کیهانی؟

یکی از شگفت‌انگیزترین و بحث‌برانگیزترین رویدادهای علمی دوران کنونی تایید مجدد سیگنال‌های ضعیف اما مداوم مولکول «دی‌متیل سولفید» (DMS) در جو ابرزمین K2-18b توسط جیمز وب است. بر روی سیاره زمین، گاز DMS تقریباً به طور انحصاری توسط موجودات زنده، به ویژه فیتوپلانکتون‌های شناور در اقیانوس‌های آب شور تولید می‌شود و هیچ فرآیند ژئوشیمیایی شناخته‌شده‌ای توان تولید این گاز در غلظت بالا را ندارد.

احتیاط منطقی در جامعه زیست‌اخترشناسی

با وجود هیجان وصف‌ناپذیر دانشمندان، اخترفیزیکدانان همواره اصل کارل سیگن را یادآور می‌شوند: «ادعاهای خارق‌العاده نیازمند شواهد خارق‌العاده است». ممکن است واکنش‌های فوتوشیمیایی ناشناخته در شرایط جوی فشار بالای هیدروژنی بتوانند این مولکول را بدون نیاز به زیست‌شناسی سنتز کنند.

با این حال، توانایی دریافت انرژی خورشیدی توسط سلول‌های نوین شبیه به عملکرد پیل‌های خورشیدی تاندم پروسکایت-سیلیکون، مبنایی الهام‌بخش برای ارزیابی فتوسنتز احتمالی در پوشش‌های فیتوپلانکتونی این دنیاهای بیگانه است.

سکونت‌پذیری سامانه تراپیست-۱؛ امید اول بشریت برای کشف خواهر زمین

در فاصله ۴۰ سال نوری از ما، منظومه خارق‌العاده TRAPPIST-1 با هفت سیاره سنگی هم‌اندازه زمین در مدار یک کوتوله سرخ می‌گردد. سیاره‌های e و f و g درست در میانه کمربند حیات این منظومه جای گرفته‌اند.

داده‌های گردآوری‌شده در ماه‌های اخیر نشان داده‌اند که سیاره TRAPPIST-1e بر خلاف سیارات درونی b و c که جو آن‌ها توسط شراره‌های خورشیدی اولیه سترون شده، موفق شده اتمسفر غنی از نیتروژن و کربن خود را به لطف یک میدان مغناطیسی هسته‌ای نیرومند حفظ کند.

وجود یک لایه پوششی پایدار، سیاره را در برابر تابش‌های فرابنفش مرگبار محافظت کرده و امکان پایداری آب در دمای معتدل را روی سطح فراهم آورده است؛ سناریویی که آن را به محتمل‌ترین کاندیدای وجود زیست‌کره در مجاورت کیهانی منظومه شمسی تبدیل می‌کند.

چالش قفل گرانشی و گردش بادهای جوی

یکی از شگفتی‌های این دنیاها، قفل گرانشی (Tidal Locking) است؛ به این معنا که همواره یک نیمکره سیاره به سوی ستاره است و در روشنایی ابدی به سر می‌برد و نیمکره دیگر در تاریکی منجمد گرفتار آمده است. اما شبیه‌سازی‌های هیدرودینامیکی جیمز وب نشان می‌دهند که یک جو متراکم می‌تواند مانند سیستم گرمایش مرکزی عمل کرده و با ایجاد طوفان‌های استوایی مداوم، حرارت را از نیمه روشن به نیمه تاریک منتقل کند و نواری معتدل و سرسبز به نام «خط گرگ‌ومیش» (Terminator Zone) برای سکونت بیافریند.

چشم‌انداز آینده؛ ماموریت رصدخانه عوالم زیست‌پذیر (HWO)

یافته‌های پرچمدار جیمز وب، سنگ بنای طراحی نسل بعدی تلسکوپ‌های فضایی برای دهه ۲۰۳۰ را گذاشته است. پروژه عظیم «رصدخانه عوالم زیست‌پذیر» (Habitable Worlds Observatory) با آینه‌ای بزرگ‌تر و مجهز به یک کرونوگراف نوری فوق‌پیشرفته، قادر خواهد بود نور خیره‌کننده ستاره را مسدود کرده و مستقیماً از سطح سیارات سنگی عکس‌برداری نماید.

ما نخستین نسلی از انسان‌ها هستیم که به جای افسانه‌سرایی، به ابزارهای رصد تجربی برای پاسخ به معمای حیات مجهز شده‌ایم. داده‌های ارسالی از ژرفای فضا گواه آن است که جهان ما زنده، پویا و سرشار از شگفتی‌های ناگفته‌ای است که مشتاقانه انتظار کاوشگران زمینی را می‌کشند.