جستجوی حیات در سیارات فراخورشیدی

 

مجله علمی ایلیاد - آیا زمین تنها سیاره‌ی دارای حیات است؟ آیا امکان وجود حیات در سایر نقاط کیهان وجود دارد؟ آیا زمین تنها خانه‌ی ماست؟ شاید زمانی این فکر که ما تنها موجودات عالم هستیم، مورد قبول همگان بود، اما پس از اینکه دانستیم مواد اولیه‌ی سازنده‌ی حیات در شهاب‌سنگ‌ها نیز‌یافت می‌شود، دانشمندان به این فکر افتادند که شاید در سایر نقاط جهان نیز حیاتی همانند زمین تشکیل شده است، اما ‌یک سیاره، چه شرایطی باید داشته باشد تا میزبان حیات شود؟

دیر زمانی تصور بر این بود که اگر در سیاره‌ای  صرفاً بتوان آب‌ یافت، قطعاً حیاتی نیز در آن تشکیل خواهد شد. با گذشت زمان و افزایش دانش بشریت از نحوه‌ی تشکیل حیات بر روی زمین، این تصور نیز دست‌خوش تغییر شد. وقتی که شرایط اولیه حیات بر روی زمین بررسی شد، دانشمندان دریافتند که حیات بر روی زمین در آب‌هایی که به حالت مایع و روان بودند، به‌وجود آمد. با وجود این‌، شرطی جدید برای سیارات و اقمار محتمل به حیات گذاشته شد؛ اینکه سیاراتی می‌توانند میزبان حیات باشند که بتوانند آب را به حالت مایع روی خود حفظ کنند. اما این امر چگونه امکان پذیر است؟ جواب را باید در خود زمین‌ یافت. چرا که زمین تنها شاخص ما برای بررسی حیات است. همان‌طور که می‌دانید زمین در فاصله‌ای از خورشید است که دمای متعادلی را برای داشتن آب مایع فراهم کرده که به این فاصله‌ی مناسب «کمربند حیات» می‌گویند. از دیگر ویژگی‌های زمین که آن‌را میزبان حیات کرده، جوی مناسب است که نه آن‌چنان غلیظ که فشار خردکننده‌اش و اثر گلخانه‌ای جهنمی‌اش مانند سطح سیاره‌ی زهره را ایجاد کند و نه آنچنان ضعیف و رقیق مانند مریخ امروز، ماه ‌یا عطارد که هر موجود زنده‌ای در مقابل تابش‌های کیهانی و شرایط اقلیمی آن تاب مقاومت را از دست بدهد.

اینها نمونه‌هایی از شرایط ویژه‌ی زمین بودند که آن‌را برای تشکیل حیات مناسب کرده‌اند، اما در این مقاله تمامی شرایط را برای اینکه‌ یک سیاره بتواند حیاتی را شکل دهد، مورد بررسی قرار می‌دهیم؛ از شرایط کهکشان‌ها گرفته تا خود سیاره. سپس به این موضوع می‌پردازیم که آیا انسان می‌تواند در جایی غیر از زمین زندگی کند و چه محدودیت‌هایی دارد و در آخر چند سیاره‌ی فراخورشیدی کشف شده را نام خواهیم برد و آن‌ها را معرفی می‌کنیم.

اینکه سیاره‌ای برای ما قابل سکونت‌ یا دارای حیات باشد، دو مقوله‌ی کاملاً از هم جدا هستند، چرا که اگر قرار باشد سیاره‌ای پیدا کنیم که برای ما قابل سکونت باشد، انتخاب‌هایمان خیلی محدود می‌شود؛ زیرا انسان موجود ضعیفی است و در هر مکانی نمی‌تواند زندگی کند. اما اگر بخواهیم سیاراتی پیدا کنیم که صرفاً واجد شرایط حیات هستند، آن وقت گزینه‌های متعددی پیش روی ما است. چرا که حیات بسیار انعطاف‌پذیر است؛ کماکان که بر روی زمین نیز می‌توان در دمای‌های بالا و فاقد اکسیژن و نور، مثل آتش‌فشان‌های زیر دریا‌ها، حیات را مشاهده کنیم. بنابراین اگر سیاره‌ای برای انسان قابل سکونت نبود، دلیل بر این نمی‌شود که حیات در آن وجود ندارد! البته منظور از دارای حیات همان حیات ابتدایی است که در شرایط اولیه‌ی زمین به‌وجود آمد؛ ‌یعنی همان موجودات میکروسکوپی.

 

در ابتدا به این موضوع می‌پردازیم که حداقل شرایط لازم برای اینکه‌ یک سیاره دارای حیات باشد چیست؟

ابتدا کهکشان مناسب را باید جستجو کرد که غنی از عناصر سنگین مورد نیاز حیات در فضای بین ستاره‌ای باشد.
منظومه‌ی این سیاره باید در گوشه‌ای از کهکشان واقع شده باشد تا از خطر تشعشعات و امواج مرگ‌بار هسته‌ی کهکشان در امان بماند.
سیاره‌ی مذکور باید در نقطه‌ی قابل حیات ستاره یا همان کمربند حیات خود واقع شده باشد.
منظومه‌ی این سیاره دارای غول‌های گازی همچون مشتری و زحل ما باشد تا سیارک‌ها و اجرامی که به سمت این سیاره می‌آید را با قدرت ببلعند.
قمری بزرگ همچون ماه داشته باشد تا انحراف محور سیاره را تثبیت کند.

در ابتدا به بررسی کهکشان مناسب برای حیات می‌پردازیم. حیات علاوه بر هیدروژن و هلیوم که در هنگام انفجار بزرگ تنها عصر جهان بود، به عناصر سنگین‌تر از هلیوم، از لیتیم تا آهن، که در ستارگان تولید می‌شود، نیازمند است. از منظر داشتن عناصر سنگین کهکشان‌های کوتوله و تا حدودی کهکشان‌های نامنظم از بقیه جدا می‌شوند. در مقاله‌ای که در سال ۲۰۱۳ توسط آقای «اس. ریکی» با عنوان «سرنوشت عناصر سنگین در کهکشان‌های کوتوله، نقش جرم و هندسه» منتشر شد، علت این امر را بازخورد انرژی از ابرنواختر‌ها و باد‌های ستاره‌ای که منجر به تولید موج‌های کهکشانی می‌شوند، عنوان کرد و کهکشان‌های کوتوله چون پتانسیل کمی دارند از این رو نسبت به باد‌های کهکشانی آسیب پذیرتر هستند. کهکشان‌های بیضوی هم خیلی پیر هستند و درست بعد از انفجار بزرگ، بوجود آمده‌اند؛ بنابراین حاوی ستارگان قدیمی هستند. از این رو به اندازه‌ی ستاره‌های جوان از فضای بین ستاره‌ای غنی از عناصر سنگین بهره‌مند نیستند، به همین دلایل تنها گزینه‌ی مناسب برای حیات کهکشان‌های مارپیچ هستند.

پس از آنکه کهکشان مناسب را انتخاب کردیم، باید این پرسش را مطرح کنیم که بهترین مکان در ‌یک کهکشان برای داشتن‌ یک منظومه‌ی دارای حیات چیست؟ در اینجا نیز منظومه‌ی شمسی شاخص ما است. برای اینکه ‌یک منظومه دارای حیات باشد، عوامل مختلفی نظیر فلزیت و میزان دوری از فاجعه‌های بزرگ، مثل اَبَرنواختر‌ها، در نظر گرفته می‌شود.

