up
Search      menu
ستاره شناسی :: مقاله نقاشي جهان PDF
QR code - نقاشي جهان

نقاشي جهان

نقاشي جهان به رنگ سرخ

اخترشناسان براي جست وجوي رنگدانه هاي فتوسنتزي روي سياره يي ديگر در يک منظومه شمسي ديگر، بايد آماده باشند تا آن سياره را در هر يک از مراحل احتمالي تکامل خويش ببينند. براي مثال شايد اتفاقي سياره يي را مشاهده کنند که شبيه زمين دو ميليارد سال پيش خودمان است. آنها بايد اين احتمال را هم بدهند که فتوسنتزکنندگان فراشمسي ممکن است قابليت هايي را تکامل داده باشند که همتاهايشان در اينجا تکامل نداده اند، مثل شکست آب با استفاده از فوتون هايي با طول موج بلندتر. بلندترين طول موجي که تاکنون در فتوسنتز روي زمين مشاهده شده، حدود ۱۰۱۵ نانومتر (در فروسرخ) در باکتري هاي غيراکسيژني ارغواني رنگ است. بلندترين طول موج مشاهده شده براي فتوسنتز اکسيژني هم حدود ۷۲۰ نانومتر در يک ساينوباکتري دريايي است. اما قوانين فيزيک هيچ حد و مرز مطلقي ندارند. بسياري از فوتون هاي طول موج بلند هم مي توانسته اند مثل اندکي فوتون طول موج کوتاه به کاربرد مشابهي دست يابند.عامل محدودکننده نه احتمال تشکيل رنگدانه هايي نوظهور، که طيف نوري موجود در سطح سياره است که عمدتاً به نوع ستاره بستگي دارد.
اخترشناسان ستارگان را بر اساس رنگ دسته بندي مي کنند که خود با دما، اندازه و عمر ستاره ارتباط دارد. تنها انواعي خاص از ستارگان به قدر کافي عمر مي کنند تا فرصت تکامل حيات پيچيده را فراهم سازند. اينها ستارگان F، G، K و M هستند (به ترتيب از داغ ترين به سردترين). خورشيد ما يک ستاره نوع G است. ستارگان F بزرگ ترند، درخشان تر و آبي تر مي سوزند و ميلياردها سال طول مي کشد تا سوخت شان را کامل مصرف کنند. ستارگان K و M کم سوتر، کوچک تر و سرخ ترند و عمر بيشتري دارند. اطراف هر کدام از اين ستارگان يک ناحيه زيست پذير وجود دارد؛ گستره يي از مدارها که سياره ها در آنها مي توانند دمايي داشته باشند که وجود آب مايع ممکن باشد. اين ناحيه زيست پذير در منظومه شمسي ما حلقه يي است که مدارهاي زمين و مريخ را دربرمي گيرد. براي ستاره يي از نوع F ناحيه زيست پذير براي يک سياره هم اندازه زمين دورتر است و براي ستاره K و M نزديک تر. يک سياره در ناحيه زيست پذير ستاره F و K، به اندازه زمين پرتوهاي مرئي مي گيرد. چنين سياره يي مي تواند مثل زمين به آساني پشتوانه فتوسنتز اکسيژني باشد.
رنگ رنگدانه به سادگي ممکن است بين نوار مرئي متغير باشد.چون ستارگان M (که به کوتوله هاي سرخ هم شناخته مي شوند) فراوان ترين ستارگان در کهکشان ما هستند و به آنها توجه خاصي مي شود. اين ستارگان نسبت به خورشيد پرتو مرئي بسيار کمتري مي تابانند و خروجي شان نزديک فروسرخ به حداکثر مي رسد. «جان ريون» زيست شناس دانشگاه داندي در اسکاتلند و «ري ولشتن کرافت» اخترشناس رصدخانه سلطنتي در ادينبورو اظهار کرده اند که فتوسنتز اکسيژني در فروسرخ نزديک نيز از لحاظ نظري ممکن است. يک ارگانيسم براي شکستن H۲O، به جاي دو فوتوني که براي گياهان زميني کافي است، بايد از سه يا چهار فوتون استفاده کند. فوتون ها مثل مراحل يک راکت با هم کار مي کنند تا انرژي لازم براي يک الکترون را هنگام انجام واکنش هاي شيميايي تامين کنند. در ستارگان M چالش ديگري هم براي حيات مطرح است؛ وقتي جوانند زبانه هاي شديد UV مي تابانند. ارگانيسم ها مي توانند در اعماق آب از پرتوهاي آسيب زاي UV بگريزند، اما آيا در آن صورت از نور محروم نمي شوند؟ اگر اين طور باشد، شايد فتوسنتز پديدار نشود. با پير شدن ستارگان M توليد زبانه ها متوقف مي شود و در آن نقطه است که حتي کمتر از خورشيد ما پرتوUV گسيل مي کنند. ارگانيسم ها براي حفاظت، به لايه ازن جاذب UV نيازي ندارند. آنها مي توانند روي خشکي دوام بياورند، حتي اگر اکسيژن توليد نکنند. خلاصه اينکه اخترشناسان بسته به سن و نوع ستاره بايد چهار سناريو را در نظر بگيرند؛
▪ حيات غيرهوازي در اقيانوس؛
ستاره مادر يک ستاره جوان از هر نوع است. ارگانيسم ها الزاماً اکسيژن توليد نمي کنند؛ اتمسفر ممکن است عمدتاً از گازهاي ديگر مثل متان باشد.
▪ حيات هوازي در اقيانوس؛
ستاره مادر يک ستاره پيرتر از هر نوع است. فرصت کافي سپري شده تا فتوسنتز اکسيژني تکامل يابد و ساخت اکسيژن در اتمسفر آغاز شود.
▪ حيات هوازي در خشکي؛
ستاره مادر يک ستاره بالغ از هر نوع است. گياهان خشکي را پوشانده اند. حيات روي زمين اکنون در اين مرحله است.
