چشمان جیمز وب در جست‌و‌جوی حیات

انتشار داده‌‎های جدید تلسکوپ فضایی جیمز وب درباره کشف دی‎‌اکسید‎کربن در سیاره‎ای خارج از منظومه شمسی که به دور ستاره‎ای شبیه خورشید می‎چرخد، موج تازه‎ای از سؤالات درباره سیارات فراخورشیدی را به راه انداخته ‎است. این سیاره فراخورشیدی که‌ WASP-۳۹ b نام دارد و تقریبا هم‌اندازه سیاره مشتری است، از جنس گاز است و به دور ستاره‌ای در فاصله ۷۰۰ سال نوری از ما می‌چرخد. در این کشف، ابزار طیف نگار فروسرخ جیمزوب (NIRSpec)،‌ وجود دی‎‌اکسید‎کربن را در جو سیاره نشان داده است. آیا قرار است نشانه‎‌های بیشتری درباره علامت‎های زیستی در سیارات فراخورشیدی کشف شود و به سؤال قدیمی بشر که آیا ما در جهان تنها هستیم یا خیر، پاسخ دهد؟ دکتر کارن مولاوردی‎‌خانی یکی از پژوهشگران تیم تحقیقاتی داده‎های تلسکوپ فضایی جیمزوب است که در این کشف مهم مشارکت داشته است. این محقق ایرانی در حال حاضر مدرس و محقق دانشگاه مونیخ، ال‌‏ام‌‎یو(LMU) و موسسه ماکس پلانک در آلمان است. جام‌جم در گفت‌‎و‎گو با او، جزئیات این کشف مهم را بررسی می‎‌کند.

چرا کشف دی‌اکسید‎کربن در جو سیاره‎ای دور‌دست برایمان اهمیت دارد؟

دی‎اکسیدکربن یکی از نشانه‎های این است که جو سیاره چقدر می‌تواند سنگین باشد یا به‌عبارت بهتر چه مقدار عناصر غیر از هیدروژن و هلیوم در آن وجود دارد. این موضوع کمک می‏کند تا بفهمیم چطور این عناصر شکل گرفته و در حالت کلی‎تر چطور این سیاره پدید آمده است. با پاسخ به این سؤال‏ها می‎خواهیم به سؤال اصلی‎تری پاسخ بدهیم که چگونه سیارات مختلف شکل می‎گیرند و به این ترتیب آیا امکان دارد که در برخی از آنها حیات به‌وجود بیاید یا خیر؟ با دانستن این اطلاعات می‎توانیم درک بهتری از سیاره خودمان داشته باشیم. یکی از مشکلات جدی سیاره زمین در این روزها گرم شدن هواست؛ گرمایی که دی‎اکسیدکربن و برخی ترکیبات دیگر موجود در جو،‌ در‌ بروز آن تاثیر داشتند. این اثرات معمولا با شبیه‎سازی‎ها، قابل بررسی است در حالی‌که سیارات فراخورشیدی می‎توانند آزمایشگاه طبیعی باشند تا اثرات این گازها در آن را مورد مطالعه قرار دهیم. این کار همچنین کمک می‎کند تا درک بهتری نسبت به سیاراتی مثل مریخ و زهره داشته باشیم که بیشتر جو آنها را دی‎اکسید‎کربن تشکیل داده ‎است. ترکیبات دیگری مثل آب، متان، ازن و ترکیبات گوگرد و فسفات هم می‎تواند از منظر دیگری مهم باشد. برای مثال این ترکیبات ممکن است بتواند دینامیک جو را تغییر بدهد.

