يساعد النموذج الجديد في معرفة الكواكب البعيدة التي قد تستضيف الحياة

عند الشراء من خلال روابط على مقالاتنا ، قد يكسب المستقبل وشركاء المشاركة في العمولة.

تم نشر هذا المقال في الأصل في المحادثة. ساهم المنشور بالمقال في space.com أصوات الخبراء:.

يعد البحث عن الحياة خارج الأرض محركًا رئيسيًا لعلم الفلك الحديث وعلوم الكواكب. تقوم الولايات المتحدة ببناء العديد من التلسكوبات الرئيسية وتحقيقات الكواكب لتعزيز هذا البحث. ومع ذلك ، فإن علامات الحياة – التي تسمى biosignatures – التي قد يجدها العلماء من المحتمل أن يكون من الصعب تفسير. لا يزال اكتشاف مكان النظر بالضبط في التحدي.

أنا أكون و عالم الفيزياء الفلكية وأخصائي علماء الفلك مع أكثر من 20 عامًا من الخبرة في دراسة الكواكب خارج القطب – وهي كواكب تتجاوز نظامنا الشمسي.

لقد طورت أنا وزملائي نهج جديد سيؤدي ذلك إلى تحديد الكواكب أو الأقمار الأكثر إثارة للاهتمام للبحث عن الحياة والمساعدة في تفسير الإشارات الحيوية المحتملة. نفعل ذلك من خلال نمذجة كيف يمكن أن تكون الكائنات المختلفة في بيئات مختلفة ، مستنيرة بدراسات حدود الحياة على الأرض.

تلسكوبات جديدة للبحث عن الحياة

يقوم علماء الفلك بتطوير خطط وتكنولوجيا للتلسكوبات الفضائية المتزايدة. على سبيل المثال ، تعمل ناسا على مقترحها مرصد العالمين الصالحة للسكن، والتي من شأنها أن تلتقط صورًا فائقة الأطراف التي تُظهر مباشرة الكواكب التي تدور حول النجوم القريبة.

أنا وزملائي أقوم بتطوير مفهوم آخر ، نوتيلوس كوكبة التلسكوب الفضائي ، والتي تم تصميمها لدراسة مئات من الكواكب التي يحتمل أن تكون مثلها أثناء مرورها أمام نجومها المضيفة.

تهدف هذه التلسكوبات المستقبلية وغيرها إلى توفير دراسات أكثر حساسية لأكثر عوالم غريبة. تطور تنميتهم سؤالين مهمين: “أين ننظر؟” و “هل البيئات التي نعتقد أننا نرى علامات الحياة صالحة للسكن؟”

الادعاءات المتنازع عليها بشدة من الإمكانات علامات الحياة في Exoplanet K2-18b، تم الإعلان عنها في أبريل 2025 ، و مطالبات مماثلة سابقة في فينوس، أظهر مدى صعوبة تحديد وجود الحياة من بيانات الاستشعار عن بُعد.

متى يكون عالم أجنبي صالح للسكن؟

لغات أكسفورد يعرّف “الصالح للسكن” بأنه “مناسب أو جيد بما يكفي للعيش فيه.” ولكن كيف يعرف العلماء ما هو “جيد بما يكفي للعيش فيه” للكائنات الحية خارج كوكب الأرض؟ هل يمكن للميكروبات الغريبة المفرطة في بحيرات حمض الغليان أو الميثان السائل البارد ، أو تطفو في قطرات الماء في فينوس الغلاف الجوي العلوي؟

للحفاظ على الأمر بسيطًا ، كانت تعويذة ناسا “تتبع الماء”. هذا منطقي – الماء ضروري لكل حياة الأرض التي نعرفها. كوكب مع الماء السائل سيكون له أيضا بيئة معتدلة. لن يكون الجو باردًا لدرجة أنه يبطئ التفاعلات الكيميائية ، ولن يكون الجو حارًا لدرجة أنه يدمر الجزيئات المعقدة اللازمة مدى الحياة.