همان‌طور که  می‌دانید منظومه‌ی شمسی در بازوی مارپیچی و کوچکی به نام «بازوی جبار‌ یا شکارچی» قرار دارد. فاصله‌ی خورشید از مرکز کهکشان ۲۶،۰۰۰ سال نوری است و می‌توان گفت که فاصله‌ی خوبی از سیاه‌چاله و ستارگان پیری که در مرکز کهکشان هستند، دارد و در کل بهترین مکان در کهکشان راه‌شیری فاصله‌ی ۲۵،۰۰۰ تا ۳۱،۰۰۰ سال نوری از مرکز کهکشان است؛ جایی که ستارگانش تقریباً ۴ تا ۸ میلیارد سال سن دارند.

عمده‌ی مواد تشکیل دهنده‌ی ستارگان هیدروژن و هلیوم است و انرژی لازم برای روشنایی ستاره از طریق هم‌جوشی هسته‌ایِ اتم‌های هیدروژن تامین می‌شود. در واقع تعادل نیروها در ‌یک ستاره که زندگی آن‌را رقم می‌زند، توسط جوش هسته‌ای انجام می‌پذیرد، اما با تمام شدن ذخایر مورد استفاده در هم‌جوشی هسته‌ای، به ویژه هیدروژن، این تعادل به هم ریخته و در واقع ستاره به مرگ خود نزدیک  می‌شود. مرگ ستاره‌ها با توجه به ابعاد آن‌ها با فرآیندهای متفاوتی اتفاق می‌افتد. بزرگی و در واقع جرم‌ یک ستاره، تعیین‌کننده‌ی اتفاقاتی است که پس از اتمام هیدروژن رخ می‌دهد. به‌طور عمومی بعد از اتمام هیدروژن هلیوم‌سوزی آغاز می‌شود و اگر هلیوم‌ها تمام شوند، کربن‌سوزی و بعد اکسیژن‌سوزی و خلاصه این سنتز هسته‌ای ادامه می‌یابد تا به عنصر آهن برسیم. چون آهن با توجه به شرایط موجود در مرکز ستاره نمی‌تواند در فرآیند گداخت هسته‌ای مشارکت کند، ستاره عملاً می‌میرد، چون دیگر انرژی برای تولید ندارد. از این رو ستارگان را به سه دسته تقسیم‌بندی می‌کنیم.

ستارگان کوچک: کوچک‌ترین ستاره‌ها فقط هیدروژن را به هلیوم تبدیل می‌کنند.

ستارگان با اندازه‌ی متوسط (مثل خورشید): این ستارگان در دوره‌ی زندگی‌شان زمانی که هیدروژن‌شان تمام می‌شود، هلیوم را به اکسیژن و کربن تبدیل می‌کنند.

ستارگان سنگین (بزرگ‌تر از پنج برابر جرم خورشید): ستارگان با جرم بالا زمانی که هیدروژن‌شان تمام شود، اتم‌های هلیوم را به کربن و اکسیژن تبدیل  می‌کنند. به دنبال آن هم‌جوشی کربن و اکسیژن باعث به وجود آمدن عناصر نئون، سدیم، منیزیوم، سولفور و سیلیکون می‌شود. بعداً واکنش‌ها، این عناصر را به کلسیم، آهن، نیکل، کرومیوم، مس و غیره تبدیل می‌کند. این ستارگان پیر و بزرگ با هسته‌های رو به نابودی، عناصر سنگینی به وجود می‌آورند و این عناصر سنگین را به سوی فضا می‌فرستند.

در نجوم و کیهان‌شناسی فیزیکی، پارامتری به‌نام «متالیسیتی» ‌یا Z ‌یا فلزیت وجود دارد که عناصر تشکیل دهنده‌ی ستاره را عنوان کرده و از آن طریق سن ستاره را نیز تخمین می‌زند. بیشتر مواد فیزیکی در جهان در حالت هیدروژن و هلیوم هستند، بنابراین اخترشناسان از کلمه‌ی فلزیت به‌عنوان واژه‌ای مناسب برای تمام عناصر به جز هلیوم و هیدروژن استفاده می‌کنند. در واقع متالیسیتی نسبت عناصر سنگین به عناصر سبک شامل هیدروژن و هلیم در یک واحد نجومی است و برای سایر ستارگان عموماً با نسبت فراوانی آهن به هیدروژن در مقایسه با خورشید محاسبه می‌شود.

ستاره‌ها ممکن است بر اساس میزان عناصر سنگین موجود در آن‌ها ‌یا نوع کهکشانی که در آن هستند، دسته‌بندی شوند. این تقسیم‌بندی در اوائل دهه‌ی ۱۹۵۰ میلادی، توسط اخترشناس آلمانی «والتر باید» تعریف شد. این تقسیم‌بندی معیارهای مختلفی همچون سن، مواد تشکیل‌دهنده و مکان آن‌ها در کهکشان دارد. احتمالاً ستارگان دارای سه نسل هستند. ستاره‌شناسان تا کنون جرمی پیدا نکرده‌اند که متعلق به قدیمی‌ترین نسل ستارگان‌، یعنی جمعیت سهِ ستارگان باشد. اما اعضای دو نسل جدیدتر را‌ یافته‌اند. ستارگان جمعیت دو که دومین نسل از ستارگان هستند، حاوی مقدار نسبتاً کمی از عناصر سنگین هستند. ستارگان سنگین‌تر این نسل، به سرعت از بین رفته‌اند، بنابراین هسته‌های بیشتری از عناصر سنگین وارد فضا شده‌اند. به همین علت جمعیتِ یک ستارگان که جدیدترین نسل هستند، حاوی مقادیر بیشتری از عناصر سنگین هستند. البته مقدار عناصر سنگین در این نسل همچنان نسبت به هیدروژن و هلیوم موجود، بسیار ناچیز است. برای مثال، مقدار عناصر غیر از هلیوم و هیدروژن در خورشید که جزء ستارگان جمعیت‌ یک هستند، تنها ۱ تا ۲ درصد است.

ستارگان جمعیت ۱: شامل خورشید و ستاره‌های درخشان، گرم و جوان، متمرکز در دیسک کهکشان‌های مارپیچی است. آن‌ها به ویژه در بازوهای مارپیچی‌ یافت می‌شوند. با توجه به مدل شکل‌گیری عناصر سنگین در ابرنواخترها، گازی که این ستارگان همراه با عناصر سنگین از آن تشکیل شده‌اند از ستاره‌های غول‌پیکر قبلی تامین شده است. فلزیت خورشید تقریباً ۱.۶درصد است.

ستارگان جمعیت ۲: ستارگانی که معمولاً در خوشه‌های کروی و هسته‌ی‌ کهکشان هستند. به نظر می‌رسد مسن‌تر، کمتر درخشان و خنک‌تر از ستاره‌های جمعیت ۱ هستند. آن‌ها عناصر سنگین کمتری دارند، به دلیل پیر بودن‌ یا بودن در مناطقی که هیچ عنصر سنگین تولید شده توسط ستاره‌های پیشین،‌ یافت نمی‌شود.

