تلسکوپ “جیمز وب” توانایی بی سابقه‌ی خود در تجزیه و تحلیل جو یک سیاره فراخورشیدی را ثابت کرد. دانشمندان امیدوارند با توانایی بی‌نظیر این تلسکوپ بتوانند سرنخی از حیات بیگانه را کشف نمایند.

تلسکوپ جیمز وب با آینه‌های بزرگ، طیف نگارهای دقیق و آشکارسازهای حساس خود نشانه‌های واضحی از آب، مه و شواهدی مبنی بر وجود ابرهایی که بر اساس مشاهدات قبلی تصور می‌شد وجود ندارند را در یک سیاره دوردست آشکار ساخت. این تلسکوپ یک سیارۀ غول گازی بنام WASP-96 b را در فاصله‌ی ۱۱۵۰ سال نوری از زمین بررسی کرد.

این مشاهدات که بر اساس کاهش روشنایی رنگ‌های نور، حضور مولکول‌های گازی خاص را نشان می‌دهد، دقیق‌ترین مشاهدات از نوع خود است و توانایی بی‌سابقه‌ای را برای تجزیه و تحلیل اتمسفرهایی در فاصله‌ی صدها سال نوری از ما نشان می‌دهد. اهداف اولیه‌ NIRISS شامل تشخیص نور اولیه، شناسایی سیاره فراخورشیدی و طیف‌سنجی گذر سیاره فراخورشیدی است. این ابزار نور ستارۀ WASP-96 را به مدت ۶.۴ ساعت در حین حرکت سیاره از مقابل ستاره اندازه‌گیری کرد.

نتیجه‌ی مشاهدات یک منحنی نوری بود که کاهش کلی نور ستاره را به هنگام عبور سیاره از مقابل ستاره‌اش نشان می‌داد. دانشمندان با استفاده از آن توانستند فراوانی گازهای کلیدی در جو سیاره را شناسایی و اندازه‌گیری کنند. ناسا خوشبین است تا در دیگر سیارات بتواند اکسیژن، متان و دی اکسیدکربن را کشف کند.

اخترشناسان تاکنون بیش از ۵۰۰۰ سیاره فراخورشیدی، از جمله صدها سیاره بالقوه قابل سکونت را با استفاده از روش‌های غیرمستقیم کشف کرده‌اند که چگونگی تأثیر یک سیاره را بر ستاره نزدیک خود بررسی می‌کنند. اما تخمین آنها نشان می‌دهد که حدود ۳۰۰ میلیون سیاره قابل سکونت، فقط در کهکشان راه شیری وجود دارد.

اطلاعات جدید وب نشان می‌دهد که این تلسکوپ، توانایی جستجوی سرنخ‌هایی در مورد حیات بیگانه را دارد. اخترزیست‌شناسان برای تشخیص حیات در یک سیاره دور، نور ستارگانی را بررسی می‌کنند که با سطح یا جو یک سیاره تعامل داشته‌اند. اگر جو یا سطح توسط حیات دگرگون شده باشد، نور ممکن است سرنخی به نام “ردپای زیستی”(Biosignature) را شامل شود.

زمین در نیمه اول حیات خود، جوی بدون اکسیژن داشت؛ حتی اگر میزبان حیات ساده و تک‌سلولی بود. رد پای زیستی زمین در این دوران اولیه، بسیار ضعیف بود. ۲.۴ میلیارد سال پیش زمانی که خانواده جدیدی از جلبک‌ها تکامل یافتند، این وضعیت به طور ناگهانی تغییر کرد. جلبک‌ها از فرآیند فتوسنتز استفاده کردند که اکسیژن آزاد تولید می‌کند؛ اکسیژنی که از نظر شیمیایی به هیچ عنصر دیگری پیوند ندارد. جو سرشار از اکسیژن زمین از آن زمان به بعد، یک رد پای زیستی قوی و به راحتی قابل تشخیص را بر روی نوری که از آن عبور می‌کند، به جا گذاشته است.

