سيبحث تلسكوب ويب عن علامات الحياة الموجودة هناك

سيمثل هذا الشهر فصلًا جديدًا في البحث عن حياة خارج كوكب الأرض ، عندما يبدأ أقوى تلسكوب فضائي تم بناؤه حتى الآن في التجسس على الكواكب التي تدور حول نجوم أخرى. يأمل علماء الفلك أن يكشف تلسكوب جيمس ويب الفضائي ما إذا كانت بعض هذه الكواكب تحتوي على أغلفة جوية قد تدعم الحياة.

سيكون تحديد الغلاف الجوي في نظام شمسي آخر أمرًا رائعًا بدرجة كافية. ولكن هناك فرصة – وإن كانت صغيرة – أن يقدم أحد هذه الأجواء ما يُعرف باسم التوقيع الحيوي: إشارة إلى الحياة نفسها.

قالت ميغان مانسفيلد ، عالمة الفلك بجامعة أريزونا: “أعتقد أننا سنكون قادرين على العثور على الكواكب التي نعتقد أنها مثيرة للاهتمام – كما تعلمون ، احتمالات جيدة للحياة”. “لكننا لن نكون بالضرورة قادرين على تحديد الحياة على الفور.”

حتى الآن ، تظل الأرض الكوكب الوحيد في الكون الذي يُعرف بوجود الحياة فيه. يرسل العلماء مجسات إلى المريخ منذ ما يقرب من 60 عامًا ولم يعثروا بعد على المريخ. ولكن من المتصور أن تكون الحياة مختبئة تحت سطح الكوكب الأحمر أو تنتظر اكتشافها على قمر كوكب المشتري أو زحل. وقد أعرب بعض العلماء عن أملهم في ذلك كوكب الزهرةعلى الرغم من الغلاف الجوي الحارق لسحب ثاني أكسيد الكبريت ، فقد تكون موطنًا لأبناء كوكب الزهرة.

حتى لو تبين أن الأرض هي الكوكب الوحيد الذي يؤوي الحياة في نظامنا الشمسي ، فإن العديد من الأنظمة الشمسية الأخرى في الكون تحمل ما يسمى بالكواكب الخارجية.

في عام 1995 ، اكتشف علماء الفلك السويسريون أول كوكب خارج المجموعة الشمسية يدور حول نجم يشبه الشمس. المعروف باسم 51 Pegasi b ، تبين أن الكوكب الخارجي هو منزل غير واعد للحياة – عملاق غازي منتفخ أكبر من كوكب المشتري ، و 1800 درجة فهرنهايت دافئة.

في السنوات التي تلت ذلك ، وجد العلماء أكثر من 5000 كوكب خارجي آخر. بعضها يشبه إلى حد بعيد الأرض – تقريبًا بنفس الحجم ، مصنوعة من الصخور بدلاً من الغاز وتدور في “منطقة Goldilocks” حول نجمها ، ليست قريبة جدًا من الطهي ولكن ليست بعيدة لدرجة التجميد.

لسوء الحظ ، فإن الحجم الصغير نسبيًا لهذه الكواكب الخارجية جعل من الصعب للغاية دراستها ، حتى الآن. سيغير تلسكوب جيمس ويب الفضائي ، الذي تم إطلاقه في عيد الميلاد الماضي ، ذلك ، حيث يعمل كعدسة مكبرة للسماح للفلكيين بالنظر عن كثب إلى هذه العوالم.

منذ إطلاقه من كورو ، غيانا الفرنسية ، التلسكوب لديه سافرت على بعد مليون ميل من الأرض ، يدخل 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 ، يمكن للتلسكوب أن يرصد بصيصًا خافتًا بعيدًا من الضوء ، بما في ذلك تلك التي يمكن أن تكشف 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 ناسا في التقاط صور لمجموعة من الأجسام باستخدام تلسكوب ويب في منتصف يونيو وسيصدرون صورهم الأولى للجمهور في 12 يوليو.

قال إريك سميث ، كبير العلماء في البرنامج ، إن الكواكب الخارجية ستكون في تلك الدفعة الأولى من الصور. نظرًا لأن التلسكوب سيقضي وقتًا قصيرًا نسبيًا في مراقبة الكواكب الخارجية ، اعتبر الدكتور سميث تلك الصور الأولى نظرة “سريعة وقذرة” على قوة التلسكوب.

ستتبع هذه النظرات السريعة سلسلة من الملاحظات الأطول بكثير ، بدءًا من شهر يوليو ، مما يوفر صورة أوضح للكواكب الخارجية.

يخطط عدد من فرق علماء الفلك لإلقاء نظرة على سبعة كواكب التي تدور حول نجم يسمى Trappist-1. أشارت الملاحظات السابقة إلى أن ثلاثة من الكواكب تحتل المنطقة الصالحة للسكن.

