کشف هفت سیاره زمین‌مانند در منظومه «ترَپیست-۱»

کشف هفت سیاره زمین‌مانند در منظومه‌ای به گرد یک ستاره نسبتاً نزدیک، خبری بود که طی نشست خبری وعده‌داده‌شده ناسا در روز چهارشنبه، چهارم اسفند اعلام شد.

این کشف را تلسکوپ فضایی فروسرخ اسپیتزر در چهاردمین سال فعالیت مستمر خود در مدار زمین صورت داده است؛ کشفی که چه بسا از این پس به عنوان هیجان‌انگیزترین دستاورد کارنامه این تلسکوپ کهنه‌کار فضایی به خاطر آورده شود.

ماجرای این کشف به ماه مه ۲۰۱۶ برمی‌گردد؛ وقتی تیمی از پژوهشگران بلژیکی به سرپرستی میشائیل ژیلون، به کمک دو تلسکوپ نسبتاً کوچک اما مجهز ۶۰ سانتیمتری (یکی واقع در شیلی و دیگری در مراکش) عبور سه سیاره احتمالی از برابر قرص یک ستاره نه چندان دوردست را گزارش کردند؛ ستاره‌ای که پیرو نام تلسکوپ‌ها – «ترپیست»، مخفف «تلسکوپ کوچک [رصد] سیارات گذری و پیش‌سیاره‌ها» – «ترپیست-۱» نامیده شد.

ستاره ترپیست-۱ ستاره‌ای از نوع «کوتوله سرخ» است؛ به جرم تخمینی ۸ درصد و شعاع ۱۱درصد خورشید؛ یعنی فقط اندکی بزرگ‌تر از سیاره مشتری. دمای سطحی آن چیزی در حدود ۲۵۰۰ درجه (تقریباً ۲.۵ برابر کمتر از خورشید) تخمین زده می‌شود، و از لحاظ سن نیز تنها حدود ۵۰۰ میلیون سال از عمر این ستاره می‌گذرد؛ سنی باز حدود ۹ برابر کمتر از خورشید.

لذا طبیعی است که منظومه ترپیست-۱ نیز منظومه‌ای کوتوله باشد. اما رصدهای متعاقب تلسکوپ فضایی اسپیتزر از این منظومه، معلوم ساخت که سیاره سومی که در داده‌های تیم ژیلون گزارش شده بود، در واقع نقطه‌ای متشکل از چهار سیاره مجزا بوده است. بدین‌وسیله، آمار مجموع سیاره‌های این منظومه، به اتفاق سیاره دورتری که اسپیتزر مستقلاً به وجودش پی برد، به هفت عضو رسید.

چنین آماری بی‌سابقه نیست؛ چراکه پیش‌تر نیز سه منظومه هفت‌‌سیاره‌ای دیگر یافت شده بود. آنچه منظومه ترپیست-۱ را در این بین منحصربه‌فرده کرده، زمین‌مانند بودن هر هفت سیاره این منظومه است (جهت آشنایی با پیشینه کشفیات مربوط به سیارات فراخورشیدی، نگاه کنید به: کشف ۱۲۸۴ سیاره جدید: مروری بر اصطلاحات و تفاسیر).

شش سیاره درونی‌تر منظومه ترپیست-۱ چنان به یکدیگر نزدیک‌اند که چنانچه می‌شد بر سطح یکی از آنها فرود آمد، به سادگی امکان تماشای قاره‌ها و چه بسا ابرهای سیارات همسایه میسر بود.

این نزدیکی می‌تواند حاکی از آن باشد که این شش سیاره در وضعیت قفل گرانشی (یا «رزونانس مداری») نیز به سر می‌برند – بدین‌معنا که دوره تناوب چرخش هرکدام‌شان به گرد ستاره مادر، ضریب صحیحی از دوره تناوب چرخش یک عضو دیگر است. مثلاً در خصوص سیاره مشتری، سه قمر از بین چهار قمر اصلی آن (تحت عناوین یو، یوروپا، و گانیمد) در چنین وضعیتی به سر می‌برند؛ بدین‌معنا که با هر دور چرخش گانیمد به گرد مشتری، یوروپا دو دور، و یو چهار دور چرخش خود را به گرد این سیاره کامل می‌کنند.

وضعیت مداری خاص شش سیاره درونی منظومه ترپیست-۱ به سیاره‌شناسان امکان داد تا برآوردی نسبتاً دقیق از جرم هر یک از آنها صورت دهند. طبق این برآوردها، جرم بزرگ‌ترین سیاره از این شش عضو، ۱.۳۸ برابر جرم زمین، و کوچک‌ترین‌شان ۰.۴ برابر جرم زمین است. در این بین، دو سیاره بزرگ‌تر از زمین و چهار سیاره کوچک‌تر از آن‌ هستند.

همین نزدیکی نسبی سیارات منظومه ترپیست-۱، در کنار نزدیکی نسبی خود این منظومه به ما (با فاصله‌ای تقریباً معادل ۳۹ سال نوری)، فرصتی گرانبها را برای ارزیابی مدل‌های تکوین سیارات در اختیار سیاره‌شناسان قرار داده است. به عنوان نمونه، در منظومه ما، زمین و زهره سیر تکوین خود را با جرم‌هایی نسبتاً یکسان و فواصلی متعارف از خورشید شروع کردند، اما امروزه ما با دو سیاره کاملاً متفاوت مواجه‌ایم – یکی با جوی متعارف و زیست‌پذیر، و دیگری با جوی ۹۰ برابر متراکم‌تر، که از آن گرم‌ترین سیاره منظومه شمسی ساخته است.

