اگر از آن دسته افرادی هستید که به آسمان شب علاقه دارید، حتماً تا بحال به تماشای کمان کهکشان راه شیری که در یک آسمان تاریک و صاف به دور از آلودگی نوری قابل مشاهده است، نشسته‌اید. تماشای این منظره حیرت‌آور یکی از خاص‌ترین توانایی‌ هر انسانی است که با سؤالات بسیاری نیز همراه است. برای مثالً احتمالا بخواهید بدانید که کهکشان راه شیری چند سیاره دارد؟ یا چند ستاره در درون این کهکشان جای گرفته است؟ آیا حیات در جای فرد دیگر از این کهکشان یافت شده است؟ در این مقاله تصمیم داریم به این سؤالات جواب دهیم.

سیاراتِ فراتر از منظومه شمسی

وجود سیارات دیگر در کهکشان راه شیری، به‌خصوص سیاراتی که شبیه سیارات منظومه شمسی می باشند، مدام برای علاقه‌مندان به علم دلنشین بوده است. تلاش برای یافتن این سیارات و فهمیدن ویژگی‌های آن‌ها به قبل‌های دور بازمی‌گردد – به‌خصوص وقتی که آلودگی نوری در محل تجمع و زندگی انسان‌ها نبوده است، افراد شوق بیشتری نسبت به این نوشته داشتند.

این مسیٔله که آیا حیات در دیگر سیارات عالم وجود دارد، ازجمله موضوعات فرد دیگر بوده است که بشر برای زمان‌های طویل تلاش کرده تا به آن جواب دهد. بااین‌حال، مطالعات تاریخی نشان داده است که در ابتدا فکر می‌شد تنها سیاره سنگی عالم سیاره زمین است، بعد هیچ حاضر زنده فرد دیگر در عالم یافت نخواهد شد. این ادعا به باور یونیان در زمان دانشمند بزرگ «ارسطو» بازمی‌گردد. در آن زمان نظر بر این می بود که کره زمین مرکز عالم است و هرآنچه که در عالم قرار دارد به دور زمین می‌چرخد.

با این فکر، یونانیان پیرو ارسطو نظر داشتند که هیچ سیاره سنگی فرد دیگر در عالم وجود ندارد؛ چون خاک، به‌گفتن سنگین‌ترین عنصر عالم، مدام تمایل دارد در مرکز عالم (کره زمین) تجمع کند. بدین‌ترتیب هیچ خاک و سنگی در هیچ جای فرد دیگر از عالم نمی‌تواند وجود داشته باشد.

قرن‌ها طول کشید تا اندیشمندان قرون وسطی به مخالفت با ارسطو برخیزند. دانشمند بزرگ «کوپرنیک» دریافت که کره زمین مرکز عالم نیست و همه‌چیز به دور آن نمی‌چرخد، بلکه خورشید آن چیزی است که زمین و دیگر سیارات به دور آن درحال گردش می باشند.

به‌این‌ترتیب، او گفت و گو درمورد وجود و تعداد سیارات کهکشان راه شیری ادامه داشت تا این که مطالعات دو دانشمند بزرگ، «گالیله» و «نیوتن» نشان داد که منظومه شمسی با همه سیارات خود تنها یکی از بی‌شمار منظومه‌های سیاره‌ای در عالم است. اما آیا می‌توان تخمینی از تعداد سیارات کهکشان راه شیری ارایٔه کرد؟‌ جواب به این سوال نیازمند دهه‌ها پیشرفت تکنولوژی می بود تا اخترشناسان رصدهایی پیشرفته از کیهان انجام بدهند و به سیاراتی خارج از منظومه شمسی اشکار کنند که به دور ستاره‌ای همانند خورشید درحال گردش می باشند. این سیارات، «سیارات فراخورشیدی» نام دارند.

کشف اولین سیاره فراخورشیدی در کهکشان راه شیری

اولین شواهد وجود سیارات فراخورشیدی در سال ۱۹۸۴ اشکار شد. رصدخانه «لاس کامپاناس» در شیلی، توانست گاز و غبار اطراف ستاره «Beta Pictoris» را ثبت کند که در نوع خود یک عکس تاریخی به‌حساب می‌آید. پیش‌ازاین، دانشمند «امانوئل سویدنبورگ» این نظریه را نقل کرده می بود که سیارات از تجمع ذرات گاز و غبار به‌وجود می‌آیند، بعد می‌توان در هرجایی از عالم سیارات را اشکار کرد. در زمان کشف اولین سیاره فراخورشیدی، نظریه سویدنبورگ در جامعه علمی از مقبولیت بالایی برخوردار می بود و دانشمندان گمان کردند که گاز و غبار رصدشده درحقیقت یک پیش‌سیاره درحال شکل‌گیری است.

