على الرغم من آلاف الكواكب الخارجية التي اكتشفها علماء الفلك في السنوات الأخيرة ، فإن تحديد ما إذا كان أي منها صالحًا للسكن أم لا يمثل تحديًا كبيرًا. نظرًا لأنه لا يمكننا دراسة هذه الكواكب مباشرة ، يضطر العلماء للبحث عن مؤشرات غير مباشرة. تُعرف هذه باسم biosignatures ، والتي تتكون من المنتجات الثانوية الكيميائية التي نربطها بالحياة العضوية التي تظهر في الغلاف الجوي للكوكب.
تقترح دراسة جديدة قام بها فريق من علماء وكالة ناسا طريقة جديدة للبحث عن علامات الحياة المحتملة خارج نظامنا الشمسي. المفتاح ، كما يوصون ، هو الاستفادة من العواصف النجمية المتكررة من النجوم القزمة الصغيرة والباردة. تقذف هذه العواصف غيومًا ضخمة من المواد النجمية والإشعاع في الفضاء ، وتتفاعل مع أجواء الكواكب الخارجية وتنتج توقيعات حيوية يمكن اكتشافها.
ظهرت الدراسة التي حملت عنوان "المنارات الجوية للحياة من الكواكب الخارجية حول النجوم G و K" مؤخراً في تقارير الطبيعة العلمية. بقيادة الفريق فلاديمير س.أيرابيتان ، كبير علماء الفيزياء الفلكية بقسم علوم الفيزياء الشمسية (HSD) في مركز ناسا جودارد لرحلات الفضاء ، ضم الفريق أعضاء من مركز أبحاث لانغلي التابع لناسا ، ونظم العلوم والتطبيقات المدمجة (SSAI) ، والجامعة الأمريكية .
تقليديا ، بحث الباحثون عن علامات الأكسجين والميثان في أجواء الكواكب الخارجية ، لأن هذه هي منتجات ثانوية معروفة للعمليات العضوية. بمرور الوقت ، تتراكم هذه الغازات ، لتصل إلى كميات يمكن اكتشافها باستخدام التحليل الطيفي. ومع ذلك ، فإن هذا النهج يستغرق وقتًا طويلاً ويتطلب أن يقضي الفلكيون أيامًا في محاولة مراقبة الأطياف من كوكب بعيد.
ولكن وفقًا لـ Airapetian وزملائه ، من الممكن البحث عن توقيعات أكثر صرامة على عوالم يحتمل أن تكون صالحة للسكن. سيعتمد هذا النهج على التكنولوجيا والموارد الموجودة وسيستغرق وقتًا أقل بكثير. كما أوضح Airapetian في بيان صحفي لوكالة ناسا:
"نحن نبحث عن جزيئات متكونة من المتطلبات الأساسية للحياة - وبالتحديد النيتروجين الجزيئي ، والذي يمثل 78 بالمائة من الغلاف الجوي. هذه جزيئات أساسية صديقة للبيئة ولديها طاقة قوية تنبعث من الأشعة تحت الحمراء ، مما يزيد من فرصتنا في اكتشافها ".
باستخدام الحياة على الأرض كقالب ، صمم Airapetian وفريقه طريقة جديدة للنظر أو علامات منتجات بخار الماء والنيتروجين وغاز الأكسجين في الكواكب الخارجية. لكن الحيلة الحقيقية هي الاستفادة من أنواع أحداث طقس الفضاء المتطرفة التي تحدث مع النجوم القزمة النشطة. هذه الأحداث ، التي تعرض أجواء الكواكب لتدفقات الإشعاع ، تتسبب في تفاعلات كيميائية يمكن لعلماء الفلك أن يلتقطوها.
