جستجوی سیاره‌هایی فراسوی منظومه شمسی ما
متن سخنرانی :
می‌خواهم درباره‌ی جستجویواقعی حیات بیگانه با شما صحبت کنم. منظورم انسان‌نماهای سبز کوچکی نیست کهبا بشقاب‌های پرنده براق به ملاقات ما می آیند اگرچه چنین اتفاقی هم جذاب خواهد بود. اما جستجوی ما، جستجوی سیاره‌هایی است که به دورستاره‌هایی دوردست در حال چرخش هستند.هر ستاره‌ای در آسمان، یک خورشید است. و اگر خورشید ما سیاره‌هایی دارد -- عطارد، زهره، زمین، مریخ و ...، حتماً بقیه ستاره‌ها همباید سیاره‌هایی داشته باشند. و همین طور هم هست. در طول دو دهه گذشته، ستاره‌شناسان هزاران سیارهفراخورشیدی را کشف کرده‌اند.
آسمان شب ما به معنی واقعی کلمهاز فراخورشیدی‌ها پر شده است. از دیدگاه آماری، می‌دانیم که هر ستاره، حداقل یک سیاره به دور خود دارد. و در مسیر جستجو برای یافتن این سیاره‌ها، و در آینده، سیاره‌هایی که ممکن است شبیه زمین باشند، ما قادر خواهیم بود به برخی از سوال‌های شگفت انگیز و اسرارآمیزی پاسخ دهیم که برای قرن ها پیش روی بشریتقرار داشته است. چرا اینجا هستیم؟ چرا جهان ما وجود دارد؟ زمین چگونه شکل گرفت و تکامل پیدا کرد؟ چرا و چگونه حیات روی سیاره ما منشا گرفت و آن را سرشار کرد؟ سوال دومی کهاغلب به آن فکر می‌کنیم این است: آیا ما تنها هستیم؟ آیا آن بیرون زندگی وجود دارد؟ چه کسی آنجا است؟ می دانید که این سوال برای هزاران سال است که مطرح بوده است، حداقل از زمان فلاسفه بزرگ یونان با آن مواجهیم اما من اینجا هستم تا به شما بگویم که امروز تا چه حد به یافتن پاسخ این پرسش‌ها نزدیک هستیم. برای نخستین بار در تاریخ بشریت پاسخاین سوال واقعاً در دسترس ما قرار دارد.
اکنون و زمانی که به امکانات وجود حیات در آن بیرون فکر می کنم به این واقعیت می اندیشم که خورشید ما تنهایکی از بسیار ستاره‌ی موجود است. این تصویری از یک کهکشان واقعی است. ما فکر می کنیم که راه شیری ما شبیه این کهکشان باشد مجموعه به هم پیوسته ای از ستاره‌ها اما خورشید تنها یکی از صدها میلیارد ستاره است و کهکشان ما تنها یکی از بیش از صدها میلیارد کهکشان عالم. با دانستن اینکه چقدر این سیاره های کوچک عمومیت دارند، خودتان می‌توانید محاسبه کنید. و آن قدر ستاره و سیاره آن بیرون و در عالم وجود دارد که قطعاً باید حیات در برخی از آن هاوجود داشته باشد. البته زیست شناس‌ها از این گفته من عصبانی خواهند شد، چرا که مطلقاً هیچ مدرکی از وجود حیاتدر فراسوی زمین خودمان نداریم.
خوب، اگر ما می‌توانستیم از بیرون بهکهکشانمان نگاه کنیم، و آن را در راستای محلی که خورشیدقرار دارد بزرگ کنیم، نقشه ای واقعی از ستاره ها را می بینیم. و ستاره های مشخص شده، آنهایی هستند که بعنوان میزبان فراخورشیدی شناخته شده‌اند. این تنها قله یک کوه یخ است. اینجا، این انیمیشن، تصویر را بروی منظومه شمسی ما بزرگ می کند. و اینجا می توانید سیاره‌ها را همانگونه‌ای ببینید که یک سفینه فضایی که در مدار خورشید ما قرار دارد می بیند. حال اگر تصور کنیم که به ساحل غربی آمریکای شمالی برویم و به آسمان شب نگاه کنیم این منظره ای است که در یک شب بهاری می بینیم. و صورت های فلکی را میبینید که کنار هم قرار گرفتهاند و بار دیگر ستارههای بسیاری با سیاره‌هایی در اطرافشان. منطقه ویژه ای در آسمان وجود دارد که هزاران سیاره در آن وجود دارد.