▪ حيات غيرهوازي در خشکي؛
ستاره يک ستاره M خاموش است، بنابراين پرتوهاي UV ناچيز است. گياهان خشکي را پوشانده اند، اما ممکن است اکسيژن توليد نکنند.زيست نشانه هاي فتوسنتزي براي اين موارد مختلف، به وضوح مثل هم نيستند. اخترشناسان با توجه به تجربه تصويربرداري ماهواره يي از زمين، انتظار دارند کل حيات اقيانوسي بيش از حد پراکنده باشد و نتوان آن را با تلسکوپ ديد. پس دو سناريوي اول، زيست نشانه هاي قوي رنگي ايجاد نمي کنند. حيات تنها از طريق گازهاي اتمسفري که توليد مي کند، خود را نشان مي دهد. بنابراين محققاني که رنگ هاي گياه بيگانه را بررسي مي کنند بر گياهان خشکي متمرکزند، چه روي سيارات پيرامون ستارگان F، G و K با فتوسنتز اکسيژني و چه روي سياره هاي پيرامون ستارگان M با هر گونه فتوسنتز.
● سياه، سبز جديد است
بدون توجه به شرايط خاص،رنگدانه هاي فتوسنتزي همچنان بايد قوانيني مشابه زمين را برآورده سازند؛ رنگدانه ها تمايل دارند فوتون هايي را جذب کنند که هم فراوان ترين اند و هم کوتاه ترين طول موج موجود (پرانرژي ترين) يا بلندترين طول موج موجود (که مرکز واکنش جذب مي کند) را دارند. کلنجار با اين پرسش که چگونه نوع ستاره رنگ گياه را تعيين مي کند، محققان رشته هاي مختلف را بر آن داشت تا تمام قطعات ستاره يي، سياره يي و زيست شناختي را گرد هم آورند. «مارتين کوهن» اخترشناس ستاره يي دانشگاه کاليفرنيا، داده هايي را براي يک ستاره F (sigma Bootis)، يک ستاره K (epsilon Eridani)، يک ستاره فعال زبانه کش M (AD Leo) و يک ستاره خاموش M فرضي با دماي ۳۱۰۰ کلوين را گردآوري کرد. «آنتيگونا سگورا» اخترشناس دانشگاه آزاد ملي مکزيک هم شبيه سازي هايي کامپيوتري را از سياره هاي شبه زمين در ناحيه زيست پذير اين ستارگان انجام داد. او با استفاده از مدل هاي بسط يافته توسط «الکساندر پاولف» که حالا در دانشگاه آريزونا است و «جيمز کاستينگ» از دانشگاه ايالتي پنسيلوانيا، رابطه ميان پرتوهاي ستاره يي و اجزاي احتمالي اتمسفر را بررسي کرد (با اين فرض که آتشفشان هايي روي اين سياره ها، گازهايي مشابه زمين متصاعد مي کنند) تا براي هر دو حالت اکسيژن ناچيز و سطوح اکسيژن مشابه زمين، به استنباطي از شيمي اتمسفري سيارات برسد.
«جيوانا تينتي» فيزيکدان يونيورسيتي کالج لندن با استفاده از نتايج «سگورا» و اعمال مدلي که توسط «ديويد کريسپ» از JPL پاسادنا بسط يافته بود، ميزان فيلتر شدن پرتو را محاسبه کرد. براي تفسير اين محاسبه ها به دانش ترکيبي پنج نفر از ما نياز بود؛ «جانت سيفرت» زيست شناس ميکروبي از دانشگاه رايس، «رابرت بلنکن شيپ» زيست شيميدان از دانشگاه واشنگتن و «گووينجي» از دانشگاه ايلينويز، «ويکتوريا ميدوز» دانشمند سياره يي از دانشگاه واشنگتن و من يک زيست هواشناس از انستيتوي پژوهش هاي فضايي گدارد ناسا. ما دريافتيم فوتون هايي که به سطح سياره هاي پيرامون ستارگان F مي رسند، بيشتر آبي اند؛ با بيشترين فراواني در ۴۵۱ نانومتر. پيرامون ستارگان K، اوج در سرخ و در ۶۶۷ نانومتر است، تقريباً مشابه زمين. ازن نقشي مهم دارد، نور ستاره F را آبي تر و نور ستاره K را سرخ تر از آنچه هست مي کند. پرتوهاي موثر براي فتوسنتز مثل زمين در محدوده مرئي است.
بنابراين گياهان روي سياره هاي ستاره F و K ممکن است رنگ هايي درست مثل گياهان زميني داشته باشند، اما با تغييراتي ظريف. براي ستارگان F، سيل فوتون هاي آبي پرانرژي به قدري شديد است که ممکن است لازم باشد گياهان با استفاده از يک رنگدانه حائل مشابه آنتساينين، آن را منعکس کنند. يا اينکه ممکن است گياهان بخواهند تنها آبي را درو کنند، سبز کم کيفيت تر را از طريق نور سرخ از دور خارج مي کند. اين پديده يک حاشيه آبي متمايز در طيف نور بازتابي ايجاد مي کند که در برابر مشاهده گران تلسکوپ به وضوح شاخص است. محدوده دماهاي ستارگان M، تغييرات بسيار گسترده يي را در رنگ هاي گياه بيگانه ميسر مي سازد. سياره يي پيرامون يک ستاره M خاموش، حدوداً نيمي از انرژي را که زمين از خورشيدمان مي گيرد، دريافت مي کند. گرچه موجودات زنده چيزهاي فراواني براي درو کردن دارند اما اکثر فوتون ها فروسرخ نزديک هستند. ممکن است تکامل از تنوع بيشتر رنگدانه هاي فتوسنتزي حمايت کند تا دامنه کامل نور مرئي و فروسرخ را برگزيند. با بازتاب کم نور، گياهان شايد حتي به چشم ما سياه به نظر برسند.

