عندما تقوم بالشراء من خلال الروابط الموجودة في مقالاتنا، قد تحصل شركة Future وشركاؤها المشتركون على عمولة.
مصدر الصورة: ناسا/مختبر الدفع النفاث-معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا
اكتشف العلماء طريقة جديدة يمكن أن يتشكل بها الأكسجين في الأجواء الغنية بثاني أكسيد الكربون في عوالم خارج كوكبنا، مما يتحدى الافتراضات حول كيفية البحث عن الحياة على الكواكب الأخرى، وربما حول أصول الحياة نفسها.
“معظم عمليات البحث عن الحياة، أو بصمات الحياة، على الكواكب الأخرى تثبت في الواقع أن كل ما نلاحظه يمكن أن يتولد من خلال وسائل لا تتطلب الحياة،” ديفيد بينوا، محاضر كبير في الفيزياء الجزيئية والكيمياء الفلكية في جامعة هال. صرح مركز EA Milne للفيزياء الفلكية الذي لم يشارك في الدراسة لموقع Space.com. “تظهر هذه الدراسة طريقا آخر لإنتاج الأكسجين الجزيئي الذي لم يكن يعتبر في السابق قابلا للتطبيق دائما.”
قبل الارتفاع الهائل في الأكسجين الجوي (O2). أرض خلال حدث الأكسدة العظيم منذ حوالي 2.4 مليار سنة – عندما بدأت البكتيريا الزرقاء التي تعيش في المحيطات في إنتاج الأكسجين من خلال عملية التمثيل الضوئي – كان ثاني أكسيد الكربون (CO2) يهيمن على الغلاف الجوي البدائي لكوكبنا مع كميات ضئيلة فقط من الأكسجين.
“تم إنتاج جزيئات O2 هذه حصريًا عبر المواد اللاأحيائية [non-biological] العمليات”، كتب فريق الباحثين بقيادة شان شي تيان وجيه هو في جامعة العلوم والتكنولوجيا في الصين.
يقول تيان وهيو إنهما كانا منبهرين بكيفية تشكل هذا الأكسجين البدائي في الغلاف الجوي، وقد أبلغا عن آلية جديدة يمكن من خلالها حدوث ذلك.
وفي الوقت نفسه، يقترح آخرون تكوين الأكسجين من خلال آليات مثل ما يعرف بتفاعل “إعادة تركيب الأجسام الثلاثة” لثنائي أكسجين الذرات أو تفكك ثاني أكسيد الكربون تحت الضوء فوق البنفسجي. ومن الممكن أيضًا، كما يعتقد البعض، أن المادة قد تكونت من خلال تفاعلات محددة مع الإلكترونات. وقال تيان لموقع Space.com: “ومع ذلك، فقد وجدنا مسارًا مختلفًا تمامًا لإنتاج الأكسجين من ثاني أكسيد الكربون الجزيئي”. “أي من خلال تفاعل أيونات الهيليوم [He+] مع ثاني أكسيد الكربون.”
يتم إنتاج معظم أيونات الهيليوم عندما جسيمات ألفا في الرياح الشمسية تتفاعل مع الجزيئات الموجودة في الغلاف الجوي العلوي، مما يؤدي إلى إنشاء جسيمات مشحونة تعرف باسم الأيونات التي تتفاعل بعد ذلك مع ثاني أكسيد الكربون الذي يمكن أن يشكل O2. “يجب ملاحظة هذا التفاعل في الغلاف الجوي العلوي للكوكب المريخوأوضح هو أن الكثير من أيونات He+ (بسبب الرياح الشمسية) وثاني أكسيد الكربون موجودة هناك.
ومع ذلك، على الرغم من التأكد من أن هذه التفاعلات تنتج أيونات مختلفة، مثل O+، وO2+، وCO2+ في الغلاف الأيوني المريخي، إلا أنه لا يوجد حتى الآن دليل يشير إلى أن O2 يتشكل بهذه الطريقة.
ولإثبات نظريتهم، استخدم العلماء قياس الطيف الكتلي لوقت الرحلة (TOF)، وهي تقنية تحدد نسبة الكتلة إلى الشحنة لأيونات الطور الغازي عن طريق قياس وقت يستغرق الأمر منهم قطع مسافة معروفة داخل أداة تسمى المطياف. تعتمد هذه الطريقة على مبدأ مفاده أن الأيونات، التي يتم تسريعها بواسطة مجال كهربائي معروف القوة، تكتسب سرعات مختلفة اعتمادًا على نسبة الكتلة إلى الشحنة، وبالتالي تصل إلى الكاشف في أوقات مختلفة.
