سيمثل هذا الشهر فصلًا جديدًا في البحث عن حياة خارج كوكب الأرض ، عندما يبدأ أقوى تلسكوب فضائي تم بناؤه على الإطلاق في التجسس على الكواكب التي تدور حول نجوم أخرى. يأمل علماء الفلك أن يكشف تلسكوب جيمس ويب الفضائي أن بعض هذه الكواكب لها أغلفة جوية يمكن أن تدعم الحياة.
سيكون تحديد الغلاف الجوي في نظام شمسي آخر أمرًا رائعًا للغاية. لكن أحد هذه الأجواء لديه القدرة على توفير ما يسمى بصمة حيوية – حتى ولو صغيرة – إشارة للحياة.
قالت ميغان مانسفيلد ، عالمة الفلك بجامعة أريزونا: “أعتقد أنه يمكننا العثور على الكواكب التي نعتقد أنها مثيرة للاهتمام – كما تعلمون ، احتمالات جيدة للحياة”. “لكن لا يمكننا التعرف على الحياة على الفور.”
حتى الآن ، الأرض هي الكوكب الوحيد في الكون المعروف أنه يؤوي الحياة. لقد مرت 60 عامًا منذ أن أرسل العلماء مجسات إلى المريخ ولم يعثروا بعد على المريخ. ولكن من المتصور أن تكون الحياة كامنة تحت سطح الكوكب الأحمر أو تنتظر من يكتشفها على أقمار كوكب المشتري أو زحل. يعتقد بعض العلماء ذلك كوكب الزهرةعلى الرغم من وجوده في الغلاف الجوي الذي تغذيه سحب من ثاني أكسيد الكبريت ، إلا أنه قد يكون موطنًا لأبناء كوكب الزهرة.
على الرغم من أن الأرض قد تكون الكوكب الوحيد الذي يحمل الحياة في نظامنا الشمسي ، إلا أن العديد من الأنظمة الشمسية الأخرى في الكون تُعرف باسم الكواكب الخارجية.
في عام 1995 ، اكتشف علماء الفلك الفرنسيون أول كوكب خارج المجموعة الشمسية يدور حول نجم شبيه بالشمس. المعروف باسم 51 Pegasi B ، تبين أن الكوكب الخارجي هو منزل ميؤوس منه مدى الحياة – عملاق غازي أكبر من كوكب المشتري و 1800 درجة فهرنهايت.
على مر السنين ، اكتشف العلماء أكثر من 5000 كوكب خارجي آخر. بعضها مشابه جدًا للأرض – تقريبًا بنفس الحجم ، مصنوعة من الصخور بدلاً من الغاز وتدور حول نجمها في “منطقة Goldilocks” ، ليست قريبة بدرجة كافية للطهي ، ولكنها ليست قريبة بدرجة كافية للتجمد.
لسوء الحظ ، فإن الحجم الصغير نسبيًا لهذه الكواكب الخارجية جعل دراستها صعبة للغاية حتى الآن. تلسكوب جيمس ويب الفضائي ، الذي تم إطلاقه في عيد الميلاد الماضي ، يغير ذلك ، حيث يعمل كعدسة مكبرة لعلماء الفلك لرؤية هذه العوالم عن قرب.
منذ إطلاقه من كورو ، غيانا الفرنسية ، التلسكوب لديه يسافر على بعد مليون ميل من الأرض ، يدخل في مداره حول الشمس. هناك ، درع يحمي مرآته التي يبلغ ارتفاعها 21 قدمًا من أي حرارة أو ضوء من الشمس أو الأرض. في هذا الظلام العميق ، تستطيع التلسكوبات اكتشاف وميض الضوء الخافت البعيد والكشف عن تفاصيل جديدة حول الكواكب البعيدة.
قال الدكتور مانسفيلد إن التلسكوب الفضائي هو “أول مرصد فضائي كبير يأخذ دراسة الغلاف الجوي للكواكب الخارجية في الاعتبار في تصميمه”.
بدأ مهندسو وكالة ناسا في التقاط صور للعديد من الأشياء باستخدام تلسكوب ويب في منتصف يونيو ، وسيصدرون الصور الأولى للجمهور في 12 يوليو.
قال إريك سميث ، العالم الرئيسي في المشروع ، إن الكواكب الخارجية ستكون في تلك الدفعة الأولى من الصور. نظرًا لأن التلسكوب يقضي وقتًا قصيرًا نسبيًا في مراقبة الكواكب الخارجية ، اعتبر الدكتور سميث تلك الصور الأولى نظرة “سريعة وقذرة” على قوة التلسكوب.
