نوشته اندی توماسویك، Universe Today
قابلیت حیات یک سیاره تابع ترکیبی از عوامل متعدد است. تاکنون، اکتشافات ما از جهان‌های بالقوهٔ قابل حیات فراتر از سامانهٔ خورشیدی، به‌طور انحصاری روی موقعیت آن‌ها در «منطقهٔ گلدی‌لاک» سامانه‌اشان متمرکز شده است؛ جایی که دمای سیاره تعیین می‌کند آیا آب مایع می‌تواند بر سطح آن وجود داشته باشد یا نه، و اخیراً ترکیب جوهای آن‌ها مورد بررسی قرار گرفته است. این به‌جای جزئی به‌دلیل محدودیت‌های فنی ابزارهای در اختیارمان است—حتی تلسکوپ قدرتمند جیمز وب که تنها قادر به مشاهدهٔ جوهای سیارات بزرگ و نزدیک است.
اما در دهه‌های آینده، ابزارهای جدیدی همچون «دستگاه نظارت بر جهان‌های قابل حیات» در دست خواهیم داشت که به‌طور خاص برای جستجوی این جهان‌های بالقوهٔ قابل حیات طراحی شده‌اند. پس باید برای چه چیزی از آن‌ها استفاده کنیم؟ مقاله‌ای جدید که پیش‌چاپ آن در arXiv توسط بنجامین فارسی از دانشگاه مریلند و همکارانش منتشر شده، استدلال می‌کند که برای درک احتمال حیات‌پذیری یک سیاره، باید به چگونگی تشکیل آن سیاره نگاه کنیم.
برای وضوح، HWO نمی‌تواند به گذشته نگاه کند—حداقل نه بیش از حدی که نور این جهان‌ها باید برای رسیدن به ما طی کند. اما می‌تواند بر پایهٔ مقادیر قابل‌اندازه‌گیری کنونی، بینشی دربارهٔ نحوهٔ شکل‌گیری سیاره به‌دست آورد. دکتر فارسی و همکارانش چهار ویژگی مختلف سیاره را توصیف می‌کنند که در اوایل شکل‌گیری آن تعیین می‌شوند و تأثیر عمده‌ای بر توانایی آن برای میزبانی حیات پیچیده در آینده دارند.
موضوع اصلی نخست ترکیب کلان — عمدتاً چهار عنصر اصلی است که ۹۳٪ سیارات سنگی را تشکیل می‌دهند. این عناصر منیزیم، آهن، سیلیکون و اکسیژن هستند. در نهایت، نسبت این عناصر تعیین می‌کند آیا سیاره تک‌صفحه‌گری دارد یا نه؛ ویژگی‌ای که برای حفظ محیط نسبتاً پایدار در طول میلیون‌ها سال ضروری است. خوشبختانه می‌توان نسبت این عناصر در سیاره را با بررسی نسبتها در ستارهٔ میزبانی آن به‌دست آورد؛ زیرا هر دو از مادهٔ یکسانی شکل گرفته‌اند.
عامل دوم فراوانی «مواد فرار» است. در شکل‌گیری سیارات، مواد فرار به هر عنصری گفته می‌شود که دمای تبخیر نسبتاً کمی دارد و حداقل نیمی از آن به‌صورت گاز حضور دارد.
به‌صورت گاز، این مواد به‌راحتی توسط باد خورشیدی از بین می‌روند؛ بنابراین سیاراتی مانند عطارد، که در منطقه‌ای بسیار گرم از سامانه خورشیدی شکل گرفته، مواد فرار کمی دارند، در حالی که مریخ، که در مسافت دورتر شکل گرفته، سرشار از این مواد است. از آنجا که مواد فرار مانند کربن، هیدروژن، نیتروژن، اکسیژن، فسفر و گوگرد (CHNOPS) از اجزای کلیدی حیات هستند، در دسترس بودن آن‌ها در یک سیاره عامل تعیین‌کننده‌ای برای توسعهٔ حیات در آن سیاره به حساب می‌آید.
با این حال، عامل مهم دیگری در شکل‌گیری سیاره وجود دارد که تأثیر عمده‌ای بر حیات‌پذیری آن دارد، و این عامل توسط یک مادهٔ فرار خاص—اکسیژن—پیش‌برده می‌شود. در دسترس بودن اکسیژن برای یک سیارهٔ اولیه مقدار «قابلیت اکسیداسیون» یا «Fugacity اکسیژن» را کنترل می‌کند. این پارامتر نقش کلیدی در عامل سوم—اندازهٔ هستهٔ سیاره—دارد.
تعادل بین آهن خالص و اکسید آهن (زنگ) در شکل‌گیری هستهٔ اولیهٔ سیاره بسیار مهم است. آهن خالص تمایل دارد به هستهٔ سیاره جذب شود و هسته بزرگ‌تری را ایجاد کند، در حالی که اکسید آهن به مانتیل (لایهٔ بالایی) منتقل می‌شود و اندازهٔ هسته را کاهش می‌دهد.
هسته یکی از عوامل اصلی حیات‌پذیری است، زیرا ویژگی محافظتی مهمی از سیاره را—میدان مغناطیسی‌اش—تعیین می‌کند. هستهٔ بزرگ میدان مغناطیسی قوی تولید می‌کند که عناصر و فرم‌های احتمالی حیات را در سطح سیاره در برابر پرتوهای خورشیدی محافظت می‌کند؛ در حالی که هستهٔ کوچک ممکن است میدان ضعیفی به‌وجود آورد که باد خورشیدی قادر به حذف بسیاری از عناصر مفید شود و پرتوشناسی سطح سیاره را تخریب کند.