این جایی است که برای چندین سال تلسکوپ فضایی کپلر بر آن متمرکز بوده است. بیایید بزرگنمایی را بیشتر کنیم و یکی از فراخورشیدی های محبوب را ببینیم. این ستاره «کپلر 186-اف» نام دارد. و منظومه‌ای پنج سیاره‌ای در اطرافش وجود دارد. و در عین حال، ما اطلاعات زیادی ازخیلی از این سیاره‌ها در اختیار نداریم. ابعاد و مدار و اطلاعاتی اینگونه درباره آنها را می دانیم. اینجا سیاره ای بسیار ویژه به نام «کپلر 186-اف» وجود دارد. این سیاره در منطقه ای وجود دارد که خیلی از ستاره دور نیست، پس شاید دما برای شکل گیری حیات مناسب باشد. اینجا روی این برداشت هنرمندانه بزرگنمایی می شود تا نشان دهد که این سیاره ممکن است چه شکلی باشد.
خیلی از مردم این برداشت رومانتیک از ستاره شناس ها را دارند که بر فراز قله های تنها به سراغ تلسکوپهایشان می روند و از درون آن به منظره خیره کننده آسمان شب نگاه می کنند. اما در واقع ما هم مثل بقیه مردم روی کامپیوترهایمان کار می کنیم، و داده های خودمان را از طریق ایمیل یا دانلود از بانک های اطلاعاتی دریافت می کنیم. پس به جای اینکه بیام اینجا و به شما درباره موضوع ذاتا خسته کننده کار کردن با داده ها و تحلیل آنها و مدل های پیچیده رایانه ای که می سازیم بگویم، از راه متفاوتی استفاده می کنم تا برخی از چیزهایی که فکر می کنیم درباره فراخورشیدی ها می دانیم، را به شما توضیح دهم.
این یک پوستر تبلیغاتی مسافرتی است: «کپلر 186-اف: جایی که همیشه علف ها در سوی دیگرقرمزتر هستند.» دلیلش این است که که کپلر - 186-اف به دور یک ستاره سرخ می چرخد، و ما فقط گمانه زنی می کنیم که شاید آنجا گیاهانی باشند، اگر گیاهی باشد که فوتو سنتز بکند، دارای رنگ دانه های متفاوتی بوده وقرمز به نظر آیند. «از گرانش برروی اچ.دی 40307جی لذت ببرید، یک ابَر زمین.» این سیاره بسیار پرجرم تر از زمین است و گرانش سطحی بیشتری دارد. «بر روی کپلر- 16 ب، استراحت کنید، جایی که سایه شما همیشه همدمی دارد.» (خنده) ما دوجین از سیاره هایی را می شناسیم که به دور دو ستاره می چرخند، و احتمالاً تعداد بیشتری از آن ها وجود داشته باشد. اگر بتوانیم به یکی از آن ها سری بزنیم، شما به معنی واقعی کلمه شاهد دو غروب خواهید بود و دو سایه خواهید داشت. بنابراین، علمی تخیلی ها نکاتی را به درستی، پیش بینی کرده اند. تاتوئین از جنگ ستارگان. من چندتایی فراخورشیدی محبوب دیگر هم دارم تا از آن ها برایتان تعریف کنم. این یکی کپلر - 10 ب است، این سیاره ای داغِ داغ است. فاصله ای که این سیاره خورشیدش را دور می زند، ۵۰ بار نزدیکتر از فاصله زمین تا خورشید است. و واقعا خیلی داغ و پر حرارت است. نمی توانیم به دیدن چنین سیاره‌هاییبرویم، اما اگر می توانستیم، خیلی قبل از اینکه به آنجا برسیم،ذوب می شدیم. فکر می کنیم سطح آن آن قدر داغ است که صخره ها را ذوب کند. و دریاچه های مواد مذاب روی آنوجود داشته باشد.