ومع ذلك ، مع قدرات علماء الفلك المتنامية بسرعة لتوصيف عوالم غريبة ، يحتاج علماء الفلك إلى مقاربة أكثر كمية ودقة من تصنيف المياه أو عدم المياه.

جهد مجتمعي

كجزء من ناسا بتمويل الأرض الغريبة المشروع الذي أقوده ، عالم الفلك روري بارنز وعملت على هذه المشكلة مع مجموعة من الخبراء – علماء علماء الفلك ، وعلماء الكواكب ، وخبراء الكواكب الخارجية ، وعلماء البيئة ، وعلماء الأحياء والكيميائيين – المستمدة من أكبر شبكة من الباحثين في الكواكب الخارجية وعلم الكواكب في ناسا لعلوم نظام الكوارث في الخارج ، أو Nexss.

أكثر من مائة من الزملاء قدموا لنا الأفكار ، وظهرت سؤالان في كثير من الأحيان:

أولاً، كيف نعرف ما تحتاجه الحياة، إذا لم نفهم النطاق الكامل للحياة خارج كوكب الأرض؟ يعرف العلماء الكثير عن الحياة على الأرض ، لكن معظم علماء الفلك يتفقون على أن أنواع الحياة الأكثر غرابة – ربما تستند إلى مجموعات مختلفة من العناصر الكيميائية والمذيبات – ممكنة. كيف نحدد الشروط التي قد تتطلبها تلك الأنواع الأخرى من الحياة؟

ثانياً ، يجب أن يعمل النهج مع بيانات غير مكتملة. من الصعب للغاية دراسة المواقع المحتملة للحياة خارج الأرض – “الموائل خارج القطب” – وغالبًا ما تكون مستحيلة الزيارة والعينة.

على سبيل المثال ، و المريخ تحت السطحية لا يزال في الغالب بعيدا عن متناولنا. أماكن مثل قمر كوكب المشتري أوروبا وقمر زحل المحيطات تحت السطحية enceladus وتبقى جميع الكواكب خارج القطب غير قابلة للوصول عملياً. يدرسها العلماء بشكل غير مباشر ، وغالبًا ما يستخدمون الملاحظات عن بُعد فقط. لا يمكن أن تخبرك هذه القياسات بقدر ما تفعل العينات الفعلية.

ومما زاد الطين بلة ، غالبًا ما يكون لقياسات أوجه عدم اليقين. على سبيل المثال ، قد نكون واثقين فقط بنسبة 88 ٪ من أن بخار الماء موجود في جو الكواكب الخارجية. يجب أن يكون إطار عملنا قادرًا على العمل بكميات صغيرة من البيانات والتعامل مع أوجه عدم اليقين. ونحن بحاجة إلى قبول أن الإجابات لن تكون سوداء أو بيضاء في كثير من الأحيان.

نهج جديد في القابلية للمكانة

النهج الجديد ، يسمى إطار القابلية للمكانة الكميةلديه ميزتان مميزتان:

أولاً ، ابتعدنا عن محاولة الإجابة على سؤال “الصالح للحياة” الغامض وضيقنا إلى سؤال أكثر تحديداً ومسؤولًا عمليًا: هل تسمح الظروف في الموائل – كما نعرفها – بنوع محدد (معروف أو غير معروف) للبقاء على قيد الحياة؟

حتى على الأرض ، تتطلب الكائنات الحية ظروفًا مختلفة للبقاء على قيد الحياة – لا توجد جمال في القارة القطبية الجنوبية. من خلال الحديث عن كائنات محددة ، جعلنا السؤال أسهل في الإجابة.

ثانياً ، لا يصر إطار القابلية للموازنة الكمية على الإجابات السوداء أو البيضاء. يقارن نماذج الكمبيوتر لحساب إجابة احتمالية. بدلاً من افتراض أن الماء السائل هو عامل الحد الرئيسي ، نقارن فهمنا للظروف التي يتطلبها الكائن الحي (“نموذج الكائن الحي”) مع فهمنا للظروف الموجودة في البيئة (“نموذج الموائل”).

