قمرهای فراخورشیدی

قمرهای فراخورشیدی یا ماه‌های فراخورشیدی به‌دور سیارات خارج از منظومه‌ی شمسی موسوم به سیارات فراخورشیدی می‌چرخند. اگرچه بیش از 4000 سیاره‌ی فراخورشیدی توسط تلسکوپ‌های فضایی مانند کپلر و تس ناسا ( ماهواره نقشه‌بردار فراخورشیدی گذران: Transiting Exoplanet Survey Satellite  که به اختصار TESS نامیده می‌شود( از سال 2009 کشف شده‌است، تنها یک ماه فراخورشیدی شناسایی شده و هنوز هم مشخص نیست که آیا واقعا یک ماه است یا خیر.

در اطراف سیارات منظومه‌ی شمسی اقمار طبیعی بسیاری وجود دارد. از دیدگاه اخترشناسی تعداد قمرها در مناطق قابل سکونت ستاره‌ای یا همان کمربند حیات، ممکن است از تعداد سیارات موجود در این ‌مناطق بیشتر باشد. با توجه به روش‌های تئوری و فناوری که اکنون امکان تشخیص سیارات فراخورشیدی به اندازه زیر زمین را فراهم آورده اند، اولین کشف یک قمر فراخورشیدی امکان‌پذیر به نظر می‌رسد.

Extrasolar moon .1 تصویر هنری از یک ماه فراخورشیدی

کشف سیارات فراخورشیدی و ارتباط با قمر فراخورشیدی

اولین سیاره‌ی فراخورشیدی که تقریباً 20 سال پیش کشف شد، 51 Pegasi b (51 Peg b) نام دارد. این سیاره به‌دور ستاره‌ای شبیه به خورشید می‌چرخد. کشف این سیاره، برای همیشه دید بشر را نسبت به کیهان تغییر داد. و پس از آن جستجو برای کشف دیگر سیارات فراخورشیدی آغاز شد. امروزه به کشف بیش از هزار جرم از این ‌قبیل دست یافته ایم. نامزدهای کشف سیاره‌ی فراخورشیدی اضافی “Batalha” و همکاران در سال 2013 بودند. این ‌اکتشافات فراتر از ایجاد تحول در درک بشر از شکل‌گیری و تکامل منظومه‌های سیاره‌ای، به دانشمندان این ‌امکان را داد که اولین رویکرد را برای شناسایی زیستگاه‌های خارج از منظومه‌ی شمسی داشته باشند. سیاره‌های فراخورشیدی کوچک‌تر و سبک‌تری در اطراف ستارگان خورشید مانند یافت شدند؛ سیاره‌ای که رکورد عطارد ما را  می‌شکند. علاوه‌براین، دوره‌های مداری طولانی‌تری را می‌توان ردیابی کرد که اکنون سیارات هم‌اندازه‌ی زمین را در مناطق قابل‌ سکونت ستاره‌ای “HZs” در بر می‌گیرد. درحالی‌که قلمروی سیارات فراخورشیدی با جزئیات بیشتری در حال بررسی است، دسته‌ی جدیدی از اجرام ممکن است به زودی توسط بشر، مشاهده شوند مانند قمرهای فراخورشیدی.

قمرهای فراخورشیدی، ماهواره‌های طبیعی سیارات فراخورشیدی هستند و براساس دانش ما از سیارات منظومه شمسی ممکن است حتی فراوان‌تر باشند.

تحقیقات در رابطه با قمرهای فراخورشیدی

ستاره‌شناس دیوید کیپینگ و دانشجوی فارغ‌التحصیل‌اش الکس تیچی در دانشگاه کلمبیا در نیویورک برای اولین بار ماه فراخورشیدی احتمالی را در اکتبر 2018 در مجله “Science Advances” گزارش کردند .این ‌دو نفر با استفاده از تلسکوپ فضایی هابل ناسا، شاهد عبور” Kepler-1625b” یک سیاره‌ی فراخورشیدی به اندازه‌ی مشتری از مقابل ستاره خود بودند که باعث کاهش نور جزئی در ستاره‌ی مادرش می‌شد.

این ‌مدل که ترانزیت یا عبور یا گذر نامیده می‌شود، روشی است که با استفاده از آن تاکنون هزاران سیاره‌ی فراخورشیدی کشف شده‌؛ اما تماشای گذر “Kepler-1625b” از مقابل ستاره‌ی خود با دو شگفتی همراه بود. نخست اینکه، این‌ سیاره‌ی فراخورشیدی گذر خود را حدود 1.25 ساعت زودتر از حد انتظار به پایان رساند که نشان می‌دهد و چیزی از جنس گرانش آن را  می‌کشد.

