كيف يخطط علماء الفلك للكشف عن بصمات الحياة الغريبة في أجواء الكواكب 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.

نحن نعيش في وقت مثير للغاية: فالإجابات على بعض أقدم الأسئلة التي تصورتها البشرية أصبحت في متناول أيدينا. واحد من هؤلاء هو ما إذا كان أرض هو المكان الوحيد الذي يؤوي الحياة.

في الثلاثين عامًا الماضية، تمت الإجابة على سؤال ما إذا كانت الشمس فريدة من نوعها في استضافة نظام كوكبي: فنحن نعرف الآن آلافًا من الكواكب. الكواكب الخارجية تدور حول نجوم أخرى.

ولكن هل يمكننا استخدام التلسكوبات لاكتشاف ما إذا كان أي من هذه العوالم البعيدة يؤوي الحياة أيضًا؟ إحدى الطرق الواعدة هي تحليل الغازات الموجودة في الغلاف الجوي لهذه الكواكب.

نحن نعرف الآن أكثر من 6000 كوكب خارجي. ومع فهرسة الكثير منها الآن، هناك عدد من الطرق لتضييق نطاق العوالم التي تعد الأكثر واعدة بالنسبة لعلم الأحياء. وباستخدام مسافة الكوكب من نجمه المضيف، على سبيل المثال، يمكن لعلماء الفلك حساب درجة حرارته المحتملة.

الأرض هي الكوكب الوحيد في النظام الشمسي مع وجود محيطات مائية سائلة على سطحه، لذا فإن درجات الحرارة المعتدلة تعد متطلبًا محتملاً لكوكب صالح للسكن. ما إذا كان الكوكب لديه درجة الحرارة الصحيحة للمياه السائلة يتأثر بشدة بوجود وطبيعة الغلاف الجوي للكوكب.

ومن المثير للدهشة أننا نستطيع التعرف على الجزيئات الموجودة في أجواء الكواكب الخارجية. تجعل ميكانيكا الكم كل مادة كيميائية في الغلاف الجوي لها نمطها المميز الذي يشبه الباركود، والذي تتركه على الضوء الذي يمر عبرها. من خلال جمع ضوء النجوم الذي تم تصفيته من خلال الغلاف الجوي لكوكب خارج المجموعة الشمسية, يمكن للتلسكوبات رؤية الرموز الشريطية للجزيئات التي يتكون منها هذا الغلاف الجوي.

للاستفادة من هذا، يحتاج الكوكب إلى ذلك عبور – المرور أمام – النجم من وجهة نظرنا. وهذا يعني أنه يعمل فقط مع جزء صغير من الكواكب الخارجية المعروفة.

تعتمد قوة الإشارة على وفرة الجزيء في الغلاف الجوي: أقوى بالنسبة للجزيئات الأكثر وفرة، وتضعف تدريجيًا مع انخفاض الوفرة. وهذا يعني أنه من الأسهل عمومًا اكتشاف الجزيئات السائدة، على الرغم من أن هذا ليس صحيحًا دائمًا. بعض الرموز الشريطية قوية في جوهرها، في حين أن البعض الآخر ضعيف.

على سبيل المثال، الغلاف الجوي للأرض يهيمن النيتروجين ثنائي الذرة (N₂)، لكن هذا الجزيء يحتوي على رمز شريطي ضعيف مقارنة بالأكسجين ثنائي الذرة الأقل وفرة (O₂)، والأوزون (O₃)، وثاني أكسيد الكربون (CO₂) والماء (H₂O).

كشف الجزيئات

ال تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) هو تلسكوب فضائي كبير يجمع الضوء بأطوال موجية للأشعة تحت الحمراء. وقد تم استخدامه لاستكشاف الأجواء لمجموعة متنوعة من الكواكب الخارجية.

إن اكتشاف البصمات الجزيئية في الغلاف الجوي لكوكب خارج المجموعة الشمسية ليس بالأمر السهل تمامًا. يمكن لفرق مختلفة من العاملين استخلاص نتائج مختلفة نتيجة اتخاذ خيارات مختلفة قليلاً في الطريقة التي يتعاملون بها مع نفس البيانات. ولكن على الرغم من هذه الصعوبات، تم إجراء اكتشافات قوية وقابلة للتكرار للجزيئات. تم اكتشاف جزيئات بسيطة ذات رموز شريطية قوية مثل الميثان وثاني أكسيد الكربون والماء.

