عندما يتعلق الأمر باكتشاف وجود الماء السائل على الكواكب خارج النظام الشمسي، وبالتالي الظروف اللازمة للحياة، قد يرغب تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) في البحث عن ما هو مفقود بدلاً من ما هو موجود. وإليك ما يعنيه ذلك.
يقترح فريق من الباحثين، بما في ذلك علماء من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) وجامعة برمنغهام، أنه إذا كانت العوالم الصخرية مثل الأرض خارج النظام الشمسي تحتوي على كمية أقل من ثاني أكسيد الكربون في غلافها الجوي مقارنة بالكواكب الأخرى في نفس النظام قد تكون هذه علامة على أنها تحتوي على مياه سائلة. وكما نعلم من تكوين الحياة على كوكبنا، والظروف اللازمة لدعم الحياة هنا، فإن وجود الماء السائل هو مؤشر رئيسي على إمكانية السكن.
في حين أن البحث عن المكونات الكيميائية الرئيسية التي تشير إلى إمكانية السكن على كواكب خارج المجموعة الشمسية، أو الكواكب الخارجية، هو فقط في متناول التقنيات الحالية، فإن ثاني أكسيد الكربون المستنفد هو علامة أصبح تلسكوب جيمس ويب الفضائي جاهزًا الآن لرصدها.
متعلق ب: 12 اكتشافًا لكواكب خارج المجموعة الشمسية في عام 2023
“إن الكأس المقدسة في علم الكواكب خارج المجموعة الشمسية هو البحث عن عوالم صالحة للسكن ووجود حياة، ولكن جميع الميزات التي تم الحديث عنها حتى الآن كانت بعيدة عن متناول أحدث المراصد،” جوليان دي فيت، عضو فريق الاكتشاف وعالم الكواكب الخارجية. وقال أستاذ مساعد في علوم الكواكب في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في بيان. “الآن لدينا طريقة لمعرفة ما إذا كان هناك ماء سائل على كوكب آخر. وهذا شيء يمكننا الوصول إليه في السنوات القليلة المقبلة.”
خريطة طريق لاكتشاف الحياة على الكواكب الخارجية
في الوقت الحالي، يجيد العلماء استخدام الأدوات لتحديد مدى بعد الكوكب عن نجمه المضيف، وبالتالي ما إذا كان موجودًا في “المنطقة الصالحة للسكن” لهذا النجم – والتي تُعرف بأنها المنطقة التي ليست ساخنة جدًا ولا باردة جدًا للسماح بوجود كائنات فضائية. الماء السائل.
ومع ذلك، في نظامنا الشمسي، تقع الأرض والمريخ وحتى الزهرة في المنطقة الصالحة للسكن حول الشمس. ومع ذلك، فإن واحدًا فقط من تلك الكواكب لديه حاليًا القدرة على دعم الحياة كما نعرفها. وهذا يعني أن قابلية السكن والحفاظ على المياه السائلة للكواكب الخارجية لا تتعلق بالموقع والموقع والموقع. لذا، في الوقت الحالي، ليس لدى العلماء طريقة قوية لتأكيد ما إذا كان الكوكب صالحًا للحياة أم لا.
بالتفكير في الأرض والمريخ والزهرة بالإضافة إلى الاختلافات بين الثلاثي، أدرك الفريق أن الأرض الوحيدة الصالحة للسكن، لديها أيضًا غلاف جوي مستنفد من ثاني أكسيد الكربون مقارنة بجيرانها في المنطقة الصالحة للسكن.
وأشار تريود: “نحن نفترض أن هذه الكواكب تم إنشاؤها بطريقة مماثلة، وإذا رأينا كوكبًا به كمية أقل من الكربون الآن، فلا بد أنه ذهب إلى مكان ما”. “إن العملية الوحيدة التي يمكنها إزالة هذا القدر الكبير من الكربون من الغلاف الجوي هي دورة مياه قوية تتضمن محيطات من الماء السائل.”
على مدار مليارات السنين، كانت محيطات كوكبنا مسؤولة عن استنزاف كميات هائلة من ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي، مما يعني أنها تحتوي الآن على أقل من كوكب الزهرة أو المريخ.
“على الأرض، تم عزل جزء كبير من ثاني أكسيد الكربون الموجود في الغلاف الجوي في مياه البحر والصخور الصلبة على فترات زمنية جيولوجية، مما ساعد على تنظيم المناخ والصلاحية للسكن لمليارات السنين،” فريدر كلاين، مؤلف مشارك في البحث وعالم في وودز هول. وقال معهد علوم المحيطات (WHOI) في البيان.
