جواني پُر هياهوي خورشيد و سرچشمه هاي حيات

بيست و هفتمين مجمع عمومي انجمن بين المللي نجوم در ريودژانيرو برزيل روز 22 مرداد امسال به کار خود پايان داد. انجمن بين المللي نجوم بيش از 10 هزار عضو فعال مستقل از 100 کشور دنيا دارد و اين گردهمايي را هر سال برگزار مي کند. در مجمع امسال 2109 شرکت کننده از سراسر جهان حضور داشتند و در پايان مجمع چهار کشور جديد به جمع اعضاي انجمن پيوستند. در اين گردهمايي شش سمپوزيوم، 16 جلسه ي بحث، و ده جلسه ي ويژه به همراه تعدادي جلسات پرسش و پاسخ بين اخترشناسان سراسر دنيا برگزار شد.
يکي از داغ ترين موضوعات مطرح شده در اين مجمع بررسي شرايط اخترفيزيکي مطلوب براي رشد و بقاي حيات ابتدايي بود. تحقيقات جديد نشان مي دهند که ستاره هاي تازه متولد شده، در مقايسه با ستارگان ميان سال مانند خورشيد، سريع تر به دور خود مي چرخند و ميدان هاي مغناطيسي بسيار قدرتمندي را توليد مي کنند که سبب تابش سطوح شديدتري از پرتو ايکس، پرتو فرابنفش و ذرات باردار مي شوند. همه ي اين ها مي توانند جوّ در حال شکوفايي را نابود کنند و اثرات چشمگيري بر رشد اشکال در حال تکوين حيات بگذارند.
يکي از پرسش هاي کليدي در علوم طبيعي امروز اين است که حيات چقدر در عالم کمياب است؟ اختر زيست- شناسان، به کمک تخصص چند رشته اي خود در زيست شناسي، زمين شناسي، فيزيک، و اخترشناسي، به بررسي وجوه مختلف اين پرسش عميق و به طور واضح به اين مي پردازند که شرايط در اطراف انواع مختلف ستاره در ابتداي شکل گيري عالم چگونه به شکوفايي حيات در منظومه ي سياره اي کمک مي کند يا مانع از آن مي شود.
خورشيد ترسناک و مهيب است؛ گوي اَبَرداغي به جرم 300 هزار برابر زمين که مقادير گزافي انرژي گسيل مي کند و توده هاي عظيمي از پلاسماي داغ را تا ميليون ها کيلومتر دورتر در فضا پرتاب مي کند. تابش شديد اين نيروگاه عظيم در نزديکي آن مرگبار است. اما براي سياره اي مانند زمين، که در فاصله اي ايمن از اين فوران هاي خشن مي گردد و در تابشي ملايم «آفتاب مي گيرد»، خورشيد مهياکننده ي ذخيره ي انرژي ثابت لازم براي حفظ حيات است. خورشيد اکنون، با 4/5 ميليارد سال سن، ملايم و ميان سال است و جواني پرهياهوي خود را پشت سر گذاشته است.
ادوارد گينن، استاد نجوم و اخترفيزيک در دانشگاه ويلانوواي ايالات متحده، و گروه پروژه ي او موسوم به «خورشيد در گذر زمان» ستاره هاي شبيه به خورشيد را در مراحل مختلف زندگي شان بررسي کردند. اين «نمايندگان خورشيد» به دانشمندان امکان مي دهند که از ميان پنجره اي در زمان به شرايط ناملايم حاکم بر گذشته و آينده ي منظومه شمسي و نيز منظومه اي سياره اي اطراف ديگر ستاره ها نظري بيندازند. اين بررسي ها موجب ديدي عميق تر به سرچشمه هاي حيات روي زمين مي شوند و آشکار مي کنند که شکل گيري حيات در هر کجاي ديگر عالم چقدر محتمل يا (نامحتمل) است. اين بررسي نشان داد که خورشيد در دوران جواني خود (بيش از 4 ميليارد سال پيش) 10 بار سريع تر از امروز به دور خودش مي چرخيده است. بنابراين ميدان مغناطيسي آن قوي تر بوده و پرتو ايکس و فرابنفشي چند صد برابر امروز گسيل مي کرده است.
گروهي به رهبري يان ماتياس گرايس ماير ازهلند به بررسي نوع ديگري از ميدان مغناطيسي پرداختند؛ يعني ميدان سيارات. آنها دريافتند که حضور ميدان مغناطيسي سياره اي نقش مهمي در تعيين پتانسيل هاي شکل گيري حيات بر ديگر سيارات دارد، زيرا مي تواند در برابر اثرات طوفان هاي شديد اما کم عمر ذرات در هنگام فوران ماده از تاج ستاره و نيز حملات ديرپاي ذرات در بادهاي ستاره اي نقش محافظ را بازي کند. ميدان مغناطيسي همچنين مانع از پراکنده شدن جوّ سياره مي شود و مانند سپري از سياره در برابر پرتوهاي کيهاني نيز محافظت مي کند. اين دانشمندان بر اين باورند که شايد نبود ميدان مغناطيسي در اطراف مريخ باعث شده که امروز مريخ جوّي ندارد.