آيا نسخه دومي از شما ، يك رونوشت از خود شما وجوددارد كه همين الان مشغول خواندن اين مقاله باشد؟ آيا شخصي ديگر با اينكه شما نيست، روي سياره اي به نام زم ...

آيا نسخه دومي از شما ، يک رونوشت از خود شما وجود دارد که همين الان مشغول خواندن اين مقاله باشد؟ آيا شخصي ديگر با اينکه شما نيست، روي سيارهاي به نام زم ...

آيا نسخه دومي از شما ، يك رونوشت از خود شما وجوددارد كه همين الان مشغول خواندن اين مقاله باشد؟ آيا شخصي ديگر با اينكه شما نيست، روي سياره اي به نام زم ...

مقدمه تمامي اکوسيستمهاي کره زمين روي هم زيست کره را تشکيل مي‌دهند و بخش فيزيکي اين بزرگترين واحد اکولوژيک ، محيط زيست کره زمين است. اين بخش فيزيکي خود ...

پخش مجموعه مستند جديدي از شبکه ديسکاوري باعث شده است تا بار ديگر نام استفاون هاوکينگ بر سر زبان ها بيفتد. در هر قسمت اين مستند دانشمند برجسته کيهان شن ...

● رصدخانه هاي مهم جهان الف) رصدخانه پولکوفو روسيه. يکي از معروفترين و قديمي ترين رصد خانه هاي دنيا است و در گذشته، اغلب آن را «پايتخت ستاره شناسي دنيا ...

بارش هاي شهابي زيادي طي سال اتفاق مي افتد که از اين بين چند بارش شهابي به علت تعداد شهاب ها از اهميت بيشتري برخوردار هستند که به معرفي آنها مي پردازيم ...

جواب اين سوال را تا به حال هيچ دانشمند و يا فيلسوفي نيافته است. حتي هاوكينگ دانشمند و اختر شناس بزرگ در جواب به آن گفته است :«اگرجواب اين سوال را بدان ...

دانلود نسخه PDF - نقاشي جهان