مقالات علمی و روز

جستجو برای حیات در همسایگان سوزان: بررسی امکان زیست در خورشید و عطارد

مقدمه

در تلاش بشر برای یافتن حیات فرازمینی، سیارات و اقمار متعددی در منظومه شمسی و فراتر از آن مورد بررسی قرار گرفته‌اند. با این حال، برخی از اجرام سماوی به دلیل شرایط محیطی حیات از همان ابتدا به عنوان نامزدهای نامناسبی برای میزبانی حیات، به ویژه حیات مبتنی بر کربن و آب که ما می‌شناسیم، در نظر گرفته می‌شوند. در این مقاله، به بررسی علمی و دقیق شرایط خورشید و سیاره عطارد و ارزیابی احتمال وجود حیات در این دو همسایه سوزان منظومه شمسی می‌پردازیم.

بخش اول: خورشید، ستاره‌ای که به ما حیات می‌بخشد، اما آیا خود میزبان حیات است؟

خورشید، ستاره مرکزی منظومه شمسی ما، یک کره غول‌پیکر از گازهای بسیار داغ است که عمدتاً از هیدروژن و هلیوم تشکیل شده است. انرژی عظیم خورشید از طریق واکنش‌های همجوشی هسته‌ای در هسته آن تولید می‌شود، جایی که هیدروژن به هلیوم تبدیل شده و مقادیر شگرفی انرژی به شکل نور و گرما آزاد می‌کند.

۱. شرایط محیطی خورشید:

• دما: دمای سطح خورشید (فتوسفر) حدود 5,5005,5005,500 درجه سانتی‌گراد (9,9409,9409,940 درجه فارنهایت) است. این دما به سمت مرکز خورشید به شدت افزایش می‌یابد و در هسته به حدود 151515 میلیون درجه سانتی‌گراد می‌رسد. حتی در لایه‌های بیرونی‌تر اتمسفر خورشید، مانند تاج خورشیدی (کرونا)، دما می‌تواند به میلیون‌ها درجه سانتی‌گراد برسد.
• فشار: فشار در مرکز خورشید حدود 265265265 میلیارد برابر فشار اتمسفر زمین است.
• ترکیبات شیمیایی: خورشید عمدتاً از هیدروژن (حدود 74%74\%74% جرم) و هلیوم (حدود 24%24\%24% جرم) تشکیل شده است. عناصر سنگین‌تر مانند اکسیژن، کربن، نئون و آهن تنها بخش کوچکی (کمتر از 2%2\%2%) از جرم آن را تشکیل می‌دهند.
• تابش: خورشید منبع عظیمی از تابش‌های الکترومغناطیسی در سراسر طیف، از جمله نور مرئی، فرابنفش، پرتوهای ایکس و گاما، و همچنین ذرات باردار پرانرژی (باد خورشیدی) است.

۲. چالش‌های اساسی برای حیات (آن‌گونه که ما می‌شناسیم):

حیاتی که ما می‌شناسیم، مبتنی بر شیمی کربن و آب به عنوان حلال است. مولکول‌های آلی پیچیده که اساس ساختار سلول‌ها و فرآیندهای بیولوژیکی هستند، در شرایط خورشید با چالش‌های غیرقابل حلی مواجه‌اند:

• تجزیه مولکولی: در دماهای بسیار بالای خورشید، پیوندهای شیمیایی که مولکول‌های پیچیده (مانند DNA، پروتئین‌ها و حتی مولکول‌های ساده‌تر آب) را در کنار هم نگه می‌دارند، فوراً شکسته می‌شوند. اتم‌ها به حالت یونیزه در می‌آیند (الکترون‌های خود را از دست می‌دهند) و پلاسما، که حالت چهارم ماده است، شکل غالب ماده در خورشید است. در چنین شرایطی، تشکیل و پایداری ساختارهای مولکولی پیچیده لازم برای حیات غیرممکن است.
• فقدان حلال مناسب: آب مایع، که برای حیات زمینی ضروری است، نمی‌تواند در دماهای خورشید وجود داشته باشد و فوراً تبخیر و سپس به اتم‌های سازنده‌اش تجزیه می‌شود. هیچ حلال شناخته شده دیگری نیز قادر به پایداری در چنین دماهایی نیست.
• تابش مخرب: سطوح بسیار شدید تابش فرابنفش، پرتو ایکس و گاما در خورشید، هرگونه مولکول آلی را به سرعت تخریب می‌کند و برای ساختارهای بیولوژیکی کشنده است.

