منذ تلسكوب كبلر الفضائي تم إطلاقه في الفضاء ، نما عدد الكواكب المعروفة خارج مجموعتنا الشمسية (الكواكب الخارجية) بشكل كبير. في الوقت الحاضر، 3917 كوكبًا تم تأكيدها في 2918 نظامًا نجميًا ، بينما ينتظر 3368 نظامًا تأكيديًا. من هؤلاء، حوالي 50 تدور داخل نجمهم المنطقة الصالحة للسكن (تُعرف أيضًا باسم 'منطقة Goldilocks') ، وهي المسافة التي يمكن أن توجد بها المياه السائلة على سطح الكواكب.
ومع ذلك ، فقد أثارت الأبحاث الحديثة احتمال أن نعتبرها منطقة صالحة للسكن مفرط في التفاؤل. وفقا ل دراسة جديدة التي ظهرت مؤخرًا على الإنترنت بعنوان ' منطقة محدودة للسكنى لحياة معقدة '، يمكن أن تكون المناطق الصالحة للسكن أضيق بكثير مما كان يعتقد في الأصل. يمكن أن يكون لهذه الاكتشافات تأثير كبير على عدد الكواكب التي يعتبرها العلماء 'قابلة للسكن'.
قاد الدراسة إدوارد و. فريق الأرض البديل (جزء من معهد ناسا للبيولوجيا الفلكية )، ال Nexus لعلوم نظام الكواكب الخارجية (NExSS) و معهد جودارد لدراسات الفضاء التابع لناسا .
وفقا لتقديرات سابقة على أساسكبلرالبيانات ، خلص العلماء إلى أنه من المحتمل أن يكون هناك 40 مليار كوكب شبيه بالأرض في مجرة درب التبانة وحدها ، 11 مليار منها من المحتمل أن تدور مثل النجوم حول شمسنا (أي الأقزام الصفراء من النوع G). أشارت أبحاث أخرى إلى أن هذا الرقم قد يصل إلى 60 مليار او حتى 100 مليار ، اعتمادًا على المعلمات التي نستخدمها لتحديد المناطق الصالحة للسكن.
هذه النتائج مشجعة بالتأكيد ، لأنها تشير إلى أن مجرة درب التبانة قد تعج بالحياة. لسوء الحظ ، ألقت الأبحاث الحديثة حول الكواكب خارج المجموعة الشمسية بظلال من الشك على هذه التقديرات السابقة. هذا هو الحال خاصة حيث الكواكب المغلقة المد والجزر هذا المدار النجوم من النوع M (القزم الأحمر) نشعر بالقلق.
بالإضافة إلى ذلك ، أظهر البحث في كيفية تطور الحياة على الأرض أن الماء وحده لا يضمن الحياة - ولا وجود غاز الأكسجين . علاوة على ذلك ، نظر شفيترمان وزملاؤه في بصمتين حيويتين رئيسيتين آخرتين ضروريتين للحياة كما نعرفها - ثاني أكسيد الكربون وأول أكسيد الكربون.
قد يكون الكثير من هذه المركبات سامًا للحياة المعقدة ، في حين أن القليل جدًا قد يعني عدم ظهور بدائيات النوى المبكرة. إذا كانت الحياة على الأرض هي أي مؤشر ، فإن أشكال الحياة الأساسية ضرورية إذا كانت أشكال الحياة الأكثر تعقيدًا والمستهلكة للأكسجين ستتطور. لهذا السبب ، سعى شفيترمان وزملاؤه إلى مراجعة تعريف المنطقة الصالحة للسكن لأخذ ذلك في الاعتبار.
الانفجارات العنيفة من النجوم القزمة الحمراء ، وخاصة الصغيرة منها ، قد تجعل الكواكب في ما يسمى بالمنطقة الصالحة للسكن غير صالحة للسكن. حقوق الصورة: Credit: NASA و ESA و D. Player (STScI)
لكي نكون منصفين ، فإن حساب مساحة المنطقة الصالحة للسكن ليس بالأمر السهل. بالإضافة إلى بعدهم عن نجمهم ، تعتمد درجة حرارة سطح الكوكب على آليات ردود الفعل المختلفة في الغلاف الجوي - مثل تأثير الاحتباس الحراري. علاوة على ذلك ، يفترض التعريف التقليدي للمنطقة الصالحة للسكن وجود ' الأرض مثل ' شروط.
هذا يعني وجود جو غني بالنيتروجين والأكسجين وثاني أكسيد الكربون والماء ، ومستقر بنفس عملية الدورة الكيميائية الجيوكيميائية الموجودة على الأرض. في هذه العملية ، يتسبب الترسيب والتجوية في أن تصبح صخور السيليكات كربونية بينما يتسبب النشاط الجيولوجي في جعل صخور الكربون تعتمد على السيليكات مرة أخرى.
يؤدي هذا إلى حلقة تغذية مرتدة تضمن بقاء مستويات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي مستقرة نسبيًا ، مما يسمح بزيادة درجات حرارة السطح (المعروف أيضًا باسم تأثير الاحتباس الحراري). كلما اقترب الكوكب من الحافة الداخلية للمنطقة الصالحة للسكن ، قلت الحاجة إلى ثاني أكسيد الكربون لتحقيق ذلك. كما أوضح شويترمان في مقال حديث بقلم استعراض تكنولوجيا معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا :
'ولكن بالنسبة للمناطق الوسطى والخارجية من المنطقة الصالحة للسكن ، يجب أن تكون تركيزات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي أعلى بكثير للحفاظ على درجات حرارة مواتية للمياه السطحية السائلة.'