گلیس 1214 ب درمورد این سیاره، جرم و اندازه آن را می دانیم و اینکه چگالی کمی دارد. تا حدی گرم است. واقعا هیچ چیزی درباره آن نمی دانیم، اما ممکن است، این سیاره‌ای دارای آب باشد، مانند نمونه بزرگ شده ای از یکی از اقمار یخی مشتری که ممکن است ۵۰ درصد جرمش را آب تشکیل داده باشد. و در این صورت این سیاره جوی غلیظ و بخارآلود دارد که برروی اقیانوسی قرار گرفته که از آب مایع تشکیل نشده است، بلکه از گونه غریبی از آب شکل گرفته است، یک ابَر مایع -- نه کاملاً گاز، نه کاملاً مایع. و در زیر آن نیز سنگی وجود ندارد، بلکه گونه ای از یخ تحت فشار قرار گرفته است، چیزی شبیه یخ [نوعِ] 9.
از بین همه این سیاره هایی که آن جا هستند، و از بین بازه وسیعی که در یک کلامخیره کننده به شمار می روند، بیش از هر چیزی به دنبال سیاره هایی هستیم که آنها را سیارههای گلدیلاک می نامیم. نه خیلی بزرگ، نه خیلی کوچک، نه خیلی داغ، نه خیلی سرد -- و دقیقاً مناسب برای حیات. اما برای پیدا کردن آنها باید بتوانیم به جو سیاره نگاه کنیم، چون جو، شبیه به پتویی عمل می کند که حرارت را به دام می اندازد -- اثر گلخانه‌ای. باید توانایی ارزیابی و تشخیصگازهای گلخانه‌ای در جو سیارههای دیگر را به دست آوریم. خوب، ژانر علمی تخیلی یک چیزهایی را هم اشتباه برداشت کرده است. اخترناو اینترپرایز در پیشتازان فضا باید فواصل طولانی را با سرعت های فوق العاده زیاد سفر می کرد تا به مدار سیارههای دیگر برسد تا افسر ارشد، آقای اسپاکبتواند جو آن سیاره را بررسی کند تا ببیند آیا سیاره زیست پذیر هست یا اینکه حیات در آنجا وجود دارد یا نه.
خوب لازم نیست با سرعت های بالا و استفاده از خمیدگی فضا سفر کنیم تا بتوانیم جو سیارههای دیگر را ببینیم، البته نمی‌خواهم مهندسان جوان را از دنبال کردن حل معمای ساخت چنین ایده‌ای منع کنم. واقعا می‌توانیم جو سیارههای فراخورشیدی را از همین جا و از مدار زمین بررسی کنیم. این یک عکس است. تصویری از تلسکوپ فضایی هابل که توسط شاتل آتلانتیس و هنگام ترک هابل و بعد از پایان آخرین پرواز فضایی سرنشین داربه هابل گرفته شده است. آنها درواقع دوربین جدیدی را روی آن نصب کردند. که از آن برای بررسی جو فراخورشیدی ها استفاده می‌کنیم. و تا الان توانسته ایم جو دو جین از فراخورشیدی ها را مطالعه کنیم. و شش تای آن ها را با جزییات فوق العاده زیاد. اما آنها سیارههای کوچکی شبیه زمین نبودند. آنها سیاره های بزرگ و داغی هستندکه دیدنشان ساده است. آماده نیسیتم، هنوز فناوری لازم برای مطالعه فراخورشیدی‌هایکوچک را دراختیار نداریم. اما با این وجود می خواهم سعی کنم توضیح دهم که چطور جو فراخورشیدی ها را بررسی می کنم.
