یکی از امیدبخش‌ترین جهان‌های شبیه‌به‌زمین شاید اصلاً جوی نداشته باشد

“ما نشانه‌های متان را گزارش دادیم، اما سؤال این است که «آیا متان مربوط به مولکول‌های موجود در جو سیاره است یا در ستاره میزبان؟»”

مشاهدات جدیدی از یکی از سیارات مشهور ترپیس‑1 بار دیگر دانشمندان را با سرنخ‌های جذابی درباره دنیایی که ممکن است — یا ممکن است نه — جوئی داشته باشد که بتواند آب مایع مناسب برای حیات را نگه داشته باشد، به چالش می‌کشاند.

TRAPPIST-1e یکی از هفت سیاره‌ای با اندازه‌ی زمین است که به‌صورت فشرده‌ای دور یک ستاره کوتوله قرمز خنک (کوچک‌تر و کم‌نورتر از خورشید ما) که تقریباً ۴۰ سال نوری فاصله دارد، می‌چرخد. این سیاره در «منطقه قابل سکونت» سامانه قرار دارد؛ جایی که دما می‌تواند آب مایع را مهار کند — ولی این فقط در صورتی است که جو داشته باشد. مشاهدات اولیه تل‌سکوپ فضایی جیمز وب (JWST) حتی نشانه‌های احتمالی جو را نشان داد؛ با کشف اثر ضعیف متان که در زمین ناشی از موجودات زنده است و به شیمی پیچیده‌ی ماه تیتان، که در مه‌های متراکم احاطه‌اش است، مرتبط می‌شود.

اما این درخشش‌های اولیه، به گفتهٔ دانشمندان، احتمالاً گمراه‌کننده بودند.

“بر اساس جدیدترین کارهای ما، ما پیشنهاد می‌کنیم که نشانهٔ موقت قبلاً گزارش شدهٔ یک جو، به‌احتمال زیاد «نویز»یست که از ستاره میزبان می‌آید”، ساکریت رانجان، استادیار آزمایشگاه ماه و سیاره‌ای دانشگاه آریزونا، در بیانیه‌ای گفت. “با این حال، این به این معنا نیست که TRAPPIST-1e جو ندارد — ما فقط به داده‌های بیشتری نیاز داریم.”

مقالهٔ جدید با استفاده از شبیه‌سازی‌های دقیق کامپیوتری بررسی می‌کند که آیا TRAPPIST-1e می‌تواند به‌طور واقعی جو غنی از متان شبیه به تیتان را نگه دارد. نتایج نشان می‌دهد متان در جهانی که به‌دور یک ستاره کوتوله قرمز کوچک و فعال همچون TRAPPIST-1 می‌چرخد، بسیار سریع‌تر از تیتان تجزیه می‌شود — به‌طوری که هیچ فرایند زمین‌شناسی قابل‌قبولی نمی‌تواند به‌سرعت کافی آن را جایگزین کند.

یافته‌های جدید بر پایهٔ دو مقاله منتشر شده در سپتامبر استوار است که مشاهدات JWST در سال ۲۰۲۳ از TRAPPIST-1e را تجزیه و تحلیل کردند. در طول چهار عبور جداگانهٔ سیاره که از دیسک ستارهٔ خود عبور کرد، ابزار Near‑Infrared Spectrograph (NIRSpec) تلسکوپ JWST تغییرات ظریف در نور ستاره را ضبط کرد که می‌توانست به‌صورت نظری ترکیبات شیمیایی جو را آشکار سازد. داده‌ها نشانگر جوی با غالب نیتروژن و متان و بدون دی‌اکسید کربن بود، که به‌طور مؤثری امکان وجود جو شبیه به ونوس یا مریخ را رد می‌کرد.

اما سیگنال‌ها از یک عبور به عبور دیگر به‌طور چشمگیری متفاوت بودند، که نشان می‌داد اندازه‌گیری‌ها توسط خود ستاره آلوده می‌شد. TRAPPIST-1 کوچک‌تر، سردتر و بسیار کم‌نورتر از خورشید ما است و به‌ندرت به‌درجة کافی سرد است که مولکول‌های گازی، از جمله متان، می‌توانند در جو خود ستاره شکل گیرند.