وقد دفع ذلك الفريق إلى الاعتقاد بأن استنفاد ثاني أكسيد الكربون بشكل مماثل في الغلاف الجوي لكوكب خارج المجموعة الشمسية يمكن أن يشير أيضًا إلى وجود محيط سائل.
إن إجراء بحث باستخدام هذه المعلمات سيكون مناسبًا بشكل أفضل للأنظمة الكوكبية “peas-in-a-pod” التي، مثل النظام الشمسي، تستضيف عوالم صخرية أو أرضية متعددة ذات أحجام متشابهة تدور حول نجمها على مسافات مماثلة.
الخطوة الأولى في التحقيق الذي اقترحه الفريق هي البحث عن ثاني أكسيد الكربون واستخدامه كمؤشر على أن أهداف الكواكب الخارجية لها غلاف جوي. بمجرد تحديد وجود غلاف جوي للعديد من الكواكب في نظام واحد، ستكون الخطوة التالية هي تحديد كمية ثاني أكسيد الكربون الموجودة في الغلاف الجوي.
من المفترض أن يكشف هذا ما إذا كان واحد أو أكثر من الكواكب يحتوي على ثاني أكسيد كربون أقل بكثير من الكواكب الأخرى، مما يشير إلى أنه من المحتمل أن يحتوي على محيطات من الماء السائل وبالتالي يمكن أن يكون صالحًا للسكن.
وبطبيعة الحال، هناك ما هو أكثر قليلا في هذه الطريقة من مجرد مقارنة وفرة ثاني أكسيد الكربون. “الصلاحية للسكن” لا تساوي “مأهولة”. للتحقق مما إذا كانت الحياة موجودة بالفعل على كوكب خارج المجموعة الشمسية، بسبب نقص ثاني أكسيد الكربون، يقترح الفريق البحث عن جزيء آخر: الأوزون.
يتكون الأوزون من ثلاث ذرات أكسجين، وهو جزيء ينشأ عندما تزيل أشكال الحياة مثل النباتات والكائنات الحية الدقيقة ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي للأرض ثم تنبعث منها جزيئات الأكسجين التي تضربها أشعة الشمس. يعد الأوزون مقياسًا جيدًا لهذه العمليات في العوالم الغريبة، لأنه من الأسهل اكتشافه في الغلاف الجوي للكواكب الخارجية البعيدة مقارنة بالأكسجين نفسه.
يقول الفريق إنه إذا أظهر الغلاف الجوي للكوكب علامات استنفاد ثاني أكسيد الكربون إلى جانب وفرة من الأوزون، فمن الممكن أن يكون صالحًا للسكن والسكن.
وأضاف تريود: “إذا رأينا الأوزون، فإن هناك احتمالات كبيرة جدًا أن يكون مرتبطًا بثاني أكسيد الكربون الذي تستهلكه الحياة”. “وإذا كانت هذه حياة، فهي حياة مجيدة. لن تكون مجرد عدد قليل من البكتيريا. بل ستكون كتلة حيوية على مستوى الكوكب قادرة على معالجة كمية هائلة من الكربون والتفاعل معه.”
قصص ذات الصلة:
– أكثر 10 كواكب خارجية شبهاً بالأرض
– هناك عالمان شبيهان بالأرض يحتمل أن يكونا صالحين للسكن يدوران حول نجم في الفناء الخلفي للكون
– تم رصد كوكبين خارجيين من نوع “الأرض الفائقة” في المنطقة الصالحة للسكن لنجم قريب
ويعتقد الباحثون أن تلسكوب جيمس ويب الفضائي قادر بالفعل على قياس وفرة ثاني أكسيد الكربون والأوزون في أنظمة متعددة الكواكب قريبة من الأرض.
يتضمن ذلك نظام TRAPPIST-1، الذي يقع على بعد 40 سنة ضوئية، والمعروف أنه يستضيف سبعة كواكب شبيهة بالأرض، يقع العديد منها في المنطقة الصالحة للسكن لنجمها البارد.
واختتم دي ويت حديثه قائلاً: “يعد TRAPPIST-1 أحد الأنظمة القليلة التي يمكننا من خلالها إجراء دراسات الغلاف الجوي الأرضي باستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي. والآن لدينا خارطة طريق للعثور على كواكب صالحة للحياة. إذا عملنا جميعًا معًا، فيمكن تحقيق اكتشافات تحول النموذج في غضون السنوات القليلة المقبلة.
نُشر بحث الفريق في 28 ديسمبر في مجلة Nature Astronomy.