مشاهده سامانه‌های سیاره‌ای پیرامون ستارگان دیگری به غیر از خورشید، این باور را  به‌وجود می‌آورد که درجه‌ی فلزیت می‌تواند احتمال داشتن سیاره‌ی سنگی‌ ستاره را تعیین کند. در طی مقاله‌ای که در سال ۲۰۱۲ توسط گروه تحقیقاتی به ریاست «لارس‌.ای باشهیو» کارشناس فیزیک نجومی موسسه‌ی نیل بوهر و مرکز شکل‌گیری ستاره و سیاره در دانشگاه کپنهاگ، با عنوان «فراوانی سیارات کوچک فراخورشیدی در اطراف ستارگانی با نوع متالیسیتی پهناور» منتشر شد، این موضوع را به چالش کشید. دانشمندان پیش‌تر تصور  می‌کردند که شکل‌گیری دنیایی شبیه به زمین عمدتاً اطراف ستاره‌هایی صورت می‌گیرد که دارای عناصر غنی چون آهن و سلیکون هستند؛ این درحالی است که اطلاعات جدید از رصدهای زمینی که با اطلاعات تلسکوپ فضایی کپلر ناسا ترکیب شده، نشان می‌دهد که سیاره‌های کوچک اطراف ستاره‌هایی شکل می‌گیرند که دارای دامنه‌ی وسیعی از عناصر سنگین است و این امر می‌تواند القا کننده‌ی این مفهوم باشد که چنین سیاره‌هایی در کهکشان ما بسیار فراوان هستند. در این راستا عناصر تشکیل‌دهنده‌ی بیش از ۱۵۰ ستاره و ۲۲۶ سیاره‌ی اطراف آن‌ها را که کوچک‌تر از نپتون بوده، مورد بررسی قرار گرفت. اشهیو اظهار داشت: «هدف از انجام این تحقیقات این بوده است که آیا سیاره‌های کوچک چون سیاره‌های بزرگ به فضای خاصی برای تشکیل شدن نیاز دارند ‌یا خیر؟ این تحقیق نشان می‌دهد که سیاره‌های کوچک اطراف ستاره‌هایی که دارای عنصر سنگین آهن هستند، شکل می‌گیرند، عنصری که ۲۵ درصد از عناصر فلزی خورشید را تشکیل داده است.»

فلزیت ‌یک ستاره نشان دهنده‌ی حجم فلز حلقه‌ی تشکیل‌دهنده‌ی سیاره است. ستاره‌شناسان این فرضیه را ارائه داده‌اند که حجم بالایی از عناصر سنگین در این حلقه ممکن است در شکل‌گیری سیاره‌ها موثرتر باشد. بر این اساس مدت‌ها این مساله مورد تأکید قرار می‌گیرد که شکل‌گیری سیاره‌های بزرگ با مدارهای کوتاه به ستاره‌های پُرفلز ارتباط دارند.

برخلاف غول‌های گازی کیهانی، ظهور سیاره‌های کوچک‌تر به عناصر سنگین ستاره‌های میزبان ارتباطی ندارد. سیاره‌ها تا چهار برابر اندازه‌ی زمین، می‌توانند اطراف ستاره‌هایی با طیف گسترده‌ای از عناصر سنگین شکل بگیرند، از جمله ستاره‌هایی که میزان فلزیت آن‌ها کمتر از خورشید است. از این رو تعجب نمی‌کنیم که در اطراف کوتوله‌های سرخ نیز سیارات خاکی ببینیم.

کمربند حیات یا به‌اختصار «CHZ» به منطقه‌ای از‌ منظومه گفته می‌شود که در آن سیارات در فاصله‌ای از ستاره‌ی مادر قرار دارند که آب روی سطح سیاره نه جوش باشد، نه منجد؛ بلکه به حالت مایع و روان باشد. علاوه بر گرمای ستاره‌ی مادر عوامل دیگری همچون وجود گازهای گلخانه‌ای و هسته‌ی داغ و فعال‌ یک سیاره نیز بر مایع بودن آب سطح آن تاثیر دارد. عرض منطقه‌ی قابل سکونت به طور مستقیم متناسب با r²T⁴ است، جایی که r شعاع ستاره و T درجه‌ی حرارت آن است.

زمین تنها شاخص ما برای بررسی حیات در کیهان است و از آنجا که زمین توانسته جو متعادلی داشته باشد و در عین حال از وجود آب روی خود حمایت کند، فاصله‌اش تا خورشید مناسب‌ترین فاصله برای تشکیل حیات است. اگر زمین اندکی از آنچه هست به خورشید نزدیک‌تر می‌بود، دمای آن به حدی افزایش پیدا می‌کرد که گازهای تشکیل‌دهنده‌ی جو آن فرار می‌کردند و دمای سطح سیاره افزایش می‌یافت و آب مایع نمی‌توانست روی آن باقی بماند و شرایطی مانند سیاره‌ی عطارد برای آن ایجاد می‌شد. از سوی دیگر اگر زمین دورتر از مکان کنونی‌اش به دور خورشید بود، انرژی دریافتی از خورشید توسط این سیاره کاهش می‌یافت و منابع آبی در صورت وجود، ‌یخ  می‌زدند و سرمای بیش از حد امکان شکل‌گیری حیات را به زمین نمی‌داد. لازم به گفتن این نکته هست که بودن سیاره در این کمربند برای داشتن حیات کافی نیست؛ فقط احتمال وجود آن‌را از سایر سیارات بیشتر می‌کند. چنان‌چه که در منظومه‌ی شمسی می‌بینم که زهره در لبه‌ی کمربند حیات قرار دارد، ولی به دلیل وجود گازهای گلخانه‌ای و جو غلیظش تنوره‌ای گرم و سوزان با باران‌های اسیدی را پدید آورده که تکامل حیات حتی برای جان سخت‌ترین گونه‌ها نیز دشوار است.

محل کمربند حیات بسته به نوع ستاره و نوع سیاره متغیر است، به این شکل که در ستاره‌هایی که از خورشید کوچک‌تر و سردتر هستند «کوتوله‌های نوع M»، کمربند حیات نزدیک‌تر به ستاره است و برای ستارگانی که از خورشید بزرگ‌تر و گرم‌تر هستند «کوتوله‌های نوع A» کمربند حیات فاصله‌ی دورتری با ستاره دارد.

 

برای اینکه یک ستاره شرایط مناسب تشکیل حیات را برای سیاره‌ی خود فراهم کند، اولاً باید عمر طولانی داشته باشد تا به حیات فرصت شکوفایی دهد؛ ثانیاً در طول عمر خود‌ یک زمان طولانی درخشش و شرایط ثابتی را برای حیات فراهم سازد تا حیات بتواند گسترش‌ یابد. هر ستاره دارای دوره‌ی عمری است که بسته به نوع ستاره متفاوت است. ستارگان حجیم با نور بیشتر و حرارت زیاد عمر کوتاه‌تری نسبت به ستارگان کم نور و کوچک دارند. پایان عمر هر ستاره بستگی به میزان ذخیره‌ی هیدروژن در آن دارد. زمانی که هیدروژن درون ستاره‌ای پایان ‌یابد، هلیوم تبدیل به سوخت اصلی می‌شود و می‌سوزد. سوختن هلیوم سبب ایجاد گرمای بسیار زیادی می‌شود که تا آن زمان در ستاره پیش نیامده بوده ‌است. این مراحل تا سوزاندن سیلیسیم پیش می‌رود، زیرا تولید آهن که از هم‌جوشی سیلیسیم به‌وجود می‌آید، فرآیندی گرماگیر و نه گرماده ‌است.

 

این گرمای زیاد سبب انبساط ستاره می‌شود و حجم آن‌را چند برابر می‌کند. مثلاً اگر زمانی خورشید شروع به سوزاندن هلیوم کند، آنقدر انبساط می‌یابد که زمین در حجم زیاد آن محو می‌شود. این انبساط تا سر حد مریخ ادامه پیدا کرده و سپس متوقف می‌شود. مرحله‌ی بعدی بستگی به نوع ستاره دارد. ستارگان عظیم پس از این مرحله آن‌قدر انبساط‌ یافته‌اند که دیگر نمی‌تواند جاذبه‌ای روی سطوح بیرونی خود داشته باشند. پس از آن این ستارگان منفجر شده و تبدیل به نواختر می‌گردند. هر چه ستاره بزرگ‌تر باشد، میزان نواختر بزرگ‌تر خواهد بود. غول‌ها تبدیل به ابرنواختر می‌گردند. پس از آن این ستاره‌ها بسته به نوع نواختر ادامه عمر می‌دهند. نواخترهای معمولی تبدیل به کوتوله شده و عمری طولانی را آغاز می‌کنند. اما ابرنواخترها در خود فرو می‌ریزند و بسته به جرم هسته‌ی آن‌ها ستارگان بسیار کوچک و چگالی به نام «ستارگان نوترونی» به وجود می‌آورند. این ستارگان عمر طولانی دیگری در پیش خواهند داشت. بعد از آن کوتوله‌ها‌ یا کوتوله‌های سفید تبدیل به کوتوله‌ی سیاه شده و تا آخر جهان زندگی خواهند کرد. اگر جرم آن بسیار زیادتر از این موارد باشد تبدیل به سیاهچاله می‌شود.

