الغلاف الجوي للكواكب الخارجية هو الدليل التالي لإيجاد الحياة على الكواكب التي تدور حول النجوم البعيدة

عندما تقوم بالشراء من خلال الروابط الموجودة في مقالاتنا، قد تحصل شركة Future وشركاؤها المشتركون على عمولة.

تم نشر هذه المقالة أصلا في المحادثة. ساهم المنشور بالمقال في موقع Space.com أصوات الخبراء: افتتاحية ورؤى.

عندما يبحث علماء الفلك عن الكواكب التي يمكن أن تستضيف الماء السائل على سطحها، فإنهم يبدأون بالنظر إلى النجوم منطقة صالحة للسكن. الماء هو العنصر الرئيسي للحياةوعلى كوكب قريب جدًا من نجمه، قد “يغلي” الماء الموجود على سطحه؛ بعيدًا جدًا، ويمكن أن يتجمد. تمثل هذه المنطقة المنطقة الواقعة بينهما.

لكن التواجد في هذا بقعة حلوة لا يعني تلقائيًا أن الكوكب مضياف للحياة. وتلعب عوامل أخرى دورًا، مثل ما إذا كان الكوكب نشطًا جيولوجيًا أو لديه عمليات تنظم الغازات في غلافه الجوي.

توفر المنطقة الصالحة للسكن دليلاً مفيدًا للبحث عن علامات الحياة عليها الكواكب الخارجية – كواكب خارج نظامنا الشمسي تدور حول نجوم أخرى. لكن ما يوجد في الغلاف الجوي لهذه الكواكب يحمل الدليل التالي حول ما إذا كانت المياه السائلة – وربما الحياة – موجودة خارج الأرض.

على الأرض، تأثير الاحتباس الحراري، والتي تسببها غازات مثل ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء، تحافظ على الكوكب دافئًا بدرجة كافية لوجود الماء السائل والحياة كما نعرفها. وبدون الغلاف الجوي، سترتفع درجة حرارة سطح الأرض في المتوسط ​​حوالي صفر درجة فهرنهايت (-18 درجة مئوية)، وهي أقل بكثير من نقطة تجمد الماء.

يتم تحديد حدود المنطقة الصالحة للسكن من خلال مقدار “تأثير الاحتباس الحراري” الضروري للحفاظ على درجات حرارة السطح التي تسمح ببقاء الماء السائل. إنه توازن بين ضوء الشمس وارتفاع درجة حرارة الغلاف الجوي.

العديد من علماء الكواكب، بما في ذلك أنا، يسعون إلى فهم ما إذا كانت العمليات المسؤولة عن تنظيم مناخ الأرض تعمل في عوالم مناطق أخرى صالحة للسكن. نحن نستخدم ما نعرفه عن جيولوجيا الأرض ومناخها للتنبؤ بكيفية ظهور هذه العمليات في أماكن أخرى، وهنا تكمن خبرتي في علوم الأرض.

لماذا المنطقة الصالحة للسكن؟

إن المنطقة الصالحة للسكن هي فكرة بسيطة وقوية، ولسبب وجيه. فهو يوفر نقطة انطلاق، حيث يوجه علماء الفلك إلى المكان الذي قد يتوقعون العثور فيه على كواكب تحتوي على مياه سائلة، دون الحاجة إلى معرفة كل التفاصيل حول الغلاف الجوي للكوكب أو تاريخه.

يعتمد تعريفه جزئيًا على ما يعرفه العلماء عن جيران الأرض الصخريين. المريخ، والتي تقع خارج الحافة الخارجية للمنطقة الصالحة للسكن، كما يظهر دليل واضح على الأنهار والبحيرات القديمة حيث تدفقت المياه السائلة مرة واحدة.

بصورة مماثلة، فينوس حاليًا قريب جدًا من الشمس ليكون ضمن المنطقة الصالحة للسكن. ومع ذلك، بعض الأدلة الجيوكيميائية و دراسات النمذجة تشير إلى أن كوكب الزهرة ربما كان لديه ماء في ماضيه، على الرغم من أن كميته وإلى متى لا يزال غير مؤكد.

توضح هذه الأمثلة أنه على الرغم من أن المنطقة الصالحة للسكن ليست مؤشرًا مثاليًا لصلاحية السكن، إلا أنها توفر نقطة بداية مفيدة.

يمكن للعمليات الكوكبية أن تفيد قابلية السكن

ما لا تفعله المنطقة الصالحة للسكن هو تحديد ما إذا كان الكوكب يمكنه الحفاظ على الظروف الصالحة للسكن على مدى فترات طويلة من الزمن. على الأرض، أ سمح المناخ المستقر للحياة بالظهور والاستمرار. يمكن أن يبقى الماء السائل على السطح، إعطاء التفاعلات الكيميائية البطيئة الوقت الكافي لبناء جزيئات الحياة و السماح للأنظمة البيئية المبكرة بتطوير القدرة على التحمل للتغيير، مما عزز الصالحية للسكن.

ظهرت الحياة على الأرض، ولكن استمرت في إعادة تشكيل البيئات التي تطورت فيها، مما يجعلها أكثر ملاءمة للحياة.

من المحتمل أن يكون هذا الاستقرار قد ظهر على مدى مئات الملايين من السنين، حيث عملت سطح الكواكب والمحيطات والغلاف الجوي معًا كجزء من نظام بطيء ولكنه قوي لتنظيم درجة حرارة الأرض.