۳. آیا اشکال حیات فرضی و متفاوت امکان‌پذیر است؟

برخی ایده‌های بسیار گمانه‌زنانه و خارج از جریان اصلی علم، احتمال وجود اشکال حیات کاملاً متفاوت را مطرح کرده‌اند که مبتنی بر شیمی کربن و آب نیستند. به عنوان مثال:

• حیات مبتنی بر پلاسما: برخی فیزیکدانان نظری، احتمال وجود ساختارهای خودسازمان‌دهنده و پیچیده در پلاسما را مطرح کرده‌اند که می‌توانند ویژگی‌های شبه‌حیات از خود نشان دهند. این ساختارها ممکن است از نیروهای الکترومغناطیسی برای حفظ یکپارچگی خود استفاده کنند. با این حال، این ایده‌ها بسیار نظری هستند و هیچ مدرک تجربی برای حمایت از آن‌ها وجود ندارد و با تعریف استاندارد حیات فاصله زیادی دارند.
• حیات مبتنی بر میدان‌های مغناطیسی: خورشید دارای میدان‌های مغناطیسی بسیار قوی و پیچیده‌ای است. باز هم در حد گمانه‌زنی‌های محض، برخی پیشنهاد کرده‌اند که ممکن است نوعی “حیات” بر اساس این میدان‌ها شکل بگیرد.

مهم است تأکید شود که این‌ها صرفاً گمانه‌زنی‌های نظری هستند و جامعه علمی تقریباً به اتفاق آرا معتقد است که خورشید نمی‌تواند میزبان حیات، به ویژه حیات پیچیده، باشد. شرایط خورشید به حدی داغ است که حتی تصور بنیادی‌ترین بلوک‌های سازنده حیات در آن دشوار است.

نتیجه‌گیری برای خورشید: بر اساس دانش کنونی ما از فیزیک، شیمی و زیست‌شناسی، خورشید مکانی کاملاً نامناسب برای وجود حیات است. انرژی عظیمی که از خورشید ساطع می‌شود برای حیات روی زمین ضروری است، اما خود خورشید یک محیط بسیار خشن و ویرانگر برای هرگونه ساختار بیولوژیکی شناخته شده است.

بخش دوم: عطارد، نزدیک‌ترین سیاره به خورشید، آیا شانسی برای حیات دارد؟

عطارد (تیر) کوچکترین سیاره منظومه شمسی و نزدیکترین سیاره به خورشید است. این نزدیکی باعث می‌شود که عطارد شرایط محیطی بسیار سختی داشته باشد.

۱. شرایط محیطی عطارد:

