كوكب خارج المجموعة الشمسية Kepler-452b (يمين) مقارنة بالأرض (يسار). من المنطقي دراسة الكواكب الشبيهة بالأرض. ولكن قد يتضح أنهم لن يكونوا المرشحين الأكثر احتمالا لاكتشاف الحياة في مجرتنا أو في الكون بشكل عام.
أحد أكثر الأهداف إثارة التي حددتها البشرية لنفسها هو إيجاد حياة خارج كوكب الأرض. نشاط بيولوجي ظهر ولا يتوقف عند بعض العالم خارج الأرض. هذه الفرصة لا تغذيها خيالنا فقط. لدينا الكثير من الأدلة غير المباشرة للأماكن المحتملة الأخرى حيث يمكن أن تظهر الحياة. تظهر كنتيجة لعمليات مشابهة لتلك التي حدثت في الماضي على الأرض. عندما نقارن الظروف الحالية مع ما نعتقد أن الحياة تتطلبه ، فإن الافتراضات منطقية.
إن الحديث عن عدد الكواكب "القابلة للحياة" التي يمكن أن توجد - في النظام الشمسي ، أو في مجرة درب التبانة ، أو في المجموعة المحلية من المجرات ، أو حتى في الكون المرئي - هو نشاط مثير للاهتمام. ومع ذلك ، يجب على المرء أن يصف بصدق الافتراضات المستخدمة لاشتقاق هذه التقديرات. كلهم يعكسون جهلنا ، والحقيقة الأكثر سوءًا التي لا يمكن تجاهلها: المكان الوحيد في الكون بأسره حيث نعرف يقينًا عن ظهور الحياة هو كوكبنا. كل شيء آخر هو مجرد تخمين. لكي نكون صادقين تمامًا مع أنفسنا ، علينا أن نعترف بأنه ليس لدينا أي فكرة عما يجعل الكواكب "صالحة للسكن".
رسم توضيحي لنظام شمسي شاب في نهاية مرحلة تكوين قرص الكواكب الأولية. بينما نعتقد الآن أننا نفهم كيف تشكلت الشمس والنظام الشمسي ، فإن هذه النظرة المبكرة مجرد توضيح. اليوم يمكننا فقط مراقبة الناجين. في المراحل الأولى من تكوين الأجرام السماوية ، كان هناك الكثير.
إذا لم نكن نعرف شيئًا على الإطلاق عن الكون ، باستثناء أننا نعيش على كوكب الأرض ، وأن الحياة موجودة هنا ، فسيظل لدينا الحق في افتراض أنه ربما لا يزال هناك مكان ما بعيدًا. بعد كل شيء ، في النهاية:
- نحن نعيش في عالم مكون بشكل طبيعي.
- يتكون من مكونات بسيطة - ذرات وجزيئات وما إلى ذلك. - تشكلت بطريقة طبيعية.
- يدور حول نجم ، يشع الطاقة بطريقة مستقرة نسبيًا لمليارات السنين.
- تشكلت الحياة على كوكبنا في موعد لا يتجاوز مئات الملايين من السنين بعد تكوين الأرض نفسها.
من المنطقي تمامًا الافتراض أن هناك تفسيرًا طبيعيًا لظهور الحياة في عالمنا. بعد ذلك ، إذا كانت هناك نفس الظروف المواتية للحياة في عوالم أخرى التي كانت على الأرض في المراحل المبكرة ، فربما تظهر الحياة في هذه العوالم أيضًا. إذا كانت القواعد التي تحكم الكون هي نفسها في كل مكان ، فإننا نحتاج فقط إلى اكتشاف وتحديد العوالم التي حدثت فيها نفس العمليات التي أدت إلى نشوء الحياة على الأرض. وربما يسمح لنا استكشاف هذه العوالم "المسكونة" باكتشاف الحياة هناك أيضًا.
توضح شجرة الحياة تطور وتطور الكائنات الحية المختلفة على الأرض. على الرغم من أننا جميعًا نحدر من سلف مشترك عاش منذ أكثر من ملياري سنة ، فإن تنوع أشكال الحياة جاء من خلال عمليات فوضوية. لن يتكرروا بالضبط ، حتى لو قمنا بإرجاع الساعة وإعادة تشغيلها عدة مرات.
هذا ، بالطبع ، قول أسهل من فعله. لماذا ا؟ هنا نلتقي بأول مجهول عظيم: لا نعرف كيف نشأت الحياة. حتى لو نظرت إلى مجمل المعرفة العلمية اليوم ، فهناك فجوة في أهم مكان لها. نحن نعلم كيف تتشكل النجوم وكيف تتشكل الكواكب والأنظمة الشمسية. نحن نعلم كيف تتشكل نوى الذرات ، وكيف تندمج في الأجزاء الداخلية للنجوم ، وتخلق عناصر ثقيلة ، وكيف تتم معالجة هذه العناصر في الكون ، والمشاركة في الكيمياء المعقدة.