از شما می خواهم برای لحظه ای یک رنگین کمان را تجسم کنید. و اگر به این رنگین کمان از نزدیک نگاه کنیم، خطوط تیره ای را می بینیم که جای آن در رنگین کمان خالی است. و این خورشید ما است، نور سفید خورشید ما تجزیه شده است، نه توسط قطره های باران که توسط طیفن‌گار و می توانید همه این خطوط تیره عمودی را ببینید. بعضی از آنها خیلی باریک هستند، برخی پهن تر، برخی هم در لبه ها سایه دار هستند. و این روشی است که واقعاً ستاره شناس‌ها با کمک آن اجرام سماوی را بیش ازصد سال است که بررسی می‌کنند. خوب اینجا، هر اتم و مولکولی برای خود مجموعه ویژه ای از حطوط را دارد، اگر دوست دارید آن را اثر انگشت در نظر بگیرید. و این روشی است که ما با کمک آن جو سیاره را بررسی می کنیم. و من هیچ وقت زمانی را که ۲۰ سال پیش کار برروی جو فراخورشیدی ها را آغاز کردم فراموش نمی کنم. که چقدر به من می گفتند «این هیچ وقت اتفاق نمی افتد ما هیچگاه نمی توانیم آنها را مطالعه کنیمچرا خودت را به زحمت می اندازی؟» و به همین دلیل من امروز خوشحالم که با شما درباره مطالعات جو آنها صحبت می کنم و واقعا این برای خودش یک شاخه مطالعاتی است. وقتی کار به سیارههای دیگر،زمین‌های دیگر می رسد در آینده و وقتی بتوانیم آنها را رصد کنیم، دنبال چه نوع از گازهایی هستیم؟ خوب شما می دانید که زمین ما در جوشاکسیژن دارد و ۲۰ درصد حجمش را این گاز تشکیل داده است. این مقدار زیادی اکسیزن است. اما بدون گیاهان و حیات فوتوسنتزی اکسیژنی هم نبود، عملاً هیچ اکسیژنی در جو نمی بود. پس اکسیژن به واسطه حیات است که وجود دارد. و هدف ما این است که دنبال گازهاییدر جو سیاره های فراخورشیدی بگردیم که به طور طبیعی نباید وجود داشته باشند، گازهایی که بتوانیم ارتباط آن ها با حیات را برقرار کنیم. اما باید دنبال چه مولکول هایی بگردیم؟ من به شما گفتم که فراخورشیدی هامی توانند چقدر گوناگون و متنوع باشند. انتظار داریم این روند در آینده هم ادامه داشته باشد، زمانی که زمین های دیگری را پیدا می کنیم.
و این یکی از موضوعات اصلی است که من الان روی آن کار می کنم، من نظریه ای در این باره دارم. و این موضوع من را یاد این موضوع می اندازد که هر روز ایمیل یا ایمیل‌هایی را دریافت می کنم از سوی کسانی که نظریه دیوانه واری درباره فیزیکِ گرانش یا کیهان شناسی یا موضوعاتی مثل این. پس، لطفا یکی از آن نظریه های دیوانه وار را برای من نفرستید. (خنده) خوب من هم ایده دیوانه وار خودم را داشتم . اما استاد MIT پیش کی می تونه بره؟ خوب، من ایمیلی به یکی ازبرندگان نوبل درپزشکی یا زیست شناسی زدم و او گفت: البته بیا با هم گپی بزنیم وصحبت کنیم. من هم دو تا از دوستان زیست شیمی دانم را به همراه بردم و رفتیم تا با او درباره ایده دیوانه وار من حرف بزنیم. و نظریه این بود که حیات به وجود آورنده همه مولکولهای کوچک است، مولکولهای بسیار هر چیزی که من که شیمی دان نیستم می توانم به آن فکر کنم فکر کنید: دی اکسید کربن، مونواکسید کربن، مولکول هیدروژن، مولکول نیتروژن، متان، کلرومتان-- گازهای بسیاری. دلایل دیگری هم برای وجود آنها وجود دارند، اما تنها این به خاطر حیات است که ما حتی لایه اوزون را داریم. خوب رفتیم تا با او در این باره صحبت کنیم و او بلافاصله او نظریه ما را رد کرد. او مثالی را پیدا کرد که وجود نداشت. به همین دلیل ما هم به شاسی طراحی مان برگشتیم و فکر کردیم که چیزی بسیار جذاب را در حوزه ای دیگر فهمیدیم.
اما برگردیم به فراخورشیدی ها، نکته در اینجا است که حیات گونه های بسیاری از گازها را تولید می کند، به معنی واقعی کلمه، هزاران گاز. و بدین ترتیب کاری که ما الان می کنیم تلاش برای فهمیدن این است که بر روی کدام نوع از فراخورشیدی ها کدام گاز می تواند منشا حیاتی داشته باشد. و بدین ترتیب زمانی که گازها را در جو سیاره های فراخورشیدی پیدا کنیم که نمی دانیم آیا آنها توسط حیات هوشمند یا درختان، یا یک مرداب یا حتی یک شکل ساده اصطلاحاً میکروبی حیات به وجود آمده باشد.
