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 عما إذا كان أي من هذه الكواكب يؤوي أغلفة جوية يمكن أن تدعم الحياة.
سيكون تحديد الغلاف الجوي في نظام شمسي آخر أمرًا رائعًا للغاية. ولكن هناك فرصة ، وإن كانت ضئيلة ، أن أحد هذه الأجواء يقدم ما يسمى بصمة حيوية: إشارة من الحياة نفسها.
قالت ميغان مانسفيلد ، عالمة الفلك بجامعة أريزونا: “أعتقد أنه يمكننا 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 أي مريخ. ولكن من المتصور أن تكون الحياة مختبئة تحت سطح الكوكب الأحمر أو تنتظر من يكتشفها على أحد قمر كوكب المشتري أو زحل. عقد بعض العلماء الأمل في ذلك كوكب الزهرةعلى الرغم من الغلاف الجوي الحارق لسحب ثاني أكسيد الكبريت ، يمكن أن تكون موطنًا لأبناء كوكب الزهرة.
على الرغم من أن الأرض هي الكوكب الوحيد الداعم للحياة في نظامنا الشمسي ، فإن العديد من الأنظمة الشمسية الأخرى في الكون هي موطن للكواكب الخارجية.
في عام 1995 ، اكتشف علماء الفلك السويسريون أول كوكب خارج المجموعة الشمسية يدور حول نجم يشبه الشمس. يُعرف كوكب خارج المجموعة الشمسية باسم 51 Pegasi b ، وقد أثبت أنه منزل غير واعد للحياة – عملاق غازي منتفخ أكبر من كوكب المشتري ودرجة حرارة تصل إلى 1800 درجة فهرنهايت.
اكتشف العلماء في السنوات التي تلت ذلك أكثر من 5000 كوكب خارجي آخر. بعضها يشبه إلى حد كبير الأرض – بنفس الحجم تقريبًا ، مصنوع من الصخور بدلاً من الغاز ويدور في “منطقة Goldilocks” حول نجمهم ، ليس قريبًا جدًا من الطهي ولكن لا يتم تجميده.
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 لعلماء الفلك بإلقاء نظرة فاحصة على هذه العوالم.
منذ إطلاقه من كورو ، غيانا الفرنسية ، التلسكوب لديه يسافر على بعد مليون ميل من الأرض ، يدخل مداره حول الشمس. هناك ، درع يحمي مرآتها 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 رئيسي يدمج دراسة الغلاف الجوي للكواكب الخارجية 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 ، الباحث الرئيسي في البرنامج ، إن الكواكب الخارجية ستظهر في هذه المجموعة الأولى من الصور. نظرًا لأن التلسكوب سيقضي وقتًا قصيرًا نسبيًا في مراقبة الكواكب الخارجية ، فقد اعتبر الدكتور سميث هذه الصور المبكرة 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 لدراسة سبعة كواكب الذي يدور 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 رائع للبحث عن آثار للحياة 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 على مسافة قريبة ، وتستغرق بضعة أيام فقط للدوران حول النجم. في كل مرة تمر فيها الكواكب بـ Trappist-1 ، سيتمكن العلماء من التعامل مع سؤال أساسي ولكنه حاسم: هل لأي منها غلاف جوي؟
قال عالم الفلك بجامعة كورنيل نيكول لويس: “إذا لم يكن هناك هواء ، فلن يكون صالحًا للسكنى ، حتى لو كان في منطقة صالحة للسكن”.
لن يفاجأ الدكتور لويس وعلماء الفلك الآخرون بعدم العثور على غلاف جوي حول كواكب Trappist-1. حتى لو كانت الكواكب قد طورت أغلفة جوية عند تشكلها ، فقد يكون النجم قد دمرها منذ فترة طويلة بالأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية.
قال الدكتور مانسفيلد: “من الممكن أن يتمكنوا من محو كل الغلاف الجوي للكوكب قبل أن تتاح له الفرصة لبدء تكوين الحياة”. “هذا هو السؤال الأول الذي نحاول الإجابة عليه هنا: هل يمكن أن يكون لهذه الكواكب 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 خافتًا طفيفًا للضوء القادم من النجم.
قال جاكوب لوستيج-ييجر ، عالم الفلك الذي قام بزمالة ما بعد الدكتوراه في مختبر جونز هوبكنز للفيزياء التطبيقية: “الأمر يشبه مشاهدة كسوف الشمس وعيناك مغمضتان”. “قد تشعر وكأن الضوء قد تلاشى.”
إن كوكبًا به غلاف جوي يحجب النجم خلفه بشكل مختلف عن الكوكب العاري. سيمر بعض الضوء من النجم مباشرة عبر الغلاف الجوي ، لكن الغازات ستمتص الضوء بأطوال موجية معينة. إذا نظر علماء الفلك فقط إلى ضوء النجوم في هذه الأطوال الموجية ، فإن الكوكب سيغمق Trappist-1 أكثر.
سيرسل التلسكوب ملاحظات Trappist-1 هذه إلى الأرض. قال الدكتور مانسفيلد “وبعد ذلك تحصل على رسالة بريد إلكتروني مثل” مرحبًا ، بياناتك متاحة “.
لكن الضوء القادم من Trappist-1 سيكون خافتًا لدرجة أن الأمر سيستغرق وقتًا لفهمه. قال الدكتور سميث: “عينك معتادة على معالجة ملايين الفوتونات في الثانية”. “لكن هذه التلسكوبات ، لا تجمع سوى عدد قليل من الفوتونات في الثانية.”
قبل أن يتمكن الدكتور مانسفيلد أو زملائه من علماء الفلك من تحليل الكواكب الخارجية التي تمر أمام Trappist-1 ، سيحتاجون أولاً إلى تمييزها عن التقلبات الصغيرة التي تنتجها آلية التلسكوب الخاصة.
قال الدكتور مانسفيلد: “الكثير من العمل الذي أقوم به هو التأكد من أننا نصحح بعناية أي شيء غريب يقوم به التلسكوب ، حتى نتمكن من رؤية هذه الإشارات الصغيرة”.
من الممكن أن يكتشف الدكتور مانسفيلد وزملاؤه في نهاية هذه الجهود جوًا حول كوكب Trappist-1. لكن هذه النتيجة وحدها لن تكشف عن طبيعة الغلاف الجوي. يمكن أن تكون غنية بالنيتروجين والأكسجين ، كما هو الحال على الأرض ، أو أقرب إلى الحساء السام لثاني أكسيد الكربون وحمض الكبريتيك على كوكب الزهرة. أو قد 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 ذلك ، لكن ليس لدينا أي فكرة حقًا. علينا أن نذهب ونرى.”
قد يثبت تلسكوب جيمس ويب الفضائي ، الذي يشار إليه أحيانًا باسم 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 أن يمنع الغطاء الساطع العاكس للغيوم أي ضوء نجم من دخول الغلاف الجوي لكوكب خارج المجموعة الشمسية ، مما يؤدي إلى تدمير أي محاولات للعثور على هواء خارج كوكب الأرض.
قال الدكتور Rathcke: “من الصعب حقًا التمييز بين الغلاف الجوي الذي 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 ، سيحتاج العلماء إلى اكتشاف بصمة حيوية أو جزيء أو مجموعة من عدة جزيئات يتم تكوينها بشكل واضح بواسطة الكائنات الحية.
لا يزال العلماء يناقشون ماهية التوقيع الحيوي الموثوق به. الغلاف الجوي للأرض فريد من نوعه في نظامنا الشمسي من حيث أنه يحتوي على الكثير من الأكسجين ، والكثير منه 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 غاز معين يمكن أن يوفر بصمة حيوية واضحة ، والتي لا يمكن الحفاظ عليها بدون مساعدة الحياة.
قال الدكتور Rathcke: “نحن بحاجة إلى سيناريوهات مواتية للغاية للعثور على هذه البصمات الحيوية”. “أنا لا أقول إنه غير ممكن. أنا فقط أعتقد أنه بعيد المنال. يجب أن نكون محظوظين للغاية.
قال جوشوا كريسانسن توتون ، عالم الكواكب في جامعة كاليفورنيا ، سانتا كروز ، إن تحقيق مثل هذا التوازن قد يتطلب من تلسكوب ويب مراقبة كوكب يمر بشكل متكرر أمام Trappist-1.
قال الدكتور كريسانسن-توتون: “إذا تقدم شخص ما في السنوات الخمس المقبلة وقال ،” نعم ، لقد وجدنا الحياة مع JWST ، سأكون متشككًا جدًا في هذا الادعاء “.
قد لا يتمكن تلسكوب جيمس ويب الفضائي ببساطة من العثور على البصمات الحيوية. قد تضطر هذه المهمة إلى انتظار الجيل التالي من التلسكوبات الفضائية ، بعد أكثر من عقد من الآن. 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.
توقع الدكتور Rathcke: “سنقوم بشكل أساسي بعمل الأساس المهم للغاية للتلسكوبات المستقبلية”. “سأكون مندهشا للغاية إذا قدم JWST اكتشافات بصمة حيوية ، لكنني آمل أن يتم تصحيحها. أعني ، هذا هو السبب الأساسي في قيامي بهذا العمل.