ونعرف كيف تعمل الكيمياء: تترابط الذرات بشكل طبيعي لتكوين جزيئات في مجموعة متنوعة من التكوينات. نجد هذه الجزيئات المعقدة في جميع أنحاء الكون ، من داخل النيازك إلى قذف النجوم الفتية ، من سحب الغاز بين النجوم إلى أقراص الكواكب الأولية التي هي في طور تكوين الكوكب.
مع كل هذا ، لا نعرف كيف ننتقل من الكيمياء غير العضوية المعقدة إلى كائن حيوي حقيقي. ببساطة ، نحن لا نعرف كيف نصنع الحياة من اللا حياة.
يشرح Chao He كيفية عمل PHAZER ، وهي كاميرا لمحاكاة الظروف الجوية المختلفة مثبتة في مختبر هورست بجامعة جونز هوبكنز. تم إنشاء الجزيئات العضوية و O 2 في عمليات غير عضوية ، ولكن لم يخلق أحد الحياة من عدم الحياة.
وفي هذه الحالة لا أبالغ عندما أقول "لا نعرف". على الرغم من:
- البحث عن نشاط بيولوجي على كواكب أخرى في النظام الشمسي ، يحدث في حدود قدراتنا ؛
- صور طيفية لأغلفة جميع الكواكب الخارجية التي يمكننا تصويرها فقط ؛
- إطلاق النار المباشر للكواكب الخارجية المختلفة بسبب تحلل الضوء القادم منها ؛
- محاولات تخليق الحياة من غير الحياة في ظروف معملية ؛
- البحث عن علامات التكنولوجيا في الحضارات الذكية حيثما يمكن أن ننظر ؛
ليس لدينا دليل واحد على وجود الحياة على أي كوكب آخر غير الأرض. على الرغم من كل العلامات غير المباشرة التي جمعناها لدعم إمكانية ظهور الحياة في أماكن مختلفة لا تعد ولا تحصى ، إلا أن هناك أدلة دامغة على وجود الحياة للأرض فقط ، والمكان الذي أرسلنا إليه الحياة من الأرض.
هناك أربعة كواكب خارجية مؤكدة حول HR 8799 ، وكلها أضخم من كوكب المشتري. تم اكتشافهم جميعًا بالملاحظة المباشرة على مدى سبع سنوات ، ويتبعون نفس قوانين حركة الكواكب مثل كواكب النظام الشمسي - قوانين كبلر.
هذا لا يعني أننا لا نعرف شيئًا عن احتمالات وجود الحياة في أماكن أخرى. نحن نعرف الكثير ، ومع كل معلومة جديدة نتعلم المزيد والمزيد. نحن ، على سبيل المثال ، نعرف كيف نقيس ، ونحسب ، ونصنف النجوم في محيطنا ، في مجرتنا ، وحتى في جميع أنحاء الكون. علمنا أن النجوم الشبيهة بالشمس شائعة ، وأن 15-20٪ من جميع النجوم لها درجات حرارة وسطوع وأعمار مماثلة لتلك الموجودة في شمسنا.
ومن المثير للاهتمام أن 75-80٪ من النجوم هي أقزام حمراء. درجة حرارتها وسطوعها أقل من درجة حرارة الشمس ، وعمرها أطول بكثير. تختلف هذه الأنظمة في نواحٍ عديدة عن نظامنا: المدارات أقصر ؛ يجب أن تكون الكواكب في حالة المد والجزر؛ التوهجات النجمية ليست غير شائعة. النجوم تصدر كمية غير متناسبة من الإشعاع المؤين. ومع ذلك ، ليس لدينا طريقة لتقييم ما إذا كانت كواكبها صالحة للسكن (أو أقل ، أو أكثر قابلية للسكن) من الكواكب التي تدور حول نجوم تشبه الشمس. في حالة عدم وجود أدلة ، لا يمكن استخلاص استنتاجات واضحة.
رسم توضيحي لفنان لكوكب خارج المجموعة الشمسية يحتمل أن يكون صالحًا للسكن يدور حول نجم شبيه بالشمس. خارج الأرض ، لم نجد بعد أول عالم مأهول. يقوم مشروع TESS بتجميع قائمة من المرشحين الأوائل والأكثر ترجيحًا لهذا العنوان.
