کمربند حیات چیست؟

کمربند حیات

کمربند حیات ؛ منطقه‌ای طلایی اطراف یک ستاره که شرایط حیات را پشتیبانی می‌کند. کمربند حیات به فاصله‌ای از یک ستاره گفته می‌شود که آب مایع می‌تواند در سطح سیاراتی که به دور آن می‌چرخند، وجود داشته باشد. کمربند حیات به نام منطقه‌ی Goldilocks نیز شناخته می‌شود؛ جایی که شرایط دمایی مناسب حیاط باشد. نه خیلی سرد و نه خیلی سوزان و داغ و سطح سیاره بتواند از آب مایع با فشار کافی اتمسفر پشتیبانی کند.

آب مایع برای تمام اشکال حیات ضروری‌ست . طبق یک تعریف قدیمی اما مستند، دمای سطح یک سیاره تنها به فاصله‌اش تا ستاره‌ی میزبانش بستگی ندارد؛ بلکه به عوامل دیگری مانند گازهای گلخانه‌ای، بازتاب‌پذیری سیاره و جریانات جوی و اقیانوسی آن نیز وابسته است.

مفهوم منطقه قابل سکونت اطراف یک ستاره، برای اولین بار در سال 1913 توسط ادوارد ماندر در کتابش با عنوان «آیا سیارات دارای سکنه هستند؟» مطرح شد. بعدها هوبرتوس استروگلد، در سال1953  در رساله‌ی خود به این موضوع پرداخت. او در مطالعه‌ی فیزیولوژیکی امکان حیات در مریخ، اصطلاح «اِکوسفر» را ابداع کرد و به «مناطق» مختلفی اشاره کرد که در آن حیات می‌توانست وجود داشته باشد.

در همان سال، هارلو شپلی «کمربند آب مایع» را نوشت که با تکیه بر همان مفهوم، بر اهمیت آب مایع برای وجود زندگی تاکید کرد. سو شو هوانگ، اخترفیزیکدان آمریکایی، برای اولین بار در سال 1959 اصطلاح “کمربند حیات ” را برای اشاره به منطقه‌ی اطراف یک ستاره که در آن آب مایع می‌تواند روی یک سیاره‌ی به اندازه‌ی کافی وسیع وجود داشته باشد، معرفی کرد. او اولین کسی بود که این مفهوم را در زمینه‌ی سکونت‌پذیری سیاره‌ها و وجود حیات فرازمینی معرفی کرد.

مفهوم مناطق قابل سکونت یا همان کمربند حیات در سال 1964 توسط استیون اچ. دول در کتاب «سیارات قابل سکونت برای انسان»، ارائه شد و در آن، مفهوم منطقه قابل سکونت اطراف یک ستاره‌ و همچنین سایر عوامل تعیین‌کننده‌ی حیات سیاره را مورد بحث قرار داد و در نهایت تعداد سیارات قابل سکونت را تخمین زد.

اصطلاح “منطقه طلایی یا Goldilocks Zone” در دهه 1970 ظهور کرد و به طور خاص به منطقه‌ای در اطراف یک ستاره اشاره کرد که دمای آن برای حضور آب در فاز مایع مناسب است( دقیقاً منطقه ای که در آن زمان (و هنوز) به عنوان منطقه قابل سکونت شناخته می‌شود). جیمز کاستینگ اولین کسی بود که مدلی دقیق برای منطقه‌ی قابل سکونت برای سیارات فراخورشیدی ارائه کرد.

اینکه آیا سیاره‌ای در منطقه‌ی قابل سکونتِ ستاره میزبان خود قرار دارد یا خیر، به شعاع مدار سیاره، جرم سیاره و شار تابشی ستاره میزبان بستگی دارد. کمربند حیات دور ستاره‌ای اکنون به دو منطقه جداگانه تقسیم می‌شوند: منطقه قابل سکونتی که در آن سیارات کم جرم مانند زمین می‌توانند دارای حیات بمانند و یک “منطقه قابل سکونت گسترده” که در آن سیاره‌ای مانند زهره، با تحمل اثرات گلخانه‌ای قوی‌تر، می‌تواند دمای مناسبی برای وجود آب مایع در سطح خود داشته باشد.