قالت أوليفيا ليم ، طالبة دراسات عليا في جامعة مونتريال ستراقب كواكب Trappist-1 بدءًا من 4 يوليو تقريبًا: “إنه مكان مثالي للبحث عن آثار الحياة خارج النظام الشمسي”.

نظرًا لأن Trappist-1 هو نجم صغير وبارد ، فإن منطقته الصالحة للسكن أقرب منه في نظامنا الشمسي. نتيجة لذلك ، تدور كواكبها التي يحتمل أن تكون صالحة للسكن من مسافة قريبة ، وتستغرق بضعة أيام فقط للدوران حول النجم. في كل مرة تمر فيها الكواكب أمام Trappist-1 ، سيتمكن العلماء من معالجة سؤال أساسي ولكنه حاسم: هل لأي منهم غلاف جوي؟

قال نيكول لويس ، عالم الفلك بجامعة كورنيل: “إذا لم يكن به هواء ، فلن يكون صالحًا للسكنى ، حتى لو كان في منطقة صالحة للسكن”.

لن يفاجأ الدكتور لويس وعلماء الفلك الآخرون بعدم العثور على أغلفة جوية تحيط بكواكب Trappist-1. حتى لو كانت الكواكب قد طورت غلافًا جويًا عند تشكلها ، فقد يكون النجم قد دمرها بعيدًا منذ فترة طويلة باستخدام الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية.

قال الدكتور مانسفيلد: “من الممكن أن يتمكنوا من تجريد كل الغلاف الجوي على كوكب ما بعيدًا حتى قبل أن تتاح له فرصة البدء في تكوين الحياة”. “هذا هو السؤال الأول الذي نحاول الإجابة عليه هنا: ما إذا كان يمكن لهذه الكواكب أن يكون لها غلاف جوي طويل بما يكفي لتكون قادرة على تطوير الحياة.”

سيخلق كوكب يمر أمام Trappist-1 ظلًا صغيرًا ، لكن الظل سيكون صغيرًا جدًا بحيث يتعذر على التلسكوب الفضائي التقاطه. وبدلاً من ذلك ، سيكتشف التلسكوب وجود تعتيم طفيف في الضوء القادم من النجم.

قال جاكوب لوستيج-ييجر ، عالم الفلك الذي قام بزمالة ما بعد الدكتوراه في مختبر جونز هوبكنز للفيزياء التطبيقية: “إن الأمر يشبه النظر إلى كسوف الشمس وعينيك مغمضتين”. “قد يكون لديك بعض الإحساس بأن الضوء قد خفت.”

إن كوكبًا به غلاف جوي سيُعتِم النجم خلفه بشكل مختلف عن الكوكب العاري. سيمر بعض ضوء النجم مباشرة عبر الغلاف الجوي ، لكن الغازات ستمتص الضوء بأطوال موجية معينة. إذا نظر علماء الفلك إلى ضوء النجوم فقط عند تلك الأطوال الموجية ، فإن الكوكب سيخفت Trappist-1 أكثر.

سيرسل التلسكوب ملاحظات Trappist-1 هذه إلى الأرض. قال الدكتور مانسفيلد “وبعد ذلك تحصل على بريد إلكتروني مثل ،” مرحبًا ، بياناتك متاحة “.

لكن الضوء القادم من Trappist-1 سيكون خافتًا لدرجة أن الأمر سيستغرق وقتًا لفهمه. قال الدكتور سميث: “إن عينك معتادة على التعامل مع ملايين الفوتونات في الثانية”. “لكن هذه التلسكوبات ، تقوم فقط بجمع بعض الفوتونات في الثانية.”

قبل أن يتمكن الدكتور مانسفيلد أو زملاؤها من علماء الفلك من تحليل الكواكب الخارجية التي تمر أمام Trappist-1 ، سيتعين عليهم أولاً تمييزها عن التقلبات الصغيرة التي تنتجها آلية التلسكوب الخاصة.

قال الدكتور مانسفيلد: “الكثير من العمل الذي أقوم به في الواقع هو التأكد من أننا نصحح بعناية أي شيء غريب يقوم به التلسكوب ، حتى نتمكن من رؤية تلك الإشارات الصغيرة جدًا”.

من الممكن في نهاية هذه الجهود أن تكتشف الدكتورة مانسفيلد وزملاؤها جوًا حول كوكب Trappist-1. لكن هذه النتيجة وحدها لن تكشف عن طبيعة الغلاف الجوي. قد يكون غنيًا بالنيتروجين والأكسجين ، كما هو الحال على الأرض ، أو أقرب إلى الحساء السام لثاني أكسيد الكربون وحمض الكبريتيك على كوكب الزهرة. أو يمكن أن يكون مزيجًا لم يسبق للعلماء رؤيته من قبل.