ستاره‌های نوع M «کوتوله‌ی سرخ»: بر طبق نمودار «هرتسپرونگ راسل»، ستاره‌ی کوتوله‌ی سرخ ستاره‌ای کوچک و سرد و سرخ رنگ است که در رده‌ی M ‌یا K جای می‌گیرد و غالباً به ستاره‌ای گفته می‌شود که جرمی کمتر از نصف جرم خورشید داشته باشد و دمای سطحی آن کمتر از ۳،۵۰۰ درجه‌ی کلوین باشد. این نوع ستاره، بیشترین نوع ستاره در جهان و کوچک‌ترین ستاره‌ی نوع هیدروژن‌سوز است. در کهکشان راه‌شیری، حدود سه‌چهارم ستاره‌ها کوتوله‌ی قرمز هستند که این نسبت در کهکشان‌های بیضوی بیشتر است. کوتوله‌های قرمز جز تاریک‌ترین ستاره‌ها هستند که درخششی حدود ۰.۱ تا ۰.۰۰۰۱ برابر خورشید دارند. بر طبق مقاله‌ای که در سال ۲۰۰۵ توسط bonfils منتشر گردید، تخمین زده می‌شود که متالیسیتی این ستارگان حدود ۰.۲درصد است.

ستاره‌های کوچک‌تر به نسبت ستارگان بزرگ‌تر بیشتر عمر می‌کنند؛ جرم کم آن‌ها نسبت به خورشید و نبود ناحیه‌ی تابشی دلایلی بر رفتار متفاوت این نوع ستاره‌ها هستند. در کوتوله‌ی سرخ، ناحیه‌ی همرفتی مستقیماً به هسته متصل می‌‌شود، هلیوم به عنوان فرآورده‌ی فرعی حاصل از ذوب و گداختگی، در سراسر ستاره پخش شده و جریان همرفتی، هیدروژن جدید را به هسته‌ی ستاره می‌‌آورد، جایی‌ که فرآیند گداختگی، به کمک آن‌ ادامه می‌‌یابد.

به این ترتیب ستاره‌ی کوتوله‌ی سرخ می‌تواند، آرام آرام به کمک سوختِ هیدروژنی خود تا ۱۰ تریلیون سال زنده بماند، اما ستارگانی مانند خورشید عمری حدود ۱۰ میلیارد سال دارند، حتی قدیمی‌ترین ستارگان کوتوله‌ی قرمز هنوز منابع داخلی هیدروژن خود را تمام نکرده‌اند. عمر سنگین‌ترین کوتوله‌های قرمز ده‌ها میلیارد سال است که در مقایسه با جهانِ ۱۳.۸ میلیارد ساله، عمر درازی است. کوتوله‌های قرمز کم‌رنگ آخرین ستاره‌هایی هستند که در جهان  می‌درخشد. کوتوله‌های سرخ در دوره‌ی عمر خود هرگز از فاز غول‌سرخ عبور نمی‌کنند، چرا که جریان همرفتی در سراسر ستاره اتفاق میافتد و هیدروژن پیوسته از قسمت‌های بیرونی به هسته چرخش می‌کند. ستاره‌هایی مانند خورشید جریان همرفتی هیدروژن را کامل نمی‌کنند و تنها ۱۰ درصد از هیدروژنی که در هسته قرار می‌گیرد را  می‌سوزانند و هنگامی که هیدروژن‌شان تمام می‌شود، به شدت گسترش‌ می‌یابند، چرا که شروع به سوختن هیدروژن بر روی پوسته‌ی اطراف هسته‌های هلیوم می‌کنند. کوتوله‌های سرخ به‌علت جریان همرفتی که دارند، بسیار کارآمد هستند و کل هیدروژن را می‌سوزاندند. در انتها آن‌ها داغ‌تر و کوچک‌تر شده، تبدیل به کوتوله‌های آبی می‌شوند و در نهایت زندگی خود را به عنوان کوتوله‌های سفید پایان می‌دهند.

یکی‌ از  مشکلاتی که راجع به کوتوله‌های سرخ وجود دارد، این است که آن‌ها بسیار متغیر و بی‌ ثبات هستند. به عنوان مثال، ممکن است ۴۰ درصد از سطح ستاره‌ی کوتوله‌ی سرخ با لکه‌هایی پوشانده شود، این امر باعث کاهش تابش منتشر شده از آن‌ شده و فاصله‌ی کمربند حیات این ستاره را تغییر خواهد داد، اما کوتوله‌های سرخ، تنها در طول چند میلیارد سال اول زندگی‌شان، این شعله‌های قدرتمند را ایجاد می‌‌کنند. پس از آن‌، برای باقی‌ عمر تریلیون ساله‌ی خود، آرام گرفته و محیطی‌ بدون تنش را در اطراف خود تجربه می‌‌کنند. این مدت زمان، برای آغاز و تکامل حیات، همان طور که ما انتظار داریم، به اندازه‌ی کافی‌ طولانی‌ است. فراوانی کوتوله‌های قرمز دانشمندان را به این فکر واداشت که شاید آن‌ها بهترین مکان‌ برای کشف حیات بیگانه احتمالی باشند. منجمان به طور فزآینده‌ای در حال کشف سیارات مدارگرد در اطراف این ستاره‌ها هستند و تحقیقات جدید فضاپیمای کپلر نیز نشان داده، دست کم نیمی از این ستارگان، سیارات صخره‌یی دارند که اندازه‌شان نصف تا چهار برابر زمین است.

همانطور که گفته شد، ناحیه‌ی کمربند حیات برای کوتوله‌های سرخ بسیار نزدیک به ستاره است و فاصله‌ای در حدود ۱۴.۸ تا ۲۹.۷ میلیون کیلومتر دارد. این مورد ایرادی را برای سیارات به‌وجود می‌آورد که به آن قفل گرانشی می‌گویند که باعث می‌شود ‌یک طرف سیاره همواره روز، دما‌ی زیاد و آب در حد جوش و طرف دیگر همواره شب، دما کم و آب به شکل‌ یخ باشد. اما اگر سیاره دارای جو باشد، گرما می‌تواند در هر دو طرف تقسیم شود. با وجود این، تفاوت‌های نسبتاً زیاد دمایی باعث ایجاد باد قوی و طوفان بالقوه فراوانی می‌شود که از طرف گرم‌تر سیاره به سمت خنک‌تر می‌وزد. تنها امید برای زندگی در چنین سیارات به نظر می‌رسد که در منطقه‌ی گرگ و میش، همان خط شب و روز، جایی که درجه‌ی حرارت متوسط باشد، امکان‌پذیر است.

یکی دیگر از ایرادات کوتوله‌های سرخ شرایط بسیار خشن محیط اطراف آن‌ها است. ماموریت «GALEX» ناسا نشان داده که کوتوله‌های سرخ به طور مداوم شعله‌های ستاره‌ای مانند خورشید و حتی قوی‌تر را تولید می‌کنند. این تشعشعات ستاره‌ای، پرتوهای ماوراءبنفش «UV» و اشعه‌ی ایکس را پرتاب می‌کنند که می‌توانند به‌راحتی جو سیاره‌ای که در کمربند حیات‌شان قرار دارد را از بین ببرند و به هر گونه اشکال زندگی موجود آسیب برساند.