عندما يتعلق الأمر بنجوم مثل الشمس ، قزم أصفر من نوع G ، فإن مثل هذه الأحداث الجوية شائعة عندما تكون لا تزال صغيرة. ومع ذلك ، من المعروف أن النجوم الصفراء والبرتقالية الأخرى تظل نشطة لمليارات السنين ، وتنتج عواصف من الجسيمات النشطة المشحونة. والنجوم من النوع M (القزم الأحمر) ، النوع الأكثر شيوعًا في الكون ، تظل نشطة طوال حياتها الطويلة ، وتعرض كواكبها بشكل دوري إلى مشاعل صغيرة.
عندما تصل إلى كوكب خارجي ، فإنها تتفاعل مع الغلاف الجوي وتتسبب في التفكك الكيميائي لغاز النيتروجين (N²) والأكسجين (O²) في ذرات مفردة ، وبخار الماء إلى الهيدروجين والأكسجين. ثم تتسبب ذرات النيتروجين والأكسجين المتحللة في سلسلة من التفاعلات الكيميائية التي تنتج الهيدروكسيل (OH) ، والمزيد من الأكسجين الجزيئي (O) ، وأكسيد النيتريك (NO) - ما يشير إليه العلماء بـ "منارات الغلاف الجوي".
عندما يضرب ضوء النجوم الغلاف الجوي للكوكب ، تمتص جزيئات المنارة هذه الطاقة وتنبعث منها الأشعة تحت الحمراء. من خلال فحص الأطوال الموجية الخاصة لهذا الإشعاع ، يستطيع العلماء تحديد العناصر الكيميائية الموجودة. إن قوة إشارة هذه العناصر هي أيضًا مؤشر على الضغط الجوي. مجتمعة ، تسمح هذه القراءات للعلماء بتحديد كثافة الغلاف الجوي وتكوينه.
لعقود ، استخدم الفلكيون أيضًا نموذجًا لحساب كيفية تكوين الأوزون (O atmosphere) في الغلاف الجوي للأرض من الأكسجين الذي يتعرض للإشعاع الشمسي. باستخدام هذا النموذج نفسه - وإقرانه مع أحداث طقس الفضاء المتوقعة من النجوم الباردة والنشطة - سعى Airapetian وزملاؤه لحساب مقدار أكسيد النيتريك والهيدروكسيل الذي سيتشكل في جو شبيه بالأرض وكم سيتم تدمير الأوزون .
ولتحقيق ذلك ، استشاروا بيانات من مهمة ديناميكيات ديناميكية الطاقة في الغلاف الجوي في الغلاف الجوي للأيونات (TIMED) التابعة لوكالة ناسا ، والتي كانت تدرس تكوين المنارات في الغلاف الجوي للأرض لسنوات. على وجه التحديد ، استخدموا البيانات من السبر الخاص بالغلاف الجوي باستخدام أداة قياس الإشعاع المنبعث من النطاق العريض (SABER) ، والتي سمحت لهم بمحاكاة كيفية ظهور ملاحظات الأشعة تحت الحمراء لهذه المنارات في أجواء الكواكب الخارجية.
كما قال مارتن ملينزاك ، الباحث الرئيسي المساعد في SABER في مركز أبحاث Langley التابع لناسا والمؤلف المشارك في البحث:
"إذا أخذنا ما نعرفه عن الأشعة تحت الحمراء المنبعثة من الغلاف الجوي للأرض ، فإن الفكرة هي النظر إلى الكواكب الخارجية ومعرفة نوع الإشارات التي يمكننا اكتشافها. إذا وجدنا إشارات الكواكب الخارجية بنفس النسبة تقريبًا مثل الأرض ، فيمكننا القول أن الكوكب مرشح جيد لاستضافة الحياة ".
ما وجدوه هو أن تكرار العواصف النجمية الشديدة كان مرتبطًا بشكل مباشر بقوة إشارات الحرارة القادمة من منارات الغلاف الجوي. كلما حدثت المزيد من العواصف ، تم إنشاء جزيئات منارة أكثر ، لتوليد إشارة قوية بما يكفي لرصدها من الأرض باستخدام تلسكوب فضائي ، واستنادا إلى ساعتين فقط من وقت المراقبة.