آیا تا قبل از تلسکوپ فضایی جیمزوب، دی‎اکسید‎کربن در جو سیاره فراخورشیدی دیگری پیدا شده بود؟

تا قبل از تلسکوپ جیمزوب، تلسکوپ فضایی اسپیتزر را داشتیم که می‎توانست به ما اطلاعات نورسنجی بدهد، یعنی یک نقطه در طول موجی که می‎توانیم دی‎اکسید‎کربن را شناسایی کنیم به ما می‌داد و بر‌اساس تغییرات نوری آن نقطه می‎شد حدس‎هایی زد. اما این برای اولین‌بار است که با قاطعیت می‎توانیم بگوییم که دی‎اکسید‎کربن را در یک سیاره فراخورشیدی کشف کردیم و این به‌دلیل کیفیت و وضوح خوب و طول موج خاصی است که جیمزوب قادر به رصد آن است، در حالی‌که دیگر تلسکوپ‎های فضایی هابل ‌ قادر به این کار نبودند.

پیدا شدن دی‎اکسید‎کربن در سیارات فراخورشیدی که از جنس خاک و سنگ هستند چه معنایی خواهد داشت؟

این موضوع می‌تواند نشان دهد ارتباطی که بخش خاکی سیارات خاکی با جو رقیق خود برقرار می‎کنند چگونه است و به این ترتیب ساختار جو قابل‌درک می‎شود. به این دلیل که ما حدس می‌زنیم اکثر سیارات خاکی فراخورشیدی جوی متشکل از دی‎اکسید‎کربن داشته و مشابه زمین نباشند، بنابراین شیمی و زمین شیمی (Geochemistry) این سیارات قابل شناسایی می‎شود. ما انتظار داریم که مهم‌ترین کشف‎های جیمزوب در حوزه سیارات فراخورشیدی، پیدا کردن گازهایی که دارای امضا‌زیستی هستند، باشد؛ یعنی گازهایی که ما روی زمین، آنها را نشانه حیات تلقی می‌کنیم برای مثال؛ متان، ازن، بخار آب و آمونیاک از این نوع گازها هستند. یافتن این گازها می‌تواند نشان دهد که شاید حیات در آن سیاره وجود داشته باشد و البته به‌طور قطع نمی‎توانیم این را بگوییم.

چطور می‌توانیم این را تشخیص دهیم؟

تلاش ما این است که ببینیم می‎توانیم این گازها را با فرآیندهای شیمیایی که حیات در آنها دخیل نیست تولید کنیم و اگر نتوانیم این کار را بکنیم یعنی این گازها منشأ زیستی دارند اما اگر چنین چیزی پیدا شود نه‌تنها در حوزه تخصصی من اهمیت زیادی دارد‌ بلکه می‎تواند جزو مهم‎ترین اکتشافات جیمزوب در حوزه علم باشد.

در بررسی داده‎های تلسکوپ جیمزوب چه متخصصانی حضور دارند تا نتایج به‌دست آمده معتبر و دقیق باشد؟

تخصص‌های مختلفی وجود دارد، از مهندس‎های پرواز گرفته تا کیهان‎شناس‎ها، اخترفیزیکدان‎ها و سیاره‎شناس‌ها. ما به مهندس‎های پرواز و مهندس‎هایی که این تلسکوپ فضایی را ساختند نیاز داریم چون باید ویژگی‎ها و جزئیات آن را بشناسیم تا بتوانیم تغییرات در داده‎ها را از تغییراتی که در اثر خود تلسکوپ ایجاد می‎شود، تشخیص دهیم. برای مثال اگر نور ستاره‎ای در حال تغییر است باید بتوانیم تشخیص بدهیم که این تغییر نور به‌دلیل تغییر تلسکوپ نیست بلکه به‌علت تغییر منبع نوری است که ممکن است ستاره یا کهکشان باشد. بنابراین نیاز داریم که تمامی این افراد بتوانند در کنار هم کار بکنند و از دانش یکدیگر کمک بگیرند. در کشف اخیری که داشتیم تنها در بخش علمی آن حدود ۱۲۰ نفر به‌صورت مستقیم فعالیت می‌کردند اما پشت‌صحنه صدها نفر دیگر در این پروژه شرکت داشتند تا بتوانیم درک بهتری از این داده‎ها داشته باشیم.

