ما الذي يجعل كوكبًا خارج المجموعة الشمسية صالحًا للحياة؟

أحد أكثر الموضوعات إثارة في علم الفلك اليوم هو البحث عن الكواكب الخارجية أو الكواكب خارج نظامنا الشمسي. لقد وجدنا أكثر من 5000 كوكب خارج المجموعة الشمسية حتى الآن ، مع اكتشاف المزيد كل عام. والكأس المقدسة لأبحاث الكواكب الخارجية هو العثور على كواكب صالحة للسكن حيث يمكننا البحث عن حياة خارج كوكبنا.

إذا كنت مهتمًا بعلم الفلك ، فربما تكون قد شاهدت عناوين الأخبار حول الكواكب الخارجية الصالحة للحياة التي تم اكتشافها من خلال بعثات مثل تلسكوب كبلر الفضائي التابع لناسا أو القمر الصناعي العابر لاستطلاع الكواكب الخارجية (TESS). عادة ما تكون هذه الكواكب شبيهة بالأرض ويمكن أن تحتوي على مياه سائلة على سطحها ، ويُعتقد أنها يمكن أن تدعم الحياة. ولكن كيف يمكننا معرفة ما إذا كان كوكب ما صالحًا للسكن على بعد ملايين الأميال؟ وماذا نعني بالضبط بالسكن على أي حال؟

تحدثنا إلى خبير القابلية للسكن أبيل منديز من مختبر الكواكب للسكنية في جامعة بورتوريكو في أريسيبو ، الذي أخبرنا أن قابلية السكن أكثر تعقيدًا منك قد تعتقد.

القابلية للسكن ليست ثنائية

الطريقة التي يتحدث بها معظم الناس عن القابلية للسكن هي كما لو كانت حالة ثنائية. إما أن يكون الكوكب صالحًا للسكنى ، أو أنه ليس كذلك. لكن عندما تفكر في الموضوع بعمق ، من الواضح أن هذا التعريف لن يصلح. هل نقصد أن تكون صالحة للسكن كما هي قادرة على الحفاظ على حياة الإنسان؟ أم حياة جرثومية؟ هل نعني أنها بيئة مريحة للحياة لكي تنجح أم أنها بيئة يصعب فيها البقاء على قيد الحياة ولكن من الممكن نظريًا؟ هل نعني أن الحياة كان من الممكن أن تتطور في تلك البيئة ، أو أنه إذا وصلت الحياة هناك يمكنها البقاء على قيد الحياة؟

لا توجد إجابة واضحة على هذه الأسئلة ، وهذا هو السبب في أنه من الخطأ التفكير في قابلية السكن كسؤال بنعم / لا. بدلاً من ذلك ، يجب أن نفكر في القابلية للسكن كمقياس لملاءمة نوع معين من الحياة.

هذا الالتباس لا يوجد فقط بين أفراد الجمهور. قال منديز إن هناك نقصًا في الإجماع بين العلماء حول ما تعنيه القابلية للسكن أيضًا. قال إنها "كلمة ممتلئة" ، "لأنه في محادثاتنا المعتادة ، تعني القابلية للسكن ل البشر. " ولكن عندما ننظر إلى كواكب أخرى ، فإننا لا نفكر فقط في البشر ، ولكن أيضًا في الأنواع الأخرى من الحياة.

طوال الوقت الذي كان علماء الأحياء الفلكية يتساءلون عن قابلية الكواكب الخارجية للسكنى ، تحول الأمر كانت هناك مجموعة أخرى من الأشخاص الذين كانوا يفكرون في القابلية للسكن منذ عقود: علماء البيئة. يتحدث علماء البيئة عن "ملاءمة الموائل" للبيئات هنا على الأرض - كما هو الحال في ملاءمة بيئة معينة لنوع معين من الحياة لينمو. هذا هو بالضبط ما كان مجتمع البيولوجيا الفلكية يحاول الوصول إليه من خلال أبحاث الكواكب الخارجية.