كلاهما لديه عدم اليقين. يمكن أن يكون فهمنا لكل منها غير مكتمل. ومع ذلك ، يمكننا التعامل مع أوجه عدم اليقين رياضيا. من خلال مقارنة النموذجين ، يمكننا تحديد احتمال أن يكون الكائن والموائل متوافقين.

كمثال مبسط ، قد ينص نموذج موئلنا على القارة القطبية الجنوبية على أن درجات الحرارة غالبًا ما تكون أقل من التجمد. وقد ينص نموذجنا الحسي على الجمل على أنه لا ينجو لفترة طويلة في درجات الحرارة الباردة. مما لا يثير الدهشة ، أننا نتوقع بشكل صحيح احتمال شبه صفري بأن أنتاركتيكا موطن جيد للإبل.

كان لدينا انفجار يعمل في هذا المشروع. لدراسة حدود الحياة ، قمنا بجمع بيانات الأدب عن الكائنات الحية المتطرفة ، من الحشرات التي تعيش في جبال الهيمالايا على ارتفاعات عالية ودرجات حرارة منخفضة إلى الكائنات الحية الدقيقة التي تزدهر الفتحات الحرارية المائية في قاع المحيط وتغذية الطاقة الكيميائية.

لقد استكشفنا ، من خلال نماذجنا ، سواء كانوا قد البقاء على قيد الحياة في المريخ تحت سطح الأرض أو في محيطات أوروبا. لقد حققنا أيضًا ما إذا كانت البكتيريا البحرية التي تنتج الأكسجين في محيطات الأرض يمكن أن تنجو على كواكب خارجية معروفة.

على الرغم من أن هذا النهج شامل ومفصل ، فإن هذا النهج يجعل تبسيطات مهمة. على سبيل المثال ، لا يصمم بعد كيف يمكن أن تشكل الحياة الكوكب ، كما أنه لا يفسر المجموعة الكاملة من الكائنات الحية في المواد الغذائية. هذه التبسيط هي حسب التصميم.

في معظم البيئات التي ندرسها حاليًا ، لا نعرف سوى القليل عن الظروف لمحاولة هذه النماذج بشكل مفيد – باستثناء بعض أجسام النظام الشمسي ، مثل زحل enceladus.

قصص ذات صلة

– الكواكب الخارقة: عوالم غريبة قد تكون أكثر قابلية للسكن من الأرض

-كوكب خارجي مخفي “EARTH” ينزلق داخل وخرج من منطقته الصالحة للسكن

-10 من أكثر الكواكب الأنفية الشبيهة بالأرض

يتيح إطار قابلية الاستقرار الكمي فريقي الإجابة على أسئلة مثل ما إذا كان علماء الفلك قد يهتمون بموقع تحت السطحي على المريخ ، بالنظر إلى البيانات المتاحة ، أو ما إذا كان يجب على علماء الفلك تحويل التلسكوبات إلى الكوكب أ أو الكوكب ب أثناء البحث عن الحياة. يتوفر إطار عملنا كنموذج كمبيوتر مفتوح المصدر ، والذي يمكن لعلماء الفلك الآن استخدامه بسهولة وتطويره للمساعدة في المشاريع الحالية والمستقبلية.

إذا اكتشف العلماء توقيعًا محتملًا للحياة ، يمكن أن يساعد هذا النهج في تقييم ما إذا كانت البيئة التي يتم اكتشافها يمكن أن تدعم فعليًا نوع الحياة التي تؤدي إلى اكتشاف التوقيع.

ستكون خطواتنا التالية هي إنشاء قاعدة بيانات للكائنات الأرضية التي تعيش في بيئات متطرفة وتمثل حدود الحياة. إلى هذه البيانات ، يمكننا أيضًا إضافة نماذج للحياة الغريبة الافتراضية. من خلال دمجها في إطار قابلية الاستفادة الكمية ، سنكون قادرين على تحديد السيناريوهات ، وتفسير البيانات الجديدة القادمة من عوالم أخرى وتوجيه البحث عن توقيعات الحياة خارج الأرض – في نظامنا الشمسي وما بعده.

تم إعادة نشر هذه المقالة من المحادثة تحت رخصة العموم الإبداعية. اقرأ المقالة الأصلية.