تلسکوپ هابل نخستین نشانه‌های وجود آب را روی سیاره‌های TRAPPIST-1 شناسایی کرد

در ماه فوریه سال ۲۰۱۷، ستاره‌شناسان رصدخانه‌ی جنوبی اروپا، اعلام کردند که موفق شده‌اند ۷ سیاره‌ی سنگی در اطراف ستاره‌ی TRAPPIST-1 شناسایی کنند. تا به امروز، سابقه نداشته است که تعداد زیادی از سیارات زمین‌سان در یک منظومه‌ی ستاره‌ای بیگانه شناسایی شوند؛ همچنین گفته می‌شود که از این ۷ سیاره، ۳ مورد در ناحیه‌ی سکونت‌پذیر قرار دارند و این یعنی روی سطح این سیاره‌ها، آب به‌صورت مایع وجود دارد.

از آن زمان تا به امروز، دانشمندان بررسی‌ها و مطالعات زیادی انجام داده‌اند تا سکونت‌پذیری این سیاره‌ها را بررسی کنند. اکنون گروهی بین‌المللی از دانشمندان، به کمک تلسکوپ فضایی هابل به بررسی این ۷ سیاره پرداخته‌اند. این دانشمندان موفق شده‌اند نخستین سرنخ‌ها از وجود آب را روی تمام این سیاره‌ها پیدا کنند. آب برای نوع حیاتی که ما می‌شناسیم، یک ماده‌ی ضروری است و کشف آن روی تمام سیاره‌های TRAPPIST-1 می‌تواند نشانه‌ی بسیار خوبی باشد. رهبری این گروه پژوهشی بر عهده‌ی وینسنت بوریر، ستاره‌شناس سوئیسی از رصدخانه‌ی دانشگاه ژنو بوده است. این افراد به کمک طیف‌نگار تصویربردار تلسکوپ فضایی هابل (STIS) به مطالعه‌ و بررسی میزان تابش فرابنفشی که هر کدام از این سیاره‌ها دریافت می‌کنند، پرداختند.

وینسنت بوریر می‌گوید این کار، به آن‌ها کمک کرده است تا میزان آب موجود در هر یک از این ۷ سیاره را تخمین بزنند. وی در ادامه‌ صحبت‌های خود گفت:

تابش فرابنفش، یک عامل بسیار مهم در تکامل اتمسفر سیاره‌ها به شمار می‌رود. در اتمسفر سیاره‌ی ما، تابش فرابنفش نور خورشید، عمل فروپاشی مولکول‌ها را انجام می‌دهد. نور فرابنفش ستاره‌ی TRAPPIST-1 نیز می‌تواند عمل فروپاشی بخار آب را در اتمسفر سیاره‌هایی که اطراف آن گردش می‌کنند، انجام دهد. این فروپاشی، بخار آب را به هیدروژن و اکسیژن جداگانه تبدیل می‌کند.

وقتی که می‌خواهیم میزان سکونت‌پذیری یک سیاره‌ را بررسی کنیم؛ چگونگی تعامل تابش فرابنفش با اتمسفر سیاره بسیار مهم خواهد بود. در حقیقت، تابش فرابنفش کم‌انرژی باعث تفکیک نوری می‌شود (وقتی در اثر انرژی تابش، ترکیبات شیمیایی به اجزای ساده‌تر تبدیل می‌شوند)؛ یعنی مولکول‌های بخار را به اکسیژن و هیدروژن تبدیل می‌کند. در این لحظه، تابش شدید فرابنفش (تابش XUV) و پرتو‌های ایکس باعث می‌شوند که دمای لایه‌های بالایی اتمسفر سیاره افزایش یابد. این اتفاق باعث می‌شود که هیدروژن و اکسیژن فرار کنند.

از آن‌جایی که هیدروژن سبک‌تر از اکسیژن است؛ خیلی سریع‌تر به سمت فضا فرار می‌کند و فضا دقیقاً همان جایی است که طیف‌نگار تلسکوپ هابل، می‌تواند طیف هیدروژن را مشاهده کند. این دقیقاً همان کاری است که وینسنت بوریر و گروهش انجام داده‌اند. آن‌ها به کمک طیف‌نگار تلسکوپ فضایی هابل، میزان تابش هیدروژن گریخته از این ۷ سیاره را به دقت بررسی کردند و همین کار باعث شد که آن‌ها بتوانند میزان آب موجود روی هر یک از این سیاره‌ها را بررسی کنند. آن‌ها با بررسی‌های خود، پی بردند با توجه به میزان تابش فرابنفشی که از سوی ستاره‌ی TRAPPIST-1 ساطع می‌شود، سیاره‌های اطراف آن در طول تاریخ مقادیر زیادی از آب خود را از دست داده‌اند.

سیاره‌های TRAPPIST-1b و TRAPPIST-1c که کم‌ترین فاصله را با ستاره‌ی مادر خود دارند، بیشترین تابش فرابنفش را دریافت کرده‌اند. دانشمندان تخمین می‌زنند که این دو سیاره در طول تاریخ شکل‌گیری خود، مقدار آبی به اندازه‌ی ۲۰ برابر تمام اقیانوس‌های زمین از دست داده‌اند. این سیاره‌ها هر کدام بین ۵.۴ تا ۹.۸ میلیارد سال سن دارند؛ به عبارتی دیگر، این دو سیاره ممکن است کاملاً خشک شده باشند و هیچ آبی روی آن‌ها نباشد.

