نجم يضيء جو الكوكبعلى الرغم من حقيقة أن علماء الفلك قد اكتشفوا مؤخرًا آلاف
الكواكب الخارجية ، فإن تحديد قابلية هذا الكوكب للسكن مهمة معقدة. نظرًا لأنه لا يمكننا دراسة هذه الكواكب بشكل مباشر ، يجب على العلماء البحث عن إشارات غير مباشرة. تُعرف باسم المؤشرات الحيوية ، وتتكون من ظهور المنتجات الثانوية الكيميائية التي نربطها بالحياة العضوية ، والتي تظهر في الغلاف الجوي للكوكب.
في دراسة جديدة ، يقدم فريق العلماء التابع لناسا طريقة جديدة للعثور على علامات الحياة المحتملة خارج النظام الشمسي. يقترحون الاستفادة من العواصف النجمية المتكررة التي تحدث على النجوم القزمة الشباب. تلقي هذه العواصف غيومًا ضخمة من المواد النجمية والإشعاع في الفضاء ، وتتفاعل مع أجواء الكواكب الخارجية وتصدر مؤشرات حيوية يمكننا اكتشافها.
ظهرت مؤخراً في مجلة Nature Scientific Reports دراسة بعنوان "
أضواء إشارة الحياة في أجواء كوكب خارج المجموعة الشمسية حول الدرجة G و K Stars ". وقد قادها فلاديمير أيرابيان ، عالم الفيزياء الفلكية الرائد في
قسم علوم الفيزياء الشمسية
(HSD ) بمركز غودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا. ضم فريقه أعضاء من مركز أبحاث Langley التابع لناسا ، ومركز
العلوم والتطبيقات المدمجة (SSAI )
، والجامعة الأمريكية.
يمكن أن تساعد أضواء إشارة الحياة الباحثين في تحديد العوالم التي يحتمل أن تكون مسكونةعادة ، يبحث الباحثون عن علامات وجود الأكسجين والميثان في الغلاف الجوي للكواكب الخارجية ، لأنها منتجات ثانوية معروفة للعمليات العضوية. بمرور الوقت ، تتراكم هذه الغازات وتصل إلى مثل هذه التركيزات التي يمكن الكشف عنها عن طريق التحليل الطيفي. ومع ذلك ، فإن هذا النهج يستغرق وقتًا طويلاً ويتطلب علماء الفلك عدة أيام من العمل عندما يحاولون رؤية الطيف من كوكب بعيد.
يقول Hayrapetyan وزملاؤه أنه في العوالم التي يحتمل أن تكون مأهولة بالسكان ، يمكن للمرء أن يبحث عن المزيد من العلامات الوقحة. سيعتمد مثل هذا البحث على التقنيات والموارد الموجودة وسيستغرق وقتًا أقل. وأوضح Arapetyan في
بيان صحفي ما يلي:
نحن نبحث عن جزيئات تتكون من الشروط الأساسية اللازمة لوجود الحياة - على وجه الخصوص ، النيتروجين الجزيئي ، الذي يشكل 78 ٪ من غلافنا الجوي. هذه جزيئات أساسية صديقة بيولوجيًا قادرة على بث موجات الأشعة تحت الحمراء القوية ، مما يزيد من فرص اكتشافنا لها.
باستخدام الأرض كمثال ، طور Hayrapetyan وفريقه طريقة جديدة للبحث عن علامات المنتجات الثانوية مثل بخار الماء والنيتروجين والأكسجين في أجواء الكواكب الخارجية. لكن الجزء الأصعب هو الاستفادة من أحداث طقس الفضاء المتطرفة التي تحدث على النجوم القزمة النشطة. تعرض هذه الأحداث الأجواء الكواكب لوميض الإشعاع وتسبب تفاعلات كيميائية يمكن للفلكيين رؤيتها.
