جهان‌های مشابه زهره به‌طرز شگفت‌انگیزی در کمربند حیات منظومه‌های ستاره‌ای رایج هستند

سیاره‌ی جهنمی زهره به‌دلیل جوّ بسیار ضخیم و فشار هوای بسیار زیاد و دمای سطحی بسیار داغی که سرب را ذوب می‌کنند، معروف است. به‌بیان دیگر، زهره سکونت‌ناپذیرترین شرایط سطحی در کل منظومه‌ی شمسی را دارد.

بااین‌حال براساس تعریف «کمربند حیات»، سیاره‌ی زهره در محدوده‌ی گلدیلاکس (Goldilocks) قرار می‌گیرد. دلیل این مسئله آن است که تعریف فعلی کمربند حیات صرفاً مقدار نور خورشیدی را ارزیابی می‌کند که به سیاره می‌رسد. اگر این نور بسیار زیاد یا کم باشد، آب مایع نمی‌تواند روی سطح سیاره جریان پیدا کند و درنتیجه، سیاره‌ی مدنظر کاندید مناسبی برای حیات نیست.

براساس این معیار ساده، زهره باید سکونت‌پذیر و آب مایع سطحی داشته باشد؛ اما بدیهی است که این شرایط را ندارد. پس آیا زهره سیاره‌ای کمیاب است یا باید به تعریف‌های ارائه‌شده شک کرد؟ پژوهشی جدید با بررسی مدل‌های ساده‌ی جوّ سیاره‌های مشابه زهره به این نتیجه رسیده است که این دنیاها به‌طور ترسناکی متداول هستند.

اثر گریز گلخانه‌ای

ستاره‌شناسان دقیقاً مطمئن نیستند که میلیاردها سال پیش چه بلایی بر سر زهره آمد؛ چراکه بدون اندازه‌گیری‌های دقیق نمی‌توان با اطمینان به نتیجه‌ی صحیحی رسید. ازآن‌‌جاکه زهره تقریباً هم‌اندازه با زمین است و دقیقاً در مجاورت آن قرار دارد، بسیاری از دانشمندان سیاره‌ای معتقدند شروع این سیاره مانند زمین بوده و مانند سیاره‌ی ما ترکیب‌های کربن، اکسیژن، سیلیکون و آب داشته است. به‌احتمال بسیار زیاد، زهره در ابتدا اقیانوس‌هایی با آب مایع سطحی و جوّ مطلوب داشت و سپس همه‌چیز در‌هم ریخت.

شاید دوره‌ی طولانی فعالیت‌های آتشفشانی باعث ضخیم‌شدن جوّ زهره شده یا شاید هم دلیل آن تکامل طبیعی خورشید بوده است؛ به‌طوری‌که با افزایش درخشندگی خورشید تمام آب‌های سطحی زهره تبخیر شده‌اند یا شاید فرایندی رخ داده است که هنوز دلیلش را نمی‌دانیم.

صرف‌نظر از مکانیزم دقیقی که پشت ظاهر فعلی زهره است، این سیاره اثر گریز گلخانه‌ای را تجربه کرده است. با افزایش فشار جوّی، دماها هم افزایش پیدا کردند و بدین‌ترتیب، گاز بیشتری وارد هوای زهره شد و و این گازها در چرخه‌ای مخرب تقویت شدند. با رسیدن گاز کافی به جوّ، این سیاره دیگر نمی‌توانست سرد شود؛ ازاین‌رو، بخش زیادی از پرتوهای دریافتی خورشید در دام آن گرفتار شدند. درنتیجه، اقیانوس‌ها خشکیدند و کل آب زهره وارد جوّ آن شد که درنهایت به داخل فضا نشت پیدا کرد و راه بازگشتی برایش وجود نداشت. چنانچه حیاتی هم در اقیانوس‌های آغازین زهره موجود بود، قطعاً سرنوشت خوبی نداشت.

تصویری از زهره که براساس داده‌های گردآوری‌شده از مدارپیمای پایونیر و مأموریت ماژلان ساخته‌ شده است. مأموریت هر دو کاوشگر در اوایل دهه‌ی ۱۹۹۰ به‌پایان رسید.

دنیای زنده

اولین‌ گام در جست‌وجوی دنیاهای سکونت‌پذیر، شناسایی سیاره‌های کمربند حیات منظومه‌های ستاره‌ای است؛ زیرا زمین هم دقیقاً در کمربند حیات خورشید قرار دارد. سیاره‌ی آبی، تنها جهان میزبان شناخته‌شده‌ی حیاتی است که می‌شناسیم. البته شاید شکل‌های دیگری از حیات در نقاط دیگر وجود داشته باشند؛ اما حیات مشابه زمین به‌راحتی تشخیص‌دادنی است و درنتیجه به هدف آسانی تبدیل شده‌.

