عند البحث عن الكواكب الخارجية التي يحتمل أن تكون صالحة للسكن ، يضطر العلماء إلى اتباع نهج الفاكهة المعلقة. نظرًا لأن الأرض هي الكوكب الوحيد الذي نعرفه القادر على دعم الحياة ، فإن هذا البحث يأتي أساسًا للبحث عن كواكب "تشبه الأرض". ولكن ماذا لو لم تكن الأرض عصا القياس لقابلية العيش التي نميل جميعًا إلى الاعتقاد بها؟
كان هذا موضوع محاضرة رئيسية ألقيت مؤخرًا في مؤتمر جولدشميت للكيمياء الجيولوجية ، الذي عقد من 18 إلى 23 أغسطس ، في برشلونة ، إسبانيا. هنا ، شرح فريق من الباحثين المدعومين من وكالة ناسا كيف يوضح فحص ما يدخل في تحديد المناطق الصالحة للسكن (HZs) أن بعض الكواكب الخارجية قد تكون لها ظروف أفضل للحياة لتزدهر من الأرض نفسها.
استند العرض التقديمي إلى دراسة بعنوان "منطقة محدودة مناسبة للحياة المعقدة" ، والتي ظهرت في عدد يونيو 2019 من المجلة الفيزيائية الفلكية. أجرى الدراسة باحثون من كالتيك ، ومعهد غودارد لدراسات الفضاء التابع لناسا ، ومعهد علم الأحياء الفلكي التابع لناسا ، وبرنامج ناسا لما بعد الدكتوراه ، ومختبر الكواكب الافتراضية NExSS ، ومعهد علوم الرخام الأزرق ، وجامعات متعددة.
كما تشير في دراستهم ، يتم تعريف HZs بشكل شائع على أنها نطاق المسافات من نجم مضيف يمكن أن تتواجد فيه المياه السائلة على السطح. ومع ذلك ، لا يأخذ هذا في الاعتبار ديناميكيات الغلاف الجوي اللازمة لضمان استقرار المناخ - والتي تتضمن ردود فعل سيليكات الكربونات للحفاظ على درجات حرارة السطح ضمن نطاق معين.
نظرًا لأن الطرق غير المباشرة فقط متاحة لقياس ما هي الظروف على الكواكب الخارجية البعيدة ، فإن الفلكيين يعتمدون على نماذج معقدة لمناخ الكواكب والتطور. في سياق تقديم توليفهم لهذا النهج خلال المحاضرة الرئيسية ، وصفت الدكتورة ستيفاني أولسون من جامعة شيكاغو (مؤلفة مشاركة في الدراسة) البحث لتحديد أفضل بيئات الحياة على الكواكب الخارجية:
"إن بحث وكالة ناسا عن الحياة في الكون يركز على ما يسمى بكواكب المنطقة الصالحة للحياة ، وهي عوالم لها القدرة على المحيطات السائلة. لكن ليست كل المحيطات مضيافة بنفس القدر - وبعض المحيطات ستكون أماكن أفضل للعيش من غيرها بسبب أنماط دورانها العالمية.
“كان عملنا يهدف إلى تحديد محيطات الكواكب الخارجية التي لديها القدرة الأكبر على استضافة حياة وفيرة ونشطة على مستوى العالم. تعتمد الحياة في محيطات الأرض على ارتفاع منسوب المياه (التدفق التصاعدي) الذي يعيد المغذيات من الأعماق المظلمة للمحيط إلى الأجزاء المضاءة بنور الشمس من المحيط حيث تعيش حياة التمثيل الضوئي. المزيد من التزايد يعني زيادة الإمداد بالعناصر الغذائية ، مما يعني المزيد من النشاط البيولوجي. هذه هي الظروف التي نحتاج إلى البحث عنها في الكواكب الخارجية ".
من أجل دراستهم ، قامت أولسن وزملاؤها بوضع نموذج للظروف المحتملة على أنواع مختلفة من الكواكب الخارجية باستخدام برنامج ROCKE-3D. تم تطوير نموذج الدوران العام (GCM) بواسطة معهد جودارد لدراسات الفضاء التابع لناسا (GISS) لدراسة نقاط مختلفة في تاريخ الأرض والكواكب الأرضية الأخرى في النظام الشمسي (مثل عطارد والزهرة والمريخ).
يمكن استخدام هذا البرنامج أيضًا لمحاكاة المناخات وموائل المحيطات على أنواع مختلفة من الكواكب الخارجية. بعد نمذجة مجموعة متنوعة من الكواكب الخارجية المحتملة (استنادًا إلى أكثر من 4000 تم اكتشافها حتى الآن) ، تمكنوا من تحديد أنواع الكواكب الخارجية الأكثر احتمالية لتطوير والحفاظ على البيئات الحيوية المزدهرة.
يتألف هذا من استخدام نموذج دوران المحيطات الذي يحدد الكواكب الخارجية التي سيكون لها أعلى ارتفاع في التدفق وبالتالي تكون قادرة على الحفاظ على المحيطات في ظروف مضيافة. ما وجدوه هو أن الكواكب ذات كثافة جوية أعلى ، ومعدلات دوران أبطأ ، ووجود قارات كلها تسفر عن معدلات ارتفاع أعلى.
من النتائج الرئيسية لذلك هو أن الأرض قد لا تكون صالحة للسكن على النحو الأمثل ، نظرًا لمعدل الدوران السريع إلى حد ما. قال الدكتور أولسون: "هذا استنتاج مدهش ، يوضح لنا أن الظروف على بعض الكواكب الخارجية ذات أنماط دوران المحيطات الملائمة يمكن أن تكون أكثر ملاءمة لدعم الحياة الأكثر وفرة أو أكثر نشاطًا من الحياة على الأرض".
هذا نوع من الأخبار الجيدة / الأخبار السيئة. من ناحية ، فإنه يحطم نوعًا ما الوهم بأن الأرض هي المعيار الذي يمكن من خلاله قياس الكواكب الخارجية الأخرى التي يمكن أن تكون صالحة للسكن. من ناحية أخرى ، فإنه يشير إلى أن الحياة قد تكون أكثر وفرة في عالمنا مما تشير إليه التقديرات المحافظة السابقة.
ولكن كما أشار أولسن ، سيكون هناك دائمًا فجوة بين الحياة وما يمكن اكتشافه من قبلنا ، نظرًا للقيود في التكنولوجيا الخاصة بنا. لذلك فإن هذه الدراسة مهمة لأنها تشجع علماء الفلك على توجيه جهودهم نحو المجموعة الفرعية من الكواكب الخارجية التي من المرجح أن تفضل "البيئات الحيوية الكبيرة النشطة عالميًا حيث تكون الحياة أسهل للكشف - وحيث يكون عدم الكشف هو الأكثر فائدة".
هذا سيكون ممكنا في العقد المقبل بفضل نشر التلسكوبات من الجيل التالي مثل تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) ، التي يتوقع الفلكيون أن تكون مفيدة في وصف الأجواء والبيئات السطحية للكواكب الخارجية. يمكن للتلسكوبات الأخرى ، التي لا تزال على لوحة الرسم ، أن تذهب أبعد من ذلك - ويرجع الفضل في ذلك جزئيًا إلى دراسات مثل هذه.
قال الدكتور أولسون: "من الناحية المثالية ، فإن هذا العمل سيبلغ تصميم التلسكوب لضمان أن المهام المستقبلية ، مثل مفاهيم التلسكوب LUVOIR أو HabEx المقترحة ، لديها القدرات الصحيحة ؛ الآن نحن نعرف ما الذي نبحث عنه ، لذلك نحن بحاجة إلى البدء في البحث ".
عندما يتعلق الأمر بالبحث عن دليل على الحياة خارج نظامنا الشمسي (أو داخله) ، فإن معرفة ما الذي تبحث عنه قد يكون أكثر أهمية من امتلاك أكثر الأدوات تعقيدًا للقيام بذلك. في السنوات القادمة ، سيستفيد علماء الفلك من أحدث التقنيات والأساليب المحسنة ، وذلك باستخدام كل ما تعلمناه حتى الآن للعثور على أدلة على الحياة غير حياتنا.
