در کدام سیاره اکسیژن وجود دارد؟ (منظومه شمسی و فراسیارات)

وقتی دانش آموزان در کلاس نهم ابتدایی می پرسند «در کدام سیاره اکسیژن وجود دارد؟»، معمولا پاسخ فوری «زمین» است. این پاسخ کاملا درست است؛ زیرا تنها سیاره ای که اکسیژن مولکولی (O₂) با غلظت مناسب برای حیات موجودات زنده دارد، سیاره زمین است. اما اگر کنجکاوی بیشتری به خرج دهیم، متوجه می شویم که ردپاهای اکسیژن به شکل های گوناگون از اتمی بسیار رقیق گرفته تا مولکولی منجمد، در سایر نقاط منظومه شمسی و حتی فراسیارات نیز وجود دارد.

کدام سیاره اکسیژن دارد؟

تنها سیاره ای که اکسیژن لازم برای تنفس انسان را در اختیار دارد، زمین است. در حدود ۲۱ درصد از هوای اطراف ما از گاز اکسیژن (O₂) تشکیل شده؛ یعنی همان چیزی که برای زنده ماندن به آن نیاز داریم.

با این حال، مریخ هم مقدار بسیار کمی اکسیژن مولکولی در جو خودش دارد. البته این مقدار به قدری کم است که اصلا برای تنفس کافی نیست؛ چیزی در حدود ۰/۱۶ درصد از کل جو.

از طرف دیگر، در سیاراتی مانند زهره و عطارد، و همچنین برخی اقمار یخی مثل اروپا که یکی از قمرهای مشتری است، آثار و نشانه هایی از اکسیژن وجود دارد، اما نه به شکلی که بتوان آن را تنفس کرد. در این اجرام، اکسیژن به صورت اتمی، یخی یا در ترکیبات شیمیایی خاص در سطح یا جو دیده می شود.

اگر فقط می خواستید جواب این سؤال را بدانید که “غیر از زمین در کدام سیاره اکسیژن کافی برای حیات موجودات زنده وجود دارد؟” پاسخ، بدون تردید منفی است. اما اگر برایتان جالب است که اکسیژن در سیارات مختلف چطور به وجود می آید، چه عواملی آن را کاهش یا افزایش می دهند و چرا در برخی اجرام بیشتر یا کمتر است، ادامه این مقاله تمام آنچه را نیاز دارید با دقت و جزئیات توضیح می دهد.

چرا زمین سرشار از اکسیژن است؟

ممکن است برایتان سؤال پیش بیاید که چرا فقط روی زمین می توان نفس کشید و چنین هوای غنی از اکسیژن وجود دارد؟ پاسخ این سؤال را باید در گذشته دور و فرآیندهای طبیعی سیاره مان جستجو کرد.

1. نقش فتوسنتز در تولید اکسیژن

حدود ۲/۵ میلیارد سال پیش، موجودات ریزی به نام میکروب های فتوسنتزی روی زمین ظاهر شدند. این میکروب ها با کمک نور خورشید، آب و دی اکسیدکربن را تجزیه کرده و به موادی تبدیل می کردند که برای تغذیه خودشان مفید بود. اما یک محصول جانبی مهم هم داشتند: اکسیژن.

همین فرآیند فتوسنتز، امروزه نیز توسط گیاهان، جلبک ها و فیتوپلانکتون های دریایی انجام می شود. با این فعالیت بی وقفه، آن ها هر روز مقدار زیادی اکسیژن وارد جو زمین می کنند و به این شکل، سطح اکسیژن را در حدود ۲۱ درصد نگه می دارند؛ سطحی که برای ادامه زندگی انسان و حیوانات کاملا مناسب است.

2. ذخیره و بازچرخش اکسیژن در طبیعت

اکسیژنی که وارد جو می شود، به سادگی از بین نمی رود. بخشی از آن در سنگ های رسوبی غنی از آهن ذخیره می شود. این سنگ ها مانند یک بانک طبیعی، اکسیژن را برای مدت های طولانی حتی میلیون ها سال در خود نگه می دارند و در زمان مناسب دوباره آزاد می کنند.