الكواكب أكبر من الأرض ولكنها أصغر منها نبتون – ما يسمى نبتونات الفرعية – هي النوع الأكثر شيوعا من الكواكب الخارجية المعروفة. لقد كان ذلك لأحد هذه الكواكب، K2-18b مطالبة جريئة تم اكتشاف التوقيع الحيوي في عام 2025. كشف التحليل عن كبريتيد ثنائي الميثيل، مع احتمال أقل من مرة واحدة في 1000 أن هذا الكشف كان زائفًا.

على الأرض، يتم إنتاج ثنائي ميثيل كبريتيد بواسطة العوالق النباتية في المحيطات، ولكنه يتحلل بسرعة في مياه البحر المضاءة بأشعة الشمس. نظرًا لأن K2-18b قد يكون كوكبًا مغطى بالكامل بمحيط مائي، فإن اكتشاف كبريتيد ثنائي الميثيل في غلافه الجوي قد يشير إلى وجود إمداد مستمر به من الحياة البحرية الميكروبية هناك.

إن إعادة فحص اكتشاف كبريتيد ثنائي ميثيل K2-18b من قبل باحثين آخرين يلقي ظلالاً من الشك على هذا الادعاء. وكان الأكثر أهمية مظاهرة 2025 بواسطة لويس ويلبانكس من جامعة ولاية أريزونا وزملاؤه أن اختيار الباركود الجزيئي الذي سيتم تضمينه في التحليل أثر بشكل جذري على النتائج.

ووجدوا أن العديد من البدائل، التي لم يتم استكشافها في الورقة الأصلية، قدمت نفس القدر من الجودة أو ملاءمة أفضل للبيانات المقاسة.

بالنسبة للكواكب التي بحجم الأرض والتي يُفترض أنها صخرية، من الصعب جدًا اكتشاف غلاف جوي على الإطلاق باستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي. ومع ذلك، فإن المستقبل واعد، حيث أن عددًا من المهام المخطط لها ستسمح لنا بمعرفة المزيد عن الكواكب التي قد تكون مشابهة للأرض.

البعثات القادمة

ومن المقرر إطلاقه في عام 2026 وكالة الفضاء الأوروبية‘s تلسكوب أفلاطون سيحدد الكواكب الأكثر تشابهًا مع الأرض ومناسبة للتحليل الطيفي للإرسال من تلك التي نعرفها حاليًا.

ناسا تلسكوب نانسي جريس الفضائي الروماني، والتي من المقرر إطلاقها في عام 2029، ستكون رائدة في تقنيات التصوير التاجي التي تسمح بإلغاء ضوء النجوم بحيث يمكن دراسة الكواكب الخافتة للغاية التي تدور حول النجوم القريبة مباشرة.

وكالة الفضاء الأوروبية تلسكوب ارييل، ومن المقرر إطلاقها في عام 2029، وهي مهمة تحليل طيفي للإرسال مخصصة، مصممة لتكون لديها القدرة على تحديد تركيبات الغلاف الجوي للكواكب الخارجية.

ناسا مرصد العوالم الصالحة للسكن (HWO) حاليًا في مراحل التخطيط. ستستخدم هذه المهمة الكوروناغراف لدراسة حوالي 25 كوكبًا شبيهًا بالأرض، بحثًا عن مجموعة متنوعة من السمات المميزة لقابلية السكن.

سيكون لدى HWO تغطية واسعة الطول من الأشعة فوق البنفسجية إلى الأشعة تحت الحمراء القريبة. إذا كان توأم الأرض يدور حول أحد النجوم المستهدفة القريبة لـ HWO، فسيقوم التلسكوب بجمع ضوء النجوم المنعكس من الكوكب. سيتضمن ضوء النجوم المنعكس توقيعات الباركود للأكسجين ثنائي الذرة (O₂) والغازات الأخرى المميزة للغلاف الجوي لكوكبنا. سيكشف أيضًا عن علامة على ضوء النجوم الذي تمتصه نباتات التمثيل الضوئي: ما يسمى بـ “الحافة الحمراء للنباتات”.

ينقسم سطح الأرض إلى أرض ومحيطات، والتي تعكس الضوء بشكل مختلف. سيكون HWO قادرًا على إعادة بناء خريطة منخفضة الدقة للسطح من التغيرات في الضوء المنعكس أثناء دوران القارات والمحيطات داخل وخارج الرؤية.

لذا فإن المستقبل يبدو واعداً للغاية. ومع إطلاق المركبة الفضائية في السنوات المقبلة، قد نقترب من مسألة ما إذا كانت الأرض فريدة من نوعها في استضافة الحياة.