در سال ۱۹۹۲، «الکساندر ولشچان» و «دیل فریل» اولین سیاره خارج از منظومه شمسی – نه فقط گاز و غبار اطراف آن – را کشف کردند که «PSR B1620-26 b» نام گرفت. بااین‌حال، تا این مدت اشکار نبوده است که این سیاره به دور چه ستاره‌ای درحال گردش است.

در مطالعات بعدی، سرانجام در سال ۱۹۹۵، «دیدیه کلوز» و«میشل مایور» موفق به کشف سیاره‌ای شدند که به دور یک ستاره خورشیدمانند درحال گردش می بود و بدین‌ترتیب اولین سیاره فراخورشیدی در تاریخ کشف شد. این سیاره «۵۱ Pegasi b» نام دارد و به دور ستاره «۵۱ Pegasi» می‌گردد. این سیستم سیاره‌ای نزدیک به ۵۰ سال نوری از زمین فاصله دارد.

این کشف دقت دانشمندان را به‌سمت سیارات فراخورشیدی جذب کرد. اکنون که وجود سیارات دیگر در خارج از منظومه شمسی به اثبات رسیده می بود، اخترشناسان کنجکاو بودند رازهای دیگر سیارات کهکشان راه شیری را نیز کشف کنند.

تلاش برای یافتن سیارات زیاد تر

علی‌رغم کشف‌های صورت‌گرفته، جو زمین مانعی برای مطالعات زیاد تر می بود؛ چون به‌سادگی می‌تواند کشف سیارات فراخورشیدی یا مطالعه اتمسفر آن‌ها را ناممکن سازد. بعد برای یافتن سیارات فراخورشیدی زیاد تر، تلسکوپ‌های زمینی چندان کارآمد نبودند. دانشمندان در ابتدا به‌سراغ تنها گزینه حاضر یعنی «تلسکوپ فضایی هابل» رفتند. آن‌ها تصمیم داشتند با منفعت گیری از این تلسکوپ، نور ستاره‌ای که سیاره فراخورشیدی به دور آن می‌گردد، مطالعه کنند. تغییرات تناوبی در روشنایی این ستاره نشان‌دهنده گردش سیارات به دور آن است و به‌این‌ترتیب می‌توان دوره تناوب گردش سیارات را نیز تعیین کرد.

با داغ‌شدن بازار یافتن این سیارات و مطالعه آن‌ها، تلسکوپ‌های فرد دیگر به فضا پرتاب شدند.

در سال ۲۰۰۳، کانادا تلسکوپ فضایی «MOST» را به فضا فرستاد. این تلسکوپ به‌اندازه یک چمدان می بود و به‌طور خاص برای شناسایی تغییرات در روشنایی ستاره‌ها طراحی شده می بود. MOST بیشتر از ۱۵ سال به مطالعه سیارات فراخورشیدی پرداخت.

در همان سال، ناسا تلسکوپ فضایی «Spitzer» را به فضا فرستاد. Spitzer یک تلسکوپ تجهیزبه ابزار رصدی فروسرخ می بود. با این که این تلسکوپ به‌طور خاص برای مطالعه سیارات کهکشان راه شیری ساخته نشده می بود، اما ابزارهای آن زمان خوبی را برای مطالعه اتمسفر این اجرام فراهم کردند. برای مثال، اخترشناسان با پشتیبانی این تلسکوپ، اولین نقشه از دمای اتمسفر یک سیاره فراخورشیدی را تهیه کردند.

در ادامه این مطالعات، آژانس فضایی اروپا در سال ۲۰۰۶ تلسکوپ «CoRoT» را در مدار زمین مستقر کرد. مقصد این تلسکوپ نیز شناسایی تغییرات نور ستارگان زمان عبور سیاره‌ها از روبه رو آن‌ها می بود. CoRoT در سال ۲۰۱۴ بازنشسته شد. این تلسکوپ ۳۴ سیاره فراخورشیدی و بیشتر از ۶۰۰ سیاره احتمالی را کشف کرد.

با اهمیت ترین اتفاقات در شناسایی و مطالعه دیگر سیارات کهکشان راه شیری، پرتاب تلسکوپ فضایی «Kepler» در سال ۲۰۰۹ می بود. برنامه کپلر این می بود که با رصد پهنه‌ گسترده‌ای از آسمان، تغییرات نور بیشتر از ۱۵۰ هزار ستاره را رصد کند تا بتواند سیارات فراخورشیدی احتمالی را کشف کند.

