اثبات جرم گمشده یا ماده تاریک:

از دو روش می توانیم پدیده ای را اثبات کنیم. یکی مشاهده پدیده و یا اثر جاذبه آن بر اجرام آسمانی.

هنگامی که در شبی تاریک به آسمان صاف می نگریم حداکثر حدود6000 ستاره را با چشمان عاری از هر ابزار رصدی می بینیم.آنچه را که ما با چشمان غیر مسلح می بینیم فقط تعدادی از ستاره های کهکشان ما هستند،در حالی که 80000 میلیارد میلیارد ستاره در عالم وجود دارند.محاسبه ساده نشان می دهد که جرم تمامی ستاره های عالم (16×10به توان 52) کیلو گرم است. اگر جرم سیاهچاله ها و ابر های عظیم گازهای فضایی میان ستاره ای را به آن اضافه کنیم عدد بزرگی که خارج از تصور ماست به دست        می آید.اما این فقط پنج تا ده درصد کل عالم را تشکیل می دهد. بقیه به شکل ماده ای است که ما       نمی توانیم ببینیم،اما به دلیل اثری که روی حرکت ستاره ها و آنچه می بینیم می گذارد شک نداریم که وجود دارد. بیشتر اجرام سماوی در ساختارهایی که آنها را کهکشان می نامیم قرار دارد.خود کهکشان ها در گروههایی کنار هم جمع می شوند و از گرد آمدن گروهها خوشه های کهکشانی و از اجتماع آنها ابر خوشه ها پدید می آید. هر یک ازاین ساختارها حول نقطه ای که مرکز جرم مجموعه است می گردد.ما میتوانیم با روش های مختلف جرم هر یک از این کهکشان ها را به دست آوریم. با استفاده از نوری که به ما می رسند تعداد ستاره های آن را به دست آوریم و جرم کل را تخمین بزنیم.روش دیگر استفاده از سرعت دوران حول مرکز جرم مثلا مرکز کهکشان است.ما می توانیم این سرعت را با بررسی کهکشان هایی که از روی زمین از پهلو دیده می شوند به دست آوریم.در سال 1933 مریتز زوییکی حرکت کهکشان های دور را با هر دو روش بررسی کرد. اما هنگامی که نتایج را مقایسه کرد متوجه شد که چهارصد برابر با یکدیگر فرق دارند.او این اختلاف را به اثر جرم ناپیدایی نسبت دادکه قابل مشاهده نبود و آن را جرم گمشده نامید.حضور جرم گمشده در سنجش سرعت  چرخش کهکشان مشخص می شود.تک ستاره های داخل کهکشان نیزمانند سیارات در منظومه شمسی رفتار می کنند و حول مرکز کهکشان می گردند. هر چقدر ستاره دورتر باشد سرعت آن کمتر است(قانون دوم دوپلر)این قوانین می گویند سرعت چرخش آنها بستگی به فاصله آنها از هسته و جرمشان در مدار دارند..اما سرعت هایی که با توجه به مقدار جابجایی دوپلری برای ستاره های دور دست به دست آمده نشان می دهد که آنها بسیار سریعتر از آچه که قانون دوم دوپلر تعیین می کند حرکت می کنند.با این سرعت زیاد ستاره ها نمی توانند در کهکشان باقی بمانند و باید به سمت بیرون کهکشان پرتاب شوند،همانطور که در لبه های کهکشان میزان نور به سرعت کم می شود انتظار می رود که سرعت هم کم شود ولی هچنین اتفاقی نمی افتد و سرعت نسبت به جسم بالا می باشد.سرعت کهکشان های موجود در خوشه ها را در سال 1930 بررسی کردند عدد به دست آمده ده تا صد برابر مقداری بود که انتظار داشتند.به نظر شما این به چه معنی می تواند باشد؟آیااین وسط عاملی باید وجود داشته باشد که بر روی این کهکشان ها وستاره ها اثر بگذارد؟بله عامل دیگری وجود دارد.این نیروی اضافی فقط می تواند بر اثر جاذبه گرانشی مقدار زیادی ماده تاریک باشد که داخل خود کهکشان قرار دارد.یافته های زوئیکی تا دهه 1970 در محاق قرار داشت تا اینکه سرانجام پذیرفته شد که فقط مقدار زیادی جرم پنهان می تواند بسیاری از مشاهدات دیگر را توجیه کند و نظریه های گوناگون درباره ساختار عالم را تایید کند.وجود ماده تاریک نه فقط اختلاف در محاسبات جرم کهکشان ها را توضیح می دهد بلکه یکی از مشکلات نظریه بیگ بنگ(مهبانگ)را که سالها موجب آزار کیهان شناسان بود حل می کند.                                                                                                             

چه میزان ماده تاریک در عالم وجود دارد؟                                                                             

کیهان شناسان میزان موجود در عالم را با پارامتری به نام امگا مورد بحث قرار می دهند.در یک عالم بسته یعنی عالمی که جرم ان در حدی است که عاقبت در خودش فرو می ریزد.امگا بیشتر از یک تعریف می شود. در یک عالم باز یعنی عالمی که تا ابد اجزای آن در حال دور شدن از یکدیگر هستند امگا کمتر از یک است و یک عالم مسطح به طور ایده ال برابر یک خواهد داشت و این که 90 تا 95% عالم را ماده تاریک تشکیل داده است.                                                         

ما در جهانی بسته یا باز یا مسطح قرار گرفته ایم؟                                                                                

ما در جهانی باز قرار گرفته ایم پس امگا کمتر از یک می باشد و 93% این عالم را ماده تاریک فرا گرفته است.                                                       ماهیت ماده تاریک:             

ماخوها  ماچوها:                                                              