سپس، اندکی پس از پایان عبور سیاره از مقابل ستاره، یک فرورفتگی کم‌ عمق در نور دریافتی ما رخ داد که احتمالاً نشان‌دهنده‌ی یک قمر در پشت “Kepler-1625b” است. کیپینگ گفت:«ما تمام تلاش خود را کرده‌ایم تا احتمالات دیگر مانند ناهنجاری‌های فضاپیما، سیارات دیگر در منظومه یا فعالیت‌های ستاره‌ای را رد کنیم اما نمی‌توانیم هیچ فرضیه‌ی دیگری که بتواند همه داده‌های ما را توضیح دهد پیدا کنیم.» Kepler-1625b  برای یک قمر که معمولاً بسیار کوچک‌تر از سیاره‌ای است که به دور آن می‌چرخد، بسیار بزرگ است. با مدل‌های کنونی، شکل‌گیری منظومه سیاره-قمر و چنین قمرهایی، اگر غیرممکن نباشد بسیار نادر هستند.

Extrasolar. 2. تصویر هنری از یک فراخورشیدی که به‌دور سیاره‌اش می‌چرخد.

حیات در قمرهای بیرونی

به گفته‌ی برخی از دانشمندان، ماه‌های بیرونی پتانسیل تبدیل‌‌شدن به جهان‌های قابل سکونت را دارند؛ به این معنی که آنها مکان‌های خوبی برای تکامل حیات هستند. دلیلش هم این است که قمرها فقط به انرژی نوری ستاره‌ی منظومه‌ی شمسی خود وابسته نیستند در عوض آنها می‌توانند انرژی را از جاهای دیگر دریافت کنند مانند نور انعکاسی، نور منعکس‌شده یا منتشر‌شده به‌عنوان گرما از سیاره‌ی نزدیک. یک ماه فراخورشیدی می‌تواند دوره‌های طولانی و دمای پایداری را فراهم کند که حیات را تشویق به انتشار می‌کند.

• عناصر رادیواکتیو: عناصر رادیواکتیو مانند اورانیوم و رادون که در صخره‌ها و در اعماق ماه فراخورشیدی به اندازه‌ی زمین یافت می‌شوند، به آرامی در طول زمان تجزیه می‌شوند و گرما را به سطح آزاد می‌کنند.
• نیروهای جزر و مدی: گرانش یک سیاره‌ی فراخورشیدی بزرگ مثلاً به اندازه مشتری یا زحل ممکن است یک ماه فراخورشیدی را برای ایجاد نیروهای جزر و مدی بکشاند؛ مثلا شبیه به روشی که ماه ما اقیانوس‌های زمین را برای ایجاد جزر و مد می‌کشد. هنگامی که سطح یک ماه فراخورشیدی سنگی توسط گرانش سیاره فراخورشیدی کشیده می‌شود، می‌تواند گرمایی تولید کند که به سطح برسد.

حدود 175 قمر در منظومه‌ی شمسی ما وجود دارد. بسیاری از آن‌ها ویژگی‌های فوق را که اشاره شد دارند و دو تا از آن قمرها به رقیبان قدرتمندی برای پناه دادن به حیاتی که ما می‌شناسیم تبدیل شده‌اند مانند قمر مشتری اروپا و قمر زحل انسلادوس .هر دو ماهواره دارای سطوح یخی هستند که با علائم کششی ناشی از نیروهای جزر و مدی سیارات مادرشان پوشیده شده‌اند و دمای سطح آنها هرگز از منفی 200 درجه فارنهایت (منهای 128 درجه سانتی‌گراد) تجاوز نمی‌کند. اما چند کیلومتر زیر هر یک از سطوح آنها، اقیانوسی قرار دارد که آب بیشتری را نسبت به آنچه در روی زمین وجود دارد در خود نگه می‌دارد و جایی که آب وجود دارد ممکن است حیات نیز امکان‌پذیر باشد.

ممکن است ماه در حال گردش به دور یک سیاره فراخورشیدی پیدا شده باشد.

در سه دهه‌ی گذشته، زمینه‌ی مطالعات سیار‌ه‌ی فراخورشیدی پیشرفت بسیاری کرده است. تا به امروز، 4903 سیاره‌ی فراخورشیدی در 3677 منظومه‌ی سیاره‌ای تایید شده‌است و 8414 نامزد دیگر در انتظار تایید هستند. ماهیت متنوع این ‌سیارات، از ابرمشتری و ابرزمین گرفته تا مینی نپتون و جهان‌های آبی، سوالات زیادی را در مورد ماهیت شکل‌گیری و تکامل سیاره‌ها ایجاد کرده است. یک سوال به نسبت مهم، نقش و اشتراک ماهواره‌های طبیعی (ماه‌های بیرونی) است.

با توجه به تعداد قمرهای منظومه‌ی شمسی کاملاً منطقی است که فرض کنیم قمرها در همه‌جای کهکشان ما حضور دارند. متأسفانه با وجود هزاران سیاره فراخورشیدی شناخته‌شده، هنوز به‌طور قطعی وجود هیچ ماه فراخورشیدی تایید‌شده‌ای برای مطالعه در دسترس نیست اما پژوهش‌ها همچنان ادامه دارند.

3:انسلادوس(قمر زحل) سمت راست تصویر و اروپا(قمر مشتری) سمت چپ تصویر؛ دو قمر موجود در منظومه‎‌ی شمسی ما که نامزد وجود حیات در اقیانوس‌های زیرسطحی خود هستند.

