إن المناظير الفائقة قادمة ، ومراصد أرضية وفضائية هائلة تسمح لنا بمراقبة أجواء العوالم البعيدة بشكل مباشر. نحن نعلم أن هناك حياة على الأرض ، ويحكي غلافنا الجوي القصة ، فهل يمكننا أن نفعل الشيء نفسه مع الكواكب خارج المجموعة الشمسية؟ اتضح ، الخروج بتوقيع حيوي واحد ، مادة كيميائية في الغلاف الجوي تخبرك أن نعم ، بالتأكيد ، هناك حياة على هذا العالم ، صعبة حقًا.
يجب أن أعترف ، لقد كنت سيئًا جدًا على هذا في الماضي. في الحلقات القديمة لـ Astronomy Cast و Hangout Space Weekly ، حتى هنا في Guide to Space ، قلت إنه إذا كان بإمكاننا فقط تذوق جو عالم بعيد ، فيمكننا القول باقتناع إذا كانت هناك حياة هناك.
اكتشف الأوزون في الغلاف الجوي ، أو الميثان ، أو حتى التلوث ، ويمكنك القول ، "هناك حياة هناك." حسنًا ، Fraser المستقبلية موجودة هنا لتصحيح Fraser الماضية. بينما أنا معجب بحماسه الساذج للبحث عن الأجانب ، اتضح ، كما هو الحال دائمًا ، أن الأمور ستكون أكثر صعوبة مما كنا نعتقد سابقًا.
يكافح علماء الفلك في الواقع لاكتشاف بصمة بيولوجية واحدة للتدخين يمكن استخدامها لقول أن هناك حياة هناك. وذلك لأن العمليات الطبيعية تبدو لها طرق ذكية لخداعنا.
ما هي بعض التوقيعات الحيوية المحتملة ، ولماذا هي إشكالية ، وماذا يستغرق الحصول على هذا التأكيد؟
لنبدأ بعالم قريب من المنزل: المريخ.
على مدى عقدين تقريبًا ، اكتشف الفلكيون غيومًا كبيرة من الميثان في الغلاف الجوي للمريخ. هنا على الأرض ، يأتي الميثان من مخلوقات حية ، مثل البكتيريا والأبقار الضار. علاوة على ذلك ، يتفكك الميثان بسهولة بسبب أشعة الشمس ، مما يعني أن هذا ليس بقايا الميثان القديمة منذ مليارات السنين. بعض العمليات على المريخ تعمل على تجديدها باستمرار.
ولكن ماذا؟
حسنًا ، بالإضافة إلى الحياة ، يمكن أن يتشكل الميثان بشكل طبيعي من خلال البراكين ، عندما تتفاعل الصخور مع الماء الساخن.
حاولت وكالة ناسا الوصول إلى نهاية هذا السؤال مع متجولي الروح والفرصة ، وكان من المتوقع أن يكون لدى الفضول الأدوات اللازمة للعثور على مصدر الميثان.
على مدار عدة أشهر ، اكتشفت كيريوسيتي دفعة من الميثان على السطح ، ولكن حتى هذا أدى إلى جدل. اتضح أن المركب نفسه كان يحمل الميثان ، وكان يمكن أن يلوث المنطقة المحيطة به. ربما جاء الميثان الذي اكتشفه من نفسه. من الممكن أيضًا أن نيزكًا صخريًا سقط بالقرب منك وأطلق بعض الغاز الملوث للنتائج.
وصلت بعثة ExoMars التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية إلى كوكب المريخ في أكتوبر 2016. على الرغم من تدمير Schiaparelli Lander ، نجت Trace Gas Orbiter من الرحلة وبدأت في رسم خرائط جو المريخ بتفصيل كبير ، والبحث عن الأماكن التي يمكن أن تنفث غاز الميثان ، وهكذا حتى الآن ، ليس لدينا نتائج حاسمة.
بعبارة أخرى ، لدينا أسطول من المدارات والهبوط في كوكب المريخ ، ومجهز بأدوات مصممة لاستنشاق أقل نفحة من الميثان على كوكب المريخ.
هناك بعض التلميحات المثيرة للفضول حول كيفية ارتفاع مستويات الميثان على المريخ وانخفاضها مع المواسم ، مما يشير إلى الحياة ، لكن علماء الفلك لا يزالون لا يوافقون.
تتطلب المطالبات غير العادية أدلة غير عادية وكل ذلك.