وجود ماده تاریک یا جرم گم شده نه فقط سرعت بالای ستارها در لبه کهکشانها را توجیه میکند بلکه به نظریه موجود در باره آغاز و سرنوشت عالم اعتبار می بخشد.                                                           

برسیها نشان می دهد که حدود 90 تا 95% جرم کل عالم ماده تاریک است ما نمی توانیم ماده تاریک را ببینیم وجود آن فقط از روی اثری که بر ماده قابل مشاهده در عالم می گذارد اثبات می شود.اما جنس این ماده کهکشان هستند.چیست؟                                                                                دو امکان   وجود دارد. یکی وجود ماخو یا ماچو است. ماخوها اجرام پر جرم وفشرده هاله

ماخوها اجرام پر جرمی هستند که جرم آنها از ستارهای کوچک تا سیاهچاله ها ابر پر جرم تغییر می کند آنها از ماده معمولی که می شناسیم(ماده باریونی) ساخته شده اند. ماخوها همانطور که توضیح نام شان نشان می دهد در هاله کهکشان پنهان اند.                                                                                         

ماخوها بطور عمده کوتوله های قهوه ای، کوتوله های سفید دور دست و سیاه چاله ها هستند که وجود آنها حتی بیش از احتمال وجود ماده تاریک پیش بینی شده بود.                                                              

تصاویر تلسکوپ هابل از کوتوله های قهوه ای تعداد زیادی را که اختر شناسان پیش بینی می کردند نشان نمی دهد و این اجسام بسیار پراکنده اند در حال حاضر تخمین زده می شود که کوتوله های قهوه ای فقط 6% از ماده تاریک در هاله کهکشانها را تشکیل می دهند.                                                                          

نوترونیوها:                                                                  

نوترونیوهاذرات بدون جرمی هستند که وجودشان ثابت شده ولی دلایلی وجود دارد که نشان داده گاهی اوقات جرم بسیار کوچکی دارند.در عالم مقدار بسیار زیادی نوترونیو وجود دارد.با این حال حتی یک جرم بسیار کوچک تر برای ماده تاریک پر اهمیت است وجرمی به اندازه 1/5000 جرم الکترون امگایی به اندازه 1 به دست می دهد.                                                                                 

و یمپ ها:                                          

با توجه به دست اوردهای فیزیکدان ها(ذرات بنیادی)با اطمینان بیشتری مدعی هستند که ماخو ها        نمی توانند 90%جرم عالم را تشکیل بدهند. برای همین مصرانه در جست و جوی ویمپ ها هستند. این ذرات بسیار کوچک تر از اتم اما دارای جرم اند. با ماده باریونی واکنش نمی دهند وحتی به راحتی ان عبور می کند.                                                                                                    از انجا که جرم این ذرات بسیار کم است تعداد زیادی از انها لازم است تا بتوانند مقدار عظیمی ماده تاریک را تامین کنند.                                                                                                        

ویمپ ها ذرات سنگینی هستند که می توان در تراسنیو ها و اکسیون ها را نام برد.                                   

برای اشکار سازی ویمپ ها سرد کردن یک بلور بزرگ تا دمای صفر مطلق یا حدود 273درجه سیلسیوس(1کلوین)است.                                                                 

در این شرایط حرکت و ارتعاش اتم های بلور به حداقل ممکن می رسد و اگر در این حالت یک ویمپ به اتمی بر خورد کند آن را مرتعش می کند و دمایش را بالا می برد. این گرمای ناچیز ایجاد شده قابل اندازه گیری است که می توانند از یخهای قطبی به جای بلور استفاده کنند.

   مطالب بسیار جالب و خواندنی دیگر

تصویری خیالی مربوط به گذر یک سیاره فراخورشیدی از مقابل ستاره مادر Credit: ESA – C Carreau

مبحث سيارات فراخورشيدي نخستين بار در سال 1990 و با کشف اولين سياره‌ خارج از منظومه شمسي مطرح شد. گرچه آن سياره به دور ستاره‌‌اي در حال زوال پيدا شد، اما به شدت کنجکاوي منجمان را براي کشف سيارات فراخورشيدي برانگيخت. از سوي ديگر، از آنجا که در آن زمان اميدها براي کشف حيات در منظومه شمسي به خصوص سياره مريخ روز به روز کمتر مي‌شد و مطالعات بر اقمار مشتري و زحل هنوز در حد گسترده‌اي شروع نشده بود، امکان کشف سياره‌اي با شرايط شكل‌گيري حيات خارج از منظومه شمسي، ايده‌اي بس مهيج مي‌نمود.جستجو براي يافتن سيارات فراخورشيدي آغاز شد و ديري نپاييد تا نخستين سياره فراخورشيدي که به دور ستاره‌اي مانند خورشيد در حال گردش بود در سال 1995 کشف شد.