• دما: عطارد دارای بیشترین نوسانات دمایی در منظومه شمسی است. دمای سطح آن در طول روز (در سمت رو به خورشید) می‌تواند به حدود 430430430 درجه سانتی‌گراد (800800800 درجه فارنهایت) برسد، دمایی که برای ذوب کردن سرب کافی است. در طول شب طولانی عطارد (یک روز عطاردی حدود 176176176 روز زمینی طول می‌کشد)، دمای سطح می‌تواند تا حدود 180−180-180− درجه سانتی‌گراد (290−290-290− درجه فارنهایت) سقوط کند.
• اتمسفر: عطارد دارای یک اتمسفر بسیار رقیق و ناچیز است که “اگزوسفر” نامیده می‌شود. این اگزوسفر عمدتاً از اکسیژن، سدیم، هیدروژن، هلیوم و پتاسیم تشکیل شده است که از سطح سیاره توسط باد خورشیدی و برخورد میکرومتئوروئیدها کنده می‌شوند. فشار این اگزوسفر حدود یک تریلیونم فشار اتمسفر زمین است. این اتمسفر ناچیز قادر به حفظ گرما، محافظت در برابر تابش‌های خورشیدی یا ایجاد فشار کافی برای وجود آب مایع نیست.
• تابش خورشیدی: به دلیل نزدیکی به خورشید و فقدان اتمسفر محافظ، سطح عطارد در معرض بمباران شدید تابش‌های فرابنفش و پرتوهای ایکس خورشیدی و همچنین باد خورشیدی قرار دارد.
• میدان مغناطیسی: عطارد دارای یک میدان مغناطیسی ضعیف اما سراسری است که حدود 1%1\%1% قدرت میدان مغناطیسی زمین را دارد. این میدان مقداری محافظت در برابر باد خورشیدی ایجاد می‌کند.
• آب یخ: یکی از اکتشافات شگفت‌انگیز در مورد عطارد، وجود آب یخ در دهانه‌های قطبی است که به طور دائم در سایه قرار دارند. دمای این مناطق همیشه زیر نقطه انجماد باقی می‌ماند و یخ می‌تواند برای میلیاردها سال پایدار بماند. منشأ این یخ ممکن است برخورد دنباله‌دارها یا سیارک‌های غنی از آب باشد.

۲. چالش‌های اساسی برای حیات در عطارد:

شرایط عطارد نیز برای حیات آن‌گونه که ما می‌شناسیم بسیار نامساعد است:

• نوسانات شدید دما: تغییرات عظیم دما بین روز و شب، پایداری هرگونه مولکول آلی پیچیده را دشوار می‌سازد.
• فقدان اتمسفر قابل توجه: عدم وجود اتمسفر به معنای فشار بسیار پایین (نزدیک به خلأ)، عدم محافظت در برابر تابش‌های مضر کیهانی و خورشیدی، و عدم امکان وجود آب مایع در سطح است.
• تابش شدید: تابش‌های شدید خورشیدی می‌تواند DNA و سایر مولکول‌های بیولوژیکی را تخریب کند.
• فقدان آب مایع در سطح: به دلیل دمای بالا در روز و فشار پایین اتمسفر، آب مایع نمی‌تواند در سطح عطارد پایدار بماند و به سرعت یا می‌جوشد یا تصعید می‌شود (مستقیماً از جامد به گاز تبدیل می‌شود).

۳. آیا آب یخ در قطب‌ها می‌تواند نشانه‌ای از پناهگاه‌های حیات باشد؟

وجود آب یخ در دهانه‌های همیشه در سایه قطب‌های عطارد، این سوال را ایجاد کرده است که آیا ممکن است در زیر این لایه‌های یخ، یا در مرز بین یخ و سنگ، محیط‌هایی با دمای پایدارتر و شاید حتی آب مایع (در اثر گرمای داخلی یا فشار) وجود داشته باشد که بتواند از حیات میکروبی بسیار مقاوم پشتیبانی کند.

با این حال، حتی در این مناطق نیز چالش‌ها بسیار زیادند:

• منبع انرژی: حیات به منبع انرژی نیاز دارد. در غیاب نور خورشید، میکروب‌ها باید به منابع انرژی شیمیایی (کموسنتز) تکیه کنند، که ممکن است در عطارد محدود یا غایب باشند.
• مواد مغذی: در دسترس بودن سایر عناصر ضروری برای حیات (مانند کربن، نیتروژن، فسفر) در این محیط‌ها نامشخص است.
• تابش: اگرچه این مناطق در سایه دائمی هستند، اما همچنان در معرض تابش‌های کیهانی قرار دارند.