فكرة الفنان عن نجم أحمر بارد على كوكب خارجي بعيدبالنسبة لنجوم مثل شمسنا ، قزم أصفر من الدرجة G ، غالبًا ما تحدث مثل هذه الأحداث المناخية في شبابهم. لكن النجوم الصفراء والبرتقالية الأخرى تظل نشطة لمليارات السنين ، وتحدث عليها عواصف من الجسيمات المشحونة عالية الطاقة. والأقزام الحمراء من الفئة M ، أكثر النجوم شيوعًا في الكون ، تظل نشطة طوال حياتها الطويلة ، تقصف كواكبها بشكل دوري بمضات صغيرة.
الوصول إلى الكواكب الخارجية ، تتفاعل المشاعل مع الغلاف الجوي وتؤدي إلى تحلل النيتروجين N
2 والأكسجين O
2 إلى الذرات ، وبخار الماء إلى الهيدروجين والأكسجين. يتسبب النيتروجين والأكسجين المتحللين في سلسلة من التفاعلات الكيميائية مع ظهور الهيدروكسيل OH ، والمزيد من الأكسجين الجزيئي O
2 وأكسيد النيتريك NO - هؤلاء هم علماءهم الذين يطلقون على إشارات الغلاف الجوي.
تمتص هذه الجزيئات طاقة الضوء من نجم يصل إلى الغلاف الجوي وتنبعث منه الأشعة تحت الحمراء. من خلال دراسة أطوال موجية معينة لهذا الإشعاع ، يمكن للعلماء تحديد وجود مواد كيميائية معينة. تشير قوة إشارة هذه العناصر أيضًا إلى الضغط الجوي. تسمح البيانات التي تم الحصول عليها معًا للعلماء بتحديد كثافة وتكوين الغلاف الجوي.
على مدى عقود ، استخدم الفلكيون نموذجًا لحساب تكوين الأوزون O
3 في الغلاف الجوي للأرض من الأكسجين المعرض للإشعاع الشمسي. سمح النموذج نفسه ، مع مراعاة أحداث الطقس المتوقعة من النجوم النشطة الباردة ، لـ Hayrapetyan وزملائه بحساب مقدار أكسيد النيتريك والهيدروكسيل الذي يجب أن يتشكل في الغلاف الجوي الشبيه بالأرض ومقدار الأوزون الذي ينبغي تدميره.
ناسا TIMED سفينة الفضاء مراقبة الغلاف الجوي للأرض لمدة 15 عاما (الشكل)للقيام بذلك ، أخذوا بيانات من مهمة ديناميكيات الطاقة الحيوية في الغلاف الجوي أيونوسفير (
TIMED ) ، ودرسوا تكوين مثل هذه الإشارات الجوية في الغلاف الجوي للأرض. على وجه التحديد ، استخدموا بيانات من أداة
SABER ، والتي سمحت لهم بمحاكاة ما هو الأشعة تحت الحمراء من المواد الكيميائية للإشارة التي يمكن الحصول عليها في أجواء الكواكب الخارجية.
كما لاحظ مارتن Mlynczak ، المشرف البحثي في مركز أبحاث Langley ، والمؤلف المشارك في:
بالنظر إلى ما نعرفه عن الأشعة تحت الحمراء القادمة من الغلاف الجوي للأرض ، قررنا دراسة الكواكب الخارجية ومعرفة الإشارات التي يمكننا اكتشافها منها. إذا وجدنا إشارات من الكواكب الخارجية التي تأتي بنفس النسب تقريبًا من الأرض ، فيمكننا القول أن هذا الكوكب مرشح جيد لدعم الحياة.
ووجدوا أن تواتر العواصف النجمية القوية يرتبط مباشرة بقوة الإشارات الحرارية القادمة من مواد الإشارة في الغلاف الجوي. كلما حدثت المزيد من العواصف ، تم تكوين جزيئات إشارة أكثر ، ونتيجة لذلك تكون إشاراتها قوية بما يكفي لتكون مرئية من الأرض باستخدام التلسكوبات الفضائية في ساعتين فقط من المراقبة.