ستتبع هذه النظرات السريعة ملاحظات أطول بكثير ، تبدأ في يوليو ، وستوفر أوضح صورة حتى الآن للكواكب الخارجية.
تخطط عدة فرق من علماء الفلك لرصده سبعة كواكب يدور حول النجم Trappist-1. أشارت الملاحظات السابقة إلى أن ثلاثة كواكب تحتل المنطقة الصالحة للسكن.
قالت أوليفيا ليم ، طالبة الدراسات العليا في جامعة مونتريال والتي ستبدأ في مراقبة كواكب TRAPIST-1 في 4 يوليو: “إنه مكان رائع للبحث عن علامات الحياة خارج النظام الشمسي”.
نظرًا لأن Trappist-1 هو نجم صغير وبارد ، فإن منطقته الصالحة للسكن أقرب إليه من نظامنا الشمسي. نتيجة لذلك ، تدور كواكبها الصالحة للسكن من مسافة قريبة ، وتستغرق أيامًا لتدور حول النجم. في كل مرة تمر فيها الكواكب أمام Trappist-1 ، يمكن للعلماء معالجة سؤال أساسي ولكنه مهم: هل لأي منها غلاف جوي؟
تقول عالمة الفلك في جامعة كورنيل نيكول لويس: “إذا لم تكن هناك رياح ، حتى لو كانت في منطقة صالحة للسكن ، فهي ليست صالحة للسكن”.
لن يتفاجأ الدكتور لويس وعلماء الفلك الآخرون بالعثور على أغلفة جوية حول كواكب Trappist-1. على الرغم من أن الكواكب شكلت أغلفة جوية أثناء تكوينها ، إلا أن النجم ربما يكون قد دمرها منذ فترة طويلة بالأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية.
قال الدكتور مانسفيلد: “يمكنهم إزالة كل الغلاف الجوي من الغلاف الجوي للكوكب قبل أن تتاح له الفرصة لبدء تكوين الحياة”. “السؤال الأول الذي نحاول الإجابة عليه هنا هو: هل يمكن أن يكون لهذه الكواكب أغلفة جوية طويلة بما يكفي لدعم الحياة؟”
إن مرور كوكب أمام Trappist-1 سيلقي بظل صغير ، لكن الظل سيكون صغيرًا جدًا بحيث يتعذر على التلسكوب الفضائي التقاطه. بدلاً من ذلك ، يكتشف التلسكوب وجود تعتيم طفيف في الضوء القادم من النجم.
يقول عالم الفلك Jacob Lustig-Yager ، الحاصل على زمالة ما بعد الدكتوراه في مختبر جونز هوبكنز للفيزياء التطبيقية: “الأمر يشبه مشاهدة كسوف الشمس وعيناك مغمضتان”. “ربما تكون قد أدركت أن الضوء قد خفت.”
إن أي كوكب به غلاف جوي سيُعتِم النجم خلفه بشكل مختلف عن الكوكب المجرد. يمر بعض ضوء النجم مباشرة عبر الغلاف الجوي ، لكن الغازات تمتص الضوء عند أطوال موجية معينة. إذا رأى علماء الفلك ضوء النجوم فقط عند تلك الأطوال الموجية ، فإن الكوكب سوف يتفوق على Trappist-1 أكثر.
سينقل التلسكوب هذه الملاحظات من Trappist-1 إلى الأرض. قال الدكتور مانسفيلد: “ثم تتلقى رسالة بريد إلكتروني مثل ،” مرحبًا ، لدينا بياناتك “.
لكن الضوء من Trappist-1 خافت جدًا لدرجة أن إدراكه يستغرق وقتًا. قال الدكتور سميث: “إن عينك معتادة على التعامل مع ملايين الفوتونات في الثانية”. “لكن هذه التلسكوبات ، لا تجمع سوى عدد قليل من الفوتونات في الثانية.”
دكتور. قبل أن يتمكن مانسفيلد وزملاؤه من علماء الفلك من تحليل الكواكب الخارجية التي تمر أمام ترابيست -1 ، يجب عليهم أولاً تمييزها عن التقلبات الصغيرة الناتجة عن محرك التلسكوب الخاص.
قال الدكتور مانسفيلد: “الكثير من العمل الذي أقوم به في الواقع هو التأكد من أننا نضبط بعناية أي شيء غريب يقوم به التلسكوب حتى نتمكن من رؤية تلك الإشارات الصغيرة”.
في نهاية هذه الجهود ، سيكتشف الدكتور مانسفيلد وزملاؤه الغلاف الجوي حول كوكب Trappist-1. لكن هذه النتيجة وحدها لا تكشف عن طبيعة الغلاف الجوي. يمكن أن يكون غنيًا بالنيتروجين والأكسجين كما هو الحال على الأرض ، أو يشبه القنبلة السامة لثاني أكسيد الكربون وحمض الكبريتيك على كوكب الزهرة. أو ربما يكون مزيجًا لم يراه العلماء من قبل.
قال عالم الفلك ألكسندر راثكي من الجامعة التقنية في الدنمارك: “لا نعرف مما تتكون هذه الأغلفة الجوية”. قال: “لدينا أفكار ومحاكاة وكل ذلك ، لكننا لا نعرف شيئًا حقًا. علينا أن نذهب ونرى”.
قد يثبت تلسكوب جيمس ويب الفضائي ، المعروف أحيانًا باسم JWST ، أنه قوي بما يكفي لتحديد المكونات المحددة للأغلفة الجوية للكواكب الخارجية لأن كل نوع من الجزيئات يمتص أطوال موجية مختلفة من الضوء.
لكن هذه الاكتشافات تعتمد على الطقس على الكواكب الخارجية. يمكن للغطاء الساطع والعاكس للغيوم أن يمنع أي ضوء نجم من دخول الغلاف الجوي للكواكب الخارجية ، مما يؤدي إلى تدمير أي محاولة لاكتشاف الرياح الغريبة.
وقالت الدكتورة راثكي: “من الصعب جدًا تمييز الغلاف الجوي بدون غيوم أو غلاف جوي”.
إذا كان الطقس متعاونًا ، فإن علماء الفلك مهتمون بشكل خاص بمعرفة ما إذا كان الماء موجودًا في أجواء الكواكب الخارجية. على الأقل على الأرض ، يعتبر الماء مطلبًا أساسيًا للحياة. قال الدكتور مانسفيلد: “نعتقد أن هذه ستكون نقطة انطلاق جيدة للبحث عن الحياة”.
لكن الجو المائي لا يعني بالضرورة أن كوكبًا خارج المجموعة الشمسية يؤوي الحياة. لتأكيد أن كوكبًا ما له حياة ، يحتاج العلماء إلى العثور على توقيع حيوي أو جزيء أو مجموعة من الجزيئات التي تصنعها الكائنات بشكل فريد.
لا يزال العلماء يناقشون ما الذي يشكل توقيعًا حيويًا موثوقًا به. الغلاف الجوي للأرض فريد من نوعه في نظامنا الشمسي من حيث أنه يحتوي على الكثير من الأكسجين ، ومعظمه من نتاج النباتات والطحالب. لكن جزيئات الماء في الهواء يمكنها أيضًا إنتاج الأكسجين دون مساعدة الحياة عندما تنقسم. وبالمثل ، يمكن إطلاق الميثان عن طريق الميكروبات والبراكين الحية.
من الممكن أن يكون هناك توازن غاز معين يوفر بصمة حيوية مميزة لا يمكن الحفاظ عليها بدون مساعدة الحياة.
قال الدكتور راثكي: “نحن بحاجة إلى سيناريوهات أكثر ملاءمة لاكتشاف هذه البصمات الحيوية”. “أنا لا أقول أنه مستحيل. أعتقد أنها فرصة طويلة. علينا فقط أن نكون محظوظين للغاية.”
قال جوشوا كريستنسن توتن ، عالم الكواكب في جامعة كاليفورنيا ، سانتا كروز ، إن إيجاد مثل هذا التوازن سيتطلب تلسكوب ويب لتتبع كوكب أمام Trappist-1 بشكل متكرر.
قال الدكتور كريسينسن-توتن: “إذا تقدم شخص ما في السنوات الخمس المقبلة وقال ،” نعم ، لقد وجدنا الحياة مع JWST ، سأكون متشككًا جدًا في هذا الادعاء “.
قد لا يكون تلسكوب جيمس ويب الفضائي قادرًا على اكتشاف البصمات الحيوية. هذه المهمة يجب أن تنتظر الجيل القادم من التلسكوبات الفضائية. تدرس هذه الكواكب الخارجية بنفس الطريقة التي ينظر بها الناس إلى المريخ أو الزهرة في سماء الليل: من خلال مراقبة ضوء النجوم الذي يعكسها عن الخلفية السوداء للفضاء ، بدلاً من مراقبتها أثناء مرورها أمام نجم.
وتوقع الدكتور راثكي “على الأرجح ، سنضع أساسًا مهمًا للغاية للتلسكوبات المستقبلية”. “سأكون مندهشا للغاية إذا قدم JWST اكتشافات بصمة حيوية ، لكنني آمل في إصلاحها. أعني ، أنا أقوم بهذا العمل على هذا الأساس.
