نحن نعلم الآن أن الكون مليء بالكواكب. حسب أحد التقديرات ، هناك أكثر من 20 مليار عوالم شبيهة بالأرض في مجرتنا وحدها. لكن كم منهم من المحتمل أن يعيش؟ وكيف نعرف إذا فعلوا ذلك؟ ما لم تصادف أنها ترسل لنا رسالة واضحة جدًا مباشرة ، فإن الطريقة الأكثر احتمالية لاكتشاف الحياة على كوكب خارج المجموعة الشمسية هي من خلال النظر إلى غلافها الجوي.
لقد اكتشفنا بالفعل أغلفة جوية حول عدد قليل من الكواكب الخارجية الكبيرة ، وعندما يتم إطلاق تلسكوب جيمس ويب ، يجب أن نكون قادرين على دراسة الغلاف الجوي للكواكب الخارجية بحجم الأرض. لكن ما الذي نحتاج إلى رؤيته لتأكيد وجود الحياة؟
تعتمد الحياة الأرضية على طبقة رقيقة من الهواء الغني بالأكسجين. الائتمان: ناسا
كان الأكسجين أحد المرشحين الأقوياء. على الأرض ، يتم إنشاؤه بواسطة الكائنات الحية من خلال عملية التمثيل الضوئي ، ويشكل حوالي 21٪ من غلافنا الجوي. من السهل أيضًا اكتشاف الأكسجين من خلال بصمته الطيفية. إنه أيضًا عنصر تفاعلي ، لذلك يجب تجديده بواسطة الكائنات الحية. لذا ، إذا وجدنا الأكسجين والماء في الغلاف الجوي لكوكب خارج المجموعة الشمسية بحجم الأرض ، فسيكون ذلك بالتأكيد دليلًا مقنعًا على وجود حياة خارج كوكب الأرض. ولكن كما أظهرت دراسة حديثة ، فإن العثور على الأكسجين والماء لا يكفي.
هناك عدة طرق لكوكب ما ليكتسب جوًا غنيًا بالأكسجين بدون حياة. الائتمان: J. Krissansen-Totton
تظهر الدراسة أنه لا يمكننا الاعتماد على الأرض كنموذج قياسي لتطور الغلاف الجوي للكوكب. كان الغلاف الجوي للأرض المبكرة يفتقر إلى الأكسجين. خلقت أشكال الحياة المبكرة الأكسجين كمنتج نفايات. فقط بعد تطور عملية التمثيل الضوئي أصبح الأكسجين الموجود في الغلاف الجوي وفيرًا. لذلك ، بالنسبة للأرض ، فإن ارتفاع الأكسجين هو نتيجة مباشرة للحياة الأرضية. لكن طريقنا إلى الأكسجين ليس هو المسار الوحيد الممكن ، خاصة بالنسبة للكواكب التي تدور حول نجم قزم أحمر.
في حين أن الهيدروجين هو العنصر الأكثر وفرة في الكون إلى حد بعيد ، فمن المتوقع أن يكون الأكسجين شائعًا على الكواكب الصخرية ، إلى جانب الكربون والنيتروجين. لذلك ، من المحتمل أن نجد مركبات مثل الماء (H2O) ، وثاني أكسيد الكربون (CO2) والنيتروجين (ن2) في الغلاف الجوي لكل عالم تقريبًا يحتمل أن يكون صالحًا للسكنى. يمكن تحرير الأكسجين الحر من الماء وثاني أكسيد الكربون بيولوجيًا كما هو الحال على الأرض ، لكن الباحثين وجدوا ثلاثة سيناريوهات يظهر فيها الأكسجين الحر جيولوجيًا.
عرض الفنان لنظام TRAPPIST-1. الائتمان: NASA / JPL-Caltech
ركز الفريق على كواكب النجوم القزمة الحمراء. تشكل الأقزام الحمراء حوالي 75٪ من النجوم في مجرتنا ، لذلك من المحتمل أن تدور معظم العوالم التي يحتمل أن تكون صالحة للسكن حول قزم أحمر. لكن الأقزام الحمراء تختلف كثيرًا عن شمس الأرض. إنها أصغر حجمًا وبالتالي تستغرق وقتًا أطول للانتقال من نجم أولي إلى نجم تسلسل رئيسي. يمكن أن تنبعث منها توهجات شمسية كبيرة ، والتي يمكن أن تعمل على تجريد الغلاف الجوي من كوكب قريب من المدار. تنبعث منها أيضًا كمية أقل من الأشعة فوق البنفسجية ، والتي يمكن أن تؤين الذرات وتفتيت الجزيئات.
اتضح أن هذا يغير بشكل كبير تطور الغلاف الجوي للكوكب. إذا كان كوكب القزم الأحمر يحتوي على نسبة عالية من الكربون إلى النيتروجين ، فمن المحتمل أن يدخل حالة دفيئة جامحة مع جو كثيف من ثاني أكسيد الكربون وأكسجين حر. إذا كان عالمًا مائيًا ، يتم تحرير الأكسجين من بخار الماء في الغلاف الجوي العلوي. إذا كان كوكبًا جافًا ، فسيظل الأكسجين في الغلاف الجوي جنبًا إلى جنب مع النيتروجين وثاني أكسيد الكربون2. كل هذه الحالات الثلاث سيكون لها توقيع أكسجين عند ملاحظتها بواسطة تلسكوباتنا ، على الرغم من أنها لا تملك بالضرورة حياة. بالنسبة للكواكب القزمة الحمراء ، يمكن أن يكون وجود الأكسجين إيجابيًا كاذبًا.
ومن المثير للاهتمام أن الدراسة أظهرت أيضًا أن هذه السيناريوهات أقل احتمالية بالنسبة للنجوم الأكبر والأكثر شبهاً بالشمس. إذا وجدنا أكسجينًا مجانيًا حول كوكب يدور حول نجم شبيه بالشمس ، فقد يكون ذلك دليلًا قويًا على وجود حياة. نتيجة هذا البحث هي أن العثور على الحياة على الكواكب الأخرى أمر معقد. بينما نجمع أدلة محيرة في السنوات العديدة القادمة ، يجب أن نتذكر توخي الحذر بشأن الادعاء بسرعة كبيرة أننا وجدنا علامات على الحياة.
المرجعي:كريسانسن توتون ، جوشوا وآخرون. ' الايجابيات الكاذبة للأكسجين الجديدة على كواكب المنطقة الصالحة للسكن . 'السلف AGU2.2 (2021): 2576.