دو عامل آخر یک «منطقهٔ گلدی‌لاک» جدید را شکل می‌دهند: سیاره باید مقدار کافی اما نه زیاد از مواد فرار (به‌ویژه اکسیژن) داشته باشد تا هستهٔ بزرگ و فلزی ایجاد کند و به تبع آن ژئودیناموی لازم برای میدان مغناطیسی فراهم شود؛ اما در عین حال باید مواد فرار کافی داشته باشد تا پس از تثبیت سیاره، امکان بروز حیات را فراهم کند.
اگر مواد فرار بسیار کم باشد، سیاره شبیه عطارد می‌شود؛ هستهٔ آن ۸۵٪ حجمش را تشکیل می‌دهد و میدان مغناطیسی قوی دارد، اما سرزمینی بیابانی و بی‌حیات است. اگر مواد فرار بیش از حد باشد، سیاره شبیه مریخ می‌شود؛ گرچه مواد فرار فراوان دارد، اما هستهٔ آن به‌قدر کوچک است که میدان مغناطیسی‌اش نتوانسته است سطح آن را در طول میلیاردها سال محافظت کند و در نتیجه به بیابانی خالی از حیات تبدیل شده است.
در این چارچوب، زمین دقیقاً تعداد مناسب مواد فرار را دارد؛ این امر به آن امکان می‌دهد میدان مغناطیسی قوی و محافظتی داشته باشد و همزمان مواد فرار باقیمانده کافی برای توسعه و پشتیبانی از حیات به مدت میلیاردها سال را فراهم سازد.
عامل نهایی در تعیین حیات‌پذیری یک جهان در اوایل چرخهٔ زندگی‌اش «موتور حرارتی» آن است. این موتور می‌تواند به دو شکل فعال گردد: یا توسط عناصر رادیواکتیو در هستهٔ سیاره، یا به‌مانند برخی ماه‌های سامانهٔ خورشیدی، توسط حرارت مداری که به‌دست‌آمده از کشش گرانشی، سیاره را به‌قدری انعطاف می‌دهد که داخلی‌اش گرم شود.
سه عنصر عمدتاً باعث گرمایش رادیواکتیو مانتیل می‌شوند: پتاسیم، توریم و اورانیوم؛ خوشبختانه فراوانی دو تا از این سه عنصر را می‌توان به‌راحتی در طیف‌سنجی ستارهٔ میزبانی یافت. عنصر سوم، اورانیوم، به‌صورت مستقیم دشوار است ردیابی شود، اما معادل آن در یورپیوم است که ستاره‌شناسان برای تخمین فراوانی اورانیوم از آن به‌عنوان نشانگر استفاده می‌کنند.
HWO باید قادر باشد به سه عامل دسترسی پیدا کند که به ما در درک چرخهٔ توسعه اولیهٔ سیارات برون‌سیاره‌ای که مطالعه می‌کند، کمک می‌نمایند. این دستگاه می‌تواند نشانهٔ طیفی ستاره را شناسایی کند که برای فهم در دسترس بودن مواد فرار و عناصر رادیواکتیو مفید است. همچنین می‌تواند حضور میدان مغناطیسی را با استفاده از تکنیکی به نام «اسپکترومقطبی‌سنجی» که چگونگی تاب نور را تحت تأثیر این میدان مغناطیسی بررسی می‌کند، تشخیص دهد.
و همچنین به دنبال «نفس آتشفشانی» در جو می‌گردد (عمدتاً دی‌اکسید گوگرد و سولفید هیدروژن) که نشانگر وجود آتشفشان‌های فعال و در نتیجه تک‌صفحه‌گری در سطح سیاره است. ترکیبی از این عوامل، به‌مراتب کارآمدتر از صرفاً بررسی موقعیت سیاره نسبت به «منطقه گلدی‌لاک» ستاره‌اش، رویکردی جامع‌تر برای ارزیابی پتانسیل حیات‌پذیری آن ارائه می‌دهد.
متأسفانه به این معنی است که باید تا دههٔ ۲۰۴۰ صبر کنیم تا نگاهی واقعی به تاریخچه این سیارات بیندازیم. HWO برای آن زمان برنامه‌ریزی شده است، اگرچه اگر به تجربهٔ قبلی تارنمای بزرگ‌ها نگاه کنیم، این زمان‌بندی شاید خوش‌بینانه باشد. هرچه کارهای بیشتری دربارهٔ اینکه ما باید به چه دنبال کنیم انجام شود، طراحان و مهندسان مأموریت که بر آن کار می‌کنند، موارد زیادی برای بررسی دربارهٔ اینکه در جستجوی بهترین شکارچی سیارهٔ آینده چه باید به‌دست آورند، خواهند داشت.
اطلاعات بیشتر: بنجامین ج. فارسی و همکاران، قابل حیات از ابتدا: چگونگی شرایط اولیهٔ شکل‌گیری سیارات می‌تواند جهان‌های قابل حیات ایجاد کند، arXiv (2025). DOI: 10.48550/arxiv.2511.16714
اطلاعات مجله: arXiv
ارائه‌شده توسط Universe Today
ارجاع: چرا بودن در ‘مکان مناسب’ برای حیات کافی نیست (2025، ۲۹ نوامبر) بازخوانی‌شده در ۳۰ نوامبر 2025 از https://phys.org/news/2025-11-isnt-life.html
