اگر از آن دسته افرادی هستید که به آسمان شب علاقه دارید، حتماً تاکنون 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 تجربه هر انسانی است که با سؤالات متعددی نیز همراه است. مثلاً شاید بخواهید بدانید که کهکشان راه شیری چند سیاره دارد؟ یا چند ستاره در درون این کهکشان جای گرفته است؟ آیا حیات در جای دیگری از این کهکشان یافت شده است؟ در این مقاله قصد داریم به این سؤالات پاسخ دهیم.
وجود سیارات دیگر در کهکشان راه شیری، به‌خصوص سیاراتی که مشابه سیارات منظومه شمسی هستند، همواره برای علاقه‌مندان به علم جذاب بوده است. تلاش برای یافتن این سیارات و درک ویژگی‌های آن‌ها به گذشته‌های دور بازمی‌گردد – به‌خصوص زمانی که آلودگی نوری در محل تجمع و زندگی انسان‌ها نبود، افراد هیجان بیشتری نسبت به این موضوع داشتند.
این مسیٔله که آیا حیات در دیگر سیارات عالم وجود دارد، ازجمله موضوعات دیگری بوده است که بشر برای مدت‌های طولانی تلاش کرده تا به آن پاسخ دهد. بااینحال، مطالعات تاریخی نشان داده است که در ابتدا تصور می‌شد تنها سیاره سنگی عالم سیاره زمین است، پس هیچ موجود زنده دیگری در عالم یافت نخواهد شد. این ادعا به باور یونیان در زمان دانشمند بزرگ «ارسطو» بازمی‌گردد. در آن زمان عقیده بر این بود که کره زمین مرکز عالم است و هرآنچه که در عالم قرار دارد به دور زمین می‌چرخد.
با این تصور، یونانیان پیرو ارسطو عقیده داشتند که هیچ سیاره سنگی دیگری در عالم وجود ندارد؛ زیرا خاک، به‌عنوان سنگین‌ترین عنصر عالم، همواره تمایل دارد در مرکز عالم (کره زمین) تجمع کند. بدین‌ترتیب هیچ خاک و سنگی در هیچ جای دیگری 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 هستند.
به‌این‌ترتیب، بحث درباره وجود و تعداد سیارات کهکشان راه شیری ادامه داشت تا اینکه مطالعات دو دانشمند بزرگ، «گالیله» و «نیوتن» نشان داد که منظومه شمسی با تمام سیارات خود تنها یکی از بی‌شمار منظومه‌های سیارهای در عالم است. اما آیا می‌توان تخمینی از تعداد سیارات کهکشان راه شیری ارایٔه کرد؟ پاسخ به این سؤال نیازمند دهه‌ها پیشرفت تکنولوژی بود تا اخترشناسان رصدهایی پیشرفته از کیهان انجام دهند و به سیاراتی خارج از منظومه شمسی پیدا کنند که به دور ستارهای همانند خورشید درحال گردش هستند. این سیارات، «سیارات فراخورشیدی» نام دارند.
اولین شواهد وجود سیارات فراخورشیدی در سال ۱۹۸۴ پیدا شد. رصدخانه «لاس کامپاناس» در شیلی، توانست گاز و غبار اطراف ستاره «Beta Pictoris» را ثبت کند که در نوع خود یک تصویر تاریخی به‌حساب می‌آید. پیش‌ازاین، دانشمند «امانوئل سویدنبورگ» این نظریه را مطرح کرده بود که سیارات از تجمع ذرات گاز و غبار به‌وجود می‌آیند، پس می‌توان در هرجایی از عالم سیارات را پیدا کرد. در زمان کشف اولین سیاره فراخورشیدی، نظریه سویدنبورگ در جامعه علمی از مقبولیت بالایی برخوردار 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، هنوز مشخص نبود 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 بود و بدین‌ترتیب اولین سیاره فراخورشیدی در تاریخ کشف شد. این سیاره «51 Pegasi b» نام دارد و به دور ستاره «51 Pegasi» می‌گردد. این سیستم سیارهای حدود ۵۰ سال نوری از زمین فاصله دارد.
این کشف توجه دانشمندان را به‌سمت سیارات فراخورشیدی جذب کرد. حالا که وجود سیارات دیگر در خارج از منظومه شمسی به اثبات رسیده بود، اخترشناسان کنجکاو بودند رازهای دیگر سیارات کهکشان راه شیری را نیز کشف کنند.
علی‌رغم کشف‌های صورت‌گرفته، جو زمین مانعی برای مطالعات بیشتر بود؛ زیرا به‌سادگی می‌تواند کشف سیارات فراخورشیدی یا مطالعه اتمسفر آن‌ها را ناممکن سازد. پس برای یافتن سیارات فراخورشیدی بیشتر، تلسکوپ‌های زمینی چندان کارآمد نبودند. دانشمندان در ابتدا به‌سراغ تنها گزینه موجود یعنی «تلسکوپ فضایی هابل» رفتند. آن‌ها قصد داشتند با استفاده 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 دیگری به فضا پرتاب شدند.