في وقت مبكر من بحثه حول هذا الموضوع ، صادف منديز هذا العمل البيئي ، فقال: "أدركت أن الأشخاص في كان مجال علم الأحياء الفلكي يحاول القيام به - لتحديد وقياس قابلية السكن - تم القيام به بالفعل منذ عقود من قبل علماء البيئة. "

ماذا عن المنطقة الصالحة للسكن؟

لا تتعلق المشكلة إذن بتحديد ما إذا كان كوكب خارج المجموعة الشمسية صالحًا للسكن أم لا ، بل تتعلق بتحديد الميزات التي تجعله مناسبًا لأنواع الحياة.

من السهل نسبيًا البدء في الحاجة إلى توفر الماء السائل. الماء السائل ضروري لجميع أشكال الحياة تقريبًا كما نعرفها بسبب خصائصها المذيبة. تذوب العديد من الأشياء في الماء ، مما يعني أنها جيدة لخلط الأشياء معًا مما يتيح التفاعلات الكيميائية. كما أنه يلعب دورًا مهمًا في طريقة عمل الإنزيمات. لذلك عندما يتخيل العلماء متطلبات كوكب خارجي صالح للسكن ، فإن وجود الماء السائل يكون على رأس القائمة.

هذا ما يعطينا فكرة "المنطقة الصالحة للسكن". هذه منطقة حول نجم حيث يقدر أن الكوكب سيكون في درجة الحرارة المناسبة لوجود ماء سائل على سطحه. إذا أردنا العثور على ملف كوكب شبيه بالأرض داخل منطقة صالحة للسكن داخل نجم يذهب المنطق ، لقد وجدنا نقطة انطلاق جيدة للبحث عن الحياة.

ومع ذلك ، فإن التواجد في المنطقة الصالحة للسكن ليس هو كل شيء ونهاية كل لصلاحية السكن. إنه مجرد مطلب أساسي واحد. ويقول منديز إن المصطلح تسبب في "الكثير من الارتباك" لأن علماء الفلك كثيرًا ما يقولون إن الكوكب صالح للسكن عندما يقصدون أنه يقع في منطقة صالحة للسكن. إنه يفضل مصطلح "يحتمل أن يكون صالحًا للسكن" ليوضح أن هذا بعيد كل البعد عن كونه سؤالاً محسومًا.

عوامل القابلية للسكن

حسنًا ، الماء السائل أمر لا بد منه. ما المطلوب أيضًا لكي يستضيف الكوكب الحياة؟ لدينا فهم قوي لذلك بناءً على أشكال الحياة من هنا على الأرض. عندما يتعلق الأمر بتقييم قابلية الكواكب الخارجية للحياة ، يرغب علماء الأحياء الفلكية في معرفة عوامل مثل الكواكب الكتلة ونصف القطر ، وكذلك درجة حرارة سطحه وضغطه وجزء الكوكب المغطى ماء.

من الصعب تحديد هذه العوامل لأي كوكب خارجي معين. بالنسبة لمعظم الكواكب الخارجية المكتشفة الآن ، يمكننا معرفة عوامل مثل الفترة المدارية ، ونصف قطرها أو كتلتها ، وتدفقها النجمي ، وهو كمية الإشعاع التي تتلقاها من نجمها المضيف. ولكن لمعرفة درجة حرارة سطحها أو ضغطها ، على سبيل المثال ، نحتاج إلى معرفة غلافها الجوي.

لمعرفة السبب ، انظر إلى نظامنا الشمسي. تتميز كوكب الزهرة بأعلى درجة حرارة لسطح النظام الشمسي ، على الرغم من أنها أبعد عن الشمس من عطارد. ذلك لأن كوكب الزهرة له غلاف جوي كثيف للغاية يحبس الحرارة ويرفع درجة حرارة السطح. قد لا يعرف عالم الأحياء الفلكي الفضائي الذي ينظر إلى نظامنا الشمسي مدى سخونة كوكب الزهرة لأنه ليس واضحًا من مسافة بعيدة.

