تأیید اولین جو سیاره‌ای سنگی در منطقه قابل سکونت

وقتی مردم می‌شنوند سیاره‌ای در «منطقه قابل سکونت» یک ستاره کشف شده است، تخیل عمومی بلافاصله تصاویری از دوقلوی زمین با آسمان آبی، اقیانوس‌های مواج و هوای قابل تنفس را تداعی می‌کند. در واقعیت، تعریف نجومی منطقه قابل سکونت صرفاً معیاری از هندسه و گرمای ستاره‌ای است. این بدان معناست که سیاره در فاصله‌ای می‌چرخد که سنگ نه آنقدر داغ باشد که آب تبخیر شود، و نه آنقدر سرد که کاملاً یخ بزند. اما بدون جوی برای توزیع گرما و تأمین فشار سطحی، یک سیاره در منطقه قابل سکونت چیزی بیش از یک سنگ عقیم و در معرض تابش نیست.

برای اینکه یک دنیا واقعاً قابل سکونت باشد، به یک پوشش گازی نیاز دارد. برای دهه‌ها، ستاره‌شناسان تلاش کرده‌اند تا ثابت کنند که آیا اصلاً هیچ سیاره فراخورشیدی سنگی در منطقه قابل سکونت، جو دارد یا خیر. اکنون، شواهد بالاخره به دست آمده است. تیمی از ستاره‌شناسان وجود جو را در اطراف LHS 1140 b، یک «ابرزمین» سنگی واقع در ۴۸ سال نوری دورتر، تأیید کرده‌اند.[1][2]

این کشف مهم که در ۱۶ ژوئیه ۲۰۲۶ در مجله Science منتشر شد، نقطه عطفی تاریخی در تحقیقات سیارات فراخورشیدی است. این تیم به رهبری محققانی از دانشگاه هاروارد و اسمیتسونیان، اکسیژن یا بخار آب پیدا نکرد، بلکه نشت مداوم هلیوم در حال فرار از جو فوقانی سیاره را مشاهده کرد.[1][4]

مکانیسم پشت این کشف متکی بر تکنیکی به نام طیف‌سنجی عبوری (Transit Spectroscopy) است. از آنجا که تلسکوپ‌ها نمی‌توانند سیاره را به صورت یک دیسک مجزا تفکیک کنند، ستاره‌شناسان باید منتظر بمانند تا سیاره مستقیماً از مقابل ستاره میزبان خود عبور کند. هنگامی که نور ستاره از جو سیاره عبور می‌کند، عناصر شیمیایی خاص، طول موج‌های خاصی از نور را جذب می‌کنند و نوارهای تاریکی را در طیف به جا می‌گذارند.

برای ثبت این سیگنال ظریف، تیم به تلسکوپ فضایی جیمز وب (James Webb) تکیه نکرد. در عوض، آنها از طیف‌نگار WINERED نصب شده بر روی تلسکوپ ماژلان کِلِی (Magellan Clay) استفاده کردند، که یک رصدخانه زمینی واقع در ارتفاعات خشک و بالای صحرای آتاکاما شیلی است. این ابزار به طول موج‌های فروسرخ نزدیک که هلیوم اثر طیفی خود را در آنجا به جا می‌گذارد، بسیار حساس است.[3][4]

در طول یک عبور در سپتامبر ۲۰۲۴، طیف‌نگار یک امضای واضح از جذب هلیوم را شناسایی کرد. از آنجا که هلیوم یک گاز فوق‌العاده سبک است، به طور طبیعی به بخش‌های بالایی جو صعود می‌کند. هنگامی که توسط پرتوهای ایکس و تابش فرابنفش شدید از ستاره میزبان بمباران می‌شود، گاز گرم شده، منبسط می‌شود و از کشش گرانشی سیاره فرار می‌کند و ابری قابل تشخیص در دنباله سیاره ایجاد می‌کند.[2][4]

وجود این هلیوم در حال فرار، مدرک قاطعی برای وجود یک جو قابل توجه است. اگر LHS 1140 b یک سنگ لخت بود، گازی برای فرار وجود نداشت. علاوه بر این، از آنجا که هلیوم به راحتی در فضا از دست می‌رود، این واقعیت که هنوز از سیاره‌ای با قدمت میلیاردها سال نشت می‌کند، نشان می‌دهد که این دنیا یا یک مخزن عظیم جوی دارد یا به طور فعال از زیر در حال تجدید آن است.[6]

این یافته مستقیماً به بحث‌برانگیزترین پرسش در زیست‌شناسی کیهانی (اخترزیست‌شناسی) می‌پردازد: «تله کوتوله M». کوتوله‌های سرخ، یا کوتوله‌های M، رایج‌ترین ستارگان در کیهان هستند و تقریباً ۷۰ درصد از جمعیت ستاره‌ای را تشکیل می‌دهند. از آنجا که آنها کم‌نور هستند، مناطق قابل سکونت آنها بسیار نزدیک به ستاره قرار می‌گیرد.[1]

با این حال، کوتوله‌های سرخ در دوران جوانی خود به شدت خشن هستند. آنها برای اولین میلیارد سال عمر خود، سیارات نزدیک به مدار خود را با شراره‌های شدید ستاره‌ای و تابش فرابنفش فوق‌العاده بمباران می‌کنند. مدل‌های نظری مدت‌هاست نشان داده‌اند که این بمباران اولیه به سادگی جو هر سیاره سنگی در منطقه قابل سکونت را از بین می‌برد و آنها را مدت‌ها قبل از اینکه حیات بتواند شکل بگیرد، بایر و بی‌ثمر می‌سازد.[1][3]