در سال ۲۰۰۳، کانادا تلسکوپ فضایی «MOST» را به فضا فرستاد. این تلسکوپ به‌اندازه یک چمدان بود و بهطور خاص برای شناسایی تغییرات در روشنایی ستاره‌ها طراحی شده بود. MOST بیش از ۱۵ سال به مطالعه سیارات فراخورشیدی پرداخت.
در همان سال، ناسا تلسکوپ فضایی «Spitzer» را به فضا فرستاد. Spitzer یک تلسکوپ مجهز به ابزار رصدی فروسرخ بود. با اینکه این تلسکوپ بهطور خاص برای مطالعه سیارات کهکشان راه شیری ساخته نشده بود، اما ابزارهای آن فرصت خوبی را برای مطالعه اتمسفر این اجرام فراهم کردند. برای مثال، اخترشناسان با کمک 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. هدف این تلسکوپ نیز شناسایی تغییرات نور ستارگان هنگام عبور سیاره‌ها از مقابل آن‌ها بود. CoRoT در سال ۲۰۱۴ بازنشسته شد. این تلسکوپ ۳۴ سیاره فراخورشیدی و بیش از ۶۰۰ سیاره احتمالی را کشف کرد.
مهم‌ترین رویداد در شناسایی و مطالعه دیگر سیارات کهکشان راه شیری، پرتاب تلسکوپ فضایی «Kepler» در سال ۲۰۰۹ بود. برنامه کپلر این بود که با رصد پهنه گسترده‌ای از آسمان، تغییرات نور بیش 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 نبود. سیاره «Kepler-10b» اولین سیارهای بود که کپلر کشف کرد. این سیاره درحقیقت کوچک‌ترین سیاره کشف‌شده تا آن زمان نیز بود. این سیاره سنگی تنها ۱.۴ برابر زمین است.
کپلر به مدت ۴ سال به فعالیت خود ادامه داد تا درنهایت فاز اول مأموریت آن به‌علت یک نقص فنی پایان یافت. در این مدت، این تلسکوپ فضایی توانست بیش از هزار سیاره فراخورشیدی پیدا کند. مهندسان ناسا در سال ۲۰۱۴ توانستند تلسکوپ کپلر را دوباره تنظیم کنند تا فاز دوم مأموریت‌های آن آغاز شود.
کپلر در دوران اوج فاز دوم مأموریت خود بیش از ۱۲۰۰ سیاره دیگر در کهکشان راه شیری کشف کرد. اخترشناسان تخمین می‌زنند که حدود ۴۰ درصد این سیارات سنگی و مشابه زمین باشند. کشف نزدیک‌ترین سیاره فراخورشیدی به زمین در مدار ستاره «پروکسیما قنطورس»، منظومه جذاب «TRAPPIST-1» با هفت سیاره مشابه زمین و منظومه «کپلر 90» با هشت سیاره از کشف‌های قابل‌توجه کپلر هستند.
کپلر در پاییز ۲۰۱۸ به مأموریت خود پایان داد. چند ماه پیش از این تاریخ، ناسا تلسکوپ فضایی «TESS» را برای یک مأموریت شناسایی سیارات فراخورشیدی به مدار زمین فرستاده بود. برنامه این تلسکوپ دوساله بود، اما همچنان به فعالیت خود ادامه میدهد. تلسکوپ فضایی جیمز وب نیز که هم‌اکنون مشغول فعالیت است، مجهز به پیشرفته‌ترین ابزار برای کشف و مطالعه سیارات فراخورشیدی است.
با این اوصاف تعداد سیارات فراخورشیدی کشف‌شده با تلسکوپ‌های فضایی و زمینی تا سال ۲۰۲۴ از مرز ۵۵۰۰ گذشت. تلسکوپ فضایی کپلر بخش بزرگی از این سیارات را پیدا کرده است. البته باید گفت که این فقط تعداد سیاراتی است که اخترشناسان سیاره بودن آن‌ها را تأیید کرده‌اند؛ هزاران کاندید دیگر در میان یافته‌های این تلسکوپ‌ها وجود دارند که هنوز سیاره بودن آن‌ها به‌صورت قطعی تأیید نشده است. به‌این‌ترتیب، اخترشناسان همچنان به کشف سیارات فراخورشیدی در داده‌های قدیمی ادامه می‌دهند.