کشف اين سياره سرآغازي بود براي جستجوي گسترده‌تر به دنبال پاسخي براي يکي از قديمي‌ترين، بنيادي‌‌ترين و مهم‌ترين سوالات ذهن بشر: آيا ما در جهان تنها هستيم؟ نخستين گام براي پاسخ به اين سوال و يافتن حيات هوشمند در ساير سيارات، پيدا کردن گونه‌هاي ساده‌تر حيات مانند باکتري‌ها و موجودات تک سلولي است. بدين منظور، يافتن سياراتي که شرايط تكوين حيات را دارا باشند مهم‌ترين ماموريت دانشمنداني است که در اين زمينه تحقيق مي‌کنند. علاوه بر اين، دريافتن اين مساله که آيا منظومه ما منظومه‌اي منحصر به فرد است يا خير نيز مي‌تواند کمک شاياني به حل بزرگ‌ترين معماي بشر کند. از زمان کشف نخستين سيارات فراخورشيدي تا کنون بيش از 230 سياره خارج از منظومه شمسي کشف شده‌اند که عموما داراي شرايطي بسيار متفاوت از يکديگرند. برخي سيارات غول‌پيکر و گازي و شبيه مشتري و برخي ديگر سيارات خاکي مانند سيارات داخلي منظومه شمسي هستند. برخي آنقدر به ستاره خود نزديکند که همواره يک سمت خود را رو به ستاره مي‌بينند و برخي آنقدر دور که امکان بروز و رشد حيات در آنها به حداقل مي‌رسد. برخي از اين سيارات به دور ستارگاني در حال گردشند که زندگي بر روي آنها را تقريبا ناممکن مي‌سازد - مانند تپ اخترها (فوت‌نوت:پالسار) که ستارگان نوتروني در حال چرخش با ميدان‌هاي مغناطيسي قوي و سرعت‌هاي بالا هستند. فوران اشعه‌هاي گاما از سطح تپ اخترها به سياراتي که در اطراف آنها در گردشند اجازه بروز و تکامل حيات را نمي‌دهد. تعداد سيارات فراخورشيدي روز به روز در حال افزايش است. در اين جهان فراخ، گرچه کشف سيارات جديد دريايي از اطلاعات را در اختيار سياره‌شناسان قرار مي‌دهد، اما دانشمندان بيشتر به دنبال سياراتي هستند که شرايط ايجاد حيات را دارا باشند.
 

  شرايط پيدايش حيات
براي اينکه حيات بتواند در سياره‌اي به وجود آمده و تکامل يابد، آن سياره بايد در کمربند حيات منظومه خود قرار گرفته باشد. به علاوه، چنانچه ستاره ميزبان داراي شرايط زير باشد، احتمال تشكيل و دوام حيات در آن بيشتر است:

• سن ستاره بايد بيشتر از 3 ميليارد سال باشد: سه ميليارد سال حداقل زماني است که حيات مي‌تواند در طي آن به وجود آمده و تکامل يابد.

• جرم آن بايد حداکثر 5/1 برابر جرم خورشيد باشد: ستارگاني با جرم بالاتر گرچه هيدروژن و هليوم بيشتري دارند اما ذخيره سوخت خود را با سرعت بيشتري به پايان مي‌برند و بنابراين عمر کوتاه‌تري دارند و به همين خاطر، فرصت لازم براي پيدايش و تکامل حيات را فراهم نمي‌کنند - حتي اگر سياره يا سياراتي در فاصله مناسبي از چنين ستارگاني قرار گرفته و شرايط خوبي براي ايجاد حيات داشته باشد.

• عناصر سنگين موجود در ستاره بايد حداقل 40 درصد عناصر موجود در خورشيد باشند: سيارات خاکي اطراف ستارگاني که داراي ميزان پاييني عناصر سنگين هستند تشکيل نمي‌شوند و تنها سيارات گازي که بر روي آنها امکان حيات وجود ندارد در چنين منظومه‌هايي يافت مي‌شوند.

البته در سال‌هاي اخير منظومه‌هاي خورشيدي متعددي کشف شده‌اند که يک يا چند شرط بالا را دارا نبودند، اما سياراتي كه در چنين منظومه‌هايي كشف شده‌اند باز هم از نظر دانشمندان شرايط ايجاد حيات را داشته‌اند زيرا در کمربند حيات منظومه خود قرار داشته‌اند. دليل اين امر آن است که بسته به قطر، جرم و نوع ستاره‌اي که در يک منظومه وجود دارد، کمربند حيات آن منظومه گسترده‌تر يا کوچک‌تر مي‌شود.



  کمربند حيات

منظومه خورشيدي ما در کمربند حيات کهکشان راه شيري، و سيارات زمين و مريخ در کمربند حيات منظومه شمسي واقع شده‌اند

کمربند حيات يک منظومه به ناحيه‌اي در اطراف آن اطلاق مي‌شود که در آنجا انرژي دريافتي از ستاره نه خيلي زياد و نه خيلي کم است و بنابراين درجه حرارت سياره‌اي که در اين مکان قرار مي‌گيرد براي شکل‌گيري آب مايع در سطح آن مناسب است. بر اساس نظريه سنتي، وجود آب مايع براي شکل‌گيري و دوام حيات ضروري است. اما امروزه دانشمندان به دلايلي که بعدا به آنها مي‌پردازيم کمي محتاطانه‌تر در اين رابطه اظهار نظر مي‌کنند. اکنون مي‌دانيم هر کجا آب مايع پيدا شود، حيات از نوعي که ما در سياره خود مي‌بينيم مي‌تواند به وجود آيد.