قال ألكسندر راثكي ، عالم الفلك في الجامعة التقنية في الدنمارك: “ليس لدينا أي فكرة عما تتكون منه هذه الأغلفة الجوية”. “لدينا أفكار ومحاكاة وكل هذه الأشياء ، لكن ليس لدينا أي فكرة حقًا. علينا أن نذهب وننظر. “

قد يثبت تلسكوب جيمس ويب الفضائي ، الذي يُطلق عليه أحيانًا JWST ، أنه قوي بما يكفي لتحديد المكونات المحددة للأغلفة الجوية للكواكب الخارجية لأن كل نوع من الجزيئات يمتص نطاقًا مختلفًا من الأطوال الموجية للضوء.

لكن هذه الاكتشافات ستعتمد على الطقس على الكواكب الخارجية. يمكن لغطاء مشرق وعاكس من السحب أن يمنع أي ضوء نجم من دخول الغلاف الجوي لكوكب خارج المجموعة الشمسية ، مما يؤدي إلى تدمير أي محاولة للعثور على هواء فضائي.

قال الدكتور Rathcke: “من الصعب حقًا التمييز بين جو به غيوم أو بدون غلاف جوي”.

إذا كان الطقس متعاونًا ، فإن الفلكيين حريصون بشكل خاص على معرفة ما إذا كانت الكواكب الخارجية بها ماء في غلافها الجوي. على الأقل على الأرض ، يعد الماء مطلبًا أساسيًا لعلم الأحياء. قال الدكتور مانسفيلد: “نعتقد أن ذلك سيكون على الأرجح نقطة انطلاق جيدة للبحث عن الحياة”.

لكن الجو المائي لا يعني بالضرورة أن كوكبًا خارج المجموعة الشمسية يؤوي الحياة. للتأكد من أن كوكبًا ما على قيد الحياة ، سيتعين على العلماء اكتشاف بصمة حيوية أو جزيء أو مجموعة من عدة جزيئات يتم تكوينها بشكل مميز بواسطة الكائنات الحية.

لا يزال العلماء يناقشون ماهية التوقيع الحيوي الموثوق به. الغلاف الجوي للأرض فريد من نوعه في نظامنا الشمسي من حيث احتوائه على الكثير من الأكسجين ، إلى حد كبير نتاج النباتات والطحالب. لكن يمكن أيضًا إنتاج الأكسجين دون مساعدة الحياة ، عندما تنقسم جزيئات الماء في الهواء. وبالمثل ، يمكن إطلاق الميثان عن طريق الميكروبات الحية ولكن أيضًا عن طريق البراكين.

من الممكن أن يكون هناك توازن معين للغازات يمكن أن يوفر بصمة حيوية واضحة ، لا يمكن الحفاظ عليها بدون مساعدة الحياة.

قال الدكتور Rathcke: “نحن بحاجة إلى سيناريوهات مواتية للغاية للعثور على هذه البصمات الحيوية”. “أنا لا أقول إن هذا غير ممكن. أنا فقط أعتقد أنه بعيد المنال. نحن بحاجة إلى أن نكون محظوظين للغاية “.

قال جوشوا كريسانسن توتون ، عالم الكواكب في جامعة كاليفورنيا ، سانتا كروز ، إن إيجاد مثل هذا التوازن قد يتطلب من تلسكوب ويب مراقبة كوكب يمر بشكل متكرر أمام Trappist-1.

قال الدكتور كريسانسن-توتون: “إذا تقدم أي شخص في السنوات الخمس المقبلة وقال ،” نعم ، لقد وجدنا الحياة مع JWST ، “سأكون متشككًا جدًا في هذا الادعاء”.

من المحتمل ألا يكون تلسكوب جيمس ويب الفضائي ببساطة قادرًا على العثور على البصمات الحيوية. قد تضطر هذه المهمة إلى انتظار الجيل التالي من التلسكوبات الفضائية ، بعد أكثر من عقد من الزمان. ستدرس هذه الكواكب الخارجية بنفس الطريقة التي ينظر بها الناس إلى المريخ أو الزهرة في سماء الليل: من خلال مراقبة انعكاس ضوء النجوم عليها على خلفية سوداء للفضاء ، بدلاً من مراقبتها أثناء مرورها أمام نجم.

تنبأ الدكتور Rathcke “في الغالب ، سنقوم بعمل الأساس المهم للغاية للتلسكوبات المستقبلية”. “سأكون مندهشًا جدًا إذا قدم JWST عمليات الكشف عن البصمة الحيوية ، لكنني آمل أن أقف مصححًا. أعني ، هذا هو أساسًا ما أقوم بهذا العمل من أجله “.