این تلسکوپ برنامه‌ریزی‌شده ناسا می‌تواند به ما کمک کند جهان‌هایی مانند ما را شناسایی کنیم علوم پایه

با اينكه تلسکوپ فضایی جیمز وب ناسا که فقط دو سال پیش به فضا پرتاب شد، تلسکوپ فضایی پرچمدار بعدی خود را که به عنوان رصدخانه جهان های زیست پذیر (HWO) شناخته می شود، هدف قرار داده است. اگرچه ابزار جدید هنوز در مراحل برنامه ریزی است و ممکن است حداقل برای یک دهه راه اندازی نشود، ستاره شناسان در حال حاضر درباره پتانسیل آن هیجان زده اند. تلسکوپ جدید ممکن است در نهایت نشان دهد که آیا حیات در جهان های خارج از منظومه شمسی ما وجود دارد یا خیر.

مارک کلمپین، مدیر بخش اخترفیزیک در مقر ناسا در واشنگتن، می‌گوید، هرگونه کشف حیات در یک سیاره فراخورشیدی – سیاره‌ای که به دور ستاره‌ای غیر از خورشید ما می‌چرخد – «لحظه‌ای برای بشریت خواهد بود. بدانید که ما در جهان تنها نیستیم.

رصدخانه برای جهان های قابل سکونت برای اولین بار به عنوان بخشی از آکادمی ملی علوم پیشنهاد شد بررسی دهه نجوم و اخترفیزیک 2020، یک نقشه راه ده ساله که مهمترین اهداف جامعه نجوم را مشخص می کند. برخلاف Webb که عمدتاً نور مادون قرمز را جمع‌آوری می‌کند، HWO در نور مرئی و فرابنفش کار می‌کند تا توانایی‌های تلسکوپ دیگر را تکرار نکند. اما HWO و وب یک چیز مشترک خواهند داشت: آنها “همسایه” خواهند بود، و ابزار جدید در نهایت در نقطه به اصطلاح L2 Lagrange، مکانی پایدار در حدود 930000 مایل “پشت” زمین همانطور که از خورشید دیده می شود، قرار می گیرد. با این حال، برخلاف وب، رصدخانه Habitable Worlds به گونه‌ای طراحی خواهد شد که در آینده به صورت رباتیک خدمات رسانی شود و به طور بالقوه طول مدت مأموریت خود را افزایش داده و هزینه‌ها را در درازمدت کاهش دهد. بودجه واقعی برای این تلسکوپ به کنگره بستگی دارد، اما بررسی Decadal رقمی در حدود 11 میلیارد دلار را پیشنهاد کرد. با فرض دریافت بودجه، HWO زمانی در اواخر دهه 2030 یا اوایل دهه 2040 راه اندازی خواهد شد.

چالش اصلی در مطالعه سیارات فراخورشیدی این است که نور ستاره میزبان بر نور ضعیف منعکس شده از سطح سیاره غلبه می کند. راه حل استاندارد استفاده از دستگاهی به نام کروناگراف است. تاج‌نگار که در داخل خود تلسکوپ قرار دارد، طوری طراحی شده است که نور یک ستاره را مسدود کند تا بتوان نور ضعیف‌تر سیارات مجاور را ثبت کرد. وب یک کرونوگراف دارد و در واقع یکی دارد چندین سیاره فراخورشیدی را گرفت در حال حاضر – اما توانایی به تصویر کشیدن جهان های کوچک و صخره ای مشابه جهان ما را ندارد.

چیزی که دانشمندان واقعاً می‌خواهند پیدا کنند، سیارات زمین مانندی است که در به‌اصطلاح منطقه قابل سکونت ستاره میزبان می‌چرخند – به این معنی که دما به حدی است که آب مایع در سطح سیاره وجود داشته باشد. برای تصویربرداری مستقیم از این جهان های کوچک، یک تاج نگاری به تنهایی کافی نیست. این به این دلیل است که ماهیت موجی نور به این معنی است که مقداری نور اضافی از ستاره میزبان همیشه از کنار تاج‌نگار می‌ریزد و تصویر را تخریب می‌کند. برای مقابله با این اثر، HWO به اپتیک های دقیقی نیاز دارد که می تواند حتی از وب پیشی بگیرد. تلسکوپ جدید از آینه‌هایی استفاده می‌کند که می‌توانند به‌طور خودکار، حتی اندکی، در زمان واقعی تغییر شکل دهند تا تأثیر نور سرگردان عبوری از تاج‌نگار را به حداقل برسانند. کلامپین می گوید که این امر مستلزم کنترل موقعیت سطح آینه تا ده ها پیکومتر است. پیکومتر یک تریلیونم متر است که کوچکتر از قطر یک اتم معمولی است. این فناوری در حال حاضر برای استفاده در ماموریت دیگری در حال توسعه است – تلسکوپ فضایی نانسی گریس رمیک تلسکوپ مادون قرمز که برای مطالعه ساختار کیهانی و انرژی تاریکبرای راه اندازی اواخر این دهه برنامه ریزی شده است.

اما رصدخانه جهان های قابل سکونت فقط تصاویر را ضبط نمی کند. یکی از اهداف اصلی این ابزار جدید استفاده از طیف‌نگار برای جداسازی نور از این جهان‌های دور به طیفی است که می‌تواند برای سیگنال‌های خاص مرتبط با مواد شیمیایی خاص در جو سیاره مورد تجزیه و تحلیل قرار گیرد. برخی از این مواد شیمیایی که به عنوان نشانگرهای زیستی شناخته می شوند، ممکن است نشان دهنده وجود حیات در سطح سیاره باشند.