انواعی از قمرها

به‌طور طبیعی هنگام بحث در مورد پتانسیل قمر‌های بیرونی هنوز ناشناخته برای میزبانی حیات، ما با بازرسی از قمرهای منظومه شمسی و چشم‌انداز زیستگاه آنها می‌توانیم به اطلاعاتی درمورد قمرهای فراخورشیدی، نزدیک شویم.

در ادامه به چند نوع از قمرهای منظومه‌ی شمسی اشاره می‌کنیم.

Europa

قمر اروپا به‌طور کامل توسط یک اقیانوس احاطه‌ شده‌است که حاوی بیش از دو برابر آب مایع زمین در جسمی به اندازه‌ی ماه زمین است. منبع گرمای جایگزین آن برای تابش ضعیف خورشیدی، اصطکاک جزر و مدی است.

Ganymede

این‌ قمر با شعاع 2634 کیلومتری، پرجرم‌ترین قمر منظومه‌ی شمسی است. گانیمد دارای سطحی قدیمی با دهانه‌های متراکم و مناطق گسترده‌ای است که ممکن است در معرض سطوح تکتونیکی مجدد قرار داشته باشند. تنوع زیاد در واحدهای زمین‌شناسی و ژئومورفیک در این ‌محدوده، چندین میلیارد سال قدمت دارد و شواهدی از انتشار گرمای داخلی گذشته را نشان می‌دهد. علاوه‌بر عطارد و زمین، گانیمد یکی از تنها سه جسم جامد در منظومه شمسی است که میدان دوقطبی مغناطیسی ایجاد می‌کند. همچنین دارای یک ضریب اینرسی کوچک است که نشان‌دهنده‌ی بدنه‌ی بسیار‌ متمایز است.

این اطلاعات به دانشمندان برای شناخت و کشف قمر‌های فراخورشیدی کمک می‌کند.

4: گانیمد، قمر مشتری و بزرگ‌ترین قمر منظومه‌ی شمسی

Enceladus

یکی دیگر از زیستگاه‌های بالقوه، ماه انسلادوس است. با شعاع متوسط ​​فقط 250 کیلومتر، ششمین قمر بزرگ زحل باید یک جسم مرده و سرد می‌بود، اگر در معرض گرمایش شدید درون‌زا به دلیل اصطکاک جزر و مدی قرار نمی‌گرفت!

برخلاف اروپا، گریز از مرکز مداری انسلادوس (تقریباً  0.0047 ) را نمی‌توان به‌طور کامل با فعل و انفعالات گرانشی با قمرهای همراهش توضیح داد.

شار گرمای فعلی ممکن است در واقع باقی‌مانده‌ی گرمایش افزایش‌یافته در گذشته باشد و نشان داده شده‌است که تغییرات در قدرت این‌ منبع حرارتی ممکن است منجربه ذوب به‌طور پیوسته شود.

Titan

تیتان با اتمسفر تحت سلطه‌ی نیتروژن و فشارهای سطحی تقریباً 1.5 بار خود، تنها جهان در منظومه‌ی شمسی است که از نظر ترکیب و پوشش گازی حداقل به‌طور تقریبی مشابه زمین است؛ همچنین این‌ تنها قمر فراتر از ماه زمین و تنها چیزی دورتر از خورشید نسبت به مریخ است که یک فضاپیما تصاویری از سطح آن را بازگردانده. فیلم‌هایی که توسط فرودگر هویگنس در ژانویه 2005 از سطح این قمر به زمین فرستاده شد، نشانگر اجسامی به اندازه‌ی سنگ‌ریزه و صخره‌‌مانند با قطر حدود 10 سانتی‌متر (که عمدتاً از آب و یخ‌های هیدروکربنی ساخته شده‌اند)، روی سطح یخ‌زده‌ی قمر با خواص فشرده‌سازی مشابه خاک‌ رس مرطوب یا ماسه خشک بود. دمای سطحش حدود 94 کلوین است که آب یخ زده است و احتمالاً نمی‌تواند مانند آب روی زمین نقش کلیدی در چرخه‌های زیستی داشته باشد. اجزای اصلی اتمسفر تیتان عبارتند از: نیتروژن مولکولی N 2  وCH4 ، هیدروژن مولکولی (0.1 ٪)، و آثار کوچک‌تر استیلن (C2H2) و همچنین اتان (C2H6).

5 :تیتان، بزرگ‌ترین قمر زحل

امید است در سال‌های آینده دانشمندان با کمک اطلاعاتی از سیاره‌ها (exmoon) و ماه‌های بیرونی (extrasolar moon) بتوانند قمر‌های فرا خورشیدی را کشف کنند و اطلاعاتی از جزییات آنها به دست آورند.

نویسنده: ستاره رهبر

منابع:

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4172466/

https://www.space.com/42485-exomoons-satellites-orbiting-planets-beyond-our-solar-system.html

https://www.washington.edu/news/2013/01/10/life-possible-on-extrasolar-moons/