يمكن لبعض التلسكوبات قياس الغلاف الجوي للكواكب التي تدور حول النجوم الأخرى. على مدى العقد الماضي ، كان تلسكوب سبيتزر الفضائي التابع لناسا يرسم خرائط أجواء العوالم المختلفة. على سبيل المثال ، إليك خريطة للمشتري الساخن HD 189733b
. المكان مقرف ، ولكن رائع ، لقياس الغلاف الجوي لكوكب آخر ، هذا مذهل جدًا.
إنهم يؤدون هذا الإنجاز من خلال قياس المواد الكيميائية للنجم أثناء مرور الكوكب أمامه ، ثم قياسه عندما لا يكون هناك كوكب. يخبرك هذا بالمواد الكيميائية التي يجلبها الكوكب إلى الحفلة.
وقد تمكنوا أيضًا من قياس الغلاف الجوي لـ HAT-P-26b ، وهو عالم صغير نسبيًا بحجم نبتون يدور حول نجم قريب ، وفوجئوا بإيجاد بخار الماء في الغلاف الجوي للكوكب.
هل هذا يعني أن هناك حياة؟ أينما نجد الماء على الأرض نجد الحياة. كلا ، يمكنك الحصول على الماء تمامًا دون الحصول على الحياة.
عندما يتم إطلاقه في عام 2019 ، سينقل تلسكوب جيمس ويب الفضائي التابع لناسا هذا الاستشعار الجوي إلى المستوى التالي ، مما يسمح لعلماء الفلك بدراسة أجواء العديد من العوالم بدقة أعلى بكثير.
سيكون أحد الأهداف الأولى لـ Webb هو نظام TRAPPIST-1 مع كواكبه التي تدور في نصفها في المنطقة الصالحة للسكن لنجم قزم أحمر. يجب أن يكون ويب قادرًا على اكتشاف الأوزون والميثان والتوقيعات الحيوية الأخرى المحتملة مدى الحياة.
فما الذي يتطلبه الأمر حتى تتمكن من رؤية عالم بعيد وتعرف بالتأكيد أن هناك حياة هناك.
قام عالم الأحياء الفلكية جون لي جرينفيل من المركز الألماني للفضاء مؤخرًا بإعداد تقرير ، مروراً بجميع التوقيعات الحيوية للكواكب الخارجية التي يمكن أن تكون موجودة ، وراجعها لمعرفة مدى احتمالية أن تكون مؤشرًا للحياة في عالم آخر.
الهدف الأول سيكون الأكسجين الجزيئي ، أو O2. أنت تتنفسه الآن. حسنًا ، 21٪ من كل نفس ، على أي حال. سوف يستمر الأكسجين في جو عالم آخر لآلاف السنين دون مصدر.
يتم إنتاجه هنا على الأرض عن طريق التمثيل الضوئي ، ولكن إذا كان العالم يتعرض لضرب من قبل نجمه ، وفقد الغلاف الجوي ، فإن الهيدروجين ينفخ في الفضاء ، ويمكن أن يبقى الأكسجين الجزيئي. بعبارة أخرى ، لا يمكنك أن تكون متأكدًا بأي من الطريقتين.
ماذا عن الأوزون ، المعروف أيضا باسم O3؟ يتم تحويل O2 إلى O3 من خلال عملية كيميائية في الغلاف الجوي. يبدو أنه مرشح جيد ، ولكن المشكلة هي أن هناك عمليات طبيعية يمكن أن تنتج الأوزون أيضًا. هناك طبقة أوزون على كوكب الزهرة ، واحدة على كوكب المريخ ، وقد تم اكتشافها حول أقمار جليدية في النظام الشمسي.
هناك أكسيد النيتروز ، المعروف أيضًا باسم غاز الضحك. يتم إنتاجه كمخرجات للبكتيريا في التربة ، ويساعد في دورة النيتروجين في الأرض. وهناك أخبار جيدة ، يبدو أن الأرض هي العالم الوحيد في النظام الشمسي الذي يحتوي على أكسيد النيتروز في غلافه الجوي.
لكن العلماء طوروا أيضًا نماذج لكيفية توليد هذه المادة الكيميائية في تاريخ الأرض المبكر عندما تفاعل المحيط الغني بالكبريت مع النيتروجين على الكوكب. في الواقع ، يمكن أن يمر كل من كوكب الزهرة والمريخ بدورة مماثلة.
بعبارة أخرى ، قد ترى الحياة ، أو قد ترى كوكبًا شابًا.
ثم هناك غاز الميثان ، المادة الكيميائية التي قضينا وقتًا طويلاً في الحديث عنها. وكما ذكرت ، هناك غاز الميثان الناتج عن الحياة هنا على الأرض ، ولكنه موجود أيضًا على كوكب المريخ ، وهناك محيطات سائلة من غاز الميثان على تيتان.