داده‌های LHS 1140 b اولین اثبات تجربی را ارائه می‌دهد مبنی بر اینکه سیارات سنگی می‌توانند از تله کوتوله M جان سالم به در ببرند. تخمین زده می‌شود که ستاره میزبان تقریباً ۶ میلیارد سال قدمت دارد—یعنی مسن‌تر از خورشید ما—به این معنی که دوران جوانی خشن آن مدت‌هاست گذشته است. این واقعیت که LHS 1140 b امروز هنوز جو خود را حفظ کرده است، ثابت می‌کند که دنیاهای سنگی می‌توانند پوشش گازی خود را در طول مخرب‌ترین مراحل تکامل ستاره‌ای حفظ کنند.[1][6]

این شواهد با وجود سیاره داخلی‌تر این سامانه، LHS 1140 c، بیشتر تقویت می‌شود. این دومین دنیای سنگی بسیار نزدیک‌تر به ستاره می‌چرخد و تقریباً پنج برابر خواهر خود تابش دریافت می‌کند. هنگامی که تیم تحقیقاتی عبور این سیاره داخلی را تجزیه و تحلیل کردند، هیچ اثری از هلیوم پیدا نکردند. دنیای داخلی دقیقاً همانطور که مدل‌های از دست دادن جو پیش‌بینی می‌کنند، لخت شده بود، در حالی که دنیای بیرونی در منطقه قابل سکونت سپر خود را حفظ کرده بود.[4]

با وجود وضوح سیگنال هلیوم، این شواهد دارای محدودیت‌های قابل توجه و ابهامات آشکاری است. گیج‌کننده‌ترین راز، نوسان‌پذیری سیگنال است. هنگامی که تیم تلاش کرد تا عبور دیگری را در سال ۲۰۲۵ مشاهده کند، امضای هلیوم در حال فرار به طور کامل ناپدید شد.[3][5]

این ناپدید شدن به معنای از بین رفتن جو نیست؛ بلکه ماهیت پویا و متغیر فرار جوی را برجسته می‌کند. محققان فرض می‌کنند که تغییرات در خروجی پرانرژی ستاره، میزان گرم شدن جو فوقانی را تغییر می‌دهد. بدون یک فوران قوی از تابش فرابنفش شدید، هلیوم ممکن است به اندازه کافی در فضا منبسط نشود تا توسط ابزارهای ما شناسایی شود و به زیر آستانه تشخیص ۰.۶ درصدی مشاهده سقوط کند.[5]

علاوه بر این، شناسایی هلیوم در جو فوقانی تقریباً هیچ اطلاعاتی در مورد ترکیب جو پایینی، جایی که آب و هوا و زیست‌شناسی بالقوه رخ می‌دهد، فاش نمی‌کند. داده‌ها نمی‌توانند تشخیص دهند که آیا سیاره در پوششی ضخیم از هیدروژن و هلیوم پیچیده شده است، یا اینکه دارای یک جو ثانویه است که تحت سلطه نیتروژن و دی‌اکسید کربن است، بسیار شبیه به زمین.[2][5]

ماهیت فیزیکی سطح سیاره نیز کاملاً ناشناخته باقی مانده است. LHS 1140 b شعاعی ۱.۷۳ برابر زمین و جرمی ۵.۶ برابر آن دارد. این چگالی با یک توده سنگی سازگار است، اما همچنین فضایی برای بخش عظیمی از آب باقی می‌گذارد. تحلیل‌های قبلی داده‌های JWST به طور آزمایشی نشان داده بودند که این سیاره می‌تواند یک «دنیای آبی» با اقیانوسی جهانی در زیر جوی غنی از نیتروژن باشد، اما داده‌های فعلی هلیوم نمی‌توانند این موضوع را تأیید یا رد کنند.[2][5]

آنچه شواهد تأیید می‌کند این است که این سیاره یک سنگ مرده نیست. با دمای تعادل تخمینی ۱۱۶ درجه فارنهایت (۴۷ درجه سانتیگراد)، این دنیا به اندازه کافی گرم است که در صورت کافی بودن فشار جوی، بتواند آب مایع را پشتیبانی کند.[2]

مرحله بعدی تحقیق مستلزم فراتر رفتن از جو فوقانی است. ستاره‌شناسان باید از تلسکوپ فضایی جیمز وب، در کنار تلسکوپ‌های بسیار بزرگ آینده بر روی زمین، استفاده کنند تا عمیق‌تر به پوشش گازی نفوذ کنند. با اندازه‌گیری طیف‌های عبوری مولکول‌های سنگین‌تر مانند دی‌اکسید کربن، متان یا بخار آب، دانشمندان امیدوارند که آب و هوای واقعی این دنیا را ترسیم کنند.[3]

در حال حاضر، این کشف اساس تحقیقات سیارات فراخورشیدی را به طور بنیادی تغییر می‌دهد. ستاره‌شناسان دیگر مجبور نیستند صرفاً به مدل‌های نظری تکیه کنند تا امیدوار باشند سیارات منطقه قابل سکونت در اطراف کوتوله‌های سرخ بتوانند جو خود را حفظ کنند. شواهد در داده‌ها موجود است: گاز وجود دارد، و جستجو برای حیات یک هدف جدید و مشخص پیدا کرده است.[1][4]