ستمكننا الأعمال المستقبلية التي تقوم بها التلسكوبات مثل تلسكوب جيمس ويب الفضائي من معرفة المزيد عنها أجواء كوكب خارج المجموعة الشمسية، ولكن في الوقت الحالي ، يتعين على العلماء تقدير درجات حرارة السطح.

كمية السطح المغطى بالمياه مهمة أيضًا. يسمى جزء المحيط ، وهذا مهم لأن الطبيعة الديناميكية للمحيطات يجعلها رائعة في نقل العناصر الغذائية حول الكوكب لجعل المكان أكثر ملاءمة للحياة.

ليس لدينا حاليًا أدوات قادرة على قياس جزء المحيط من الكواكب الخارجية. ومع ذلك ، هناك أفكار للتلسكوبات المستقبلية والتي يمكن أن تنظر في كيفية تغير كمية الضوء التي ينعكسها كوكب خارج المجموعة الشمسية أثناء دورانه ، مما قد يشير إلى كمية المحيط التي تغطي سطحه.

على الرغم من كل التعقيدات في تحديد هذه العوامل ، يعتقد منديز أن علم الكواكب الخارجية يتطور بسرعة كبيرة لدرجة أننا سنتمكن من قياسها في غضون العشرين عامًا القادمة. وتوقع "عشر سنوات لقياسات الغلاف الجوي بأدوات مختلفة ، ثم عشر سنوات للتلسكوبات الجديدة التي ستكون قادرة على رؤية الكواكب بشكل فردي وقياس جزء المحيط".

فهرس للكواكب الخارجية التي يحتمل أن تكون صالحة للسكن

إن القدرة على دراسة الكواكب الخارجية بمثل هذه التفاصيل في العقود المقبلة أمر مثير ، لكن العلماء يريدون أيضًا دراسة الكواكب الخارجية التي يحتمل أن تكون صالحة للسكن الآن. لهذا السبب ، تحتفظ مجموعة منديز بـ كتالوج الكواكب الخارجية الصالحة للسكن، وهي قائمة بجميع الكواكب الخارجية التي يُحتمل أن تكون صالحة للسكن والتي تم اكتشافها حتى الآن.

ليتم تضمينه في الكتالوج ، يجب أن يكون حجم الكوكب بحجم الأرض تقريبًا وأن يدور حول المنطقة الصالحة للسكن لنجمه. ولكن للسماح بالعديد من العوامل التي لا يمكننا معرفتها حتى الآن عن هذه الكواكب الخارجية ، هناك معياران مختلفان للوسائل بحجم الأرض. يحتوي الكتالوج على قائمة متحفظة ، والتي تسرد كواكب يصل نصف قطرها إلى 1.6 ضعف نصف قطر الأرض أو ثلاثة أضعاف كتلته ، وقائمة متفائلة ، بها كواكب يصل نصف قطرها إلى 2.5 نصف قطر الأرض أو 10 أضعاف نصف قطرها كتلة.

هذا لأنه عندما نبحث عن إمكانية السكن ، فإننا نبحث عن الكواكب الصخرية مثل الأرض ، وليس الكواكب الغازية. الكواكب الخارجية ذات الكثافة المنخفضة ، مثل الكواكب الغازية العملاقة ، ليست جيدة للحياة لأنها سيئة في التمسك بها العناصر الغذائية التي يجب أن تكون متوفرة مدى الحياة - نفس السبب الذي يجعلك لا تجد الحياة في الغيوم أرض. الكواكب التي يصل حجمها إلى ما يقرب من ضعف حجم الأرض ستكون كواكب صخرية ، لكن الكواكب الأكبر من ذلك يمكن أن تكون نوعًا يسمى نبتون صغيرًا أو قزمًا غازيًا ، والذي من غير المحتمل أن يدعم الحياة.