بيشتر سياره شناسان در اين زمينه معتقدند پيدا کردن آب مايع نمي‌تواند به طور قطع وجود حيات در سياره‌اي را به اثبات برساند چرا که هيچ کس هنوز به طور قطع نمي‌داند حيات بر روي زمين چگونه به وجود آمده و آيا اصلا منشا آن خود کره زمين بوده يا خير؟ اما با اين وجود، اين دانشمندان معتقدند سيارات خاکي که بر سطح آنها آب مايع وجود دارد و به دور ستارگان رشته اصلي (ستارگاني که در مرکز آنها همجوشي هسته‌اي رخ مي‌دهد) مي‌گردند، بهترين مکان براي جستجو به دنبال فعاليت‌هاي زيستي هستند، هر چند اين مساله بدان معنا نيست که امکان وجود حيات در سيستم‌هاي خورشيدي با شرايط متفاوت مورد بررسي قرار نگيرد. اوايل نيمه دوم قرن بيستم بود که مطالعات بيشتر بر نحوه شکل‌گيري، دوام و تکامل حيات موجب شد تا دانشمندان در ديدگاه سنتي خود تجديد نظر کنند و به جاي محدود ساختن جستجو به دنبال حيات تنها در سياراتي که به دور ستارگان رشته اصلي وجود دارند، امکان پيدايش حيات به دور ساير ستارگان و حتي اقمار سيارات را نيز بررسي کنند. ايده اين امر زماني مطرح شد که متخصصان علوم زيستي در دهه 1960 در مکان‌هايي از کره زمين مانند اعماق اقيانوس‌ها، محيط‌هايي با دماهاي بسيار پايين، فشار هواي به شدت بالا و يا حتي مکان‌‌هاي بسيار خشک و بدون آب که شرايط حيات بسيار مشکل مي‌نمود موفق به کشف هزاران گونه موجود زنده که بيشتر آن‌ها از نوع تک‌سلولي يا باکتري‌ها بودند، شدند. برخي از اين موجودات حتي قادر به دوام در مقابل ميزان بسيار بالايي تشعشعات گوناگون بودند و برخي ديگر براي دوام نيازي به اکسيژن و نور خورشيد نداشتند. اين امر موجب طرح ايده‌اي نوين در جامعه نجومي شد که بر اساس آن كاوشگران حيات دريافتند اگر حيات در شرايطي بسيار دشوار در همين کره خاکي مي‌تواند به وجود آمده و دوام يابد، در جستجو به دنبال حيات به سادگي نمي‌توان از کنار سيارات ديگري که شرايط آن‌ها با شرايط معمول زمين بسيار متفاوت به نظر مي‌رسد گذشت.

حدود يک دهه بعد، فضاپيماهاي وويجر ناسا بار ديگر کاوشگران حيات فرازميني را که تصور مي‌کردند تمامي احتمالات موجود جهان‌هايي که داراي شرايط حيات هستند را بررسي کرده‌اند به شدت متحير ساختند. تصاويري که اين دو فضاپيما از قمر مشتري، اروپا، در سال 1979 به زمين مخابره کردند نشان داد اين قمر با وجود آنکه در کمربند حيات منظومه شمسي قرار ندارد، داراي مقادير زيادي يخ بر سطح خود است. اما نکته جالب ديگري که در اين تصاوير وجود داشت، سطح نسبتا هموار اين قمر بود. بر خلاف ماه که بر سطح خود زخم‌هايي کهنه از برخوردهاي سماوي دارد که همچنان به دليل ميزان بسيار ناچيز فعاليت‌هاي زمين‌شناسي و فرسايش خاک تقريبا از هنگام برخورد بدون تغيير باقي مانده است، در تصاوير قمر مشتري اثرات زيادي از برخوردهاي سماوي ديده نمي‌شد. به طور کلي هنگامي که يک جسم سماوي مانند سياره، قمر، يا سيارک بر روي سطح خود نشانه‌هاي زيادي از برخوردهاي سماوي ندارد، مي‌توان گفت يک يا چند مورد زير در مورد آن صادق است:

• مدت زمان زيادي از عمر آن جسم سماوي نمي‌گذرد و پوسته آن جوان است. به همين دليل هنوز توسط اجرام مهاجم سماوي بمباران نشده است و يا چون پوسته هنوز در حال شکل‌گيري است، اثرات به جا مانده از برخوردهاي اجرام سماوي دستخوش تغيير شده‌اند

• آن جسم سماوي داراي فعاليت‌هاي زمين‌شناسي مانند فعاليت‌هاي آتشفشاني و حرکات زمين‌ساختي است که موجب تغيير شکل پوسته در طي سال‌ها مي‌گردد

• آن جسم سماوي داراي جو است و به دليل بارش‌هاي جوي و جابجايي هوا در آن، خاک دچار فرسايش ‌مي‌شود

• در مرکز جسم سماوي، منبع توليد انرژي وجود دارد که موجب گرم شدن لايه‌هاي مختلف آن و تغيير شکل پوسته مي‌گردد