منظر للكوكب الخارجي من القمر (من وجهة نظر الفنان)ووجدوا أيضًا أن هذه الطريقة تتيح لنا التخلص من الكواكب الخارجية التي لا تحتوي على مجال مغناطيسي يشبه الأرض يتفاعل بشكل طبيعي مع جزيئات الشمس المشحونة. إن وجود مثل هذا المجال يضمن أن الغلاف الجوي لا ينفجر عن الكوكب ، وبالتالي فهو ضروري للسكن. كما
أوضح Hayrapetyan:
يحتاج الكوكب إلى مجال مغناطيسي يحمي الغلاف الجوي من العواصف النجمية والإشعاع. إذا لم تكن الرياح النجمية قوية جدًا بحيث تضغط على المجال المغناطيسي للكوكب الخارجي على سطحه ، فإن المجال المغناطيسي يمنع فقدان الغلاف الجوي ، وتبقى المزيد من الجسيمات فيه ، مما يعطي إشارة أشعة تحت الحمراء أقوى.
هذا النموذج مهم لأسباب عديدة. ويبين كيف يتم استخدام الدراسات التفصيلية للغلاف الجوي للأرض وتفاعلاته مع طقس الفضاء لدراسة الكواكب الخارجية. قد يسمح أيضًا بإجراء دراسات جديدة حول مدى ملاءمة حياة الكواكب الخارجية المتاحة لنجوم من فئات معينة - باللون الأصفر والبرتقالي ، والأقزام الحمراء الباردة.
الأقزام الحمراء هي أكثر النجوم شيوعًا في الكون. في المجرات الحلزونية يكون ترتيبها 70٪ وفي المجرات الإهليلجية 90٪. علاوة على ذلك ، استنادًا إلى الاكتشافات الحديثة ،
يقدر الفلكيون
بشدة احتمالية ظهور أنظمة الأقزام الحمراء من الكواكب الصخرية. يقترح فريق البحث أيضًا أن أجهزة الفضاء من الجيل التالي ، مثل
تلسكوب جيمس ويب ، ستزيد من احتمال العثور على كواكب مأهولة باستخدام هذا النموذج.
كفنان ، يتخيل كوكبًا في المدار حول نجم Alpha Centauri B - وهو عضو في نظام النجوم الثلاثية الأقرب إلى الأرض.وكما قال وليام دانشي ، عالم الفيزياء الفلكية في مركز جودارد والمؤلف المشارك للدراسة:
تعتمد الأفكار الجديدة حول إمكانية الحياة على الكواكب الخارجية اعتمادًا كبيرًا على البحث متعدد التخصصات ، والذي يستخدم البيانات والنماذج والتكنولوجيات التي تم الحصول عليها من الأقسام الأربعة لمركز جودارد: الفيزياء الشمسية والفيزياء الفلكية والكواكب وعلوم الأرض. يولد هذا الخليط طرقًا فريدة واعدة لدراسة الكواكب الخارجية.
قبل أن نتمكن من دراسة الكواكب الخارجية مباشرة ، تظل أي تطورات تجعل المؤشرات الحيوية أكثر وضوحًا ويسهل اكتشافها مهمة للغاية. في السنوات القادمة ، يأمل
مشروع Project Blue و
Breakthrough Starshot في إجراء أول بحث مباشر لنظام Alpha Centauri. ولكن في الوقت الحالي ، فإن النماذج المحسنة التي تساعدنا في البحث عن الكواكب الخارجية التي يحتمل أن تكون مأهولة من عدد لا يحصى من النجوم لا تقدر بثمن!
فهي لا تعمل على تحسين معرفتنا بشكل كبير بتكرار حدوث مثل هذه الكواكب فحسب ، بل يمكنها أيضًا مساعدتنا في العثور على واحد أو أكثر من الكواكب Earth 2.0!