در مقاله‌ای که در سال ۲۰۱۶ به سرپرستی «اوفر کوهن» در astrophysical journal منتشر شد، این موضوع مورد بررسی قرار گرفت. به گفته‌ی کوهن شرایط محیط اطراف کوتوله‌های سرخ بسیار خشن است و  نیروی جریان بادهای میان‌ستاره‌ای باعث از بین رفتن جو سیاره می‌شود، مگر اینکه سیاره دارای‌ میدان مغناطیسی قوی‌ یا جو بسیار ضخیم باشد. کوتوله‌های سرخ بیش از خورشید از لحاظ مغناطیسی فعال بوده و پرتوهای اشعه‌ی ایکس و نور فرابنفش بیشتری منتشر می‌کنند که بر شرایط آب و هوای فضا به‌شدت تاثیر می‌گذارد. با نزدیک شدن هر چه بیشتر به ستاره‌ی میزبان، شدت جریان بادهای ستاره‌ای نیز قوی‌تر می‌شود و در نهایت فوران‌های ستاره‌ای و سایر طوفان‌های خورشیدی منجر به از بین رفتن سریع‌تر جو سیاره می‌شود.

درسال ۲۰۱۷ مقاله‌ای توسط جمعی از محقیق به سرپرستی «ولادیمیر اس.ایراپیتیان» منتشر شد که ایرادی جدید را در کوتوله‌های سرخ جوان عنوان کرد. تابش فرابنفش کم‌انرژی باعث تفکیک نوری می‌شود؛ ‌یعنی مولکول‌های بخار آب را به اکسیژن و هیدروژن تبدیل می‌کند. در این لحظه، تابش شدید فرابنفش «XUV» و پرتو‌های ایکس باعث می‌شوند که دمای لایه‌های بالایی جو سیاره افزایش‌ یابد. این اتفاق باعث می‌شود که هیدروژن و اکسیژن فرار کنند و به مرور جو سیاره از بین رفته و کم کم آبی برای شروع‌ یا ادامه‌ی حیات بر روی سیاره باقی نمی‌ماند. بر طبق این مقاله، ستارگان رده‌ی M تششعات قوی و فرابنفشی به مراتب بیشتر از خورشید آزاد می‌کنند و از آنجایی که سیارات موجود در کمربند حیات فاصله‌ی چندانی با ستاره‌ی میزبان ندارد، از این رو جو این سیارات شدیداً در معرض تششعات ساتع شده از ستاره قرار دارند و از بین رفتن جو ‌سیاره به معنای از بین رفتن فشار جوی، اثر گلخانه‌ای، حفاظت فرابنفشی و سطوح آبی در سیاره است.

ایراپیتیان در این مقاله عنوان می‌کند: «در این مطالعه به نتایج بدی درباره‌ی سیاراتی که به دور کوتوله‌های سرخ می‌چرخند، رسیدیم. اما درک بهتری از ستاره‌هایی که ممکن است شرایط حیات را داشته باشند، به‌دست آوردیم. هرچه که دانش ما از شرایط حیات برای ‌یک ستاره بیشتر می‌شود، به نظر می‌رسد که خورشید تنها ستاره‌ی میزبانی است که همه‌ی این شرایط را برای زمین فراهم کرده.»

با توجه به تمام ایرادات گفته شده، هنوز جای امیدواری برای‌ یافتن حیات در اطراف کوتوله‌های سرخ است. بعد از اینکه ستاره به دوره‌ی آرامش رسید، اگر سیاره‌ای در کمربند حیاتی آن از محافظ مغناطیسی برخوردار باشد، حتی با وجود قفل گرانشی نیز می‌تواند با کمک ابر‌های موجود در جو که همچون پوششی برای متعادل‌سازی دمای سیاره به کار می‌رود، حیاتی را تشکیل دهد. این امر را تسلکوپ جمیز وب که در آینده‌ی نزدیک راه‌اندازی خواهد شد، اثبات خواهد کرد. ستاره‌های رده‌ی G: کوتوله‌ی زرد ‌یا ستاره‌ی کوتوله‌ی G جزو رده‌ی ستارگان اصلی هستند و دمای سطحی بین ۵،۳۰۰ تا ۶۰۰۰ کلوین دارند. رده‌ی G مانند دیگر ستاره‌های دنباله‌ی اصلی، در هسته‌ی خود هیدروژن را به هلیوم برای استفاده از همجوشی هسته‌ای، تبدیل می‌کند. عناصر تشکیل دهنده‌ی کوتوله‌های زرد علاوه بر هیدروژن و هلیوم مقداری عناصر فلزی نیز نظیر کربن، اکسیژن و آهن است.

 

کوتوله‌های زرد دوره‌ی عمر متفاوتی از کوتوله‌های سرخ دارند، برخلاف آن‌ها که بسیار عمر می‌کنند، عمر متوسط کوتوله‌های زرد ۱۰ میلیارد سال است. این تفاوت عمر همان‌طور که گفته شد، به علت نبود جریان همرفتی کارآمد در اینگونه ستارگان است. کوتوله‌های زرد پس از اتمام هیدروژن در هسته‌ی خود، شروع به هلیوم‌سوزی در سطح می‌کنند و هلیوم به دنبال واکنش‌های هسته‌ای جدید به کربن و اکسیژن تبدیل خواهد شد. در این مرحله ستاره بزرگ‌تر شده و به‌ یک غول قرمز تبدیل می‌شود و بعد از مدتی لایه‌های بیرونی‌تر را به شکل سحابی به بیرون پرتاب می‌کند و در نهایت آنچه باقی می‌ماند ‌یک کوتوله‌ی سفید است. در حالی که کوتوله‌ی سفید ممکن است‌ به یک سیاهچاله تبدیل شود، کوتوله‌ی زرد اندازه‌ای ندارد که آن را به‌ یک سیاهچاله‌ یا ‌یک ابرنواختر تبدیل کند. حدود ۱۰درصد از ستارگان در راه‌شیری کوتوله‌ای زرد هستند که معروف‌ترین‌شان خورشید است و تنها ستاره‌ی شناخته‌ شده که سیاره‌ای دارای حیات داد که همان زمین است.

بر طبق تحقبقاتی که توسط «فنگ تیان» و «شیجرو ایدا» از دانشگاه  Tsinghua University انجام شد و در Nature Geoscience 8 در مارس ۲۰۱۵ منتشر گردید، سیارات زمین مانند ۱۰،۱۰۰ بار کمتر در اطراف کوتوله‌های M به نسبت کوتوله‌های G وجود دارند. بر طبق تحقیقات و شبیه‌سازی آن‌ها، با وجود اینکه‌ یافتن سیارات قابل سکونت در اطراف کوتوله‌های سرخ متمرکز شده است، اما بر طبق این تحقیقات گزینه‌های مناسبی نیستند. شاید بتوان گفت که کوتوله‌های سرخ دارای حیات هستند، اما قابل سکونت خیر! علت این نتیجه گیری‌ها به میزان آب سیاره بر می‌گردد. طبق تحقیقات اخیر سیارات قابل سکونت باید میزان آبی مشابه زمین داشته باشند، اگر مقدار آب بیشتر باشد آب و هوای سیاره نابه‌سامان خواهد شد. اگر هم آب کمتر باشد همچون سیاره‌ی زهره بیش از حد خشک خواهد بود.