سياره شناسان مي‌دانستند که قمر اروپا تقريبا به طور همزمان با ساير اجرام منظومه شمسي يا حداقل با اختلاف چند ده ميليون سال از آن به وجود آمده است؛ بنابراين اروپا يک قمر جوان محسوب نمي‌شود. به علاوه، از آنجا که پوسته اروپا برخلاف پوسته زمين که از مواد سنگي ساخته شده، پوشيده از يخ است، فعاليت‌هاي زمين‌شناسي به نحوي که بر روي زمين شاهد آن هستيم نيز در سطح اين قمر مشاهده نمي‌شد. از سوي ديگر، اروپا فاقد جو است، بنابراين نه فرسايش خاک در آن رخ مي‌دهد و نه اجرام مهاجم پيش از برخورد با سطح قمر در لايه‌هاي جو سوخته و تبخير مي‌شوند. از طرفي، با توجه به فاصله نزديک اين قمر به سياره خود يعني مشتري که تنها 671 هزار کيلومتر است، انتظار مي‌رفت اروپا به دليل گرانش قوي مشتري که سيارک‌ها و شهابسنگ‌ها را به سوي خود جذب مي‌کند، آماج حملات اين تکه سنگ‌هاي مهاجم باشد. تمامي اين عوامل موجب شد سياره شناسان اعلام کنند که اروپا احتمالا در لايه‌هاي دروني خود داراي يک منبع توليد انرژي و حرارت است که موجب جريان آب مايع جايي حدود 15 کيلومتر پايين‌تر از خارجي‌ترين لايه يعني پوسته آن مي‌شود. اين جريان متداوم مايعات در زير پوسته موجب بروز تغييرات در سطح آن و تغيير شکل دادن و پر شدن دهانه‌هاي برخوردي ناشي از تصادم شهابسنگ‌ها مي‌گردد. سياره‌شناسان با محاسبه تعداد دهانه‌هاي برخوردي که امروزه بر سطح اروپا ديده مي‌شوند دريافتند که از عمر پوسته اين قمر به طور متوسط 10 ميليون سال بيشتر نمي‌گذرد. بسياري معتقدند گرماي قمر اروپا ناشي از پديده‌اي است که به آن گرمايش جذر و مد گرانشي گفته مي‌شود. پوسته تمامي اقمار منظومه شمسي از جمله قمر زمين تحت تاثير نيروي گرانش سيارات خود مدام در حال تغييراند. اين تغييرات اما در اغلب اقمار بسيار جزيي و در طي زمان‌هاي کوتاه بسيار نامحسوس است. سطح اقمار در نتيجه اين فرآيند منبسط و منقبظ مي‌شود که اين امر موجب بروز اصطکاک، توليد حرارت و گرم شدن آنها مي‌گردد. طبيعي است که هرچه قمر به سياره مادر خود نزديک‌تر و هر چه آن سياره داراي نيروي گرانش قوي‌تري باشد، گرماي ناشي از جذر و مد گرانشي بيشتر است. البته اقمار منظومه شمسي نيز بر روي سيارات خود چنين تاثير متقابلي مي‌گذارند، اما به دليل جرم کم‌تر و متعاقبا نيروي گرانش ضعيف‌تري که نسبت به سيارات خود دارند، چنين تاثيراتي عموما قابل چشم پوشي است.

پيش از اعزام فضاپيماهاي وويجر به ماموريت خود، دانشمندان تصور مي‌کردند تمامي اقمار منظومه شمسي مانند قمر زمين جهان‌هايي مرده هستند که امکان بروز و دوام حيات بر روي آنها به هيچ وجه حتي قابل بررسي هم نيست. تصاوير جديدي که وويجرها از اروپا در سال 1979 ارائه دادند ثابت کرد چنين ديدگاهي نادرست است و از آن پس اقمار سيارات نيز مورد توجه کاوشگران حيات قرار گرفتند. از آنجا که قمر اروپا خارج از کمربند حيات منظومه شمسي قرار داشت، دستاورد مهم ديگري که اطلاعات ارسالي وويجرها براي کاوشگران حيات دربرداشت اين بود که آنان دريافتند جهان‌هايي که خارج از اين محدوده و در فواصل زيادي از منبع اصلي توليد انرژي يک منظومه که ستاره آن است، قرار دارند نيز چنانچه داراي منابع حرارتي دروني باشد و در اثر فرايندهايي همچون گرمايش گرانشي يا زوال راديواکتيو که در نيمکره جنوبي تيتان، قمر زحل، رخ مي‌دهد، بتوانند انرژي مورد نياز خود را تامين کنند بايد در زمره مکان‌هايي با احتمال ايجاد شرايط حيات و حتي وجود آب مايع محسوب شوند. از آن زمان بود که در جستجو به دنبال حيات، اقمار سيارات گازي منظومه شمسي ديگر حتي از سياره مريخ نيز بيشتر مورد توجه قرار گرفتند و مطالعات بيشتري در اين زمينه بر روي اين قمرها آغاز گرديد. با گسترش دامنه اين مطالعات به سيارات فراخورشيدي و اقمار آنها، بار ديگر تعداد جهان‌هاي ناشناخته‌اي که هر يک مي‌توانند شرايط بروز و تکامل حيات را ايجاد کنند رو به فزوني گذارد.

تنها در کهکشان راه شيري بيش از 300 ميليارد ستاره وجود دارند. اگر 10 درصد آنها ستارگاني مانند خورشيد باشند و نحوه شکل‌گيري منظومه‌هاي آنها شبيه به چگونگي شکل‌گيري منظومه شمسي باشد، در کهکشان ما بايد 30 ميليارد سياره گازي و به همين تعداد سياره خاکي وجود داشته باشد. با در نظر گرفتن تنها مدل منظومه‌اي شناخته شده يعني منظومه شمسي، اگر فرض کنيم هر سياره گازي دست کم 4 قمر و سيارات خاکي به طور متوسط هر يک تنها يک قمر داشته باشند، انتظار مي‌رود حدود 150 ميليارد قمر در کهکشان ما وجود داشته باشد! همزمان سوال ديگري ذهن کاوشگران حيات را به خود مشغول ساخت: آيا تنها سياراتي که به دور ستاره‌هاي رشته اصلي در گردشند سيارات قابل سکونت محسوب مي‌شوند يا ساير گونه‌هاي ستاره‌اي مانند کوتوله‌هاي قرمز يا حتي غول‌هاي قرمز نيز مي‌توانند چنين شرايطي را براي سيارات خود به وجود بياورند؟

اخترشناسان هنوز به طور قطع نمي‌دانند هنگامي که خورشيد تبديل به غول قرمز شود چه سرنوشتي در انتظار سياره ماست

کوتوله های قرمز که به وفور در جهان يافت مي‌شوند حدود 50 برابر کم فروغ‌تر از خورشيدند و جرم آنها تقريبا يک پنجاهم جرم خورشيد است. نگاهي اجمالي به دسته بندي ستارگاني که تا کنون در جهان کشف شده‌اند نشان مي‌دهد حدود 85 درصد کل ستارگان جهان را کوتوله‌هاي قرمز تشکيل مي‌دهند. اين ستارگان به دليل جرم و درخشندگي پايين خود اصلا در زمره ميزبانان احتمالي سياراتي با امکان پيدايش حيات به حساب نمي‌آمدند. يکي از مهم‌ترين دلايل اين امر آن است که کمربند حيات در چنين منظومه‌هايي بايد بسيار نزديک به ستاره مادر باشد تا سياره‌اي که در اين ناحيه قرار مي‌گيرد بتواند ميزان مناسب حرارت و انرژي را براي حفظ حيات بر روي خود دريافت کند.