ماذا عن الدروس التي تعلمناها من نظامنا الشمسي؟ ربما الأرض وعالم فريد من بين أولئك الموجودين في فناءنا الكوني - الكوكب الوحيد الذي يبدو أنه مغطى بالحياة - ولكن ربما ليس العالم الوحيد الذي كانت الحياة فيه أو ما زالت مزدهرة اليوم.
ربما كان سطح المريخ يحتوي على مياه سائلة لمليار سنة قبل أن يتجمد - فهل يمكن أن تزدهر الحياة عليه في التاريخ القديم للنظام الشمسي؟ هل تستطيع البقاء على قيد الحياة في الخزانات الجوفية اليوم؟
كان من الممكن أن يكون للزهرة ماضٍ أكثر اعتدالًا ، وربما كان الماء السائل موجودًا على سطحه لبعض الوقت. هل يمكن أن تلد الحياة ، وهل يمكن أن تعيش الحياة في غيوم كوكب الزهرة ، حيث تكون الظروف أكثر تشابهًا مع ظروف الأرض؟
ماذا عن المحيطات تحت سطح العوالم المغطاة بالجليد والتي تسخنها قوى المد والجزر - إنسيلادوس ، ويوروبا ، وتريتون ، وبلوتو؟ ماذا عن العوالم التي تحتوي على ميثان سائل على سطحها بدلاً من الماء السائل ، مثل تيتان؟ ماذا عن العوالم الكبيرة ذات الإمكانات للمياه الجوفية مثل Ganymede؟
إلى أن نستكشف هذه العوالم القريبة تمامًا ، يجب أن نعترف بجهلنا: نحن لا نعرف حتى كيف يسكن النظام الشمسي.
في أعماق المياه ، حيث ينقص الضوء ، تزدهر الحياة حول الفتحات المائية الحرارية للأرض. واحدة من أعظم الأسئلة التي لم يتم حلها في العلم اليوم هي كيفية خلق الحياة من عدم الحياة. ولكن إذا كان من الممكن وجود الحياة هناك ، فربما توجد الحياة أيضًا في قاع بحار أوروبا أو إنسيلادوس. ستساعد الإجابة العلمية على هذا اللغز في توفير البيانات بكمية أكبر وجودة أفضل ، والتي من المرجح أن يجمعها الخبراء ويحللونها.
ماذا عن الحياة الموجودة أو الناشئة في الفضاء بين النجوم؟ بالنسبة للكثيرين ، ستبدو هذه الفكرة بعيدة المنال ، ومع ذلك ، من خلال تتبع تاريخ الحياة على الأرض ، سنرى مدى تعقيدها منذ بدايتها. تتكون الحياة اليوم من عشرات الآلاف من الأحماض النووية المزدوجة الأساسية التي تشفر المعلومات.
وفي نفس الوقت ، إذا نظرت إلى المكونات الأساسية التي نجدها في جميع أنحاء الكون ، فلن يكون من بينها فقط جزيئات خاملة بسيطة. نجد جزيئات عضوية هناك ، مثل السكريات ، والأحماض الأمينية ، وفورمات الإيثيل : الجزيئات التي تعطي رائحة التوت. نجد جزيئات الكربون المعقدة - الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات .
حتى أننا وجدنا الأحماض الأمينية التي تحدث بشكل طبيعي أكثر مما تشارك في عمليات الحياة على الأرض. لدينا 20 نوعًا من الأحماض الأمينية النشطة ، وكلها لها نفس التناظر . ولكن في نيزك مورشيسون واحد فقطتم العثور على حوالي 80 نوعًا من الأحماض الأمينية الفريدة ، بعضها "أعسر" ، وبعضها "أعسر". على الرغم من نجاحات الحياة على الأرض ، فإننا ببساطة لا نعرف ما إذا كانت هناك طرق أخرى لتنمية الحياة ممكنة ، وكم هي أكثر أو أقل احتمالًا.
في نيزك مورشيسون ، الذي سقط على أستراليا في القرن العشرين ، وجدوا عددًا كبيرًا من الأحماض الأمينية غير الموجودة في طبيعتنا. تشير حقيقة أنه يمكن العثور على أكثر من 80 نوعًا من الأحماض الأمينية الفريدة في حجر فضاء عادي إلى أن مكونات أخرى للحياة ، أو حتى الحياة نفسها ، يمكن أن تكون قد تشكلت في مكان ما في الكون. ربما حتى على كوكب بدون نجم والد.
ماذا عن دائرتنا الداخلية؟ هل سيكون هناك احتمال أكبر لظهور وازدهار الحياة في أنظمة النجوم ، حيث تكون نسبة العناصر الثقيلة أعلى (أو أقل)؟ ماذا عن عملاق غازي مثل كوكب المشتري ، يقع في منطقة خط الثلج - هل هو جيد أم سيئ أم لا يؤثر على أي شيء؟ ماذا عن موقعنا داخل المجرة - هل هو خاص أم شائع؟ نحن لا نعرف حتى بالمعايير التي تستحق البحث عن مرشحين مناسبين لوجود الحياة بين 400 مليار نجم تقريبًا في مجرتنا.