درباره این که تلسکوپ جیمزوب قرار است اطلاعات زیادی را برای بشر به ارمغان بیاورد زیاد صحبت شده است اما به‌طور خلاصه اگر بخواهیم بگوییم این تلسکوپ در چه حوزه‎هایی می‎تواند درک ما را از هستی عمیق‎تر کند به کدام حوزه‎ها اشاره می‎کنید؟

یکی از بخش‎های مختلفی که جیمزوب به ما کمک می‎کند تا درک بهتری از آن داشته باشیم، به آغاز کیهان باز می‌گردد یعنی زمانی بعد از انفجار بزرگ و دوره‎ای که اولین ستاره‎ها و اولین کهکشان‌ها شکل گرفتند. این زمانی است که ما اطلاعات محدودی درباره آن داریم و جیمزوب می‌تواند در این زمینه بسیار کمک کند. بخش بعدی شکل‎گیری و ساختار کهکشان‎هاست؛ این موضوع برای ما مهم است چون نرخ به‌وجود آمدن ستاره‎ها در این کهکشان‎ها برایمان مهم است که در نهایت می‌تواند درباره درک ساختارهای عالم به ما کمک کند. دسته سوم مراحل تشکیل سیارات است و دسته چهارم خود سیارات و منشأ حیات است که من هم در همین حوزه کار می‎کنم.

این سیاره فراخورشیدی حدود ۷۰۰ سال نوری از زمین فاصله دارد، در چنین فاصله‎ای چطور توانستیم گازهای موجود در جو آن را شناسایی کنیم؟

ما سیستم‌های ستاره ــ سیاره‎ای را بررسی می‎کنیم. زمانی که سیاره از مقابل ستاره‎اش عبور می‎کند، نور ستاره از درون جو سیاره رد می‌شود. ما تغییرات این نور را قبل از ورود سیاره به قرص ستاره و حین ورود به آن محاسبه می‎کنیم و به این ترتیب جو سیاره را که روی طیف به‌دست آمده تاثیر گذاشته شناسایی می‌کنیم. بنابراین آنچه مشاهده می‌شود با داده‎های آزمایشگاهی و شبیه‌سازی تطبیق داده می‎شود و می‌توانیم براساس آن بگوییم آنچه در جو سیاره پیدا شده اکسیژن است یا دی‎اکسید‎کربن یا چیزهای دیگر.

از چه مسیری به جایی که امروز ایستادید، رسیدید؟

تحصیلاتم را در مهندسی هوا‌فضا شروع کردم چون رشته‎ای در ایران با عنوان سیاره‎شناسی وجود نداشت. تلاش کردم این حوزه را طوری ادامه بدهم تا به علاقه‎مندی‎ام نزدیک شود. در مقطع کارشناسی‌ارشد، در دانشگاه صنعتی شریف اولین شبیه‎سازی سه‌بعدی سیارات را با تمرکز بر سیاره زهره در قالب پایان‎نامه ارائه کردم. برای دوره دکتری به آمریکا رفتم و در آنجا سیاره‎شناسی را ادامه دادم و همین‎طور درباره فعالیت ستاره‎ها و اثرات‌شان روی جو سیاره‎ها کار کردم.

«دریک» رفت اما معادله اش ماند

در شرایطی که از تلاش‎های محققان برای کشف نشانه‎های احتمالی حیات در سیارات دور‌دست می‎گوییم، به‌تازگی، علم یکی از اخترفیزیکدان‎های مهم تاریخ در این حوزه را از دست داد.فرانک در‌یک از پیشگامان جست‎وجو‌ درباره موجودات فرازمینی، ۱۱ شهریور ۱۴۰۱‌/ ۲۰۲۲ در ۹۲ سالگی این جهان را ترک کرد. او سال ۱۳۴۰‌/ ۱۹۶۱ معادله‌ای ارائه کرده بود که احتمال وجود حیات در کهکشان راه شیری را به‌دست می‎داد.