 از سوي ديگر، يک سياره در صورتي که در چنين فاصله نزديکي از ستاره خود قرار گيرد، در تله گرانشي ستاره خود مي‌افتد و همواره يک روي آن به سمت ستاره است در حالي که روي ديگر هيچ‌گاه حرارت مستقيم ستاره را دريافت نمي‌کند. اين پديده که قفل مداري نام دارد هنگامي رخ مي‌دهد که به دليل فاصله کم دو کره سماوي با جرم‌هاي متفاوت از يکديگر و گرانش کره بزرگ‌تر، طول حرکت وضعي جسم کوچک‌تر با مدت حرکت انتقالي آن به دور جسم ديگر برابر مي‌شود. درست مانند قمر زمين که به دليل قرار گرفتن در تله گرانشي سياره مادر، هميشه يک روي خود را به زمين مي‌نماياند و ما هرگز قادر به ديدن نيمه ديگر ماه نيستيم. در چنين شرايطي، دما در نيمي از سياره‌ که همواره رو به ستاره مادر است به شدت زياد و در نيمه ديگر آن به شدت کم خواهد بود به گونه‌اي که حتي اگر اين سياره داراي آب هم باشد، حرارت ستاره در نيمي از آن موجب تبخير آب و در نيم ديگر سبب انجماد آن مي‌گردد. اما در سال‌هاي اخير مدل‌هاي کامپيوتري نشان دادند که چنانچه چنين سياره‌اي داراي جوي با ضخامت مناسبي باشد، حرارت دريافتي از ستاره کوتوله قرمز مي‌تواند از سمتي که رو به ستاره دارد به سمت ديگر منتقل و موجب متعادل شدن حرارت کل سياره شود. اين يافته نيز بار ديگر بر تعداد اجرام و منظومه‌هايي که مي‌توانند از لحاظ ايجاد و پيدايش حيات مورد بررسي قرار گيرند افزود و اين بار ستارگان کوتوله قرمز که همانطور که پيشتر اشاره شد بخش عمده‌اي از ستارگان جهان را به خود اختصاص داده‌اند مورد توجه جستجوگران حيات قرار گرفتند. از آن پس، هر روز بر تعداد اخترشناساني که معتقد بودند جستجو به دنبال حيات فرامنظومه‌اي نبايد به ستارگان رشته اصلي محدود شود رو به افزايش گذاشت تا اينکه سياراتي که به دور غول‌هاي قرمز مي‌گردند نيز مورد توجه قرار گرفتند.

غول قرمز ستاره‌اي است با قطري معادل 10 تا 100 برابر قطر خورشيد که پيشتر خود در زمره ستارگان رشته اصلي قرار داشته، بدان معنا که در مرکز آن همجوشي هسته‌اي به وقوع مي‌پيوسته است. سرانجام با اتمام ذخيره هيدروژن در مرکز چنين ستارگاني و فشرده‌تر شدن آن‌ها، همجوشي هسته‌اي اتم‌هاي هيدروژن در لايه‌اي اطراف هسته آغاز شده، در اثر برهم خوردن تعادل ميان لايه‌هاي گازي، ستاره شروع به انبساط مي‌کند که در آن هنگام غول قرمز ناميده مي‌شود. گرچه مرکز چنين ستارگاني بسيار فشرده و داراي دماي بالايي است، اما لايه‌هاي خارجي آنها در اثر انبساط دچار کاهش نسبي دما مي‌شوند. چنين سرنوشتي حدود 5 ميليارد سال آينده در انتظار خورشيد ما نيز هست. تک ستاره ما در آن هنگام به قدري بزرگ مي‌شود که سيارات داخلي منظومه شمسي يعني عطارد و زهره را مي‌بلعد و تا نزديکي زمين پيشروي مي‌کند. در حال حاضر، يکي از موضوعاتي که ذهن اخترشناسان را به خود مشغول داشته، امکان وجود حيات بر سياراتي است که به دور غول‌هاي قرمز مي‌گردند. بر اساس مطالعات اوليه، به نظر مي‌رسد چنين مساله‌اي زياد هم دور از واقعيت نيست، هر چند کمربند حيات يک منظومه با افزايش قطر ستاره و تغيير درخشش و دماي سطحي آن به نقطه‌اي دورتر نقل مکان مي‌کند. به عنوان نمونه، 2 ميليارد سال ديگر، زمين به دليل تغييراتي که در دما و درخشندگي خورشيد ايجاد خواهد شد، از کمربند حيات کنوني منظومه شمسي خارج مي‌شود.

