پارادوکس آسمان سرخ؛ پاسخی به معمای حیات فرازمینی

زمین کوچک ما در مقیاس کیهانی چندان هم خاص نیست. این فرضیه محور اصل کوپرنیکی است که می‌گوید زمین مرکز عالم نیست. با‌این‌حال، سیاره‌ی زمین ابعاد عجیب دیگری هم دارد. سیاره‌ی میزبان ما، یعنی خورشید، ستاره‌ای از نوع کوتوله‌زرد است. ازآنجاکه بیشترین شناخت را به ستاره‌ی خود داریم، طبیعی است که به‌دنبال فراوانی ستاره‌های کوتوله‌سفید و زرد (کوتوله‌های FGK) در دیگر نقاط کیهان باشیم. بااین‌حال، فراوانی این ستاره‌ها در راه شیری زیاد نیست؛ زیرا کوتوله‌های سرخ یا کوتوله‌های M فراوان‌ترین ستاره‌های راه شیری هستند.

کوتوله‌های سرخ نه‌تنها ۷۵ درصد از کل ستاره‌های راه شیری را تشکیل می‌دهند؛ بلکه سردترند و عمری طولانی‌تر از ستاره‌هایی مثل خورشید دارند. براساس پیش‌بینی‌ها، عمر خورشید به ۱۰ میلیارد سال می‌رسد؛ درحالی‌که انتظار می‌رود کوتوله‌های سرخ تا تریلیون‌ها سال به حیاتشان ادامه دهند. باوجوداین‌‌، از زمان بیگ‌بنگ تاکنون، تنها ۱۳/۶ میلیارد سال از عمر جهان می‌گذرد؛ درنتیجه، هیچ کوتوله‌سرخی به پایان عمرش نرسیده است.

ازآنجاکه کوتوله‌های سرخ فراوان و باثبات هستند و ما هم نمی‌خواهیم خود را زیاد خاص بپنداریم، بازهم این فرض که سیاره‌ی ما در اطراف کوتوله‌سرخی قرار ندارد، شگفت‌انگیز است. بااین‌حال، ستاره‌ی ما کوتوله‌‌زردی نه‌چندان رایج است. دیوید کیپینگ، ستاره‌شناس دانشگاه کلمبیا، در مقاله‌ای پارادوکس آسمان سرخ را مطرح می‌کند. این فرضیه یکی از فرضیه‌ها و نتایج فرعی پارادوکس فرمی است که نشان می‌دهد چرا هنوز موفق نشده‌ایم حیات فرازمینی هوشمند را کشف کنیم. کیپینگ می‌نویسد:

حل پارادوکس آسمان سرخ راهنمایی برای هدف قرار‌دادن حیات دوردست آینده و درک محدودیت‌های حیات در کیهان است.

تصور هنرمند از منظومه‌ی سیاره‌ای در اطراف کوتوله‌سرخ TRAPPIST-1

ستاره‌های کوتوله‌سرخ چشم‌انداز جذابی برای جست‌وجوی حیات فرازمینی فراهم می‌کنند. این ستاره‌ها مانند ستاره‌های مشابه خورشید زیاد داغ نیستند؛ درنتیجه، سیاره‌های فراخورشیدی در فاصله‌ی نزدیک‌تری از آن‌ها قرار دارند. بدین‌ترتیب، کشف و رصد این سیاره‌ها آسان‌تر خواهد شد.

ستاره‌شناسان تاکنون چند سیاره‌ی فراخورشیدی سنگی مثل زمین و زهره و مریخ را کشف کرده‌اند که در محدوده‌ی کمربند حیات ستاره‌های کوتوله‌سرخ قرار دارند. برخی از این سیاره‌ها در فاصله‌ی نسبتا نزدیکی به ستاره‌ی خود واقع شده‌اند. به‌نظر می‌رسد برخی از ستاره‌های کوتوله‌سرخ میزبان حیات باشند؛ به‌همین‌دلیل، اخترزیست‌دانان علاقه‌ی زیادی به بررسی‌شان دارند. کیپینگ در مقاله‌ی خود به چهار راه‌حل برای پارادوکس آسمان سرخ اشاره می‌کند.

اولین فرض این است که ما جایگاهی عجیب داریم. اگر نسبت حیات در اطراف هر دو نوع ستاره‌ی کوتوله‌سرخ و زرد یکسان باشد، زمین بازهم دورافتاده و شکل‌گیری ما در اطراف خورشید، تنها یک تصادف بوده که احتمال آن یک به صد است. بدین‌ترتیب، تنشی با اصل کوپرنیکی به‌وجود می‌آید که نشان می‌دهد هیچ ناظر برتری در جهان وجود ندارد و جایگاه همه یکسان است؛ اما دورافتادگی زمین حاکی از عجیب‌بودن جایگاه آن است. سه راه‌حل دیگر توجیه بهتری درباره‌ی این مسئله فراهم می‌کنند که آزمودنی هستند.

به‌عقیده‌ی کیپینگ، کوتوله‌های زرد قابلیت زیست‌پذیری بیشتری از کوتوله‌های سرخ دارند و احتمال شکل‌گیری حیات در اطراف کوتوله‌های سرخ ۱۰۰ مرتبه کمتر است. شواهد نظری زیادی برای پشتیبانی از این فرضیه وجود دارند. برای مثال، کوتوله‌های سرخ فعالیت زبانه‌ای زیادی دارند و متلاطم هستند و سیاره‌هایی مشابه مشتری را در اطراف خود ندارند. کیپینگ می‌افزاید:

بسیاری از پژوهش‌های تئوری احتمال شکل‌گیری حیات پیچیده در اطراف کوتوله‌های‌ M یا سرخ را به‌دلایلی مثل قفل جزر‌‌و‌مدی و فروپاشی جوّی و قرارگرفتن درمعرض فعالیت‌های ستاره‌ای، تعداد کم سیاره‌های مشابه مشتری و فاز پیش‌اصلی ستاره کم می‌دانند. بر‌همین‌اساس، دلایل تئوری خوبی برای تقویت راه‌حل دوم وجود دارند؛ گرچه تأکید می‌کنیم هنوز از نظر تجربی و رصدها نتایجی به‌دست نیامده‌اند.

تصویر هنرمند از کوتوله‌سرخی که زبانه‌هایی عظیم را از خود منتشر می‌کند

براساس این راه‌حل، حیات زمان کافی را برای رشد در اطراف کوتوله‌سرخ ندارد. این مسئله غیرمنطقی به‌نظر می‌رسد؛ اما به فاز توالی پیش اصلی حیات ستاره مربوط است؛ یعنی قبل از شروع سوخت هیدروژنی. در این مرحله، ستاره داغ‌تر و درخشان‌تر است و برای ستاره‌های کوتوله‌سرخ نزدیک به یک‌میلیارد سال به‌طول می‌انجامد. در طول این مدت، اثر گریز گلخانه‌ای روی سیاره‌های سکونت‌پذیر احتمالی رخ می‌دهد؛ درنتیجه، فرصت ظهور زیست پیچیده روی سیاره‌های سنگی در اطراف ستاره‌های کوتوله‌زرد و سفید بسیار بیشتر از ستاره‌های کوتوله‌سرخ است.

گرچه نزدیک به ۱۶ درصد از کوتوله‌های سرخ سیاره‌های سنگی در کمربند حیات خود دارند، شاید این دنیاها به‌قدری که فکر می‌کنیم، رایج نباشند. بررسی‌‌ها کوتوله‌های کلان‌جرم را هدف قرار دادند؛ زیرا درخشان‌تر‌ند و بررسی‌شان آسان‌تر است؛ اما اگر این سیاره‌ی سکونت‌پذیری در اطرافشان وجود نداشته باشد، چه می‌توان گفت؟ کوتوله‌های سرخ کم‌جرم از فراوان‌ترین نمونه‌های راه شیری هستند؛ اما احتمال وجود سیاره‌های سنگی در کمربند حیات این ستاره‌ها ۱۰۰ برابر کمتر از کوتوله‌های زرد و سفید هستند. کیپینگ می‌نویسد:

حیات هوشمند نادرترین نوع حیات در کیهان است و معمولا در اطراف کوتوله‌های M و FGK رشد می‌کند؛ اما دنیاهای سکونت‌پذیر اطراف ستاره‌های کوتوله‌سرخ دو مرتبه کمتر از ستاره‌های FGK رایج هستند. مرتبه‌ی بزرگی دو تفاوت بزرگی است که این اکتشافات را جذاب می‌سازد؛ درنتیجه، می‌توان گفت بسیاری از سیاره‌های متعادل هم‌اندازه با زمین که در اطراف کوتوله‌های سرخ شناخته شده‌اند، سکونت‌ناپذیرند یا کوتوله‌های سرخ کم‌جرم از شرایط سکونت‌پذیری بی‌‌بهره‌اند.

تصویری فرضی از دنیایی سکونت‌پذیر در مدار کوتوله‌سرخ پروکسیما قنطورس

ممکن است پاسخ در تمام این راه‌حل‌ها باشد یا بشر خیلی زود به پاسخی قطعی برسد. با پیشرفت فناوری به‌ویژه رصد بهتر ستاره‌های کم‌جرم کوتوله‌سرخ و بررسی سیاره‌های اطراف آن‌ها می‌توان به پاسخ‌های قطعی رسید. اگر سیاره‌های سنگی را پیدا کنیم، می‌توانیم نگاهی دقیق‌تر به قابلیت سکونت‌پذیری‌شان بیندازیم و نشان دهیم در محدوده‌ی کمربند حیات قرار دارند یا تحت‌تأثیر فرایندهای ستاره‌ای قرار می‌گیرند یا خیر. کیپینگ درپایان اشاره می‌کند:

حل پارادوکس آسمان سرخ مرکز توجه اخترزیست‌شناسی و SETI خواهد بود و نشان می‌دهد کدام ستاره‌ها ارزش تخصیص منبع دارند. همچنین، پرسش‌هایی بنیادی درباره‌ی ماهیت و محدودیت‌های حیات مطرح خواهد کرد.

این پژوهش در PNAS منتشر شد.