از سوی دیگر، اقیانوس ها نیز نقش کلیدی در تولید اکسیژن دارند. جلبک های میکروسکوپی موجود در آب های دریا که با چشم غیرمسلح دیده نمی شوند، با انجام فتوسنتز، سالانه بیش از ۱۰۰ میلیارد تن اکسیژن تولید می کنند. این یعنی نیمی از هوایی که تنفس می کنیم، از دل آب های اقیانوس می آید، نه فقط از جنگل ها.

پس اگر زمین را سیاره ای پر از اکسیژن می دانیم، باید قدردان گیاهان، جلبک ها، و حتی سنگ های زیر پایمان باشیم که در کنار هم، تعادلی بی نظیر برای ادامه زندگی ایجاد کرده اند.

غیر از زمین در کدام سیاره اکسیژن وجود دارد؟

وقتی درباره وجود اکسیژن در سایر سیارات منظومه شمسی صحبت می کنیم، باید بدانیم که خبری از هوایی مانند زمین نیست. با این حال برخی سیارات و قمرها نشانه هایی از اکسیژن دارند، گرچه بسیار کم رنگ و غیرقابل استفاده برای تنفس انسان. در این بخش با مهم ترین آن ها آشنا می شویم.

1. مریخ

جو سیاره مریخ، که به آن «سیاره سرخ» هم می گویند، بیشتر از دی اکسیدکربن تشکیل شده است؛ بیش از ۹۵ درصد. میزان اکسیژن در آن بسیار کم است، حدود ۰/۱۶ درصد؛ یعنی به هیچ وجه برای تنفس کافی نیست. با این حال پروژه ای علمی به نام MOXIE (که روی مریخ نورد “پرسورِنس” نصب شده) توانسته با روشی پیشرفته، از همین دی اکسیدکربن موجود در جو مریخ، اکسیژن خالص استخراج کند.

تا پایان سال ۲۰۲۴، این دستگاه موفق شده ۱۲۲ گرم اکسیژن تولید کند. شاید این مقدار زیاد به نظر نرسد، اما اثبات می کند که می توان در آینده، با فناوری مناسب، هوای قابل تنفس در مریخ تولید کرد.

چرا این موضوع مهم است؟ در کتاب درسی علوم نهم، بخشی به عنوان «فناوری های آینده» وجود دارد. MOXIE یکی از نمونه های واقعی فناوری های نوین است که با استفاده از منابع موجود در محل، نیازهای اساسی مانند هوا را فراهم می کند. این موضوع می تواند ایده خوبی برای پروژه های پژوهشی شما باشد.

2. زهره

زهره، دومین سیاره نزدیک به خورشید، جوی بسیار متراکم و سمی دارد. برای سال ها، دانشمندان فکر می کردند اکسیژنی در جو این سیاره وجود ندارد. اما در سال ۲۰۲۳، با کمک رصدخانه هوایی SOFIA که به طیف سنج تراهرتز مجهز است، اکسیژن اتمی در لایه های بالای جو زهره ــ حدود ۱۰۰ کیلومتر بالاتر از سطح ــ شناسایی شد.

این کشف نشان داد که اگرچه زهره جای زندگی نیست، اما در آنجا هم ردپایی از اکسیژن وجود دارد؛ البته نه به شکلی که قابل استفاده برای انسان باشد.

3. عطارد

عطارد که نزدیک ترین سیاره به خورشید است، به دلیل جاذبه کم و دمای بسیار بالا، جو پایدار ندارد. اما پیرامون آن لایه نازک و پراکنده ای به نام اکسسفر وجود دارد. در این ناحیه فوق العاده رقیق، زمانی که ذرات باردار خورشید با سطح سنگی عطارد برخورد می کنند، اتم های اکسیژن آزاد می شوند.

در کنار عناصری مانند سدیم و هلیم، اکسیژن یکی از اجزای اصلی این لایه ناپایدار به شمار می آید. البته تراکم این گاز آن قدر کم است که نمی توان آن را «جو» به معنای واقعی دانست.