پس روی مدل هایی کار می کنیم و درباره زیست شیمی فکر می کنیم همه این ها خوب و خوش است. اما چالش بزگ پیش روی مااین است که چگونه؟ چطور باید این سیاره ها را پیدا کنیم؟ در واقع راه های زیادی برای پیدا کردن یک فراخورشیدی وجود دارد، راههای متفاوت بسیاری. اما روشی که من روی آن تمرکز دارم این استکه چطور ما می توانیم دروازه ای را باز کنیم که در آِینده مار قادر به کشف صدها زمین دیگر کند. ما شانس خوبی برایپیدا کردن نشانه های حیات داریم. و در واقع، من به تازگی رهبریپروژه ای دو ساله را به پایان رسانده ام در این مرحله بسیار خاص از یگ طرح مفهومی که آن را استارشید(سایه ستاره ای) می نامیم. و استارشید، یک صفحه طراحی شده به شیوه ای خاص و ویژه است و هدف ما این است که این استارشید را به گونه به فضا بفرستیم که نور یک ستاره را بپوشاند و تلسکوپ بتواند به طور مستقیمسیاره را ببیند. اینجا شما من و دو نفر از اعضای تیم را می بینید که قطعه ای کوچک از استارشید را در دست گرفته ایم. ظاهرش شبیه یک گل غول آسا است، و این یکی از گلبرگ های نمونه اولیه آن است. ایده این است که تلسکوپ و این استار شید با هم به فضا فرستاده شوند، هراه با گلبرگ هایی که از موقعیت اصلی خود می شکفند. خرک اصلی توسعه می یابد، و این گلبرگ ها در جای خود قرار می گیرند. حالا، این ساختار باید خیلی دقیق باشد، به معنی واقعی کلمه، گلبرگ ها با دقت میکرون و باید با دقتی میلیمتری در جای خود قرار گیرند. و کل این ساختار باید مسافتی دهها هزار کیلومتری از تلسکوپ فاصله بگیرد. قطر آن چندین ده متر خواهد بود. و هدف این است که این صفحه، نور مستقیم ستاره را با دقتی بی نظیر مهار کند تا بتوانیم سیاره را به طور مستقیم ببینیم. و برای این کار باید شکل بسیار خاصی داشته باشد، که دلیلش هم فیزیک پراش است. این پروژه ای واقعی است که ما روی آن کار می کنیم، به معنی واقعی داریم کار می کنیم و باور نمی کنید چقدر سخت است. برای اینکه باور کنید همه این ها فقط در یک فیلم ساخته شده نیست، این عکسی واقعی از نسل دوم محموله آزمایشی ارسال استار شید در آژمایشگاه است. و در این مورد، من فقط می خواهم که بدانید که آن خَرَک مرکزی میراث باقی مانده ای از رادیو تلسکوپی است که به فضا فرستاده شده است.
بدین ترتیب پس از همه این کارهای سخت جایی که فکر می کنیم همه آن گازهای عجیب ممکن است آن بیرون وجود داشته باشند، و ما تلسکوپ های فضایی بسیار پیچیده ای رامی سازیم که ممکن است آن بیرون باشند، چه چیزی را پیدا خواهیم کرد؟ خوب، در بهترین شرایط، ما تصویری از یک زمین فراخورشیدی تهیه می کنیم. این زمین به شکل نقطه آبی محو است. و این واقعا تصویری واقعی از زمین است که توسط فضاپیمای ویجر 1 از فاصله، تقریبا 6.5 میلیارد کبلومتری گرفته شده است. و آن نور قرمز فقط نور شکسته شده در اپتیک دوربین است.