بأكثر من 5000 كوكب خارجي مؤكد قد تتخيل أن الكتالوج سيدرج مئات المرشحين لصلاحية السكن ، ولكن في الواقع ، هناك عدد قليل نسبيًا - 21 فقط في القائمة المحافظة و 38 في القائمة المتفائلة.

يمكن أن يرجع قصر مدة القائمة جزئيًا إلى أن العديد من طرق اكتشاف الكواكب الخارجية أفضل في العثور على الكواكب الخارجية الأكبر حجمًا من الأصغر - بشكل عام ، من الأسهل اكتشاف شيء أكبر - وتشير بعض الأبحاث إلى ذلك ممكن ان يكون بلايين من الكواكب الشبيهة بالأرض في مجرتنا. ولكن في الوقت الحالي ، لا يزال عدد الكواكب الخارجية التي يمكن أن نشير إليها والتي تفي بالمعايير الأساسية لإمكانية السكن منخفضًا.

أين تبحث عن الحياة الآن

بالطبع ، حقيقة وجود عدد قليل من الكواكب الخارجية التي يحتمل أن تكون صالحة للسكن والتي نعرفها لا تعني أننا يجب أن نتخلى عن البحث عن الحياة في مكان آخر. في بعض النواحي ، يجعل تحديد أهداف البحث أسهل عندما يكون لديك أنظمة مثل TRAPPIST-1، والتي يُعتقد أنها تستضيف ما يصل إلى أربعة كواكب خارجية قابلة للحياة والتي ستكون هدفًا رئيسيًا للعمل العلمي القادم في تلسكوب جيمس ويب الفضائي.

كل هذه المناقشات حول القابلية للسكن تدور حول فكرة أنه إذا كانت هناك حياة في مكان آخر من الكون ، فستكون على الأقل قابلة للمقارنة بالحياة هنا على الأرض. عندما نتحدث عن متطلبات الماء أو بعض العناصر الغذائية ، فإننا نبني هذا على الحياة التي لاحظناها على كوكبنا. نحن نفترض أنه في مكان آخر ستكون الحياة كما نعرفها ، ولكن من الممكن بالتأكيد أن تكون هناك حياة ذات شكل مختلف تمامًا في مكان ما هناك.

في حين أن العلماء يقرون بهذا الاحتمال ، إلا أنهم لا يميلون إلى إيلاء الكثير من الاهتمام للمفهوم لأنه ليس مفيدًا عمليًا للبحث. وأشار منديز: "لن تتعرف على الحياة كما لا نعرفها" ، لذا فهي ليست شيئًا يمكننا البحث عنه.

البحث عن الحياة في نظامنا الشمسي

يجادل بعض الباحثين بأنه بدلاً من البحث عن الكواكب الخارجية ، يمكننا البحث في نظامنا الشمسي عن عوالم يحتمل أن تكون صالحة للسكن - أماكن مثل قمر زحل إنسيلادوس أو قمر كوكب المشتري أوروبا. على الرغم من أنهم بعيدون جدًا عن الشمس بحيث لا يكون لديهم ماء سائل على أسطحهم ، يُعتقد أن كلاهما يحتوي على محيطات من المياه المالحة السائلة تحت القشور الجليدية.

لكن منديز غير مقتنع بأن هذه المواقع هي مواقع واعدة جدًا للحياة بسبب تلك القشور الجليدية. تمنع هذه القشور الوصول إلى أي غلاف جوي وتمنع نقل الطاقة من السطح ، مما يجعلها غير مناسبة لاستمرار الحياة. "هذا أسوأ من المحيطات العميقة على كوكبنا. قال إنه أسوأ بكثير من أي شيء آخر على وجه الأرض. "لا أعتقد أن أي شيء يتجاوز الحياة الميكروبية سيعيش هناك."