نتيجه ي تعجب آور ديگري که از تحقيقات گروه گينن به دست آمده اين است که خورشيد ظاهراً ستاره ي ايده آل براي منظومه اي داراي حيات نيست! هر چند بحث کردن در اين باره، با توجه به «موفقيت» خورشيد در پرورش حيات و اين حقيقت که خورشيد تنها ستاره اي است که مي دانيم سياره اي ميزان حيات دارد، کمي دشوار است. تحقيقات نشان مي دهند که ستاره ي ايده آل براي پشتيباني ده ها ميليارد ساله از سياراتِ داراي حيات بايد «کوتوله اي نارنجي» با اندازه ي کوچک تر و عمر بيشتر از خورشيد- حدود 20 تا 40 ميليارد سال- باشد. اين ها، که ستاره هاي رده ي K هم خوانده مي شوند، ستاره هاي پايداري اند که منطقه ي مسکوني شان ده ها ميليارد سال سر جاي خود باقي مي ماند. آنها 10 بار فراوان تر از خورشيدند. همچنين آنها در بخش ديگري از تحقيقات خود دريافتند که سياراتي مانند زمين نيز الزاماً سياراتي ايده آل براي شکوفايي حيات نيستند! سياراتي با دو يا سه برابر جرم زمين، با گرانش بيشتر، بهتر مي توانند جوِّ خود را حفظ کنند. همچنين ممکن است هسته ي آهني بزرگ تري داشته باشند که ميدان مغناطيسي قوي تري توليد کند و سياره را در برابر يورش پرتوهاي کيهاني مخافظت کند. افزون بر اين، سياره اي بزرگ تر بسيار آهسته تر سرد مي شود و حفاظ مغناطيسي را بيشتر حفظ مي کند. احتمال ميزباني حيات در چنين سياراتي به مراتب بيشتر است.
مانفرد کونتز، استاد فيزيک در دانشگاه تگزاس، و همکارانش هر دو اثر مخرب و مطلوب تابش فرابنفش ستاره ها را بر ملکول دي اِن اِي بررسي کردند. به اين ترتيب توانستند به بررسي اين اثرات بر ديگر اشکال حيات کربني فراخورشيدي در مناطق مسکوني اطراف ديگر ستاره ها پي ببرند. مهم ترين تخريب مربوط به تابش فرابنفش C است که به مقدار زياد در نور سپهر ستاره هاي داغ تر رده ي طيفي F و در فام سپهر ستاره هاي خنک تر رده ي طيفي K و ستاره هاي سرخ رده ي M توليد مي شود. خورشيد ما ستاره اي متوسط و زرد از رده ي طيفي G است. محيطي که پرتوهاي فرابنفش و کيهاني در اطراف يک ستاره ايجاد مي کنند ممکن است «انتخاب» کنند که چه نوعي از حيات مي تواند اطراف آن ستاره شکل بگيرد.
روکو مانچينلي، از مؤسسه ي جستجوي حيات فرازميني (ستي)، در تحقيقات خود به اين نتيجه رسيده که وقتي زمين دست کم 3/5 ميليارد سال پيش شکل گرفت بايد به مدت يک ميليارد سال تابش شديد پرتو فرابنفش خورشيدي را تحمل مي کرد تا اکسيژن آزاد شده از اشکال حيات لايه ي محافظ اُزُن را بسازد. مانچينلي، به بررسي دي ان اي پرداخت تا درباره ي شيوه هاي حفاظتي در برابر پرتو فرابنفش، که در اشکال ابتدايي حيات شکل گرفتند و هنوز به شکلي قابل تشخيص وجود دارند، کاوش کند. از آنجايي که هر نوع حيات در منظومه هاي سياره اي ديگر نيز بايد با تابش ستاره ي مادر خود مقابله کند، اين روش هاي حفاظت از موجودات زنده در برابر تابش فرابنفش به عنوان مدلي براي حيات فرازميني در خدمت گرفته مي شوند. مي توان تابش فرابنفش را نوعي سازوکار انتخاب دانست. هر سه نوع حيات موجود امروز روش هاي مشابهي براي حفاظت در برابر تابش فرابنفش دارند؛ از جمله، سازوکار اصلاح و نوسازي دي ان اي و پناه گرفتن در آب يا سنگ. موجوداتي که اين روش ها را به کار نبستند همان اوايل از بين رفتند.
دانشمندان همه بر اين نظرند که مي دانيم حيات چقدر همه جا حاضر و در ضمن شکننده است اما در عين حال دوره ي مسکوني بودن زمين-از نظر زمان بندي کيهان شناختي-تقريباً به پايان رسيده است. درنيم تا يک ميليارد سال آينده خورشيد زيادي درخشان و داغ مي شود، به حدي که آب نمي تواند به صورت مايع وجود داشته باشد و اين منجر به اثر گلخانه اي شديدي طي 2 ميليارد سال آينده مي شود.
منبع: www.iau.org
منبع: نشريه نجوم، شماره 188