لكن هو وتيان أخذا هذه الخطوة إلى الأمام، حيث جمعا TOF مع ما يعرف باسم “جهاز الشعاع المتقاطع” و”خرائط سرعة الأيونات” لمحاولة توضيح أي آليات محتملة من شأنها أن تنتج الأكسجين الجزيئي. في هذا الإعداد، يتقاطع شعاعان من الجسيمات – CO2 وHe+ – تحت ظروف خاضعة للرقابة، مما يسمح بحدوث التفاعلات عند نقطة الاصطدام.
تم تأين المنتجات الناتجة. وتم تحديد نسب الكتلة إلى الشحن الخاصة بها بناءً على الوقت الذي استغرقته للوصول إلى الكاشف. وفي الوقت نفسه، سجلت خرائط سرعة الأيونات مسارات وسرعات الأيونات، مما يوفر معلومات مفصلة عن طاقاتها.
وبشكل عام، كان الفريق قادرًا على إعادة بناء مسارات التفاعل واكتساب رؤى نقدية حول العمليات خطوة بخطوة التي تؤدي إلى تكوين الأكسجين من هاتين المادتين الأوليتين.
وقال بينوا: “هذا اكتشاف مفيد يوضح أن اصطدام الهيليوم بأنواع الطاقة التي نلاحظها في الرياح الشمسية، يمكن أن يولد الأكسجين الجزيئي عندما يضرب ثاني أكسيد الكربون”. “يبدو أن كفاءة العملية تشبه كفاءة تصادم ثاني أكسيد الكربون مع الإلكترونات منخفضة الطاقة، والتي تم التحقيق فيها قبل بضع سنوات من قبل نفس المجموعة البحثية.”
قصص ذات صلة:
– من المرجح العثور على بصمات تقنية غريبة على الكواكب الخارجية الغنية بالأكسجين. هذا هو السبب
– يمكن لتلسكوب جيمس ويب الفضائي البحث عن أجواء الكواكب الخارجية “الكربونية” بحثًا عن حياة غريبة
– أول مهمة خاصة إلى كوكب الزهرة ستبحث عن حياة غريبة في سحب حمض الكبريتيك
نظرًا لأن الحياة على الأرض ترتبط ارتباطًا وثيقًا بتركيزات الأكسجين، فقد درس العلماء منذ فترة طويلة الأكسجين في الغلاف الجوي كعلامة محتملة على قابلية العيش في عوالم أخرى – خاصة بالنظر إلى أن معظم الأكسجين على الأرض يتم إنتاجه بواسطة الكائنات الحية. ومع ذلك، يوضح هذا البحث أن الأكسجين يمكن أن يتشكل أيضًا من خلال عمليات غير حيوية، أو عمليات ليست متجذرة في الكائنات الحية. وبالتالي، إذا عملت آليات مماثلة على كواكب أخرى ذات أجواء غنية بثاني أكسيد الكربون، فمن الممكن أن يتواجد الأكسجين حتى في غياب الحياة.
ومع ذلك، فإن هذا الاكتشاف لا يعني أن علماء الفلك سوف يتوصلون على عجل إلى استنتاجات أو أن البحث عن الحياة على الكواكب الخارجية سوف يخرج عن مساره بسبب البصمات الحيوية الإيجابية الكاذبة.
وشدد بينوا على أن التحقق المتبادل مع النماذج الكيميائية الفلكية والملاحظات التجريبية من شأنه أن يعزز النتائج. على سبيل المثال، الكشف المتزامن لثاني أكسيد الكربون والهيليوم والأكسجين على كوكب خارجي يمكن التحقق من صحة هذا المسار كآلية مهمة لإنتاج الأكسجين الجزيئي.
وقال بينوا: “من المرجح أن يتم دمج هذه الآلية الجديدة في النماذج المستقبلية المستخدمة للتنبؤ بالأغلفة الجوية للكواكب الأخرى، وسوف تساعدنا على شرح كميات الأكسجين التي قد نجدها هناك بشكل أفضل”.