ناگفته نماند سیاره‌ها پیچیده هستند؛ به‌همین‌دلیل، به‌سختی می‌توان تعریفی ساده را برای کمربند حیات ارائه داد. سیاره‌ی زهره قاعدتاً باید آب سطحی داشته باشد؛ چراکه نور خورشید را به‌اندازه‌ی کافی دریافت می‌کند؛ اما به‌دلیل جوّ ضخیم، دماهای سطح آن بسیار سوزان هستند و جریان‌یافتن آب مایع در سطح آن امکان‌پذیر نیست.

اکنون گروهی از پژوهشگران برای یافتن خط تفکیک بین سیاره‌های زمین‌مانند و زهره‌مانند اقدام‌هایی انجام داده‌اند. براساس مقاله‌ای که به‌تازگی در پایگاه داده‌ی پیش‌انتشار arXiv منتشر شده است، آن‌ها از مدل نسبتاً ساده‌‌ی جوّهای سیاره‌ای و نوع پرتوهایی استفاده کردند که سیاره‌ها از انواع ستاره‌ها دریافت می‌کنند.

پژوهشگران برای هر‌کدام از تنظیمات با ستاره‌ها و مدارهای متفاوت، کار را با ترکیبی مشابه به گازهای جوّی زمین (بخش زیاد نیتروژن با کمی کربن) شروع کردند و سپس به‌آهستگی میزان کربن‌دی‌اکسید را برای شبیه‌سازی شروع اثر گریز گلخانه‌ای افزایش دادند. درادامه، امکان تکامل مدل را فراهم کردند تا ببینند به‌مرور‌زمان چه بلایی بر سر ترکیب جوّها خواهد آمد.

با شروع گریز گلخانه‌‌ای واقعی، آن‌ها سیاره‌ی مدل را در گروه «زهره‌مانند» قرار دادند. اگر سیاره‌ی مدل به‌ثبات می‌رسید و با تعدیل خود از سناریو گریز گلخانه‌ای دور می‌شد، آن را در گروه «زمین‌مانند» قرار می‌دادند که در کمربند حیات قرار دارد.

پیش‌پاافتادگی شر

پژوهشگران به این نتیجه رسیدند که سیاره‌های مشابه زهره به‌طور شگفت‌انگیزی رایج هستند. برای مثال، در اطراف ستاره‌ای مشابه خورشید کمربند حیات از ۹۵ درصد شعاع مداری زمین تا ۱۶۷ درصد توسعه پیدا می‌کند؛ اما براساس این مدل‌ها، لبه‌ی بیرونی «محدوده‌ی زهره» به ۱۳۵ درصد مدار زمین می‌رسد؛ یعنی سیاره‌ی ما روزی دچار اثر گریز گلخانه‌ای خواهد شد.

ستاره‌های نوع F که جرمشان بین ۱ تا ۱/۴ برابر جرم خورشید است، در بهترین شرایط قرار دارند و ۴۰ درصد کمربند حیاتشان جان سالم به‌در می‌برد.

ستاره‌های کوتوله‌ی سرخ در بدترین شرایط قرار دارند؛ زیرا بخش زیادی از پرتوهایشان در طیف فروسرخ است که به‌راحتی به‌واسطه‌ی گازهای جوّی به‌دام می‌افتند. برای این ستاره‌ها، محدوده‌ی زهره کل لبه‌ها به‌جز خارجی‌ترین لبه‌های کمربند حیات را مصرف می‌کند.

بااین‌‌همه، هنوز امید باقی است. مدل‌های یادشده ساده و سیاره‌ها پیچیده‌ هستند. تمام سیاره‌ها دچار چرخه‌ی گریز گلخانه‌ای نمی‌شوند. ترکیب‌های جالب جوّی، محافظت میدان‌های مغناطیسی سیاره‌ای، مقادیر زیاد آب یا صفحات تکتونیکی می‌توانند سرنوشت سیاره‌ها را تغییر دهند و درنتیجه، تمام سیاره‌های مشابه زهره به دنیایی جهنمی تبدیل نمی‌شوند. باوجوداین‌، هنگام جست‌وجوی جهان‌های زمین‌مانند باید بیشتر مراقب بود.