ووجدوا أيضًا أن هذا النوع من الطريقة يمكنه التخلص من الكواكب الخارجية التي لا تمتلك مجالًا مغناطيسيًا شبيهًا بالأرض ، والذي يتفاعل بشكل طبيعي مع الجسيمات المشحونة من الشمس. إن وجود مثل هذا المجال هو ما يضمن عدم تجريد الغلاف الجوي للكوكب ، وبالتالي فهو ضروري للسكن. كما أوضح Airapetian:
"يحتاج الكوكب إلى مجال مغناطيسي يحمي الغلاف الجوي ويحمي الكوكب من العواصف النجمية والإشعاع. إذا لم تكن الرياح النجمية شديدة لدرجة ضغط المجال المغناطيسي للكوكب الخارجي بالقرب من سطحه ، فإن المجال المغناطيسي يمنع الهروب في الغلاف الجوي ، لذلك هناك المزيد من الجسيمات في الغلاف الجوي وإشارة أشعة تحت حمراء أقوى. "
هذا النموذج الجديد مهم لعدة أسباب. فمن ناحية ، يوضح كيف أن البحث الذي أتاح إجراء دراسات تفصيلية للغلاف الجوي للأرض وكيفية تفاعله مع طقس الفضاء يتم الآن من أجل دراسة الكواكب الخارجية. كما أنها مثيرة لأنها يمكن أن تسمح بإجراء دراسات جديدة حول قابلية الكواكب الخارجية للسكن حول فئات معينة من النجوم - بدءًا من أنواع عديدة من النجوم الصفراء والبرتقالية إلى النجوم القزمة الحمراء الباردة.
الأقزام الحمراء هي أكثر أنواع النجوم شيوعًا في الكون ، حيث تمثل 70٪ من النجوم في المجرات الحلزونية و 90٪ في المجرات الإهليلجية. علاوة على ذلك ، بناءً على الاكتشافات الحديثة ، يقدر الفلكيون أن النجوم القزمة الحمراء من المحتمل جدًا أن يكون لديها أنظمة من الكواكب الصخرية. يتوقع فريق البحث أيضًا أن الجيل القادم من أدوات الفضاء مثل تلسكوب جيمس ويب الفضائي سيزيد من احتمال العثور على كواكب صالحة للسكن باستخدام هذا النموذج.
كما قال ويليام دانشي ، أحد كبار علماء الفيزياء الفلكية في جودارد والمؤلف المشارك في الدراسة:
"تعتمد الأفكار الجديدة حول إمكانات الحياة على الكواكب الخارجية بشكل حاسم على البحث متعدد التخصصات حيث يتم استخدام البيانات والنماذج والتقنيات من الأقسام العلمية الأربعة لوكالة ناسا: الفيزياء الشمسية والفيزياء الفلكية والكواكب وعلوم الأرض. ينتج هذا الخليط مسارات جديدة فريدة وقوية لأبحاث الكواكب الخارجية ".
حتى الوقت الذي نتمكن فيه من دراسة الكواكب الخارجية مباشرة ، فإن أي تطور يجعل التوقيعات الحيوية أكثر وضوحًا ويسهل اكتشافها أمر قيم للغاية. في السنوات القادمة ، يأمل Project Blue و Breakthrough Starshot في إجراء أول دراسات مباشرة لنظام Alpha Centauri. ولكن في هذه الأثناء ، فإن النماذج المحسنة التي تسمح لنا بمسح عدد لا يحصى من النجوم الأخرى للكواكب الخارجية التي يحتمل أن تكون صالحة للسكن هي ذهبية!
لن تعمل فقط على تحسين فهمنا لمدى شيوع هذه الكواكب فحسب ، بل قد توجهنا فقط في اتجاه واحد أو أكثر من Earth 2.0s!
