چرا اتمسفر سیارات فرا خورشیدی مهم است؟

چرا اتمسفر سیارات فرا خورشیدی مهم است؟

چندی پیش تلسکوپ فضایی کپلر که با هدف کشف سیارات فراخورشیدی در مدار زمین قرار گرفته بود، لیستی از 3200 سیاره ی جذاب خود را منتشر نمود که در میان انبوهی از سیارات گازی و سنگی با شرایط مناسب و سخت، می توان 5 مورد امیدوار کننده را نیز مشاهده نمود که علاوه بر قرار گیری در کمربند حیات ( جایی که از لحاظ دما برای پشتیبانی از حیات مناسب است) به نظر می رسد که از لحاظ ترکیبات جوی نیز می توانند نشانه های امیدوار کننده ای را از خود نشان دهند.

یکی از روش های جذاب در راستای کشف موجودات زنده در کیهان نگاهی ژرف به سیارات و منظومه های ستاره ای دیگر است. تا پیش از سال 2006 حدود 165 سیاره گازی کشف شده در مدار بسیارنزدیک به ستاره ی مادرشان، تمام دانسته های موجود از منظومه های دیگر بود که برای ظهور و پشتیبانی از حیات مناسب نیستند. اما تحلیل داده های دریافتی از تلسکوپ فضایی کپلر دیدگاه دانشمندان را دگرگون ساخت. روش کشف این سیارت به کمک پدیده ی گذر سیاره از مقابل ستاره اش که با افت جزئی نور ستاره همراه است صورت پذیرفته و هرچند که در نگاه اول این روش کشف نمی تواند اطلاعات خاصی را در رابطه با ساختار شیمیایی اتمسفر سیارت فرا خورشیدی در اختیار ما قرار دهد اما با نگاهی دقیق تر در میابیم که در هنگام گذر سیاره از مقابل قرص نورانی ستاره ی خود، بخش کوچکی از نور ستاره از درون اتمسفر سیاره نیز عبور نموده و موجب ایجاد خطوط جذبی جدیدی در طول موج های نور مرئی و فروسرخ می گردد.

به کمک حسگرهای دقیق و پیشرفته این خطوط بسیار کمرنگ و جزئی، مشخصات سیاره خود را تا حدود زیادی بر ملا می کنند و می توان به کمک آنها وجود حیات را با احتمال بالایی پیش بینی نمود. در سال 1965 و در زمانی که اولین مامویت سطح نشین وایکینگ طرح ریزی می شد، یکی از دانشمندان ناسا با نام لولاک این فرض را مطرح نمود که شاید بتوان احتمال وجود حیات در سیارات فراخورشیدی و حتی سیارت سنگی منظومه شمسی، همچون مریخ را با مطالعه ترکیبات جو آن که در حالت تعادل نیستند، مشخص نمود. این جمله بدان معناست که در سیارات حیاتمند ترکیبات جوی باید شامل ملکول هایی باشد که در دراز مدت با یکدیگر سازگار نمی باشند. به طور مثال گاز متان (CH4 ) سریعا با اکسیژن واکنش ایجاد می کند و لذا در جو زمین عملا نباید به جز مقدار اندکی که حاصل از فعالیت های آشتفشانی است، گاز متانی یافت شود. اما به گفته دانشمندان مقدار موجود در جو زمین 140 برابر بیشتر است که حاصل از واکنش های شیمیایی انرژی زای باکتری های بی هوازی در روده ی جانوران و یا تجزیه سبوس برنج است.

وجود دی اکسید ازت ( NO2) که از چرخه ی بیولوژیکی نیتروژن توسط باکتری ها در خاک و آب های اقیانوس صورت می پذیرد و یا وجود خطوط جذبی ناشی از ملکول O2  به عنوان پسماند ناشی از فتوسنتز و یا O3  در جو سیاره خبر از وجود منابع تولید این ملکول های زیستی در سطح سیاره دارند.  باند جذبی O2 در طول موج ۰.۷۶ میکرون ( نور مرئی) و O3 در ۹.۶ میکرون ( فروسرخ) به عنوان قوی ترین خطوط جذبی اتمسفر زمین بعد از دی اکسید کربن شاخص ترین باند جذبی محسوب می گردد.  آب نیز با باند جذبی 8 میکرون (فروسرخ نزدیک) مشخص بود از دی اکسید کربن و اکسیژن بارز ترین طیف را از خود نشان می دهد. این در حالی است که طیف جذبی مریخ و تا حدودی زهره، تنها وجود دی اکسید کربن CO2  را در طول موج حدود 14 میکرون نمایان می کنند.

شاید بتوان اولین تحلیل ها از جو یک سیاره با هدف یافتن حیات را به سیاره مریخ نسبت داد. دانشمندان با نگاه به کانال های مریخ و قطبین سفید رنگ آن به وجود حیات در این سیاره امیدوار بودند اما زمانی که ماموریت مارینر 4 درسال 1969 با تصاویر مبهم خود از سطح خشک و مرده ی مریخ هیاهوی گسترده ای مبنی بر احتمال وجود و یا عدم حیات در این سیاره را میان سیاره شناسان را شدت بخشید. وجود عامل هیدروکسید در جو مریخ خبر از وجود آب تجزیه شده در حضور پرتو های فرابنفش را می داد و این به معنای عدم وجود لایه ی محافظتی اوزون در جو مریخ است و در نتیجه منابع گسترده ای نیز برای تولید O2 در سیاره سرخ وجود ندارد.

در غیاب حیات O2 از فتولیز H2O و CO2 شکل می گیرد اما تحت این شرایط فراوانی O2 بسیار کم می شود زیرا که جاذب های متعددی همچون آهن، H2 ، CO و SO2  برای جذب اکسیژن وجود دارد نسبت حضورشان 100 برابر بیشتر از اکسیژن است. بنابراین مریخ به دلیل شرایط ویژه خود ( که در دو شماره قبل توضیح داده شد) فاقد آزاد سازی اکسیژن در جو خود می باشد اما زمین به دلیل آغاز فتوسنتز در دو میلیارد سال قبل از نگاه تمدن های فرازمینی ، حیاتمند به نظر می رسیده. همچنین به نظر می رسد به دلیل فعالیت های باکتری های متان ساز و در نتیجه خطوط جذبی 6/7 میکرون، زمین در زمانی قبل تر از 2 میلیارد سال قبل نیز در نگاه بیگانگان فضایی زیست پذیر بوده است.

هم اکنون  داده های تلسکوپ فضایی کپلر به کمک دانشمندان آمده تا با بررسی نشانه های زیستی در جو سیارات دور دست، پرده از معمای وجود حیات در کیهان بردارند.