چرا گذشته زمین سرآغازی برای جستجوی حیات فرازمینی است؟

ستاره شناسان از تلسکوپ فضایی جیمز وب برای کشف برخی از شگفتی های جهان، به ویژه اولین کهکشان ها استفاده کرده اند. اما امبر یانگ به دنبال نسل بعدی تلسکوپ های فضایی است. او امیدوار است دنیایی بیابد که در مجاورت کیهان زندگی یا حداقل حیات میکروبی را در خود جای دهد.

به گفته وایرد، یانگ و همکارانش درخت‌های تصمیم یا فلوچارت‌هایی را تهیه کرده‌اند که محققان می‌توانند از آنها برای جستجوی مجموعه‌های ویژگی‌های خاص در سیارات دیگر و رتبه‌بندی آن ویژگی‌ها بر اساس امیدوارکننده‌ترین نشانگرهای زیستی یا نشانه‌های بالقوه حیات استفاده کنند. آنها این کار را با یادگیری تاریخ زمین انجام می دهند. یانگ، ستاره شناس دانشگاه شمالی آریزونا که یافته های تیم خود را در کنفرانس انجمن نجوم آمریکا در سیاتل ارائه کرد، گفت:

ما یک استراتژی برای جست‌وجوی سیارات فراخورشیدی مانند زمین ترسیم کردیم و خود را به حیاتی که امروز می‌شناسیم محدود نکنیم. حیات در دوره های مختلف تاریخ زمین وجود داشته است. در آن زمان فضا کاملاً متفاوت بود. این داده ها می توانند در مورد میزان حیاتی که در جهان های دیگر وجود دارد، صحبت کنند.
–
به عنوان مثال، یانگ به دوره باستانی یا اولیه زمین اشاره می کند که از 2.5 تا 4 میلیارد سال پیش باز می گردد. در این دوره، زندگی میکروبی به لطف فراوانی متان و دی اکسید کربن در جو زمین رشد کرد. سپس دوره پالئوزوئیک آغاز شد، زمانی که سطح اکسیژن افزایش یافت و موجودات بزرگتر و پیچیده تر تکامل یافتند.

امروزه بیشتر ستاره شناسان بخار آب و اکسیژن موجود در جو را دو ویژگی مهم سیاره ای برای نگهداری حیات می دانند. (معمولاً متان و مقادیر کمی دی اکسید کربن در مرحله بعدی قرار می گیرند و پس از آن گوگرد و اکسید نیتروژن قرار می گیرند.) اگر اخترشناسان فضایی جو سیاره ما را در دوره آرکئن مطالعه می کردند، احتمالاً نشانه هایی از بخار و متان را مشاهده می کردند، اما اکسیژن نداشتند. . . بنابراین، حیات روی زمین و پتانسیل آن به عنوان سیاره ای که میزبان حیات است، نادیده گرفته می شود. به همین دلیل است که یانگ فلوچارت خود را حول این فرض ایجاد کرد: به دنبال سیگنال‌هایی از سیارات فراخورشیدی که ممکن است در یکی از مراحل تکاملی چند میلیارد ساله خود باشند، بگردند، حتی اگر جو آنها شبیه اتمسفر امروزی زمین نباشد.

به گفته تیم لیون، اختر زیست شناس در دانشگاه ریورساید کالیفرنیا و از طرفداران مفهوم فلوچارت ها، بر اساس گذشته زمین، بعید است که اکسیژن برای بیش از 2 میلیارد سال در معرض قرار گرفته باشد. شاید حتی فراوانی متان و اکسیژن برای آشکار کردن آن از راه دور در دوران پروتروزوییک کافی نبود.

تحقیقات لیون دیدگاهی مشابه با تحقیقات یانگ دارد. او این موضوع را از منظر دیگری بررسی می کند: آیا یک ستاره شناس فرازمینی می تواند در حین مشاهده زمین، به درستی تشخیص دهد که زمین دارای حیات است؟ این سوال به معنای بررسی محتویات جو سیاره در چهار میلیارد سال گذشته و تطبیق آن برای حیات و همچنین بررسی سطوح گازهای بیولوژیکی قابل شناسایی از فضا است.

گروهی دیگر در تلاشند تا دریابند آیا بیگانگان می توانند زمین را با استفاده از همان روش هایی که ما برای شناسایی سیارات فراخورشیدی سنگی استفاده می کنیم، رصد کنند. محققان بر این باورند که فرازمینی‌ها می‌توانند زمین را هنگام عبور از مقابل خورشید یا به عبارت ساده‌تر با مسدود کردن نور ستارگان رصد کنند و سرنخ‌هایی درباره مکان ما به دست آورند.

در حال حاضر، هنگام ارزیابی یک سیاره فراخورشیدی، دانشمندان ابتدا ستاره میزبان آن را بررسی می کنند تا مطمئن شوند که شعله های زیادی از خود ساطع نمی کند. سپس مدار سیاره را برای ارزیابی ثبات و موقعیت آن در منطقه قابل سکونت بررسی کردند. در این منطقه، سیاره نه خیلی سرد است و نه خیلی گرم و اجازه می دهد آب مایع روی سطح آن جریان یابد.

سپس قسمت سخت شروع می شود. با استفاده از درخت تصمیم یانگ، ستاره شناسان می توانند میزان بخار آب موجود در جو را تخمین بزنند که نشانه ای از وجود آب در سطح سیاره است. در واقع، آنها جو سیاره را در طول موج های فروسرخ با استفاده از طیف سنج مورد استفاده در تلسکوپ فضایی جیمز وب اسکن کردند.

