سيتم إطلاق تلسكوب جيمس ويب الفضائي فائق القوة قريبًا. بمجرد نشره ووضعه في موقع Earth-Sun Lagrange Point 2 ، سيبدأ العمل. تتمثل إحدى وظائفه في فحص الغلاف الجوي للكواكب الخارجية والبحث عن البصمات الحيوية. يجب أن تكون بسيطة ، أليس كذلك؟ ما عليك سوى مسح الغلاف الجوي حتى تجد الأكسجين ، ثم أغلق الكمبيوتر المحمول الخاص بك وتوجه إلى الحانة: ضجة ، حلويات ، جائزة نوبل.
بالطبع ، يعرف قراء Universe Today أن الأمر أكثر تعقيدًا من ذلك. أكثر تعقيدًا.
في الواقع ، لا يمكن الاعتماد على وجود الأكسجين بالضرورة. الميثان هو الذي يمكن أن يرسل إشارة أقوى تشير إلى وجود الحياة.
قد يبدو الأكسجين كالشيء الواضح الذي يجب البحث عنه في الغلاف الجوي للكوكب عند البحث عن علامات الحياة ، لكن هذا ليس هو الحال. وجودها أو عدم وجودها ليس مؤشرا موثوقا به. يوضح تاريخ الأرض ذلك.
يحتوي الغلاف الجوي للأرض الحديثة على حوالي 21٪ من الأكسجين ، ونعلم أن معظمه يأتي من الكائنات الحية في محيطات الكوكب. ولكن هناك عقبة: بمجرد أن بدأت البكتيريا الزرقاء على الأرض القديمة في إنتاج الأكسجين كمنتج ثانوي لعملية التمثيل الضوئي ، فقد استغرق الأمر وقتًا طويلاً قبل أن يصبح الغلاف الجوي مؤكسجًا ، وربما مليار سنة.
ماذا لو فحصنا كوكبًا خارج المجموعة الشمسية ، ولم نعثر على أكسجين ، ثم انتقلنا إلى الأمام ، ولم ندرك أن هناك حياة هناك ، في بداية تزويد هذا العالم بالأكسجين؟ ماذا لو كنا مبكرين بمليار سنة ، ولم تغذي الحياة الغلاف الجوي للكواكب الخارجية بالأكسجين بعد؟ تحتوي الكواكب الصخرية على العديد من أحواض الأكسجين ، ولن يتم العثور على الأكسجين المنتج بيولوجيًا مجانًا في الغلاف الجوي حتى تصبح تلك الأحواض مشبعة.
يظهر تلسكوب جيمس ويب الفضائي التابع لناسا مع مرآته الأساسية المنتشرة بالكامل ، وهو أكبر تلسكوب علوم الفضاء وأكثره تعقيدًا من الناحية الفنية الذي بنته ناسا على الإطلاق. ذات يوم ، ونأمل أن يتم إطلاقه قريبًا. الائتمان: ناسا / كريس جن
هذا ما حدث على الأرض ، وهذا ما نتوقعه قد يحدث في عوالم صخرية أخرى. على الأرض ، يؤدي النشاط الجيولوجي إلى ارتفاع الصهارة من الوشاح إلى القشرة. ترتبط الكثير من مواد الوشاح ، مثل الحديد ، على سبيل المثال ، بأكسجين الغلاف الجوي ، مما يسحبها من الغلاف الجوي.
هذا هو أحد الأسباب التي تجعل علماء الكواكب يركزون على أشياء أخرى ، مثل الميثان (CH4). في ورقة جديدة ، فحص الباحثون احتمالية أن يشير الميثان إلى نشاط بيولوجي. يقولون أن الميثان الوفير في الغلاف الجوي للكوكب من غير المحتمل أن يأتي من البراكين وعلى الأرجح له أصل بيولوجي.
عنوان الورقة هو "وفرة الميثان في الغلاف الجوي من النشاط البركاني على الكواكب الأرضية أمر غير محتمل ويعزز قضية الميثان باعتباره توقيعًا حيويًا." المؤلف الرئيسي هو نيكولاس ووجان من قسم علوم الأرض والفضاء ، جامعة واشنطن ، ومن مختبر الكواكب الافتراضي في جامعة دبليو دبليو. نُشرت الورقة في مجلة علم الكواكب.
حقق الثلاثي من الباحثين في الإيجابيات البركانية الخاطئة للتوقيع الحيوي لـ CH4 + CO2 على نوعين من الكواكب: أحدهما به إطلاق غازات بركانية تحت البحر فقط ، وعالم مائي ، والآخر مثل الأرض ، مع إطلاق الغازات من الغواصات والغازات تحت الجوية. يوضح هذا الشكل من الدراسة بعض المعلمات المستخدمة في النماذج. الائتمان: Wogan et al ، 2020
يعد اكتشاف البصمات الحيوية المحتملة مثل الميثان في أجواء الكواكب الخارجية البعيدة أمرًا صعبًا. ولكن بمجرد اكتشاف شيء مثل الميثان ، فإن العمل الجاد ينتظر. يجب التحقق من وجوده في سياق الكوكب نفسه.