دانشمندان معتقدند که احتمال وجود حیات در این مناطق یخی بسیار کم است، اما کاملاً غیرممکن نیست، به خصوص اگر منظورمان حیات میکروبی بسیار ساده و مقاوم باشد. با این حال، تاکنون هیچ مدرک مستقیمی برای وجود چنین حیاتی یافت نشده است.

۴. جستجوهای گذشته و آینده:

فضاپیماهایی مانند مارینر ۱۰ (Mariner 10) و مسنجر (MESSENGER) اطلاعات ارزشمندی در مورد عطارد جمع‌آوری کرده‌اند. مأموریت فعلی بپی‌کلمبو (BepiColombo)، که یک پروژه مشترک بین آژانس فضایی اروپا (ESA) و آژانس کاوش‌های هوافضای ژاپن (JAXA) است، قرار است در اواخر سال ۲۰۲۵ به مدار عطارد برسد و مطالعات دقیق‌تری در مورد این سیاره، از جمله مناطق قطبی آن، انجام دهد. اگرچه هدف اصلی این مأموریت جستجوی مستقیم حیات نیست، اما داده‌های آن می‌تواند به درک بهتر ما از پتانسیل سکونت‌پذیری (هرچند بسیار کم) عطارد کمک کند.

نتیجه‌گیری برای عطارد: عطارد سیاره‌ای با شرایط محیطی بسیار خشن است. نوسانات شدید دما، فقدان اتمسفر قابل توجه و تابش شدید خورشیدی، آن را به مکانی بسیار نامناسب برای حیات، آن‌گونه که ما می‌شناسیم، تبدیل کرده است. اگرچه وجود آب یخ در قطب‌ها نقطه امیدی ضعیف برای وجود احتمالی حیات میکروبی بسیار مقاوم در پناهگاه‌های زیرسطحی ایجاد می‌کند، اما این احتمال بسیار کم تلقی می‌شود و نیازمند شواهد بسیار قوی‌تری است. در حال حاضر، عطارد به عنوان یک سیاره غیرقابل سکونت در نظر گرفته می‌شود.

نتیجه‌گیری کلی

بر اساس درک فعلی ما از الزامات حیات، نه خورشید و نه عطارد مکان‌های مناسبی برای میزبانی از آن نیستند. خورشید با دما و تابش فوق‌العاده بالای خود، هرگونه ساختار مولکولی پیچیده را نابود می‌کند. عطارد نیز با نوسانات شدید دمایی، اتمسفر ناچیز و بمباران تابشی، محیطی بسیار خشن برای بقای حیات ارائه می‌دهد. اگرچه وجود آب یخ در قطب‌های عطارد جای بررسی بیشتر دارد، اما در مجموع، این دو جرم سماوی در پایین‌ترین رده‌های فهرست مکان‌های بالقوه برای یافتن حیات در منظومه شمسی قرار می‌گیرند. 

تحقیق و تدوین:سید محمد[کلاس هشتم دوره اول متوسطه] با استفاده از منابع  معتبر و دقیق و بروز ترین اطلاعات موجود در سال 2024 و موارد زیر:

• داده‌های مأموریت‌های فضایی به عطارد: مانند مأموریت MESSENGER (ناسا) و مأموریت در حال انجام BepiColombo (آژانس فضایی اروپا و ژاپن).
• داده‌های رصدهای خورشیدی: از طریق تلسکوپ‌های زمینی و فضایی مانند Parker Solar Probe (ناسا) و Solar Orbiter (آژانس فضایی اروپا).
• مقالات علمی منتشر شده در ژورنال‌های تخصصی: مانند The Astrophysical Journal (برای خورشید)، Icarus و Journal of Geophysical Research: Planets (برای عطارد و سیاره‌شناسی).
• گزارش‌ها و وب‌سایت‌های رسمی سازمان‌های فضایی: نظیر NASA (nasa.gov) و ESA (esa.int).
• ادبیات علمی در زمینه اخترزیست‌شناسی (Astrobiology) و بررسی محدودیت‌های حیات در محیط‌های (extreme environments).