با تمام این تاریخچه‌ای که تعریف کردیم، ناسا می‌گوید عصر اکتشاف سیارات کهکشان راه شیری تازه آغاز شده است. انتظار می‌رود با افزایش داده‌های تلسکوپ فضایی جیمز وب و استفاده 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 تاکنون کشف شده‌اند، تنها کسر ناچیزی از سیاراتی هستند که در کهکشان راه شیری وجود دارند. اخترشناسان بیان می‌کنند که برای تخمین درست تعداد سیارات، ابتدا باید تعداد ستاره‌ها را تخمین زد. سپس با تخمین اینکه 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 100 میلیارد تا 400 میلیارد ستاره دارد. این تخمین با استفاده از داده‌های رصدی تلسکوپ‌های مختلف همانند تلسکوپ «GAIA» به‌دست آمده است که حدود ۱.۷ میلیارد ستاره را مورد مطالعه قرار داد.
با توجه به این نکات، تخمین تعداد سیارات دشوار است. برخی اخترشناسان عقیده 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 گفت که احتمالاً تعداد سیاره‌های کهکشان راه شیری برابر با تعداد ستارههای آن و یا اندکی بیشتر باشد. پس کهکشان ما در کمترین حالت حدود ۱۰۰ میلیارد و در بیشترین حالت احتمالاً حدود ۸۰۰ میلیارد ستاره دارد.
البته نباید فراموش کرد که این تخمین براساس مشاهدات محدود ماست. محدودیت ابزارها در رصد همچنان شناسایی ستارههای با چندین سیاره را برای ما دشوار کرده است – به‌جز در موارد خاص که ستاره‌هایی با بیش از دو ستاره کشف شده است. برخی نیز عقیده دارند که احتمالاً این ستاره‌ها بیشتر از دو سیاره دارند و این ناتوانی تجهیزات رصدی ما در کشف آن‌هاست. به عبارت دیگر، تجهیزات رصدی ما هنوز به‌قدری پیشرفته نشده که بتوانیم تمام سیاره‌های یک ستاره را کشف کنیم. بسیاری از سیاره‌هایی که دیده‌ایم بسیار بزرگ هستند و یا در فاصله نزدیک از ستاره به دور آن می‌گردند که همین امر شناسایی آن‌ها را ساده میکند.
آن‌ها معتقدند که منظومه شمسی یک منظومه متداول در کهکشان راه شیری است و باید فرض کنیم که هر ستاره بهطور میانگین ۸ سیاره در مدار خود دارد. با این فرض، تعداد احتمالی سیارات کهکشان راه شیری در بیشترین حالت به 3.2 تریلیون می‌رسد. همچنین این نکته را نیز باید درنظر داشت که اطلاعات ما از سیاراتی که در مدار ستاره‌ها قرار ندارند بسیار اندک است و نمی‌توانیم تخمینی از آن‌ها داشته باشیم. بااین‌حساب می‌توان به‌صورت سرانگشتی تعداد سیارات کهکشان راه شیری را چندین تریلیون تخمین زد!
کشف حیات در سیارات دیگر نیازمند کشف برخی عناصر خاص مانند آب و اکسیژن و برخی گازها است که به‌عنوان ملزومات حیات شناخته میشوند. برای این کار، اخترشناسان از روش طیف‌سنجی استفاده می‌کنند. بااینحال، وجود این ترکیبات مهر تأیید نهایی بر حضور 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 به‌معنای آنچه که در زمین مشاهده می‌شود، نیست بلکه می‌توان شاهد گونه‌های دیگری از حیات در دیگر سیارات بود.
بااینحال، تاکنون هیچ‌یک از میلیون‌ها مطالعه انجام‌شده با هدف یافتن حیات در سیارات دیگر موفقیت‌آمیز نبوده و وجود حیات در سیارهای غیر از زمین همچنان به‌عنوان یک معمای حل‌نشدنی باقی مانده است.
در این مقاله دانسته‌های خود درباره سیارات کهکشان راه شیری را مرور کردیم. دیدیم که این سیارات از دوران باستان در ذهن انسان‌ها حضور 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 چگونه تخمین زده شده‌اند. درنهایت به حیات در سیارات کهکشان راه شیری اشاره کردیم.
روش متداول برای کشف این سیارات، شناسایی نوسانهای نور ستارهای است که این سیارات به دور آن در گردش هستند. اگر نور یک ستاره بهطور منظم کم و زیاد شود نشان میدهد که یک سیاره از جلوی آن عبور میکند و یا به عبارت دیگر، درحال گردش به دور آن است.
احتمالاً خیر. توزیع سیارات در بین ستارههای کهکشان یکنواخت نیست. ممکن است ستاره هیچ سیارهای نداشته باشد و یا تعداد زیادی سیاره به دور آن درحال گردش باشند.
اخترشناسان شواهدی احتمالی برای وجود سیاره در کهکشانهای دیگر ارائه دادهاند، اما هیچکدام از این سیارات هنوز بهطور قطعی تأیید نشدهاند. بااینحال، احتمال اینکه سیارات پدیدهای منحصر به کهکشان راه شیری باشند، بسیار دور از ذهن است.