تکنولوژی پیشرفته کپلر این امکان را به اخترشناسان می‌داد که سیارات کوچک‌تری را کشف کنند که پیش‌ازاین کشف آن‌ها ممکن نبوده است. سیاره «Kepler-10b» اولین سیاره‌ای می بود که کپلر کشف کرد. این سیاره درحقیقت کوچک‌ترین سیاره کشف‌شده تا آن زمان نیز می بود. این سیاره سنگی تنها ۱.۴ برابر زمین است.

کپلر به زمان ۴ سال به فعالیت خود در ادامه گفت تا درنهایت فاز اول مأموریت آن به‌علت یک نقص فنی آخر یافت. در این زمان، این تلسکوپ فضایی توانست بیشتر از هزار سیاره فراخورشیدی اشکار کند. مهندسان ناسا در سال ۲۰۱۴ توانستند تلسکوپ کپلر را مجدد تنظیم کنند تا فاز دوم مأموریت‌های آن اغاز شود.

کپلر در دوران اوج فاز دوم مأموریت خود بیشتر از ۱۲۰۰ سیاره دیگر در کهکشان راه شیری کشف کرد. اخترشناسان تخمین می‌زنند که نزدیک به ۴۰ درصد این سیارات سنگی و شبیه زمین باشند. کشف نزدیک‌ترین سیاره فراخورشیدی به زمین در مدار ستاره «پروکسیما قنطورس»، منظومه دلنشین «TRAPPIST-1» با هفت سیاره شبیه زمین و منظومه «کپلر ۹۰» با هشت سیاره از کشف‌های قابل‌دقت کپلر می باشند.

کپلر در پاییز ۲۰۱۸ به مأموریت خود آخر داد. چند ماه پیش از این تاریخ، ناسا تلسکوپ فضایی «TESS» را برای یک مأموریت شناسایی سیارات فراخورشیدی به مدار زمین فرستاده می بود. برنامه این تلسکوپ دوساله می بود، اما هم چنان به فعالیت خود ادامه می‌دهد. تلسکوپ فضایی جیمز وب نیز که هم‌اکنون مشغول فعالیت است، تجهیزبه گسترش یافتهترین ابزار برای کشف و مطالعه سیارات فراخورشیدی است.

سیارات کهکشان راه شیری

با این اوصاف تعداد سیارات فراخورشیدی کشف‌شده با تلسکوپ‌های فضایی و زمینی تا سال ۲۰۲۴ از مرز ۵۵۰۰ گذشت. تلسکوپ فضایی کپلر قسمت بزرگی از این سیارات را اشکار کرده است. یقیناً باید او گفت که این فقط تعداد سیاراتی است که اخترشناسان سیاره بودن آن‌ها را قبول کرده‌اند؛ هزاران کاندید دیگر در بین یافته‌های این تلسکوپ‌ها وجود دارند که تا این مدت سیاره بودن آن‌ها به‌صورت قطعی قبول نشده‌ است. به‌این‌ترتیب، اخترشناسان هم چنان به کشف سیارات فراخورشیدی در داده‌های قدیمی ادامه خواهند داد.

با همه این تاریخچه‌ای که تعریف کردیم، ناسا می‌گوید عصر اکتشاف سیارات کهکشان راه شیری تازه اغاز شده است. انتظار می‌رود با افزایش داده‌های تلسکوپ فضایی جیمز وب و منفعت گیری از الگوریتم‌های هوش مصنوعی برای کشف ردپای سیارات در انبوهی از داده‌ها، تعداد سیارات کشف‌شده در کهکشان راه شیری با نرخ بی‌سابقه‌ای افزایش یابد.

بااین‌حال، دانشمندان باور دارند سیاراتی که تا بحال کشف شده‌اند، تنها کسر ناچیزی از سیاراتی می باشند که در کهکشان راه شیری وجود دارند. اخترشناسان گفتن می‌کنند که برای تخمین درست تعداد سیارات، ابتدا باید تعداد ستاره‌ها را تخمین زد. سپس با تخمین این که هر ستاره به‌صورت میانگین چند سیاره در اطراف خود دارد، آنگاه می‌توان تعداد درست سیارات کهکشان راه شیری را یافت. در این شمارش نباید سیاره‌هایی را که به دور ستاره‌ای نمی‌گردند و یا به دور اجرامی همانند سیاه‌چاله‌ها می‌گردند، فراموش کنیم.