سيحتاج كوكب خارج المجموعة الشمسية Kepler 62f إلى غلاف جوي غني بثاني أكسيد الكربون ليكون الماء في صورة سائلة. رسم توضيحي للفنان: NASA Ames / JPL-Caltech / T. بايل
للتوضيح ، استخدم الفريق كبلر 62f على سبيل المثال ، الأرض العملاقة التي تدور حول نجم من النوع K (أصغر قليلاً وأقل شدة من شمسنا) يقع على بعد حوالي 990 سنة ضوئية من الأرض. يدور هذا الكوكب حول نجمه على نفس المسافة التي يدور حولها كوكب الزهرة مع الشمس ، لكن الكتلة السفلية للنجم تعني أنه يقع على الحافة الخارجية للمنطقة الصالحة للسكن.
عندما تم اكتشافه في عام 2013 ، كان يُعتقد أن هذا الكوكب هو مرشح جيد للحياة خارج كوكب الأرض ، بافتراض وجود تأثير الاحتباس الحراري الكافي. ومع ذلك ، حسب شفيترمان وزملاؤه أن الأمر سيستغرق 1000 مرة من ثاني أكسيد الكربون (300 إلى 500 كيلو باسكال) مما كان موجودًا على الأرض عندما كانت أشكال الحياة المعقدة تتطور لأول مرة (حوالي 1.85 مليار سنة).
ومع ذلك ، فإن هذه الكمية من ثاني أكسيد الكربون ستكون سامة لمعظم أشكال الحياة المعقدة هنا على الأرض. نتيجة لذلك ، لن يكون Kepler-62f مرشحًا مناسبًا للحياة حتى لو كان دافئًا بدرجة كافية للحصول على ماء سائل. بمجرد أن أخذوا في الاعتبار هذه القيود الفسيولوجية ، خلص شويترمان وفريقه إلى أن المنطقة الصالحة للسكن للحياة المعقدة يجب أن تكون أضيق بشكل كبير - ربع ما كان مقدرا سابقا.
حسب شفيترمان وزملاؤه أيضًا أن بعض الكواكب الخارجية من المحتمل أن تحتوي على مستويات أعلى من أول أكسيد الكربون لأنها تدور حول نجوم باردة. يضع هذا قيدًا كبيرًا على المناطق الصالحة للسكن من النجوم القزمة الحمراء ، والتي تصادف أنها تمثل 75٪ من النجوم في الكون - والتي يُعتقد أنها على الأرجح المكان للعثور على الكواكب الأرضية (أي الصخرية) في الطبيعة.
رسم تخطيطي يصور حدود المنطقة الصالحة للسكن (HZ) ، وكيف تتأثر الحدود بنوع النجمة. الائتمان: ويكيبيديا كومنز / تشيستر هارمان
يمكن أن يكون لهذه النتائج آثار جذرية على ما يعتبره العلماء 'قابلاً للسكن' ، ناهيك عن حدود المنطقة الصالحة للسكن في النجم. كما شفيترمان شرح :
'أحد الآثار المترتبة على ذلك هو أننا قد لا نتوقع العثور على علامات على وجود حياة ذكية أو بصمات تقنية على كواكب تدور حول أقزام M المتأخرة أو على كواكب يحتمل أن تكون صالحة للسكن بالقرب من الحافة الخارجية لمناطقها الصالحة للسكن.'
ولتعقيد الأمور أكثر ، تعد هذه الدراسة واحدة من عدة دراسات تضع قيودًا إضافية على ما يمكن اعتباره كواكب صالحة للسكن مؤخرًا. في عام 2019 وحده ، تم إجراء بحث يوضح كيف أن أنظمة نجم القزم الأحمر قد لا تمتلك ما يلزم مواد أولية لتتشكل الحياة وتلك النجوم القزمة الحمراء قد لا توفر عددًا كافيًا من الفوتونات لحدوث عملية التمثيل الضوئي.
كل هذا يضيف إلى الاحتمال الواضح بأن الحياة في مجرتنا قد تكون نادرة أكثر مما كان يعتقد سابقًا. لكن بطبيعة الحال ، فإن معرفة حدود القابلية للسكن على وجه اليقين تتطلب مزيدًا من الدراسات. لحسن الحظ ، لن نضطر إلى الانتظار طويلاً لمعرفة ذلك ، حيث سيتم تشغيل العديد من تلسكوبات الجيل التالي في العقد القادم.
وتشمل هذه تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) ، و تلسكوب كبير للغاية (ELT) و تلسكوب ماجلان العملاق (بتوقيت غرينيتش). من المتوقع أن تسمح هذه الأدوات وغيرها من الأدوات المتطورة بدراسات أكثر تفصيلاً وتوصيفات للكواكب الخارجية. وعندما يفعلون ذلك ، سيكون لدينا فكرة أفضل عن مدى احتمالية وجود الحياة هناك.
قراءة متعمقة: استعراض تكنولوجيا معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا و arXiv