هنگامی که نور از سطح یک ماده منعکس می‌شود یا از یک گاز عبور می‌کند، طول موج‌های خاصی از نور، بیشتر از بقیه در سطح گاز یا ماده محبوس می‌شوند. به دام انداختن انتخابی طول موج های نور به این دلیل است که اجسام، رنگ‌های متفاوتی دارند. برگ‌ها سبز هستند زیرا کلروفیل برای جذب نور در طول موج‌های قرمز و آبی، بسیار خوب است. با برخورد نور به برگ، طول موج‌های قرمز و آبی جذب می‌شوند و بیشتر نور سبز را به چشمان ما باز می‌گردانند.

الگوی نور از دست رفته، با ترکیب خاصی از ماده‌ای تعیین می‌شود که نور با آن تعامل دارد. به همین دلیل، اخترشناسان می‌توانند با بررسی رنگ خاص نوری که از یک سیاره می‌آید، دانشی را در مورد ترکیب جو یا سطح یک سیاره فراخورشیدی بیاموزند.

از این روش می‌توان برای تشخیص وجود گازهای جوی خاصی مانند اکسیژن یا متان استفاده کرد که با حیات مرتبط هستند زیرا این گازها نشانه‌های بسیار خاصی را در نور از خود به جای می‌گذارند. همچنین، از این روش می‌توان برای تشخیص رنگ‌های عجیب و غریب در سطح یک سیاره استفاده کرد. برای مثال، روی زمین، کلروفیل و سایر رنگدانه‌هایی که گیاهان و جلبک‌ها برای فتوسنتز از آنها استفاده می‌کنند، طول موج‌های خاصی از نور را جذب می‌کنند. این رنگدانه‌ها، رنگ‌های مشخصی را تولید می‌کنند که با استفاده از دوربین حساس مادون قرمز، قابل تشخیص هستند. اگر بخواهید این رنگ را در سطح یک سیاره دور منعکس کنید، ممکن است وجود کلروفیل را نشان دهد.

در ماه‌های آینده، جیمز وب قرار است آینه‌های خود را به سوی یک سیاره قابل سکونت به نام “TRAPPIST-1e” بچرخاند که به اندازه زمین است و تنها ۳۹ سال نوری از زمین فاصله دارد. جیمز وب می‌تواند با مطالعه سیارات هنگام عبور از مقابل ستاره‌های میزبان و ثبت نور ستاره‌ای که در جو سیاره دیده می‌شود، به دنبال ردپای زیستی باشد، اما وب برای جستجوی حیات طراحی نشده؛ بنابراین این تلسکوپ تنها قادر به بررسی دقیق تعدادی از نزدیک‌ترین سیارات بالقوه قابل سکونت است. همچنین، جیمز وب فقط می‌تواند تغییرات رخ‌داده در سطح دی‌اکسید کربن، متان و بخار آب جو را تشخیص دهد. اگرچه ترکیب خاصی از این گازها ممکن است حاکی از حیات باشد اما جیمز وب قادر به تشخیص وجود اکسیژن غیرپیوندی نیست که قوی‌ترین نشانه وجود حیات به شمار می‌رود.

سه تلسکوپ زمینی بزرگ در حال ساخت وجود دارند که می‌توانند به جستجوی ردپای زیستی بپردازند؛ “تلسکوپ بزرگ ماژلان”(Giant Magellen Telescope)، “تلسکوپ ۳۰ متری”(Thirty Meter Telescope) و “تلسکوپ بسیار بزرگ اروپایی”(European Extremely Large Telescope). همه این تلسکوپ‌های موجود روی زمین، بسیار قوی‌ هستند و ممکن است بتوانند جو نزدیک‌ترین سیارات را برای یافتن اکسیژن مورد بررسی قرار دهند.