تخمین تعداد سیارات کهکشان راه شیری کار ساده‌ای نیست. اخترشناسان تخمین می‌زنند کهکشان راه شیری چیزی بین ۱۰۰ میلیارد تا ۴۰۰ میلیارد ستاره دارد. این تخمین با منفعت گیری از داده‌های رصدی تلسکوپ‌های گوناگون همانند تلسکوپ «GAIA» به‌دست آمده است که نزدیک به ۱.۷ میلیارد ستاره را مورد مطالعه قرار داد.

با دقت به این نکات، تخمین تعداد سیارات دشوار است. برخی اخترشناسان نظر دارند که به‌صورت میانگین یک یا دو سیاره به دور هر ستاره در کهکشان راه شیری درحال گردش است. در این صورت به‌طور تخمینی می‌توان او گفت که به گمان زیادً تعداد سیاره‌های کهکشان راه شیری برابر با تعداد ستاره‌های آن و یا اندکی زیاد تر باشد. بعد کهکشان ما در کمترین حالت نزدیک به ۱۰۰ میلیارد و در بیشترین حالت به گمان زیادً نزدیک به ۸۰۰ میلیارد ستاره دارد.

یقیناً نباید فراموش کرد که این تخمین بر پایه مشاهدات محدود ماست. محدودیت ابزارها در رصد هم چنان شناسایی ستاره‌های با چندین سیاره را برای ما دشوار کرده است – به‌جز در موارد خاص که ستاره‌هایی با بیشتر از دو ستاره کشف شده است. برخی نیز نظر دارند که به گمان زیادً این ستاره‌ها زیاد تر از دو سیاره دارند و این ناتوانی تجهیزات رصدی ما در کشف آن‌ها است. به عبارت دیگر، تجهیزات رصدی ما تا این مدت به‌قدری پیشرفته نشده که بتوانیم همه سیاره‌های یک ستاره را کشف کنیم. تعداد بسیاری از سیاره‌هایی که دیده‌ایم زیاد بزرگ می باشند و یا در فاصله نزدیک از ستاره به دور آن می‌گردند که همین امر شناسایی آن‌ها را ساده می‌کند.

آن‌ها اعتقاد دارند که منظومه شمسی یک منظومه متداول در کهکشان راه شیری است و باید فکر کنیم که هر ستاره به‌طور میانگین ۸ سیاره در مدار خود دارد. با این فکر، تعداد احتمالی سیارات کهکشان راه شیری در بیشترین حالت به ۳.۲ تریلیون می‌رسد. این چنین این مسئله را نیز باید درنظر داشت که اطلاعات ما از سیاراتی که در مدار ستاره‌ها قرار ندارند زیاد اندک است و نمی‌توانیم تخمینی از آن‌ها داشته باشیم. بااین‌حساب می‌توان به‌صورت سرانگشتی تعداد سیارات کهکشان راه شیری را چندین تریلیون تخمین زد!

حیات در سیارات کهکشان راه شیری

کشف حیات در سیارات دیگر نیازمند کشف برخی عناصر خاص همانند آب و اکسیژن و برخی گازها است که به‌گفتن ملزومات حیات شناخته خواهد شد. برای این کار، اخترشناسان از روش طیف‌سنجی منفعت گیری می‌کنند. بااین‌حال، وجود این ترکیبات مهر قبول نهایی بر وجود حیات در یک سیاره نیست و باید مطالعات گسترده‌تری انجام داد تا بتوان ادعا کرد که حیات در یک سیاره وجود دارد. دقت داشته باشید که حیات لزوماً به‌معنی آنچه که در زمین مشاهده می‌شود، نیست بلکه می‌توان ناظر گونه‌های فرد دیگر از حیات در دیگر سیارات می بود.

بااین‌حال، تا بحال هیچ‌یک از میلیون‌ها مطالعه انجام‌شده با مقصد یافتن حیات در سیارات دیگر پیروزی‌آمیز نبوده و وجود حیات در سیاره‌ای غیر از زمین هم چنان به‌گفتن یک معمای حل‌نشدنی باقی مانده است.

جمع‌بندی

در این مقاله دانسته‌های خود درمورد سیارات کهکشان راه شیری را مرور کردیم. دیدیم که این سیارات از دوران باستان در ذهن انسان‌ها وجود پررنگی داشته‌اند. با تاریخچه کشف اولین سیاره‌های فراخورشیدی آشنا شدیم و دیدیم که چه تلسکوپ‌هایی برای شناسایی آن‌ها به فضا فرستاده شده‌اند. خواندیم که کهکشان راه شیری چند ستاره و سیاره دارد و این اعداد چطور تخمین زده شده‌اند. درنهایت به حیات در سیارات کهکشان راه شیری اشاره کردیم.

سؤالات متداول