این موضوع ایراد دیگری را برای سیارات اطراف کوتوله‌های سرخ ایجاد می‌کند و آن این است که کوتوله‌های G در دوره‌ی تکامل خود تقریباً درخشش ثابتی دارند. اما کوتوله‌های سرخ بیش از ‌یک مرتبه‌ی درخشش خود را تغییر می‌دهند و از آنجایی که کمربند حیات آن‌ها نزدیک ستاره است، در دوره‌ای که نور ستاره بیشتر می‌شود، اگر سیاره‌ای هم در اطرافشان باشد که آب مناسب داشته باشد، آب خود را از دست می‌دهد. اما هنوز جای امیدواری برای این کوتوله‌های سرخ وجود دارد و آن این است که اگر سیاره اقیانوسی باشد، پس از این دوره شاید به میزان آب مناسب برسد و دارای حیات شود. در انتها آن‌ها این نتیجه را می‌گیرند: «ما پیشنهاد  می‌کنیم که ستاره‌های نزدیک به اندازه‌ی خورشید باید اهداف اولیه برای تشخیص سیارات زمین مانند باشد.»

بر طبق شبیه‌سازی‌ها ۱۰۰۰ ستاره که ۰.۳ جرم خورشید جرم دارند، پیش‌بینی می‌شود که ۶۹،۰۰۰ مدار سیاره‌ای که ۵۰۰۰ عدد از آن جرم مشابه با زمین دارد و ۵۵ عدد از آن‌ها نیز در منطقه‌ی قابل سکونت هستند و از این تعداد ۳۱ عدد سیاره‌ی اقیانوسی، ۲۳ سیاره‌ی خشک و فقط ۱ عدد با محتوای زمین مانند آب است. برای ۱۰۰۰ ستاره با نصف جرم خورشید، ۷۵۰۰۰ سیاره را پیش‌بینی کرده‌اند. بیش از ۹۰۰۰ شبه‌زمین بوده که  ۲۹۲ عدد از آن‌ها در منطقه‌ی قابل سکونت قرار دارند و شامل ۶۰ سیاره‌ی اقیانوسی؛ ۲۲۰ سیاره‌ی خشک و ۱۲ سیاره‌ی با محتوای زمین.

در نهایت پیش‌بینی برای ۱۰۰۰ ستاره با جرمی مشابه با خورشید، ۳۸،۰۰۰ سیاره که ۸۰۰۰ شبه‌زمین که ۴۰۷ عدد از آن‌ها در منطقه‌ی قابل سکونت قرار دارد و شامل ۹۱ سیاره‌ی اقیانوسی، ۴۵ سیاره‌ی خشک و ۲۷۱ سیاره‌ی دارای محتوای آب مانند زمین بودند. این اندازه‌گیری‌ها و شبیه‌سازی‌ها تنها برای اثبات این موضوع است که سیارات مشابه زمین در اطراف ستارگان خورشید مانند، شکل می‌گیرند.

بر این اساس ایراداتی که می‌توان بر ستاره‌های نوع G گرفت‌ این است که یکی کم بودن تعدادشان نسبت به ستارگان رده‌ی M و دیگری عمر کوتاهشان است. همانطور که می‌بینم در همین عمر کم نیز تواسته شرایط مناسبی را برای به‌وجود آمدن حیات فراهم کند. در کل اگر شرایط مناسب باشد، حیات به سرعت شکل می‌گیرد. همان‌طور که گفتیم در زمین حیات بیش از ۳.۷ میلیارد است که وجود دارد و به حد پیشرفتگی کامل‌ یعنی انسان رسیده و این در حالی است که خورشید تازه نیمه‌ی عمر خود‌، یعنی ۵ میلیارد سال را سپری می‌کند.

ستارگان رده‌ی A: ستاره‌ی اصلی نوع A «AV» ‌یا ستاره‌ی کوتوله‌ی A، ستاره‌ی اصلی هیدروژن‌سوزی از نوع طیفی A و کلاس نورانی V است. این ستاره‌ها دارای طیف‌هایی هستند که توسط خطوط جذبی هیدرولیکی بالمر تعریف می‌شوند. آن‌ها توده‌ای از ۱.۴ تا ۲.۱ برابر جرم خورشید و دمای سطح بین ۷،۶۰۰ تا ۱۱۰۰۰ کلوین دارند. معروف‌ترین ستاره‌ی این رده در آسمان شب «Vega» است. این ستارگان در مقایسه با خورشید سریع‌تر می‌چرخند و میدان مغناطیسی قوی‌تری ایجاد می‌کنند. علی‌رغم این موضوع، بادهای ستاره‌ای تهدیدی در مقایسه با باد‌های خورشیدی برای سیارات نزدیک آن به‌وجود نمی‌آورد. ستاره‌های کلاس A اشعه‌ی فرابنفش بیشتری تولید می‌کنند و در طیف نور مرئی، نور آبی بیشتر از قرمز وجود دارد. همچنین اشعه‌ی مادون قرمز کمتری نیز منتشر می‌کنند. از این رو این ستارگان رنگ آبی دارند. طبق بررسی‌های انجام شده سیارات عظیم عموماً اطراف این ستارگان شکل می‌گیرند و پیدا کردن‌شان با استفاده از روش اسپکتروسکوپی دوپلر دشوار است. زیرا چرخش سریع آن‌ها خطوط طیفی بسیار وسیعی را ایجاد کرده که ‌یافتن تغییرات کوچک ناشی از اثر دوپلر را دشوار می‌سازد. این ستارگان عمر بسیار کوتاهی دارند، وقتی که هیدروژن و هلیوم خود را سوزاندند به ‌غول گازی قرمز و در نهایت به‌یک کوتوله‌ی سفید تبدیل می‌شوند.

 این نوع ستارگان کمربند حیات وسیع و خیلی دورتری از ستاره دارند. برای مثال در ‌یک مدل مکان سیاره‌ی مناسب برای ستاره‌ی سیروس تقریباً فاصله‌ی ۴ واحد نجومی دارد که کمی نزدیک‌تر از فاصله‌ی مشتری از خورشید است. در این صورت، ‌یک دور گردش سیاره به دور ستاره‌اش بسیار طولانی خواهد شد که نتیجه‌اش داشتن زمستانه‌ها و تابستان‌های طولانی خواهد بود و تعادل بین‌ یخ‌زدگی آب‌ها و جاری شدن سیل در تابستان‌ها زندگی را حداقل برای انسان سخت خواهد کرد. این موضوع شاید ما را به‌ یک خانه‌ی دوم غیر از زمین نرساند، اما نمی‌توان ادعا کرد که در این شرایط حیاتی که سازگار با این شرایط است، شکل نگیرد. باتوجه به فاصله‌ی زیاد کمربند حیات از ستاره‌ی مادر و کم شدن تاثیر گرانش ستاره بر سیارات، این فرصت برای سیارات به‌وجود می‌آید که گرانش خود را بسط دهند و برای قمر‌ها فرصت بهتری به وجود بیاورند که در دام جاذبه‌ی سیاره گرفتار شوند. اگر سیارات غول‌های گازی باشند، می‌توان حدس زد که بر روی قمرهای‌شان حیاتی شکل بگیرد. بزرگترین مشکل این ستارگان تششعات فرابنفش فراوان آن‌ها است و شاید حتی داشتن‌ یک لایه‌ی اوزون نیز برای مهار آن کافی نباشد.

باز هم اینجا این نکته را متذکر می‌شویم که اگر سیاره‌ای حداقل شرایط لازم برای ایجاد حیات را داشته باشد، می‌تواند حیات خاص خود را شکل دهد، ولی شاید برای انسان قابل سکونت نباشد.

۱. سیاره باید به‌دور ستاره‌ای بچرخد که حداقل برای چندین میلیارد سال شرایط مناسب و‌ یکنواختی را فرآهم سازد و به حیات فرصت شکوفایی دهد. مثل خورشید برای زمین که تقریباً می‌توان گفت برای ۵ میلیار سال درخشش و نور ثابتی را به زمین رسانده است و تغییرات اندک نیز توسط خود زمین خنثی شده است.