سؤال اینجاست که چه عواملی به جز ابعاد و فاصله سیارات، مسبب بروز چنین تفاوت‌های فاحشی شده‌اند؟

در خصوص منظومه ترپیست-۱، فاصله هر هفت سیاره از ستاره مادر‌شان، نزدیک‌تر از فاصله مریخ تا خورشید است؛ هرچند که این نمی‌تواند خبری چندان نومیدکننده باشد، چراکه دمای فوق‌العاده پایین‌تر ستاره ترپیست-۱ در نسبت با خورشید، کمربند «زیست‌پذیر» پیرامون آن را نیز تنگ‌تر کرده است.

کمربند زیست‌پذیر، محدوده‌ای در اطراف هر ستاره است که چنانچه سیاره‌ای با یک جو مطلوب در آن یافت بشود، انتظار می‌رود که دمای سطح آن نه چنان بالا باشد که آب تبخیر شود و نه چنان پایین که یخ بزند. و این ضروری‌ترین پیش‌شرطی است که برای تکوین حیات از نوعی که می‌شناسیم، می‌توان بر آن سیاره متصور بود.

در خصوص منظومه ترپیست-۱، وجود سه سیاره در کمربند زیست‌پذیر آن محرز شده است. این البته به معنای زیست‌پذیری بی‌چون و چرای این سیارات نخواهد بود؛ چراکه در منظومه ما نیز سه سیاره در کمربند زیست‌پذیر آن واقع‌ شده‌اند (زهره، زمین، و مریخ)؛ حال‌آنکه تنها یکی از آنها عملاً میزبان حیات است.

همین نکته، بر اهمیت بیشتر کشف این منظومه برای مطالعات زمین‌شناختی (و نه زیست‌شناختی) دلالت دارد؛ چراکه درک تفاوت‌ها و شباهت‌های این هفت سیاره‌ی زمین‌مانند در محیط یکسان‌شان می‌تواند فرصتی بی‌بدیل برای استنباط گذشته زمین، یا دست‌کم شرایط خاص زمین در منظومه خودمان باشد.

به گفته ژولین دی‌ویت، از اعضای تیم اکتشفی منظومه ترپیست-۱، این منظومه "یک سنگ روزتا به هفت زبان مختلف است." (روزتا سنگی است که با میزبانی از متنی واحد به سه زبان مختلف، برای نخستین بار امکان رمزگشایی از زبان مصری باستان را میسر ساخت.)

گذشته از صفات جالب توجه سیارات منظومه ترپیست-۱، نبایستی از صفات ستاره این منظومه نیز غافل بود: ترپیست-۱ ستاره‌ای از نوع کوتوله سرخ است؛ یعنی فراوان‌ترین نوع ستاره در کهکشان ما (و احتمالاً کل عالم). انتظار می‌رود که از هر ده ستاره، هشت‌تایشان کوتوله سرخ باشند. اوج خروجی نور این ستاره‌ها در بخش فروسرخ طیف الکترومغناطیس واقع شده است، و به همین دلیل، بهترین ابزار شناسایی آنها تلسکوپ‌های فروسرخ است.

وفور سیارات فراخورشیدی یافت‌شده در پیرامون کوتوله‌های سرخ (از جمله نزدیک‌ترین ستاره به خورشید؛ نگاه کنید به: زمینی در همسایگی؟ راهنمای مختصر سیاره پروکیسما-b) می‌تواند حاکی از وفور آمار سیارات زمین‌مانند در کل کهکشان ما باشد. اما در عین حال، این ستارگان از حیث فیزیکی ستارگانی فعال‌ و ناپایدارند. فوران‌های نامنظم این ستاره‌ها می‌تواند جو سیارات پیرامون‌شان را تدریجاً بفرساید، و با زدودن اجرام پراکنده‌تری همچون دنباله‌دارها از پهنه منظومه، شانس بازیابی این جوهای ازدست‌رفته به مرور زمان را نیز کمرنگ‌تر سازد.

با این وجود، نبایستی احتمال فعالیت‌های سطحی خود سیارات، اعم از فعالیت‌های آتشفشانی‌شان را از نظر دور داشت؛ چراکه چنین فعالیت‌هایی نیز می‌توانند جو ازدست‌رفته سیارات را به آنها بازگردانند. و باز به این فرضیه نیز تضمینی نیست: جو نامتعارف و مهلک زهره، در واقع نتیجه‌ای از فعالیت‌های افسارگسیخته آتشفشانی بر سطح این سیاره‌ی هم‌اینک خاموش تلقی می‌شود.

پس در برابر چنین فهرست فربه‌ای از فرضیات و احتمالات، شرط احتیاط آن است تا هیجان کشف هفت سیاره منظومه ترپیست-۱ را بیشتر از سر کشف آزمایشگاهی برای درک سیر تحول زمین (و چه بسا همزادهای زمین) بدانیم، نه کشف بی‌چون و چرای یک منظومه زیست‌پذیر؛ چراکه به هرجهت این کشفیات، خواه‌ناخواه از احتمال «استثنایی» بودن ما و منظومه ما کاسته‌اند، و امکان کشفیاتی هیجان‌انگیزتر و با اطمینان بیشتر به نویدبخشی‌شان را نیز می‌توان متصور بود.

با پرتاب قریب‌الوقوع تلسکوپ فضایی فروسرخ جیمز وب در سال ۲۰۱۸، انتظار می‌رود که شناخت ما از این منظومه‌ی فعلاً استثنائی و نمونه‌های مشابه آن، جهشی چشمگیر را تجربه کند.