اما چیزی که در این تصویر توجه به آن فوق العاده است این است که اگر حیات هوشمند فرازمینی وجود داشته باشد که به دور سیاره ای در اطراف ستاره‌ای نزدیک به ما وجود داشته باشند و اگر آنها بتوانند تلسکوپ های فضاییپیچیده ای را بسازند. از همان نوعی که ما قصد ساخت آن را داریم. همه آنچه می توانند ببینند، این نقطه محو آبی است، سرسوزنی از نور. و بعضی از اوقات، وقتی درنگ می کنم تا کمی درباره مشکلات کارم و جاه طلبی های بزرگمانبیندیشم، واقعاً سخت است که به این موضع فکر کنم که این کار در مقابل عظمت بی پایان عالمچقدر دشوار است. اما با وجود همه این ها، من بقیه زندگی ام را وقف پیدا کردن زمینی دیگر کرده ام.
و می توانم به شما تضمین بدهم
که با نسل بعدی تلسکوپ های فضایی در نسل دوم، ما این قابلیت را خواهیم داشت تا زمین های دیگر را شناسایی کنیم. و توانایی آن را خواهیم داشت که نور ستاره ای را تجزیه کنیم تا بتوانیم به دنبال گازها بگردیم و گازهای گلخانه ای در جو آن ها را بررسی کنیم، دمای سطحی آن ها را تخمین بزنیم، و به دنبال نشانه هایی از حیات بگردیم.
اما چیزهای دیگری هم هست. در این مورد جستجو برای سیاره های زمین مانند دیگر، ما نوع تازه ای از نقشه ها را ترسیم می کنیم، نقشه ای از ستاره های نزدیکو سیاره هایی که در اطراف آنها وجود دارند، از جمله آنهایی که واقعاً ممکن است توسط انسان هامسکونی شوند.
اینگونه است که من آیندگانمان را تصور می کنم، صدها سال پس از ما و امروز، که در سفری میان ستاره ای به دنیاهای دیگربادبان خواهند افراشت. و آنها به پشت سر خود و به ما نگاه خواهند کرد و ما را به نسلی به یاد می آورند که برای اولین بار دنیاهای زمین مانند را کشف کرد.
ممنون.
(تشویق)
جون کوهن: برای پرسیدن سوال فرد جانسن، مدیر ماموریت رزتا را به شما معرفی می کنم.
فرد جانسون: تو در میان صحبت هایت اشاره کردی به فناوری که بتوانیم واقعا به طیفِ یک سیاره فراخورشیدی زمین مانند نگاه کنیمهنوز وجود ندارد. فکر می کنی کی به این مرحله برسیم و چه چیزهایی برای این کار نیاز است؟
در واقع چیزی که ما انتظارش را می کشیم ، چیزی است که آن را نسل بعدی تلسکوپ هابل می نامیم. و این در واقع همان تلسکوپ فضایی جیمز وب است، و قرار است سال 2018 پرتاب شود، و این کاری است که قرار است انجام دهیم، به دنبال گونه خاصی از سیاره های فراخورشیدی بگردیم که آنها را فراخورشیدی های گذری می نامیم، و این اولین فرصت ما برای مطالعه سیاره های کوچک خواهد بود تا دنبال گازهایی بگردیم که شاید نشانه ای از زیست پذیری آن سیاره باشد.
جی سی: سارا، من هم می خواهم یک سوال در ادامه بپرسم، البته به عنوان یک فرد غیرمتخصص. چیزی که در باره کار تو خیلی برایم چشمگیر و جالب توجه بود مخالفت هایی بود که با آن ها روبرو بودی، اینکه وقتی شروع به فکر کردن درباره فراخورشیدی ها کردی، شک زیادی نسبت به این موضوع از سویجامعه علمی نسبت به آن وجود داشت اینکه اصلا آنها وجود داشته باشند، و تو ثابت کردی آن ها اشتباه می کنند. چگونه این اتفاق افتاد؟
سارا سیگر: خوب، موضوع این است که در نقش یک دانشمند ما قرار است که شکاک باشیم، چون کار ما این است که مطمئن شویم حرفی که دیگران می زنند واقعاً معنی دار است یا نه. اما دانشمند بودن، همانطور که فکر می کنم از این نشست دریافته اید شبیه به کاوشگر بودن است. شما این کنجکاوی ممتاز و عالی را دارید، این سرسختی، این نوع پایداری و استقامتشما را به پیش می برد فارغ از اینکه دیگران چه می گویند.
جی سی: من عاشق این موضوعم. ممنون سارا.
(تشویق)