کمربند حيات ستارگان غول قرمز در فاصله 1000 تا 3000 ميليون کيلومتري آنها قرار دارد، در حالي که کمربند حيات ستاره‌اي مانند خورشيد که يک ستاره معمولي از دسته ستارگان رشته اصلي محسوب مي‌شود، به ناحيه‌اي در فاصله 140 تا 240 ميليون کيلومتري آن که تنها دربرگيرنده مدار زمين و مريخ است، اطلاق مي‌شود. کشف سيارات فراخورشيدي در اطراف ستارگان رشته اصلي بسيار ساده‌تر از رديابي سياره‌اي در اطراف يک غول قرمز است، چراکه گرچه کمربند حيات ستارگان رشته اصلي در فاصله نزديک‌تري از ستاره خود قرار دارد، اما با توجه به اينکه درخشندگي سطحي غول‌هاي قرمز عموما هزاران برابر بيشتر از ستارگان رشته اصلي است، سياراتي که به دور آنها مي‌‌گردند غالبا در نور ستاره مادر به سادگي قابل رصد نيستند. به عنوان نمونه، هنگامي که خورشيد تبديل به يک غول قرمز شود، قطر آن حدودا 100 برابر، اما درخشندگي سطحي ستاره ما به بيش از 1000 برابر درخشندگي فعلي خود خواهد رسيد. بررسي امکان وجود و دوام حيات در اطراف چنين ستارگاني باز هم دايره جستجو به دنبال حيات را گسترده‌تر کرد. از سوي ديگر، از زمان کشف نخستين سياره فراخورشيدي در سال 1990 تا کنون، سيارات متعددي خارج از منظومه شمسي کشف شده‌اند که از نظر ساختار و همچنين منظومه‌اي که در آن قرار گرفته‌اند با يکديگر بسيار متفاوتند. با وجود تنوع زيادي که در سيارات فراخورشيدي تا کنون مشاهده شده، دانشمندان بيشتر به دنبال سياراتي هستند که از نظر ساختار، دما و ساير مشخصات تا حدي شبيه زمين باشند. براي اين امر پاسخ به اين سوال که آيا منظومه شمسي، منظومه‌اي منحصر به فرد است يا خير مساله‌اي است که مدت‌هاست ذهن منجمان را به خود مشغول کرده است.

 

  سيارات فراخورشيدي در يك نگاه

نخستين
سياره 51 پگاسي بي نخستين سياره‌اي بود که به دور ستاره‌اي مانند خورشيد کشف شد. کشف اين سياره گازي که به سال 1995 بازمي‌گردد سرآغازي بود براي جستجو به دنبال سيارات فراخورشيدي که در اطراف ستارگان رشته اصلي در گردشند. علت نامگذاري اين سياره به 51 پگاسي بي، کشف آن در صورت فلکي اسب بالدار يا پگاسوس بوده است.

نزديک‌ترين
نزديک‌ترين سياره فراخورشيدي به زمين که تا کنون کشف شده, سياره اپسيلون اريداني بي است. اين سياره که به دور ستاره‌اي خورشيد مانند و در فاصله تنها 5/10 سال نوري از زمين قرار دارد، آنقدر از ستاره خود فاصله دارد که احتمال وجود آب مايع بر سطح آن تقريبا منتفي است.

جوان‌ترين
جوان‌ترين سياره فراخورشيدي که تا کنون کشف شده است کمتر از يک ميليون سال عمر دارد و به دور ستاره‌اي با نام کاکو تائو 4 در فاصله 420 سال نوري از زمين در حال گردش است. منجمان در هنگام بررسي حلقه‌اي از غبار در اطراف اين ستاره، متوجه يک حفره عظيم حلقه مانند به دور آن شدند که قطر آن 10 برابر فاصله زمين تا خورشيد بود و احتمالا به دليل نيروي گرانش سياره که موجب پراکندگي ذرات غبار در طي مسير خود شده، به وجود آمده است.

كهنسال‌‌ترين
مسن‌‌ترين سياره‌اي که تا کنون کشف شده، 7/12 ميليارد سال عمر دارد. اين سياره که قدمت آن 8 ميليارد سال از زمين بيشتر است تنها 1 ميليارد سال پس از پيدايش جهان و انفجار مهيبي که به مهبانگ معروف است شکل گرفته است. کشف اين سياره که پي اس آر بی 1620-26سی ناميده شد، از آن جهت حائز اهميت بود که نشان داد حيات مي‌تواند بسيار زودتر از آنچه پيشتر تصور مي‌شد در نقطه‌اي از جهان به وجود آمده باشد.

بزرگ‌ترين
سياره تي آر اي اس-4 با قطري معادل 7/1 برابر قطر مشتري (20 برابر قطر زمين)، بزرگ‌ترين سياره‌اي است که تا کنون کشف شده است. منجمان قطر اين سياره را هنگامي که در حال عبور از جلوي ستاره خود به نام جي اس سي 00648-02620بود محاسبه کردند. چگالي متوسط اين سياره غول آسا به طرز عجيبي پايين و معادل 2/0 گرم بر سانتي‌متر مکعب است. مدت حرکت انتقالي اين سياره که در فاصله 1400 سال نوري از زمين قرار دارد، تنها 5/3 روز است. ستاره‌اي که اين سياره به دور آن کشف شده در مرحله گذار از يک ستاره رشته اصلي به غول قرمز و با عمري حدود 5 تا 7 ميليارد سال است. گرچه سن اين ستاره تقريبا معادل سن خورشيد (5/4 ميليارد سال) است، اما از آنجا که جرم اين ستاره بسيار بزرگ‌تر از جرم خورشيد بوده، با سرعت دو برابر خورشيد سوخت خود را به پايان رسانده و در حال تبديل شدن به غول قرمز تا يک ميليارد سال آينده است.‌ در آن زمان، سياره تي آر اي اس-4 به واسطه فاصله کمي که تا ستاره خود دارد به طور کامل توسط ستاره مادر بلعيده خواهد شد.