۲. فاصله‌ی مناسب از ستاره‌ی مادر داشته باشد، یعنی در کمربند حیات قرار باشد. این فاصله‌ی مناسب از فرمول ریاضیاتی تبعیت می‌کند. زمین نیز دقیقاً در فاصله‌ی مناسب از خورشید قرار دارد، کماکان همسایگان خود را می‌بینم که کمی دورتر ‌یا کمی نزدیک‌تر هستند، ولی نتوانسته‌اند از حیات پشتیبانی کنند.

۳. فاصله‌ی مناسبی از سیارات عظیم دیگر داشته باشد تا از مدار گردشی خود منحرف نشود. همچنین اثرات برخورد سیارک‌ها به این سیارات عظیم را بواسطه‌ی دور بودن از آن‌ها خنثی کند.

۴. سیاره خیلی سنگین نباید باشد که به‌ یک غول‌گازی تبدیل شود. این موضوع طبق تحقیقاتی که در سال ۲۰۱۰ توسط «سرگئی نیاکشین» با عنوان «تشکیل سیارات با کاهش انبساط جنین‌های غول‌پیکر» به عمل آمد، منتشر گردید. او در این تحقیقات عنوان کرد که سیارات سنگی با هسته‌ای ۱۰ برابر زمین، جوی سنگین دارند که تحت گرانش هسته به دام افتاده‌اند. به علت تاثیرات کشش جزر و مدی و تابش‌های ستاره‌ی مادر، این سیارات با هسته‌ی عظیم قابلیت تبدیل شدن به غول‌های گازی با هسته‌های جامد را دارند.

۵. لازم است سیاراتی عظیم همچون مشتری در همسایگی خود داشته باشد که از برخورد سیارک‌های احتمالی مصون بمانند. زمین این مزیت را به واسطه‌ی داشتن همسایگانی چون مشتری، زحل، اورانوس و نپتون دارا است. همچنین وجود کمربند سیارکی بعد از مریخ نیز بر این مزیت می‌افزاید و مصونیت زمین را در برابر برخورد‌های نابودگر افزایش می‌دهد.

۶. سیاره وزن مناسب داشته باشد، نه خیلی سنگین که باعث شود جوی همچون مشتری پیدا کند، نه آن‌قدر سبک که باعث فرار گاز‌های سبک هیدروژن و نیتروژن شده و فقط گاز‌های سنگین مثل آراگون را در جو خود نگه دارد.

۷. به مقدار کافی آب روی سطح خود به حالت مایع داشته باشد که هم زمینه‌ی فعالیت‌های شیمیایی لازم برای آغاز حیات را فراهم کند، هم مانع از بین رفتن اثر گلخانه‌ای جو بشود. آب همچنین برای به وجود آمدن صفحات تکنوتونیک همچون زمین برای ایجاد قاره‌ها ضروری است. همان‌طور که می‌دانید ۷۵درصد زمین را آب فراگرفته و تمام تعاملات آب هوایی شامل تعدیل هوای شب و روز، ابرها و جریان‌های هوا را ممکن می‌سازد. بدون آب کافی آغاز حیات امکان پذیر نبود. زمین سیاره‌ای با هسته‌ی داغ و فعال است و در اقیانوس‌ها هنگامی که ماگما خارج می‌شود، به واسطه‌ی وجود آب سرد شده و پوسته در آن منطقه افزایش می‌یابد. این امر منجر می‌شد که به سایر صفحات فشار وارد شود، نتیجه‌ی این فشار به وجود آمدن ارتفاعات، ایجاد قاره‌ها و خشکی‌های بیشتر است و این عامل باعث پیشرفت حیات از دریا به خشکی می‌شود. در زمین این فرآیند بعد از گذشت ۴ میلیارد سال نیز هنوز ادامه دارد.

۸. سیاره باید هسته‌ای فعال داشته باشد تا علاوه بر ایجاد لایه‌های محافظتی، قاره‌ها را توسعه داده و بستری برای پیشرفت حیات فراهم سازد. بنابراین کل الگوی فعالیت زمین‌شناسی و ماهیت سطح سیاره به شدت تحت تاثیر وضعیت داخلی آن قرار می‌گیرد.

۹. جو سیاره باید میزان کافی دی‌اکسیدکربن برای اثر گلخانه‌ای داشته باشد تا در صورت تغییرات اندکی در گرمایش ستاره، اثری بر روی سیاره مورد نظر نداشته باشد. زمین نیز با همین شیوه توانسته در برابر تغییرات ۳۰ درصدی خورشید تا به امروز، شرایط را برای حیات‌ یکنواخت نگه دارد. ناگفته نماند این دی‌اکسیدکربن بر اثر فعالیت‌های آتشفشانی، وارد جو زمین شده است. پس در این مورد هم باز بر می‌گردیم به اینکه سیاره باید خود نیز زنده و فعال باشد.

۱۰. مورد دیگری که برای حیات‌دار شدن یک سیاره لازم است، داشتن قمری همانند ماه برای زمین است. زیرا ماه تاثیر بسیار مفیدی بر شرایط آب و هوایی زمین داشته است. قمر تغییرات شدید آب و هوایی زمین را کنترل  می‌کند و موجب کاهش تمایل مداری زمین که ناشی از کشمکش‌های گرانشی خورشید و مشتری است، می‌شود.

۱۱. سیاره باید در محور خود نیز چرخش داشته باشد، سیاراتی مثل آن‌هایی که اطراف کوتوله‌های سرخ قفل گرانشی شده‌اند، شانس کمتری برای ایجاد حیات دارند.

موارد بالا حداقل شرایط ممکن برای حیات‌دار شدن ‌یک سیاره است، اما حقیقتاً عوامل بسیاری دخیل هستند که هنوز کشف نشده‌اند. تاکنون غیر از زمین هیچ‌جای دیگری حیاتی کشف نشده ‌یا اگر هم وجود داشته باشد، دور از دسترس ما هستند. بنابراین تمام معیار‌های ما حول یک سیاره دارای حیات ‌یعنی زمین، می‌چرخد. شاید اگر روزی حیاتی در جای دیگر‌ یافت شود، تمام این نظریه‌ها و شرایط تغییر کند. چرا که همان‌طور که گفتیم حیات انعطاف‌پذیری فوق العاده‌ای دارد و همان‌طور که روی زمین اَشکال مختلفی از آن‌را می‌بینم. اما وجه مشترک تمام این اَشکال، آب مایع است و هنوز نمی‌توان این پرسش را پاسخ داد که آیا مایع دیگری به جز آب می‌تواند حیات را شکل دهد ‌یا خیر؟

جواب دادن به این سوال دشوار است، چرا که انسان غیر از ماه تاکنون پا بر روی هیچ کره‌ی خاکی دیگری نگذاشته و هیچ کس منکر این واقعیت نیست که آدمی قابلیت‌های شگفت‌انگیزی برای سازگار شدن با محیط دارد. اما این موضوع بیشتر‌ یک حدس رویایی است تا ‌یک فرضیه‌ی علمی. چرا که انسان موجود ضغیفی است و فقط به واسطه‌ی عقل و هوش خود توانسته حاکم زمین شود و هیچ توانایی دیگری ندارد. کماکان که اگر فاقد عقل و شعور بود، حتی به اندازه‌ی ‌یک کرم خاکی کم‌ارزش نیز در این سیاره دوام نمی‌آورد. منظور از این حرف این است که انسان برای این سیاره، برای این نوع گرانش و این نوع جو سازش‌ یافته و آیا می‌تواند در جایی که کمی گرانش بیشتر ‌یا کمتر ‌یا جوی کمی سنگین‌تر ‌یا رقیق‌تر دارد دوام بیاورد؟