اما سیاره‌های دورتر، مقادیر بسیار کمی آب در طول تاریخ شکل‌گیری خود از دست داده‌اند و این یعنی هنوز هم مقادیر زیادی از آب، روی سطح آن‌ها وجود دارد. همان‌طوری که پیش‌تر گفته شد، ۳ سیاره از این ۷ سیاره، در ناحیه‌ی سکونت‌پذیر قرار گرفته‌اند و با توجه به فاصله‌ای که از ستاره دارند، می‌توان با قاطعیت گفت که آب زیادی روی آن‌ها وجود دارد و این یعنی شرط‌های اولیه سکونت‌پذیری را دارند. این افراد با محاسبه‌ی نرخ افزایش و کاهش آب در این سیاره‌ها، وضعیت فعلی آن‌ها را مشخص کردند. سیاره‌هایی که در فاصله‌ی دورتری از ستاره‌ی مادر خود هستند، در طول زمان، آب بیشتری در سطح خود ذخیره کرده‌اند. این یافته‌ها بسیار شگفت‌انگیز هستند؛ زیرا نشان می‌دهند که تکامل و فرار اتمسفر در این سیاره‌ها، با یکدیگر ارتباط نزدیکی دارند.

این یافته‌ها امیدوارکننده هستند؛ زیرا مطالعات قبلی که روی میزان از دست رفتن اتمسفر تمرکز داشتند، نتایج ناامیدکننده‌ای به دنبال داشتند. مطالعات قبلی که شواهد محکمی برای اثبات در دست نداشتند، می‌گفتند که ستاره‌ی TRAPPIST-1 بسیار شعله‌ور است و حتی کوتوله‌های سرخ آرام نیز در طول زمان، تابش بسیار زیادی به سمت سیارات خود ساطع می‌کنند. همچنین گفته شده بود فاصله‌ی ستاره با سیاراتی که در اطراف آن گردش می‌کنند، بسیار کم است و همین موضوع باعث می‌شود که بادهای ستاره‌ای مستقیماً به اتمسفر سیارات برخورد کنند.

مطالعات پیشین نشان می‌دادند سیاراتی که در اطراف کوتوله‌های سرخ گردش می‌کنند، نمی‌توانند اتمسفر خود را در طول زمان حفظ کنند؛ حتی اگر اتمسفر و مغناط‌کره آن‌ها همانند اتمسفر زمین باشد. اما مطالعات جدیدی که انجام شده‌اند، در مطالعات پیشین شک و تردید ایجاد کرده‌اند. این پژوهش نشان داد که همانند مریخ، از دست رفتن اتمسفر توسط بادهای ستاره‌ای، به‌طور ناگزیر باعث می‌شود که سطح سیاره سرد، خشک و بی‌روح شود.

از زمان کشف و شناسایی سیاره‌های منظومه‌ی TRAPPIST-1، این یکی از خبرهای خوبی بوده است که در مورد آن‌ها شنیده‌ایم. همچنین این یک خبر بسیار خوب است و دانشمندان می‌توانند به فکر بررسی سکونت‌پذیری سیاره‌هایی که در اطراف کوتوله‌های سرخ گردش می‌کنند، باشند. بسیاری از سیاره‌های فراخورشیدی کشف‌شده، در اطراف ستاره‌های کوتوله سرخ گردش می‌کنند. برخی از آن‌ها عبارتند از: پروکسیما بی؛ LHS 1140b؛ Gliese 581g؛ Gliese 625b و Gliese 682c.

حدود ۷۰ درصد از ستاره‌های کهکشان راه شیری، از ستاره‌های کلاس M یا همان کوتوله‌های سرخ هستند و بسیاری از سیاره‌های سنگی کشف‌شده نیز در اطراف این ستاره‌ها گردش می‌کنند که البته تعداد زیادی از آن‌ها احتمالاً سکونت‌پذیر هستند. البته وینسنت بوریر و گروهش تأکید می‌کنند که این مطالعات کاملاً قطعی نیستند؛ اما زمینه را فراهم کرده‌اند. برای آن‌که بتوان در مورد وجود آب روی این سیاره‌ها نظر قطعی داد، باید مطالعات بیشتری انجام شود.

وینسنت بوریر بر این باور است که بررسی این موضوع، بر عهده‌ی تلسکوپ‌های فضایی آینده (مانند تلسکوپ فضایی جیمز وب) خواهد بود. وی در ادامه‌ی صحبت‌های خود گفت:

مطالعات ما نشان می‌دهند که سیاره‌های بیرونی‌تر این منظومه، بهترین نامزدها برای جستجوی آب به کمک تلسکوپ فضایی جیمز وب هستند. پس از بررسی این موضوع، مطالعات نظری و رصدهای تکمیلی در تمامی طول موج‌ها آغاز می‌شود تا طبیعت این سیاره‌ها و سکونت‌پذیری آن‌ها مشخص شود.

سیاره‌های سنگی که در اطراف کوتوله‌های سرخ گردش می‌کنند، توانایی این را دارند که آب را در سطح خود حفظ کنند و مانع از فرار آن شوند. تصور کنید که تنها در کهکشان راه شیری، حدود ۱۰۰ میلیارد کوتوله‌ی سرخ وجود دارد که سیاراتی در اطراف آن‌ها گردش می‌کنند. دانشمندان از یک مسئله به‌خوبی اطمینان دارند؛ این‌که تلسکوپ فضایی جیمز وب پس از آن‌که در ماه اکتبر سال ۲۰۱۸ به فضا پرتاب شود، می‌تواند بر تمامی آن‌ها تسلط داشته باشد و آن‌ها را بررسی کند.

نتایج این پژوهش‌‌ها در وب‌سایت هابل منتشر شده است.