4. مشتری و زحل

مشتری و زحل دو سیاره بزرگ و گازی منظومه شمسی هستند که ساختار آن ها با زمین تفاوت اساسی دارد. در لایه های عمیق ترِ جو این سیارات، ترکیباتی مثل آب (H₂O) وجود دارد که نشانه حضور غیرمستقیم اکسیژن است. اما به دلیل فشار و دمای بسیار بالا، مولکول های آب یا اکسیژن به سرعت تجزیه می شوند یا در ترکیبات دیگر جذب می گردند.

در نتیجه، اکسیژن آزاد (O₂) در جو بیرونی این سیارات دیده نمی شود و حتی اگر وجود داشته باشد، مقدار آن بسیار ناچیز است.

در مجموع هرچند که برخی از سیارات مانند مریخ و زهره، یا حتی عطارد، نشانه هایی از اکسیژن دارند، اما هیچ کدام از آن ها جوی شبیه به زمین برای حیات ندارند. در این اجرام، اکسیژن یا بسیار رقیق است، یا به شکل هایی وجود دارد که برای انسان قابل تنفس نیست. با این حال همین نشانه های ضعیف می توانند برای آینده پژوهش های فضایی بسیار ارزشمند باشند.

اقمار یخی در منظومه شمسی که اکسیژن دارند

در نگاه اول شاید فکر کنید که فقط سیارات می توانند اکسیژن داشته باشند، اما جالب است بدانید بعضی از اقمار یخی که به سیارات بزرگی مثل مشتری و زحل تعلق دارند، نیز نشانه هایی از اکسیژن در سطح یا اطراف خود دارند. البته این اکسیژن به شکلی نیست که بتوان از آن برای تنفس استفاده کرد، اما برای دانشمندان یک کشف بسیار مهم محسوب می شود. در این بخش با چند نمونه شگفت انگیز آشنا می شویم.

1. قمر اروپا

اروپا یکی از قمرهای مشهور سیاره مشتری است که سطح آن کاملا پوشیده از یخ است. این قمر دائما در معرض بمباران ذرات باردار و پرانرژی ناشی از میدان مغناطیسی قوی مشتری قرار دارد. این ذرات، با برخورد به سطح یخی اروپا، باعث شکستن مولکول های آب یخ زده می شوند و در نتیجه اکسیژن آزاد می شود.

تلسکوپ فضایی هابل در دهه ی ۱۹۹۰ توانست وجود لایه ای بسیار رقیق از اکسیژن (O₂) را در اطراف اروپا شناسایی کند. این کشف نشان می دهد که هرچند سطح این قمر یخی است، اما فرآیندهایی طبیعی می توانند گازهای مختلفی از جمله اکسیژن را ایجاد کنند.

2. قمرهای گانیمد و کالیستو

دو قمر دیگر مشتری، یعنی گانیمد و کالیستو، نیز رفتار مشابهی با قمر اروپا دارند. در طیف سنجی فرابنفش گانیمد، دانشمندان نشانه هایی از اُزون (O₃) پیدا کرده اند. اُزون یکی از ترکیبات مرتبط با اکسیژن است و می تواند نشان دهنده آزاد شدن اکسیژن از سطح یخی این قمرها باشد.

البته فعالیت این اقمار در مقایسه با قمر اروپا کمتر است و شاید فرایند آزاد شدن اکسیژن در آن ها ضعیف تر یا کندتر باشد. با این حال همین مقدار هم برای دانشمندان بسیار ارزشمند است.

3. قمرهای انسلادوس و تایتان

در سیاره زحل نیز اقمار جالب توجهی وجود دارند که یکی از آن ها انسلادوس است. این قمر کوچک، چشمه هایی دارد که فواره های آب بخار را با فشار زیاد به فضا پرتاب می کنند. این فواره ها حاوی مولکول های H₂O (آب) هستند.

وقتی این مولکول ها وارد فضای اطراف قمر می شوند، تحت تأثیر تابش های خورشیدی یا میدان مغناطیسی زحل قرار می گیرند و تجزیه یا یونیزه می شوند. در نتیجه، مقادیر اندکی از اکسیژن یونیزه در اطراف انسلادوس، و به ویژه در حلقه E زحل که از این ذرات تشکیل شده، شناسایی شده است.