حتى العثور على الحياة الميكروبية خارج الأرض سيكون أمرًا مثيرًا للغاية ، ومن هنا كان الهدف من مهمات مثل المركبة الجوالة المثابرة للبحث عن دليل على وجود حياة قديمة على المريخ. لكن المريخ ليس مضيافًا تمامًا اليوم ، على الرغم من أنه كان من الممكن أن يكون في مرحلة ما في الماضي. دراسات القابلية للسكن على بيئة المريخ لا تبشر بالخير لأي شيء بقي على قيد الحياة هناك اليوم: "نحن قدر أن سطح المريخ أسوأ ألف مرة من صحراء أتاكاما "للحفاظ على الحياة ، منديز قال.

فصاعدًا إلى المريخ

على الرغم من تحفظاته على الظروف القاحلة للمريخ ، إلا أن منديز براغماتي حول المكان الذي قد نجد فيه دليلًا على وجود الحياة إذا كانت موجودة. قال: "إذا اضطررت للمراهنة على المكان الذي يمكننا فيه العثور على الحياة ، فسأراهن على المريخ ، على الرغم من أنني أحب الكواكب الخارجية أكثر!" هذا بسبب مشكلة الكشف. إذا كنت تريد أن تعرف أن الكوكب لا يحتمل أن يكون صالحًا للسكن فحسب ، بل يستضيف الحياة بالفعل ، فأنت بحاجة إلى دليل - ومن الصعب للغاية الحصول على هذا الدليل من مسافة بعيدة.

مع بعثات عودة العينات المخطط لها للمريخ في العقود القادمة ، يستمر السباق لإعادة قطعة من المريخ إلى الأرض لدراستها. هذه العينات هي أفضل فرصة لدينا لاكتشاف معين للحياة. وأوضح أن "الإجابة المحددة ستأتي إذا كان لديك عينة هنا على الأرض ، لأنك تبحث عن الحياة الميكروبية بكميات قليلة جدًا".

سيكون سيناريو البحث الحلم هو جمع عينة من بيئة على سطح المريخ يمكن أن تكون صالحة للسكن وفقًا لمعايير الأرض ، مثل طبقة المياه الجوفية. إذا وجدنا دليلاً على وجود حياة في مثل هذه البيئة ، فسيكون ذلك رائعًا - كنا قد اكتشفنا أن كوكبنا ليس الكوكب الوحيد الذي يستضيف الحياة.

لكن منديز يقول إن عدم العثور على أي دليل على وجود حياة في مثل هذه البيئة سيكون بنفس القدر من الإثارة. وقال: "إذا وجدنا مكانًا صالحًا للسكنى وفقًا للمعايير الأرضية ولم تكن هناك حياة هناك ، فسيكون ذلك رائعًا ومثيرًا للفضول". "ماذا حصل؟ ماذا حدث؟ لماذا لا توجد حياة؟ " بالنظر إلى أن الحياة موجودة في مثل هذه البيئات المتنوعة على الأرض ، ونحن نعلم ذلك أن الأرض والمريخ قد تشاركا المواد عبر الاصطدامات ، فسيكون من الغريب حقًا أن تكون الحياة محصورة في حياتنا كوكب.

قال مينديز: "سيكون اكتشافًا عظيمًا للعثور على الحياة ، لكن النتيجة السلبية ستكون أكثر عمقًا". "لا توجد طريقة للخطأ هنا. انه وضع فوز. الجواب على كوكب المريخ ، إنه هناك. وأي إجابة عميقة ".

توصيات المحررين

• إليكم سبب اعتقاد العلماء أن الحياة ربما تكون قد ازدهرت على كوكب الزهرة "الجحيم"
• اكتشف علماء الفلك كوكبًا خارج المجموعة الشمسية يخلق أذرعًا حلزونية حول نجمه
• تقوم مركبة الفضاء الأوروبية BepiColombo بتحليق عطارد للمرة الثالثة اليوم
• هذا الكوكب خارج المجموعة الشمسية يزيد عن 2000 درجة مئوية ، وقد تبخر المعدن في غلافه الجوي
• يزداد البحث عن أقمار صالحة للسكن في النظام الشمسي