ومع ذلك ، هناك دائمًا عبارات مشابهة لتلك التي انتشرت على نطاق واسع قبل أسابيع قليلة - أن هناك 300 مليون كوكب يحتمل أن تكون صالحة للسكن في مجرة درب التبانة.... لقد تم تقديم مثل هذه الادعاءات من قبل ، وسيتم طرحها عدة مرات ، حتى نحصل على نقطة الربط التالية ذات المغزى في البيانات: الكواكب خارج الأرض ، والتي نجد عليها علامات مقنعة وموثوقة لوجود المحيط الحيوي (أو على الأقل تلميح من وجودها). حتى ذلك الحين ، يجب النظر إلى كل هذه العناوين بشك شديد ، لأننا لا نعرف سوى القليل جدًا عن قابلية السكن على كوكب الأرض حتى نناقش معنى عبارة "يحتمل أن تكون صالحة للسكن".
إذا ألقت التلسكوبات الفضائية مثل Kepler أو TESS نظرة طويلة على النجوم المختلفة ، فيمكنها اكتشاف التقلبات الدورية في اللمعان. يمكن أن تؤكد الملاحظات اللاحقة أن لديهم كواكب ، وأن جميع البيانات معًا تسمح لنا بإعادة بناء كتلها وأنصاف أقطارها ومعلماتها المدارية.
وأنا لا أستخف على الإطلاق بالتقدم المذهل الذي أحرزناه في دراسات الكواكب الخارجية. بفضل مجموعة من التلسكوبات مثل Kepler أو TESS ، والتي تتمتع بحساسية فائقة للتغيرات الدورية في سطوع النجوم ، والتلسكوبات الأرضية الكبيرة التي يمكنها قياس التحولات الدورية للخطوط الطيفية في ضوء النجوم ، وجدنا بالفعل الآلاف من الكواكب المؤكدة في النجوم الأخرى. على وجه الخصوص ، في أفضل الحالات ، يمكننا حساب كتلة ونصف قطر كل من الكوكب والنجم ، وكذلك درجة حرارة النجم والفترة المدارية للكوكب.
هذا يسمح لنا بالتكهن حول درجة حرارة سطح الكوكب إذا كان له غلاف جوي مشابه لجو الأرض. قد يبدو كل هذا معقولًا ، مثل محاولة مساواة "إمكانية السكن" مع "درجة حرارته بحيث يمكن أن يكون هناك ماء سائل على السطح" ، لكن هذا الادعاء يستند إلى مجموعة من الافتراضات القائمة على أدلة مهتزة. في الواقع ، نحتاج فقط إلى الحصول على بيانات ذات جودة أفضل قبل التوصل إلى استنتاجات ذات مغزى حول قابلية السكن.
4000 , 2500 , . . , - , . TESS : , . (, ) ( ). , , .
في سعينا وراء الحياة خارج الأرض ، من المهم أن نكون صادقين بشأن الوضع الحالي وأن نكون منفتحين على أي شيء قد نكتشفه في المستقبل. نحن نعلم أن الحياة ظهرت على الأرض في وقت مبكر جدًا ، واستمرت وازدهرت منذ ذلك الحين. نحن نعلم أنه إذا بحثنا عن كواكب لها نفس التواريخ والخصائص والظروف ، فمن المحتمل أن نجد كواكب قريبة بمعدلات نجاح مماثلة. هذه طريقة محافظة ومنطقية للبحث.
ومع ذلك ، فإن هذا التفكير محدود بطبيعته. لا نعرف ما إذا كان ظهور الحياة في عوالم أخرى ذات تاريخ وخصائص وظروف مختلفة لن يكون بنفس الاحتمال (أو حتى أكثر). لا نعرف كيف يتم توزيع هذه الاحتمالات بين كواكب الكون التي لا تعد ولا تحصى. ونحن لا نعرف ما هي احتمالات ظهور حياة معقدة ومتنوعة وعيانية وحتى ذكية بعد أن تتجذر الحياة. هناك كل الأسباب للاعتقاد بأن الحياة موجودة أيضًا في أماكن أخرى من الكون ، وهناك دافع قوي للبحث عنها. ولكن إلى أن نحصل على فهم أفضل لأين توجد الحياة وأين لا توجد ، فليس لدينا طريقة لتقييم عدد العوالم "التي يحتمل أن تكون مأهولة" التي يمكن أن توجد.