هل الغازات السامة تجعل الحياة خارج الأرض المتقدمة أقل احتمالا؟

مفهوم الفنان للكواكب السبع المعروفة بحجم الأرض في نظام TRAPPIST-1. توجد ثلاثة من هذه الكواكب في المنطقة الصالحة للسكن ، لكننا لا نعرف بعد أنواع الغازات الموجودة في أجواء الكواكب. الصورة عبر R. Hurt / NASA / JPL-Caltech / UC Riverside.

ما مدى شيوع الحياة في الكون؟ ما زلنا لا نعرف الإجابة ، لكن يبدو أن البحث المستمر يشير إلى أنه ينبغي أن يكون هناك العديد من الكواكب (والأقمار) الموجودة القادرة على دعم بعض أشكال البيولوجيا. ولكن ماذا عن الحياة المتقدمة ، على وجه الخصوص؟ تشير دراسة جديدة إلى أن عدد العوالم ذات أشكال الحياة الأكثر تطوراً وتعقيدًا قد يكون أقل مما يأمل البعض.

تأتي النتائج التي استعرضها النظراء من الباحثين في جامعة كاليفورنيا ريفرسايد (UCR) ، وتشير إلى أن العديد من الكواكب قد يكون لديها تراكم من الغازات السامة في أجواءها التي من شأنها أن تجعل من الصعب على حياة أكثر تقدما. تم نشر هذه النتائج في مجلة الفيزياء الفلكية في 10 يونيو 2019.

وفقا لتيموثي ليون ، عالم الكيمياء الحيوية في UCR:

هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها اعتبار الحدود الفسيولوجية للحياة على الأرض للتنبؤ بتوزيع الحياة المعقدة في أي مكان آخر في الكون.

البحث له آثار على "المنطقة الصالحة للسكن" ، وهي المنطقة المحيطة بنجمة حيث يمكن أن تسمح درجات الحرارة بوجود الماء السائل على سطح كوكب صخري. يمكن لمستويات عالية من الغازات السامة تضييق تلك المنطقة أو حتى القضاء عليها في بعض الحالات. كما أوضح ليون:

تخيل "منطقة صالحة للسكن لحياة معقدة" تُعرَّف بأنها منطقة آمنة حيث يكون من المعقول دعم النظم الإيكولوجية الغنية كما نجدها على الأرض اليوم. تشير نتائجنا إلى أن النظم البيئية المعقدة مثل نظامنا لا يمكن أن توجد في معظم مناطق المنطقة الصالحة للسكن كما هو محدد تقليديًا.

رسم تخطيطي يوضح حدود المنطقة الصالحة للسكن التقليدي ، إلى جانب أنواع النجوم وبعض أمثلة الكواكب الخارجية المعروفة. الصورة عبر تشستر هارمان / ويكيبيديا / CC BY-SA 4.0.

استخدم الباحثون نماذج الكمبيوتر لدراسة المناخ في الغلاف الجوي والكيمياء الضوئية في مجموعة متنوعة من الظروف الكوكبية. واحد من الغازات الأكثر خطورة هو ثاني أكسيد الكربون. الكواكب بعيدة عن نجمها - بما في ذلك الأرض - في حاجة إليها للحفاظ على درجات حرارة أعلى من التجمد ، لأنه من غازات الدفيئة كبيرة.

ولكن هناك كميات كبيرة من الكواكب بعيدة عن نجومها. قد يحتاجون إلى مزيد من ثاني أكسيد الكربون للحفاظ على درجات الحرارة دافئة ، ولكن قد يكون الكثير من الغاز قاتلاً بالنسبة إلى أشكال الحياة الأكثر تقدماً مثل الحيوانات والناس. كما لاحظ إدوارد شويتيرمان ، مؤلف الدراسة الرئيسي:

للحفاظ على المياه السائلة عند الحافة الخارجية للمنطقة الصالحة للسكن ، سيحتاج الكوكب إلى عشرات الآلاف من المرات من ثاني أكسيد الكربون أكثر من الأرض الموجودة اليوم. هذا أبعد بكثير من المستويات المعروفة بأنها سامة للحياة البشرية والحيوانية على الأرض.

لحياة حيوان أبسط ، يمكن لهذا النوع من مستوى ثاني أكسيد الكربون تقليص المنطقة الصالحة للسكن التقليدية إلى النصف تقريبا. بالنسبة للحيوانات أو البشر الأكثر تطوراً ، يتم تقليل المنطقة الصالحة للسكن إلى أقل من الثلث.

مفهوم الفنان لـ Kepler-186f ، أول كوكب خارج المجموعة الشمسية بحجم الأرض يتم اكتشافه يدور في المنطقة الصالحة لنجمه. قد تكون هذه العوالم قادرة على دعم الحياة ، لكن الغازات السامة يمكن أن تحد من مدى تطور هذه الحياة. الصورة عبر NASA Ames / معهد SETI / JPL-Caltech / علم الفلك.

غاز فتاك آخر هو أول أكسيد الكربون. لا يوجد الكثير منها على الأرض لأن الشمس تخلق تفاعلات كيميائية في الغلاف الجوي الذي يدمرها. لكن بالنسبة لبعض الكواكب التي تدور حول نجوم قزم حمراء - أصغر حجما وأكثر برودة من الشمس - يمكن للأشعة فوق البنفسجية الشديدة أن تخلق مستويات سامة من أول أكسيد الكربون في أجواءها. كما قال شويتيرمان:

بالتأكيد لن تكون هذه أماكن جيدة للحياة البشرية أو الحيوانية كما نعرفها على الأرض.

إلا أن الباحثين أنفسهم لاحظوا في وقت سابق أن الحياة الجرثومية قد تكون جيدة في مثل هذه البيئة.

فكيف يمكننا تحديد أي الكواكب الخارجية التي قد تكون مناسبة للحياة وأي منها ليست على الأرجح ، بسبب عوامل مثل الغازات السامة؟ الطريقة الوحيدة للقيام بذلك حاليًا هي دراسة أجواءهم عن بُعد باستخدام التلسكوبات. كما قال كريستوفر راينهارد ، مؤلف مشارك آخر للصحيفة الجديدة:

توفر اكتشافاتنا طريقة واحدة لتحديد أي من هذه الكواكب التي لا تعد ولا تحصى يجب أن نلاحظها بمزيد من التفصيل. يمكننا تحديد الكواكب الصالحة للحياة مع مستويات ثاني أكسيد الكربون أو أول أكسيد الكربون التي من المحتمل أن تكون مرتفعة للغاية لدعم الحياة المعقدة.

كما هو متوقع ، فإن أسهل أنواع الحياة التي يمكن اكتشافها هي تلك التي تعيش على سطح الكوكب وتعديل غلافه الجوي ، كما هو الحال على الأرض. إذا كان للكوكب حياة في باطن الأرض فقط (كما قد يكون الحال مع كوكب المريخ أو أقمار المحيطات مثل أوروبا وإنسيلادوس) ، فسيكون من الصعب للغاية العثور عليه ، خاصةً من سنوات ضوئية عديدة. إذا كانت هناك حياة متقدمة للغاية ، كما هو الحال في حضارة متطورة أو أكثر من الإنسانية ، فقد يتم اكتشافها من خلال تقاناتها التكنولوجية أو آثارها الأخرى على بيئة الكوكب. لكن الحياة المتقدمة تتطلب ظروف كوكبية مواتية.

على الأرض ، يعد ثاني أكسيد الكربون ضروريًا للحياة النباتية ، التي تمتصه من الهواء ، ثم تجمعه مع الماء والضوء لصنع الكربوهيدرات ، وهي العملية المعروفة باسم التمثيل الضوئي. لكن الكثير من ثاني أكسيد الكربون يمكن أن يكون مميتًا لأشكال الحياة الأكثر تعقيدًا. الصورة عن طريق جايسون سامفيلد / فليكر / CC BY-NC-SA / المحادثة.

يمكن أن تساعد الدراسة الجديدة في وضع قيود على نوع الحياة التي قد تتطور اعتمادًا على سمية أجواء كواكبها. إنه أيضًا تذكير بكمية كوكبنا الثمين ، المليء بالحياة للعديد من الأشكال المتنوعة بشكل لا يصدق. كما لاحظ شويتيرمان:

أعتقد أن إظهار مدى ندرة وخصوصية كوكبنا يعزز فقط القضية لحمايته. بقدر ما نعلم ، الأرض هي الكوكب الوحيد في الكون الذي يمكن أن يحافظ على حياة الإنسان.

خلاصة القول: على الرغم من أننا لا نعرف بعد مدى شيوع الحياة في الكون ، أم لا ، فإن تحديد الكواكب التي تحتوي على غازات سامة وفيرة في أجواءها سيساعد في تضييق نطاق البحث ، لا سيما بالنسبة لأنواع الحياة الأكثر تعقيدًا التي تذكرنا تلك الموجودة على الأرض.

المصدر: منطقة محدودة للسكن لحياة معقدة

عبر جامعة كاليفورنيا ريفرسايد نيوز