تخمین‌ها برای حضور منطقه قابل سکونت یا کمربند حیات در منظومه شمسی حدود 0.38 تا 10.0 واحد نجومی است. تعداد زیادی جرم سیاره‌ای در داخل یا نزدیک به این محدوده می‌چرخند و به همین دلیل نور خورشید را به اندازه کافی دریافت می‌کنند تا دما را بالاتر از نقطه انجماد آب افزایش دهند اما با این حال، شرایط جوی آنها به طور قابل توجهی متفاوت است.

درمورد سیارات فراخورشیدی، زمانی که به دنبال حیات در خارج از منظومه‌ی شمسی می‌گردیم، بهتر است با سیاراتی که دارای ویژگی‌های مشابهی با زمین خودمانند، شروع کنیم. اما «مشابه» یعنی چه؟ سیارات سنگی زیادی در محدوده‌ی ابعاد زمین کشف شده اند که وجود حیات بر آنها محتمل‌تر است. بر اساس آنچه در منظومه شمسی خود مشاهده کرده‌ایم، به نظر می‌رسد که سیارات بزرگ و گازی مانند مشتری، شرایط قابل سکونت بسیار کمتری دارند.  بیشتر این سیارات کشف‌شده‌ی هم‌اندازه با زمین، به دور ستاره‌های کوتوله قرمز می‌چرخند.

کشف سیارات به اندازه زمین در مدارهای وسیع به دور ستارگان جوانی مانند خورشید بسیار دشوارتر است. و البته، وقتی در مورد سیارات فراخورشیدی قابل سکونت صحبت می کنیم، باید به ستاره‌ی میزبان آنها توجه ویژه‌ای داشته باشیم؛ چرا که ستاره‌ی مادر، نیروی غالب در هر منظومه سیاره‌ای است. مناطق قابل سکونت که به طور بالقوه قادر به میزبانی سیارات دارای حیات اند، برای ستارگان داغ‌تر رایج‌ترند. با این حال، این کوتوله‌های قرمز یک عادت بالقوه کشنده دارند، به‌ویژه در سال‌های جوانی؛ شراره‌های متناوب قدرتمندی از سطح آن‌ها فوران می‌کنند. این‌ها می‌توانند سیاره‌هایی را که به دور آنها در حال چرخش هستند، عقیم کنند!

جایی که حیات می‌توانست شکل بگیرد . کوتوله های قرمز کوچک‌تر و کم نورتر، مانند سیستم TRAPPIST-1 مناطق قابل سکونت بسیار محدودتری دارند. سیارات در یک منطقه قابل سکونت نسبتاً محدود کوتوله های قرمز، که بسیار نزدیک به ستاره است، در معرض سطوح شدید پرتو ایکس و اشعه ماوراء بنفش (UV) قرار دارند که می تواند تا صدها هزار بار شدیدتر از آنچه زمین از خورشید دریافت می‌کند، باشد.

از آنجایی که خورشید ما برای نزدیک به 4 میلیارد سال زندگی روی زمین را پرورش داده است، عقل حکم می‌کند که ستارگانی مانند آن می‌توانند نامزدهای اصلی در جستجوی دیگر جهان‌های بالقوه‌ی قابل سکونت باشند. ستاره‌های زرد نوع G مانند خورشید ما، عمر کوتاه‌تری دارند و در کهکشان ما کمتر رایج هستند.

ستارگان کمی سردتر و کم‌نورتر از خورشید ما – کوتوله های نارنجی نامیده می شوند و توسط برخی از دانشمندان به طور بالقوه ستاره‌های میزبان بهتری برای پشتیبانی از حیات هوشمند در نظر گرفته می شوند. آنها می‌توانند به طور پیوسته برای ده‌ها میلیارد سال انرژی تولید کنند. این موضوع، چشم‌انداز زمانی وسیعی را برای تکامل بیولوژیکی باز می‌کند تا آزمایش‌های بسیار زیادی برای تولید اشکال حیاتی پیشرفته انجام شود.

نویسنده: فروغ موسوی فرد

منابع:

1. https://exoplanets.nasa.gov/search-for-life/habitable-zone/
2. https://exoplanets.nasa.gov/trappist1/
3. https://exoplanets.nasa.gov/news/1720/second-earth-sized-world-found-in-systems-habitable-zone/
4. https://en.wikipedia.org/wiki/Circumstellar_habitable_zone