در مرحله بعدی، محققان از یک طیف سنج برای یافتن مولکول های کلیدی مانند اکسیژن یا متان استفاده کردند. هر مقداری که از هر عنصر پیدا کنند، هدف بعدی آنها مانند دی اکسید کربن یا ازن را تعیین می کند. برای مثال، اگر فرآیند فتوسنتز در دنیای دیگری وجود داشته باشد، موجودات زنده ای که از اکسیژن استفاده می کنند به طور معمول آب و دی اکسید کربن تولید می کنند، در حالی که برخی از انواع میکروب ها مانند باکتری ها متان تولید می کنند.

بنابراین، بهتر است در صورت امکان تمام اثرات بیولوژیکی ممکن تخمین زده شود. اما بر اساس طیف طول موج ها و حساسیت تلسکوپ به آنها، فراوانی برخی از عناصر را می توان بهتر از سایرین اندازه گیری کرد. ترسیم همه این مسیرها در درخت تصمیم یانگ به اخترشناسان می‌گوید که آیا آنها به جهانی مانند زمین امروزی نگاه می‌کنند یا نسخه اولیه جهان ما را مشاهده می‌کنند یا دنیایی متفاوت.

رندر هنرمند از سطح احتمالی TRAPPIST-1f، یکی از سیارات تازه کشف شده در منظومه TRAPPIST 1.
برخی ممکن است بپرسند که چرا جستجو برای حیات فرازمینی تا این حد بر روی زمین متمرکز شده و کمتر به غول‌های گازی مانند مشتری یا حتی جهان‌های اقیانوسی مانند تیتان، بزرگترین قمر زحل، یا انسلادوس، قمر دیگری در این سیاره متکی است. کن ویلیفورد، اختر زیست شناس در موسسه فضایی مرمر آبی، به این سوال پاسخ می دهد:

از نظر استراتژیک، بهتر است سراغ چیزهای آشنا بروید. با وجود همه نشانه ها، ما فقط یک جهان قابل سکونت داریم که آن زمین است.
–
ویلیفورد با مریخ‌نورد Perseverance ناسا کار می‌کند، که هدف آن جستجوی نشانه‌هایی از حیات گذشته در مریخ است، سپس دانشمندان را راهنمایی می‌کند تا مناطقی را که گمان می‌کند زمانی پر از آب بوده‌اند، محافظت کنند. اگر گذشته مریخ شبیه به زمین بود، بقایای محیط آب کم عمق آن می توانست نشانه هایی از میکروب های فسیل شده یا لایه هایی از موجودات زنده را آشکار کند.

اما ناگزیر، هرکسی که فلوچارت یانگ را دنبال کند، با سیاراتی با نتایج مبهم روبرو خواهد شد: برخی نشانه‌های امیدوارکننده با مقداری ابهام. همچنین، طبق گفته مگی تامسون، ستاره شناس دانشگاه کالیفرنیا، سانتا کروز، که هفته گذشته تحقیقات خود را در کنفرانس نجوم ارائه کرد، اگر اثر بیوفیلیک منشأ غیر بیولوژیکی داشته باشد، مانند متان، باید از مثبت کاذب اجتناب کنیم. تولید آتشفشان

به عنوان مثال، تیتان، قمر زحل، جوی پر از متان دارد، اما ممکن است به دلیل دمای انجماد و کمبود آب، فاقد حیات باشد. همچنین ممکن است این ماه میزبان میکروب‌های بسیار عجیبی باشد که قبلاً دیده نشده‌اند و می‌توانند با تغذیه از استیلن و تنفس هیدروژن به جای اکسیژن در دریاچه‌های متان زنده بمانند. اما تا زمانی که کاوشگر دراگون‌فلای ناسا به تیتان نرسد، نمی‌توانیم با اطمینان بگوییم.

با این حال، متان می تواند یکی از ویژگی های بیولوژیکی کلیدی سیارات فراخورشیدی قابل سکونت، به ویژه سیارات گرمتر که دارای آب هستند، باشد. تلسکوپ فضایی وب سرانجام اولین سیاره فراخورشیدی خود را کشف کرد و ارزش خود را به لطف طیف سنج مادون قرمز نزدیک خود ثابت کرد. مسلماً، متان یکی از معدود گازهایی است که جیمز وب قادر به شناسایی آن بوده است، اما احتمالاً تلسکوپ ها سیاراتی را با اثرات بیولوژیکی مشخص پیدا نخواهند کرد.

یانگ مشتاقانه منتظر نسل بعدی تلسکوپ های جیمز وب، رصدخانه جهان های زیست پذیر (HWO) است که هدف آن جستجوی حیات در سیارات زمین مانند در اطراف ستاره های خورشید مانند است. تا همین اواخر، کشف سیارات غول پیکر گازی در اطراف کوتوله های قرمز فعال رایج بود. در ماه دسامبر، بیل نلسون، مدیر ناسا، برنامه‌های خود را برای ساخت این تلسکوپ فضایی در دهه 2030 فاش کرد. بر اساس حساسیت و دقت تلسکوپ جدید، می توان ده ها سیاره جدید مشابه زمین را کشف کرد.

یانگ همچنین زندگی ای را که ما نمی دانیم بررسی می کند. درخت تصمیم دارای شاخه هایی برای سیارات است که هیچ شباهتی آشکار به هیچ مرحله ای از تاریخ زمین ندارند. او می گوید:

ما می خواهیم برای شگفتی ها و نمونه های عجیب و غریب که ممکن است دسته بندی نشوند آماده باشیم. بیایید دسته بندی سیارات مبهم را در نظر بگیریم و آنها را در یک گروه هدف جالب قرار دهیم.

227227