اقترح علماء الفلك الهيدروكربونات الأخرى ، مثل الإيثان ، أيزوبرين ، لكن هذه لها مشاكلها الخاصة أيضًا.
ماذا عن الملوثات المنبعثة من الحضارات المتقدمة؟ يطلق علماء الأحياء الفلكية على هذه "التواقيع التكنولوجية" ، ويمكن أن تشمل أشياء مثل مركبات الكلوروفلوروكربون ، أو التداعيات النووية. ولكن مرة أخرى ، سيكون من الصعب اكتشاف هذه المواد الكيميائية على بعد سنوات ضوئية.
اقترح علماء الفلك أننا يجب أن نبحث عن الأرض الميتة ، لمجرد وضع خط الأساس. ستكون هذه عوالم تقع في المنطقة الصالحة للسكن ، ولكن من الواضح أن الحياة لم تستمر أبدًا. فقط الصخور والمياه والجو غير البيولوجي.
تكمن المشكلة في أننا ربما لا نستطيع حتى إيجاد طريقة للتأكد من أن العالم قد مات أيضًا. أنواع المواد الكيميائية التي تتوقع أن تراها في الغلاف الجوي ، مثل امتصاص ثاني أكسيد الكربون من المحيطات ، لذا لا يمكنك حتى التأكيد السلبي.
قد لا تتضمن إحدى الطرق مسحًا للأجواء على الإطلاق. يعكس الغطاء النباتي الموجود على الأرض طول موجي محدد جدًا للضوء في منطقة 700-750 نانومتر. يسمي علماء الأحياء الفلكية هذا "الحافة الحمراء" ، لأنك سترى زيادة في الانعكاسية بمقدار 5 أضعاف مقارنة بالأسطح الأخرى.
على الرغم من أنه ليس لدينا التلسكوبات للقيام بذلك اليوم ، إلا أن هناك بعض الأفكار الذكية حقًا ، مثل النظر في كيفية انعكاس الضوء من كوكب على القمر القريب ، وتحليل ذلك. البحث عن أشعة كوكب خارج المجموعة الشمسية.
في الواقع ، بالعودة إلى تاريخ الأرض المبكر ، كان سيبدو أرجوانيًا بسبب البكتيريا القديمة.
هناك أسطول كامل من المركبات الفضائية والمراصد الأرضية القادمة عبر الإنترنت والتي ستساعدنا على المضي قدمًا في هذا السؤال.
ستقوم مهمة Gaia التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية (ESA) برسم وتوصيف 1٪ من النجوم في مجرة درب التبانة ، تخبرنا عن أنواع النجوم الموجودة هناك ، بالإضافة إلى اكتشاف آلاف الكواكب لمزيد من المراقبة.
تم إطلاق مسح الفضاء العابر للكواكب الخارجية ، أو TESS ، في عام 2018 ، وسيجد جميع الكواكب الخارجية العابرة بحجم الأرض والأكبر في منطقتنا.
سوف تجد مهمة PLATO 2 عوالم صخرية في المنطقة الصالحة للسكن ، وسوف يتمكن جيمس ويب من دراسة الغلاف الجوي لها. تحدثنا أيضًا عن تلسكوب LUVOIR الضخم الذي يمكن أن يأتي عبر الإنترنت في 2030s ، ونقل هذه الملاحظات إلى المستوى التالي.
وهناك المزيد من المراصد الأرضية والفضائية في الأعمال.
نظرًا لأن هذه الجولة التالية من التلسكوبات تأتي عبر الإنترنت ، وهي تلك القادرة على قياس الغلاف الجوي لعالم بحجم الأرض يدور حول نجم آخر ، سيكافح علماء الفلك للعثور على توقيع حيوي يوفر علامة واضحة على وجود الحياة هناك.
بدلاً من اليقين ، يبدو أننا سنواجه نفس النضال لفهم ما نراه. سيختلف علماء الفلك مع بعضهم البعض ، وسيطورون تقنيات جديدة وأدوات جديدة للإجابة على الأسئلة التي لم يتم حلها.
سيستغرق الأمر بعض الوقت ، وسيكون من الصعب التعامل مع حالة عدم اليقين. لكن تذكر ، ربما هذا هو أهم سؤال علمي يمكن لأي شخص أن يطرحه: هل نحن وحدنا في الكون؟
الجواب يستحق الانتظار.
المصدر: John Lee Grenfell: A Review of Exoplanetary Biosignatures.
نصيحة قبعة للدكتور كيمبرلي كارتييه لتوجيهي إلى هذه الورقة. تابع عملها على مجلة EOS.