یکی از نامزدهای آشکار برای نشانگر زیستی، وجود اکسیژن است. الیزا کمپتون، ستاره شناس دانشگاه مریلند که در سیارات فراخورشیدی متخصص است، توضیح می دهد که اکسیژن به تنهایی به طور خودکار به حیات اشاره نمی کند. او می‌گوید: «شما می‌توانید اکسیژن را در اتمسفر به مقدار زیاد، حتی بدون حیات، فقط با شیمی اولیه تولید کنید.

لیزا کالتنگر، ستاره شناس دانشگاه کورنل، می گوید که یک استراتژی خوب این است که بر ترکیبات خاصی از گازها تمرکز کنیم. اکسیژن و متان، مثلا. با این حال، شناسایی یک سیگنال به عنوان نشانه حیات دشوار است زیرا هر دو گاز را می توان توسط فرآیندهای غیر بیولوژیکی نیز به حساب آورد. به عنوان مثال، آتشفشان ها و دریچه های هیدروترمال می توانند متان تولید کنند و تشعشعات می توانند مولکول های آب را شکافته و اکسیژن تولید کنند. با این حال، یافتن سیاره‌ای که هم متان و هم اکسیژن دارد، نشان می‌دهد که اتفاقی در سطح سیاره در حال وقوع است که به تجدید عرضه هر دو گاز ادامه می‌دهد. در سیاره ما، گیاهان اکسیژن تولید می کنند، در حالی که حیوانات متان تولید می کنند.

کالتنگر، که همچنین مدیر موسسه کارل ساگان در کرنل است، می‌گوید یافتن این ترکیب متان و اکسیژن کار دشواری نیست، اما مطمئناً باعث افزایش ابروها می‌شود. اگر سیاره‌ای در منطقه قابل سکونت آن داشته باشید و سپس این ترکیب اکسیژن و متان را مشاهده کنید، می‌توانم بگویم خوب، ما هیچ توضیحی جز حیات برای آن نداریم.»

آب نیز می تواند سرنخ مهمی باشد، اما مانند اکسیژن، آب به تنهایی مبهم خواهد بود. ترکیبی از آب – که به طور بالقوه به عنوان بخار آب در جو یک سیاره فراخورشیدی قابل تشخیص است – و سایر گازهای کلیدی می تواند قوی ترین حالت را برای زندگی ایجاد کند.

کالتنگر می گوید اگر ستاره شناسان چنین سیگنالی را حتی در یک سیاره فراخورشیدی بیابند، یک تغییر دهنده بازی خواهد بود. “اگر فقط یک سیاره دیگر با نشانه های حیات پیدا کنیم، به شما می گوید که جهان پر از حیات است.” حداقل برای من، جهان بینی من را متحول می کند.»

همانطور که اخترشناسان هیجان زده هستند، آنها همچنین می دانند که نشانه های فرضی حیات در خارج از زمین وجود داشته است. بیش از حد هیجان زده در گذشته، تنها برای اینکه عموم مردم را ناامید کنند. کسانی که در دهه 1990 بودند ممکن است شهاب سنگ معروف مریخی را به یاد بیاورند که ظاهراً حاوی میکروارگانیسم های فسیل شدهیا بهتر بگوییم ادعا می کند که شیمی فسفیندر جو زهره کشف شده است که احتمالاً با زندگی مرتبط است. در نهایت این ادعاها و بسیاری ادعاهای دیگر پابرجا نشد.

کمپتون هشدار می‌دهد: «این ادعاهای بزرگ وجود دارد که به نظر می‌رسد، وای، ما حیاتی فراتر از زمین پیدا کرده‌ایم». بنابراین یک هدف بزرگ در جامعه علمی در حال حاضر این است که بفهمیم چگونه پیام ها را به درستی به اشتراک بگذاریم. ما نمی خواهیم مردم فکر کنند، “اوه، ما زندگی را پیدا کردیم” و سپس مجبور شوند آن را به عقب برگردانند.

با این حال، او معتقد است که مخاطرات آنقدر زیاد است که این ماموریت ارزش دنبال کردن را دارد – و تلسکوپی مانند رصدخانه جهان های زیست پذیر ممکن است بهترین گزینه ما برای حل برخی از سوالات قدیمی باشد. کمپتون می‌گوید: «آیا زندگی فقط یک بار در جهان اینجا روی زمین به وجود آمد، و ما خیلی خوش شانس و فوق‌العاده خاص هستیم؟» یا اینکه به طور منظم از طریق فرآیندهای طبیعی که در بسیاری از سیارات ایجاد می شود و انواع حیات در آنجا وجود دارد، اتفاق می افتد؟

مطمئناً، اگر حیاتی در خارج از زمین پیدا کنیم، به احتمال زیاد نوعی ارگانیسم جلبک‌مانند لزج وجود دارد تا چیزی که بتوانیم با آن صحبت کنیم – بالاخره جلبک‌ها و باکتری‌ها میلیاردها سال پیش در سیاره ما رشد کردند، این زمانی است که اولین پستانداران ظاهر شدند با این حال، چنین کشفی جایگاه ما را در جهان در پرتو جدیدی نشان می دهد. کلامپین می گوید: «چه کسی گاهی به آسمان شب نگاه نکرده و نپرسیده است: آیا ما تنها هستیم؟» “آیا اشکال دیگری از زندگی وجود دارد؟”