الجزء الرئيسي من هذا النظام هو كيف تقوم الأرض بإعادة تدوير الكربون غير العضوي بين الغلاف الجوي والسطح والمحيطات على مدى ملايين السنين. الكربون غير العضوي ويشير إلى الكربون المرتبط بالغازات الجوية، أو المذاب في مياه البحر أو المحتبس في المعادن، وليس إلى مادة بيولوجية. هذا الجزء من دورة الكربون يعمل مثل منظم الحرارة الطبيعي. عندما تطلق البراكين ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، فإن جزيئات ثاني أكسيد الكربون تحبس الحرارة وتدفئ الكوكب. مع ارتفاع درجات الحرارة، تقوم الأمطار والعوامل الجوية بسحب الكربون من الهواء وتخزينه في الصخور والمحيطات.

إذا برد الكوكب، تتباطأ هذه العملية، مما يسمح لثاني أكسيد الكربون بالاحترار غازات الدفيئة، لتتراكم في الجو من جديد. وقد ساعد هذا الجزء من دورة الكربون الأرض على التعافي من العصور الجليدية الماضية وتجنب الاحترار الجامح.

وحتى مع سطوع الشمس تدريجيًا، ساهمت هذه الدورة في الحفاظ على درجات الحرارة على الأرض ضمن نطاق يمكن أن يستمر فيه الماء السائل والحياة لفترات طويلة من الزمن.

والآن، يتساءل العلماء عما إذا كانت هناك عمليات جيولوجية مماثلة قد تحدث على كواكب أخرى، وإذا كان الأمر كذلك، فكيف يمكن اكتشافها؟ على سبيل المثال، إذا تمكن الباحثون من مراقبة ما يكفي من الكواكب الصخرية في المناطق الصالحة للسكن في نجومهم، فسيتمكنون من ذلك ابحث عن النمط ربط كمية ضوء الشمس التي يتلقاها الكوكب وكمية ثاني أكسيد الكربون الموجودة في غلافه الجوي. إن العثور على مثل هذا النمط قد يشير إلى أن نفس النوع من عملية تدوير الكربون يمكن أن يحدث في مكان آخر.

يتشكل مزيج الغازات الموجود في الغلاف الجوي للكوكب من خلال ما يحدث على سطحه أو تحته. دراسة واحدة يوضح أن قياس ثاني أكسيد الكربون الموجود في الغلاف الجوي في عدد من الكواكب الصخرية يمكن أن يكشف عما إذا كانت أسطحها مقسمة إلى عدد من الصفائح المتحركة، مثل الأرض، أو ما إذا كانت قشورها أكثر صلابة. على الأرض هؤلاء لوحات التحول وهي تؤدي إلى النشاط البركاني والتجوية الصخرية، وهي عوامل أساسية في دورة الكربون.

مراقبة الأجواء البعيدة

ستكون الخطوة التالية نحو الحصول على منظور على مستوى السكان الكواكب في المناطق الصالحة للسكن نجومها. ومن خلال تحليل بيانات الغلاف الجوي من العديد من الكواكب الصخرية، يمكن للباحثين البحث عن الاتجاهات التي تكشف عن تأثير العمليات الكوكبية الأساسية، مثل دورة الكربون.

ويمكن للعلماء بعد ذلك مقارنة هذه الأنماط بموقع الكوكب في المنطقة الصالحة للسكن. إن القيام بذلك سيسمح لهم باختبار ما إذا كانت المنطقة تتنبأ بدقة بالظروف الصالحة للسكن، أو ما إذا كانت بعض الكواكب تحافظ على ظروف مناسبة للمياه السائلة خارج حواف المنطقة.

هذا النوع من النهج مهم بشكل خاص تنوع الكواكب الخارجية. تقع العديد من الكواكب الخارجية فيها فئات غير موجودة في نظامنا الشمسي – مثل الأرض الفائقة و نبتون مصغرة. آحرون مدارات النجوم أصغر وأبرد من الشمس.

إن مجموعات البيانات اللازمة لاستكشاف وفهم هذا التنوع تلوح في الأفق. ناسا القادمة مرصد العوالم الصالحة للسكن سيكون أول تلسكوب فضائي مصمم خصيصًا للبحث عن علامات الصلاحية للسكن والحياة على الكواكب التي تدور حول نجوم أخرى. وسوف يصور مباشرة كواكب بحجم الأرض حول نجوم شبيهة بالشمس لدراسة أغلفتها الجوية بالتفصيل.

ستقوم الأدوات الموجودة في المرصد بتحليل مرور ضوء النجوم من خلاله هذه الاجواء للكشف عن الغازات مثل ثاني أكسيد الكربون والميثان وبخار الماء والأكسجين. أثناء ترشيح ضوء النجوم عبر الغلاف الجوي للكوكب، تمتص جزيئات مختلفة أطوال موجية محددة من الضوء، تاركاً وراءه بصمة كيميائية الذي يكشف عن الغازات الموجودة. تقدم هذه المركبات نظرة ثاقبة للعمليات التي تشكل هذه العوالم.

ويخضع مرصد العوالم الصالحة للسكن إلى تطوير علمي وهندسي نشط، مع وجود إمكانات الإطلاق المستهدف في الأربعينيات من القرن الحادي والعشرين. إلى جانب التلسكوبات الحالية، والتي أصبحت قادرة بشكل متزايد على مراقبة الغلاف الجوي لعوالم بحجم الأرض، قد يتمكن العلماء قريبًا من تحديد ما إذا كانت نفس العمليات الكوكبية التي تنظم مناخ الأرض شائعة في جميع أنحاء المجرة، أم أنها مناخنا الفريد.