برای مثال، اگر جرم سیاره‌ی زمین کمتر ‌یا بیشتر می‌بود، اولین مشکلی که به‌وجود می‌آمد، نیروی جاذبه‌ی سیاره بود و اولین تاثیر تغییر جاذبه، روی سیستم هضم غذای بدن است که باعث می‌شد دیگر نتوانیم درست غذا بخوریم. بدن ما برای شتاب گرانش ۱۰ متر بر مجذور ثانیه، تکامل‌ یافته است. پس ساختار و خصوصیات استخوان‌ها و اعضای دیگر بدن‌مان هم متناسب با این شتاب و نیرویی است که به دلیل وزن بدن ما بر آن‌ها وارد می‌شود. حال اگر این نیرو دو برابر شود، این احتمال وجود دارد که استخوان‌های‌مان خُرد شود. همین‌طور این تغییر می‌تواند بر قلب انسان نیز تاثیر بگذارد. نیرویی که برای گردش خون از پا و انتقال آن به تمام بدن صرف می‌شود، متناسب با این شتاب است. اگر این نیرو دو برابر شود، قلب به احتمال زیاد نمی‌تواند جواب‌گوی این فشار باشد و احتمالاً مرگ افراد را در پی خواهد داشت.

این مسایل را می‌توانیم به بقیه‌ی جانداران هم تعمیم دهیم. شاید درباره‌ی گیاهان تحمل این مقدار گرانش اندکی راحت‌تر باشد، ولی قطعاً برای پرندگان و ماهی‌ها مشکل‌ساز می‌شود. شاید ماهی‌ها غرق شوند و پرندگان اصلاً نتواند پرواز کنند. چون پرنده‌ها موجودات بسیار کارآمد و متناسبی هستند و دقیقاً همان اندازه که نیرو برای پرواز کردن نیاز دارند، به همان نسبت هم تکامل‌ یافته‌اند و نه به اندازه‌ی دو برابر وزن خودشان. اگر بخواهیم این تناسب رخ دهد وسعت سطح بالشان، اندازه‌ی ماهیچه‌هایشان و به طور کلی ساختار کار اندام‌شناختی آن‌ها تغییر می‌کند و در مجموع برای پرواز باید به موجود دیگری تبدیل شوند.

بی وزنی و یا حتی گرانش کم هم بر بدن ما تاثیر  می‌گذارد. کماکان که در فضانوردان ایستگاه فضای به اختلالات بینایی تحلیل رفتن ماهیچه‌ها، نامیزان شدن هورمون‌های بدن و ... مبتلا می‌شوند. البته ناگفته نماند که بعضی از اندام‌های بدن طی چند ماه به شرایط جدید عادت خواهند کرد، اما اندام‌های حیاتی همچون مغز صدمات جدی خواهند دید.

تغییر فشار جو نیز بر بدن ما و حتی جانداران تاثیرگذار است. وقتی که به ارتفاعات می‌رویم و از فشار هوا کاسته می‌شود، گوش‌هایمان به اصلاح کیپ می‌شود و باید برای تنفس و متعادل نگه‌داشتن فشار هوا درون ریه‌ها از کپسول اکسیژن استفاده کنیم که در غیر این‌صورت مغز با کمبود اکسیژن مواجه شده و به حالت کما خواهد رفت. با اینحال ما انسان‌ها و جانورانی را می‌بینیم که در ارتفاعات بدون مشکلی زندگی می‌کنند. اگر به بدن آن‌ها دقیق شویم، متوجه می‌شویم که سازگاری‌هایی در بدن آن‌ها ایجاد شده است که اثرات زندگی و تکامل در ارتفاعات است. ‌یک مثال از این سازش در بدن غازهایی است که در ارتفاعات نزدیک به هیمالیا پرواز می‌کنند؛ در بدن آن‌ها سلول‌هایی برای ذخیره‌ی اکسیژن وجود دارد که در گونه‌های مشابه این نوع پرندگان دیده نمی‌شود.

نمی‌توان قطع به‌یقین گفت که انسان قادر به زندگی در سایر سیارات کما بیش مشابه زمین نیست، اما باید نسل‌ها و سال‌های زیادی بگذرد تا نسل‌های بعدی انسان به شرایط سیاره‌ی جدید کاملاً خو بگیرند.

مثالی از چند سیاره‌ی فراخورشیدی ‌یافت شده را با هم مرور می‌کنیم.
۱. پروکسیما ب - این سیاره در اطراف ستاره‌ی پروکسیما سانتاوری در حال چرخش است. ستاره ۴.۲ سال نوری دور از خورشید است. وزن سیاره حدود ۱.۳ برابر بیشتر از زمین است که می‌تواند آب مایع داشته باشد، اما  بستگی به شرایط جوی خود دارد و از آن‌جایی‌که هیچ چیز مشخص نیست، ما نمی توانیم مطمئن باشیم که آب دارد.

 

۲. گرگC1061 - این سیاره در صورت‌فلکی گرگ واقع شده و در اطراف کوتوله‌ی قرمز گرگ ۱۰۶۱ قرار گرفته است. این سیاره حدود ۱۳.۸ سال نوری از زمین است که حدود ۴.۳ برابر بزرگ‌تر از زمین است.

 

۳. Gliese 832c - این سیاره در اطراف کوتوله‌ی قرمز Gliese832 در منطقه‌ی قابل سکونت‌اش وجود دارد. اندازه‌ی آن حدود ۵ برابر زمین است. به همین دلیل، آن‌را اغلب به نام «اَبَر زمین» می‌نامند. این سیاره در ۱۶ سال نوری از سیاره‌ی ما قرار دارد.

 

۴. TRAPPIST-1d - این سیاره حدود ۴۰ سال نوری از ما فاصله دارد و در صورت‌فلکی دلو است. این سیاره که در اطراف کوتوله‌ی قرمز ultracool در حال گردش است، به عنوان TRAPPIST-1 شناخته می‌شود.

البته در سال‌های اخیر سیارات بسیاری توسط  ماهواره‌ها به‌خصوص کپلر کشف شده است. چندی پیش فضاپیمای کپلر موفق شده بود، ۲۱۹ سیاره‌ی فراخورشیدی احتمالی و ۱۰ سیاره با احتمال قابل سکونت بودن بالا شناسایی کند. ماموریت تلسکوپ از سال ۲۰۰۹ آغاز شده است و مهم‌ترین هدف آن شناسایی سیارات فراخورشیدی است. در بررسی‌های اخیر کپلر، حاکی از کشف ۲۰ سیاره‌ی مشابه زمین است که بعضی از آن‌ها پتانسیل بالایی در داشتن حیات دارند. این سیارات به همراه چندین سیاره‌ی فراخورشیدی دیگر، به دور ستاره‌های میزبان خود می‌گردند که در مواردی دارای مشابهت با خورشید هستند.

آخرین جمع‌بندی‌ها نشان می‌دهد که ‌یک‌پنجم ستاره‌های موجود در کهکشان راه‌شیری، قد و قواره و مشخصات نزدیک به خورشیدِ منظومه‌ی شمسی ما را دارا هستند. با‌ یک حساب سرانگشتی رقمی بالاتر از ۱۰ میلیارد ستاره شبیه خورشید در کهکشان ما وجود دارند که ممکن است سیاره‌های مشابه زمین داشته باشند.

به هر حال، تمام این کشفیات تا زمانی که انسانی نتواند به آن‌ها سفر کند، مجهول و ناشناخته باقی می‌ماند و تنها و بهترین مکان برای زیستن همین سیاره‌ی آبی رنگ خودمان است.

نوشته‌: زهرا کاظمی - مجله علمی ایلیاد