قمر دیگر زحل، یعنی تایتان نیز جوی ضخیم دارد که حاوی مولکول های پیچیده شیمیایی است، اگرچه تاکنون نشانه روشنی از اکسیژن در آن دیده نشده، اما دانشمندان هنوز در حال بررسی هستند.

این اقمار در منظومه شمسی، هرچند کوچک و دور از زمین هستند، اما سرنخ های مهمی از وجود اکسیژن هرچند در مقیاسی بسیار محدود به ما می دهند. همین نشانه های کوچک، انگیزه تحقیقات بزرگ برای درک بهتر شرایط دیگر جهان ها هستند. شاید روزی همین اطلاعات، زمینه ساز کشف زیست فرازمینی یا زندگی در فضا برای انسان شود.

در کدام سیاره خارج از منظومه شمسی اکسیژن وجود دارد؟

در حال حاضر، هیچ سیاره ای خارج از منظومه شمسی (که به آن ها «فراسیاره» یا اگزوپلنت گفته می شود) شناسایی نشده که اکسیژن مولکولی (O₂) به طور قطعی در جو آن وجود داشته باشد. با این حال دانشمندان با استفاده از تلسکوپ های پیشرفته مانند جیمز وب و هابل، در حال بررسی جو فراسیارات برای یافتن نشانه هایی از گازهای زیستی هستند.

یکی از مهم ترین فراسیاراتی که توجه دانشمندان را جلب کرده، K2-18b است. این سیاره در منطقه قابل سکونت یک ستاره کوتوله سرخ قرار دارد و در سال های اخیر، در جو آن بخار آب، متان و دی اکسیدکربن شناسایی شده است. اگرچه هنوز اکسیژن در این سیاره دیده نشده، اما ترکیب همین گازها می تواند شرایطی را فراهم کند که به طور بالقوه منجر به شکل گیری یا وجود اکسیژن شود.

در مجموع فناوری کنونی ما هنوز به اندازه ای پیشرفته نشده که بتواند به روشنی وجود اکسیژن را در جو یک سیاره دور تشخیص دهد. اما تحقیقات آینده، مخصوصا با کمک تلسکوپ های نسل بعد، می تواند ما را به کشف سیاره ای با اکسیژن و شاید حتی نشانه هایی از زندگی نزدیک تر کند.

اکسیژن در سیارات مختلف چگونه به وجود می آید؟

برای اینکه درک کنیم اکسیژن چگونه در سیارات و قمرهای مختلف به وجود می آید، لازم است با چند فرآیند علمی آشنا شویم. هرکدام از این روش ها، در شرایط خاصی و در مکان های متفاوتی از منظومه شمسی اتفاق می افتد. جدول زیر، یک خلاصه مفید از این مکانیزم هاست:

آیا وجود اکسیژن در یک سیاره به معنی وجود حیات است؟

اکسیژن یکی از مهم ترین نشانه های احتمالی برای وجود حیات است، اما وجود آن به تنهایی کافی نیست. برای اینکه حضور اکسیژن را نشانه حیات بدانیم، باید آن را همراه با دیگر نشانه ها بررسی کنیم: مثل حضور متان، بخار آب، شرایط دمایی مناسب، و البته شواهدی از پایداری اکسیژن در طول زمان. فقط با چنین تحلیل های دقیق و ترکیبی است که می توان درباره وجود یا نبود حیات در یک سیاره دیگر نظری علمی ارائه داد.

نتیجه گیری

پرسش «در کدام سیاره اکسیژن وجود دارد؟» پاسخ چند وجهی دارد:

1. زمین یگانه سیاره با اکسیژن کافی برای تنفس و حیات است.
2. مریخ، زهره، عطارد و چند قمر یخی ردپاهای کم رنگ اکسیژن دارند، اما نه به قدری که زندگی انسان را پشتیبانی کند.
3. فناوری های نو مثل MOXIE نشان می دهند می توان در آینده نزدیک اکسیژن را در سیارات دیگر تولید کرد.
4. جستجوی اکسیژن در فراسیارات، یکی از مهم ترین راه های کشف زیست فرازمینی است؛ اما هر حضور O₂ مساوی حیات نیست.