کوچک‌ترين
سياره اُ جي ال اي-2005-بي ال جي-390 ال بي کوچک‌ترين سياره فراخورشيدي که تا‌کنون کشف شده، جرمي حدود 5/5 برابر زمين دارد و به دور ستاره کوتوله قرمزي که فاصله آن تا زمين 28000 سال نوري است، مي‌گردد. گرچه پيش از اين سياراتي در ابعاد کره زمين خارج از منظومه شمسي کشف شده بودند، اما تمامي آنها به دور ستارگان نوتروني پيدا شدند و بدين سبب شرايط ايجاد حيات را نداشتند. فاصله ميان اين کوتوله قرمز با سياره خاکي خود که از نظر ساختار يکي از شبيه‌ترين سيارات فراخورشيدي به زمين محسوب مي‌شود، 5/2 برابر فاصله زمين تا خورشيد است. اين در حالي است که اغلب سيارات فراخورشيدي که تا‌کنون کشف شده‌اند در فاصله‌اي معادل فاصله عطارد تا خورشيد از ستاره خود قرار گرفته‌اند. دماي پايين اين سياره که حدود 220- درجه سانتيگراد تخمين زده مي‌شود امکان پيدايش و رشد حيات به گونه‌اي که ما در زمين با آن روبه‌رو هستيم را به حداقل مي‌رساند.

سريع‌ترين
سرعت بالاي سويپس-10که در فاصله تقريبي 1،200،000 کيلومتري از ستاره خود کشف شده، اين سياره را ملقب به سريع‌ترين سياره فراخورشيدي کرده است. يک شبانه روز در اين سياره بادپا تنها 10 ساعت است. به همين دليل، سويپس-10 در زمره سياراتي با دوره تناوبي بسيار کوتاه موسوم به USPPs طبقه بندي شده است.

عجيب‌ترين
سيارات فراخورشيدي كه تا كنون كشف شده‌اند هر يك داراي ويژگي‌هاي منحصر به فرد و غالبا عجيبي هستند. اما يكي از عجيب‌ترين اكتشافات سيارات فراخورشيدي، سياره‌اي است كه در سپتامبر 2004 ميلادي به دور يك كوتوله قهوه‌اي كشف شد. كوتوله‌هاي قهوه‌اي ستارگاني كم فروغ با دماي سطحي كم هستند كه چگالي نسبتاً پايين آنها مانع از همجوشي هسته‌اي در مركز آنها شده است. اين سياره كه 2 ام 1207 بي نام گرفت، در فاصله تقريبي 100 واحد نجومي (هر واحد نجومي فاصله متوسط زمين تا خورشيد معادل 150 ميليون كيلومتر) از ستاره خود قرار گرفته است. جرم اين سياره 5 برابر سياره مشتري - بزرگ‌ترين سياره منظومه شمسي - و تنها 5 برابر كمتر از ستاره ميزبان خود بود در حالي كه بيشتر سياراتي كه تا‌كنون كشف شده‌اند از نظر جرم با ستاره خود در نسبت 1:1000 هستند. دماي اين سياره جوان كه تقريبا 8 ميليون سال از زمان پيدايش آن مي‌گذرد، در حال حاضر حدود 1000 درجه سانتيگراد تخمين زده مي‌شود. نشانه‌هايي از وجود آب در جو اين سياره و تغييرات درخشندگي آن كه مي‌تواند دليل وجود ابرها باشد، منجمان را به بررسي بيشتر اين سياره مرموز ترغيب ساخته است. از سوي ديگر، فاصله زياد ميان اين سياره با ستاره خود و همچنين نسبت پايين جرم اين دو، نظريه سحابي خورشيدي را كه در حال حاضر قوي‌ترين نظريه پيدايش سيارات است با مشكل مواجه كرده است.
 

زمان مرگ خورشید تعیین شد

 گروهی از ستاره شناسان انگلیسی موفق شدند با حداکثر دقت، زمان فاجعه کیهانی و نابودی خورشید را برابر با ۷.۶ میلیارد سال آینده تعیین کنند.
این فرضیه که خورشید در پایان حیات خود تبدیل به یک کره آتشین بزرگ می شود و نیروی جاذبه آن به حدی می رسد که تمام اجرام آسمانی پیرامون خود از جمله سیاره زمین را به طرف خود جذب می کند و در خود می بلعد از مدتها قبل مطرح بود.
اکنون ستاره شناسان دانشگاه ساسکس انگلیس موفق شدند با بیشترین ضریب دقت، زمان پایان عمر خورشید را ۷.۶ میلیارد سال دیگر تعیین کنند.
براساس گزارش ساینس دیلی، چرخه حیات خورشید در حدود ۱۳ میلیارد سال تخمین زده شده که تاکنون پنج میلیارد سال آن سپری شده است و هنوز پنج ملیارد سال دیگر باقی مانده است که این ستاره وارد فاز پایانی حیات خود شود.
خورشید نیز همانند تمام ستارگان به خاطر فرایندهای گداختگی که در هسته اش برقرار است، حامل اتمهای هیدروژن است که می توانند اتمهای هلیم را شکل دهند. این مکانیزم در فشار و چگالی بسیار زیاد و در هسته خورشیدی انجام می شود و میزان زیادی انرژی آزاد می کند که این انرژی حیات سیاره زمین را تضمین کرده است.
این درحالی است که هیدروژن هسته مصرف می شود و با گذشت زمان خورشید به مرور سوختن خود را آغاز خواهد کرد و این فرایند سوزاندن را به لایه های بالاتر از هسته خواهد رساند.
به گفته رابرت اسمیت ستاره شناس و سرپرست این تیم تحقیقاتی با نزدیکی به پایان عمر این ستاره، فشار باد خورشیدی می تواند به حدی برسد که زمین را به راحتی به طرف خورشید جذب کند مگر آنکه با استفاده از تجهیزات تکنولوژیکی که امروز هنوز به آنها دسترسی نیست ، انسانهای دنیای آینده مدار زمین را تغییر دهند و این سیاره را از نیروی جاذبه خورشید و فشار این بادها دور کنند