در این مقاله، رانجان و تیمش شبیه‌سازی کردند که متان تا چه مدت می‌تواند به‌طور واقعی در محیط TRAPPIST-1e باقی بماند. آنها دریافتند که در حالی که متان تیتان می‌تواند بین ۱۰ تا ۱۰۰ میلیون سال دوام آورد، متان در TRAPPIST-1e تنها حدود ۲۰۰٬۰۰۰ سال پابرجا می‌ماند. این سیاره دریافت اشعه ماورای بنفش بسیار بیشتری نسبت به تیتان دارد که باعث می‌شود متان هزاران برابر سریع‌تر تجزیه شود، طبق این مطالعه.

این امر باعث می‌شود به‌طور فوق‌العاده‌ای نامحتمل باشد که دانشمندان سیاره را در مرحله‌ای غنی از متان ببینند مگر اینکه متان با نرخ‌های بسیار بالا و مستمر تجدید شود، محققان می‌گویند. حفظ سطوح شبیه به تیتان مستلزم این است که TRAPPIST-1e در تولید متان بیش از تیتان باشد؛ سناریویی نامعقول که به آتشفشانی بی‌وقفه جهانی، آزادسازی فاجعه‌بار متان از داخل یخی، یا بازسازی مداوم سطح سیاره نیاز دارد. حتی با فرضیات بخشنده، این فرایندها نمی‌توانند به‌طور کامل تامین متان مورد نیاز را تضمین کنند، مطالعه اشاره می‌کند.

در نتیجه، تیم به این نتیجه می‌رسد که برای تعیین اینکه آیا TRAPPIST-1e اصلاً جو دارد یا خیر، و آیا نشانه‌های موقت متان JWST از سیاره منبع می‌گیرد یا صرفاً اثرات ستاره است، به تحلیل‌های دقیق‌تر و مشاهدات بیشتری نیاز است.

“پایهٔ اصلی نظریه برای TRAPPIST-1e این است: اگر جو داشته باشد، قابل سکونت است”، رانجان در بیانیه گفت. “اما در حال حاضر سؤال اصلی باید این باشد: «آیا جو به‌طور کلی وجود دارد؟»”

به‌رغم چالش‌ها، TRAPPIST-1e همچنان یکی از امیدوارکننده‌ترین جهان‌های بالقوه قابل سکونت فراتر از منظومه خورشیدی ما است. با این حال، JWST که پیش از کشف اولین سیارهٔ خارجه طراحی شد، هنگام بررسی جوهای سیارات با اندازهٔ زمین، در مرزهای حساسیت خود عمل می‌کند.

ابزارهای آینده می‌توانند به حل مشکل سیگنال‌های گیج‌کننده کمک کنند. مأموریت پیش‌رو NASA به نام Pandora که برای پرتاب در سال ۲۰۲۶ برنامه‌ریزی شده، به طور همزمان ستارگان و سیارات را مشاهده خواهد کرد تا ویژگی‌های ستاره‌ای و جوی را بهتر جدا کند.

پژوهشگران همچنین برنامه‌ریزی می‌کنند تا یک مشاهدهٔ نادر از عبور همزمان دو سیاره انجام دهند؛ به‌طوری که TRAPPIST-1e و نزدیک‌ترین سیاره TRAPPIST-1b به‌یک‌باره از روی ستاره عبور کنند. می‌دانیم که TRAPPIST-1b جو ندارد، بنابراین مقایسهٔ سیگنال «پاک» آن با سیگنال TRAPPIST-1e می‌تواند نشان دهد کدام ویژگی‌ها به ستاره تعلق دارند و کدام — اگر وجود داشته باشد — از جو TRAPPIST-1e ناشی می‌شوند، دانشمندان می‌گویند.

“این مشاهدات به ما این امکان را می‌دهد که آنچه ستاره انجام می‌دهد را از آنچه در جو سیاره رخ می‌دهد — اگر جو داشته باشد — جدا کنیم”، رانجان گفت.

مقالهٔ مربوط به این نتایج در تاریخ ۳ نوامبر در The Astrophysical Journal Letters منتشر شد.