لم ينتظر باحثو البصمة البيولوجية مكتوفي الأيدي إطلاق تلسكوب جيمس ويب الفضائي. لقد وضعوا الكثير من التفكير في الكشف عن البصمات الحيوية باستخدام التلسكوب. اقترح العلماء أن الغلاف الجوي الكوكبي الذي يحتوي على كميات وفيرة من الميثان وثاني أكسيد الكربون في حالة عدم توازن يمكن أن يكون بصمة حيوية قوية. في ورقتهم ، يشير المؤلفون إلى أن "... القليل من الدراسات قد استكشفت إمكانية وجود الميثان غير البيولوجي وثاني أكسيد الكربون والقرائن السياقية ذات الصلة." في هذه الحالة ، تعني البراكين غير البيولوجية.
أراد المؤلفون استخدام نموذج ديناميكي حراري لمعرفة ما إذا كان إطلاق الغازات من الصهارة البركانية على كواكب شبيهة بالأرض يمكن أن يؤدي إلى إطلاق غاز الميثان وثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي. في جوهرها ، وجدوا أن البراكين من غير المرجح أن تنتج نفس كميات الميثان التي يمكن أن تنتجها المصادر البيولوجية. إنه ليس مستحيلاً ، بل غير محتمل.
رقم من الدراسة. (أ) و (ب) يظهران إنتاج الميثان الطبيعي لعالم محيطي وعالم شبيه بالأرض. (ج) و (ج) إظهار إنتاج الميثان مضروبًا في معدل إنتاج الصهارة الأرضية. بالنسبة لمعدل إنتاج الصهارة في الأرض الحديثة ، من المحتمل أن تنتج البراكين ميثان ضئيل ، مما يعزز حالة الميثان باعتباره توقيعًا حيويًا. الائتمان: Wogan et al ، 2020
هذا إلى حد كبير لأن الهيدروجين يحب البقاء في الصهارة. H2O قابل للذوبان بدرجة عالية في الصهارة ، مما يحد من كمية الغازات المنبعثة من H2O وبالتالي يحد من كمية الميثان الموجودة في الغلاف الجوي للكوكب. سبب آخر هو أن غاز الميثان نفسه يتطلب درجة حرارة منخفضة من الصهارة لتفريغ الغاز ، في حين أن غالبية الصهارة الموجودة على الأرض هي درجة حرارة أعلى.
في تيوجد الباحثون أن هذه الحالات غير المحتملة حيث يمكن أن تنتج البراكين كميات كبيرة من الميثان ، فإنها ستنتج أيضًا ثاني أكسيد الكربون. كانت الأرض القديمة القديمة أكثر نشاطًا بركانيًا من الأرض الحديثة. خلال العصر الأركي ، كان تدفق حرارة الأرض ثلاثة أضعاف ما هو عليه حاليًا. وفقًا للدراسة ، كان من الممكن أن تنتج 25 مرة من الصهارة أكثر من الأرض الحديثة والمزيد من الميثان. لكن نفس النشاط الذي أنتج كل هذا الميثان سينتج أيضًا المزيد من ثاني أكسيد الكربون. ويشير المؤلفون إلى أن هذه نتيجة إيجابية خاطئة يمكن اكتشافها. ولكن إذا تم الكشف عن وفرة من الميثان دون أن تصاحبها كميات من ثاني أكسيد الكربون ، فهذا يعد توقيعًا حيويًا أكثر موثوقية.
رسم توضيحي لفنان لأرض العصور القديمة ، عندما كان الكوكب أكثر نشاطًا بركانيًا. الائتمان: Tim Bertelink - العمل الخاص ، CC BY-SA 4.0 ، https://commons.wikimedia.org/w/index.php؟curid=57273984
يقول المؤلفون إنه سيكون من الصعب تفسير اكتشاف الميثان وثاني أكسيد الكربون دون التذرع بالمصادر البيولوجية ، على الأقل بالنسبة لأي كواكب مماثلة للأرض. وخلصوا أيضًا إلى أن كمية صغيرة أو ضئيلة من أول أكسيد الكربون المكتشفة في الغلاف الجوي تقوي التوقيع الحيوي لـ CH4 + CO2 لأن "... الحياة تستهلك بسهولة ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي ، بينما يؤدي تقليل الغازات البركانية على الأرجح إلى تراكم ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي للكوكب."
واختتم الباحثون بملاحظة تحذيرية ، مشيرين إلى أن هذا العمل كله يعتمد على ما نعرفه عن الأرض والكواكب الأخرى في نظامنا الشمسي. من غير الواضح إلى أي مدى يمكن أن تمتد هذه المعرفة إلى الآلاف من الكواكب الخارجية المختلفة.
وكتبوا "يجب أن تؤخذ هذه الاستنتاجات بحذر لأنها تستند إلى ما هو مفهوم عن العمليات التي تحدث على الأرض ونظامنا الشمسي ، والتي قد تكون عينة متفرقة للغاية لما هو ممكن".
ليست هناك تعليقات: