عندما يتعلق الأمر بالبحث عن حياة خارج الأرض ، فإن العلماء يميلون إلى أن يكونوا مركزين بعض الشيء - أي أنهم يبحثون عن كواكب تشبه كوكبنا. هذا أمر مفهوم ، حيث نرى كيف أن الأرض هي الكوكب الوحيد الذي نعرفه والذي يدعم الحياة. ونتيجة لذلك ، كان أولئك الذين يبحثون عن حياة خارج الأرض يبحثون عن كواكب أرضية (صخرية) في طبيعتها ، تدور في مناطق النجوم الصالحة للسكن ، ولديها ما يكفي من الماء على أسطحها.
أثناء اكتشاف عدة آلاف من الكواكب الخارجية ، وجد العلماء أن العديد منها قد يكون في الواقع "عوالم مائية" (الكواكب حيث تصل نسبة الماء إلى 50٪ من كتلتها). ويثير هذا بطبيعة الحال بعض الأسئلة ، مثل كمية المياه الزائدة ، وهل يمكن أن تمثل الكثير من الأراضي مشكلة أيضًا؟ ولمعالجة ذلك ، أجرى زوج من الباحثين من مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية (CfA) دراسة لتحديد كيفية مساهمة النسبة بين الماء وكتل الأرض في الحياة.
الدراسة - "اعتماد النشاط البيولوجي على جزء الماء السطحي من الكواكب" ، والتي تتم مراجعتها للنشر مع المجلة الفلكية- من تأليف Manasvi Lingam ، زميل ما بعد الدكتوراه في معهد CfA للنظرية والحساب (ITC) ، وإبراهام لوب - مدير مركز التجارة الدولية ورئيس فرانك بي بيرد جونيور للعلوم في جامعة هارفارد.
بادئ ذي بدء ، يعالج لينغام ولوب قضية مبدأ الإنسان ، الذي لعب دورًا رئيسيًا في أبحاث الفلك والكواكب الخارجية. باختصار ، ينص هذا المبدأ على أنه إذا كانت الظروف على الأرض مناسبة لاستيعاب الحياة ، فيجب أن تكون موجودة من أجل خلق الحياة. يمتد هذا المبدأ إلى الكون بأكمله ، ويجادل بأن قوانين الفيزياء موجودة كما هي من أجل إثارة الحياة.
هناك طريقة أخرى للنظر إليها وهي النظر في كيفية وقوع تقييماتنا للأرض في ما يعرف باسم "تأثيرات اختيار المراقبة" - حيث تتأثر النتائج بشكل مباشر بنوع الطريقة المعنية. في هذه الحالة ، تنشأ الآثار من حقيقة أن بحثنا عن الحياة خارج الأرض ونظامنا الشمسي يتطلب وجود مراقب في وضع مناسب.
في الواقع ، نميل إلى افتراض أن ظروف الحياة ستكون وفيرة في الكون لأننا على دراية بها. هذه الشروط هي وجود كل من الماء السائل والكتل الأرضية ، والتي كانت ضرورية لظهور الحياة كما نعرفها. كما أوضح Lingam لمجلة الفضاء عبر البريد الإلكتروني ، فهذه إحدى الطرق التي يظهر بها مبدأ الإنسان عند البحث عن الكواكب التي يمكن أن تكون صالحة للسكن:
"حقيقة أن أجزاء الأرض والمياه قابلة للمقارنة ، تدل على تأثيرات الانتقاء البشرية ، أي أن ظهور البشر (أو المراقبين الواعين) ربما يكون قد تم تسهيله بمزيج مناسب من الأرض والمياه".
ومع ذلك ، عند معالجة العديد من الأرض الفائقة التي تم اكتشافها في أنظمة النجوم الأخرى ، أظهرت التحليلات الإحصائية لكثافتها المتوسطة أن الغالبية لديها كسور عالية من المواد المتطايرة. من الأمثلة الجيدة على ذلك نظام TRAPPIST-1 ، حيث أشارت النمذجة النظرية لكواكبها السبعة بحجم الأرض إلى أنها يمكن أن تصل إلى 40-50٪ من الماء بالوزن.
وبالتالي فإن هذه "العوالم المائية" سيكون لها محيطات عميقة للغاية ولا توجد كتل أرضية يمكن الحديث عنها ، مما قد يكون له عواقب وخيمة على ظهور الحياة. في الوقت نفسه ، لا تُعتبر الكواكب التي تحتوي على القليل من المياه أو لا توجد مياه على أسطحها مرشحة جيدة للحياة ، نظرًا لكون المياه ضرورية للحياة كما نعرفها.
قال لينغام: "إن كثرة مساحة اليابسة تمثل مشكلة ، لأنها تقيد كمية المياه السطحية ، مما يجعل معظم القارات قاحلة للغاية". تتميز النظم البيئية القاحلة عادة بمعدلات منخفضة لإنتاج الكتلة الحيوية على الأرض. بدلاً من ذلك ، إذا نظر المرء في السيناريو المعاكس (أي في الغالب المحيطات) ، يواجه المرء مشكلة محتملة مع توفر الفوسفور ، وهو أحد العناصر الأساسية للحياة كما نعرفها. وبالتالي ، يمكن أن يؤدي هذا إلى اختناق كمية الكتلة الحيوية ".
لمعالجة هذه الاحتمالات ، قام Lingam و Leob بتحليل كيفية تأثير الكواكب التي تحتوي على الكثير من الماء أو الكتلة الأرضية على تطوير الكواكب الحيوية خارج المجموعة الشمسية. كما أوضح لينغام:
"طور نموذجًا بسيطًا لتقدير مساحة الأرض التي ستصبح قاحلة (أي صحاري) وغير صالحة نسبيًا. بالنسبة للسيناريو مع البيئات الحيوية التي يهيمن عليها الماء ، يصبح توفر الفوسفور هو العامل المقيد. استخدمنا هنا نموذجًا تم تطويره في إحدى أوراقنا السابقة يأخذ في الاعتبار مصادر ومصارف الفوسفور. قمنا بدمج هاتين الحالتين ، واستخدمنا بيانات من الأرض كمعيار ، وبالتالي حددنا كيف ستعتمد خصائص المحيط الحيوي العام على كمية الأرض والمياه ".
ما وجدوه هو أن التوازن الدقيق بين الكتل الأرضية والمحيطات (مثل ما لدينا هنا على الأرض) أمر حاسم لظهور البيئات الحيوية المعقدة. إلى جانب المحاكاة العددية التي أجراها باحثون آخرون ، تشير دراسة Lingam و Loeb إلى أن الكواكب مثل الأرض - مع نسبة المحيطات إلى الكتلة الأرضية (حوالي 30:70) - ربما تكون نادرة جدًا. كما لخص لينجام:
وبالتالي ، فإن الاستنتاج الأساسي هو أن ميزان الأرض وجزيئات الماء لا يمكن إمالته كثيرًا بطريقة أو بأخرى. يُظهر عملنا أيضًا أن الأحداث التطورية المهمة ، مثل ارتفاع مستويات الأكسجين وظهور الأنواع التكنولوجية ، قد تتأثر بجزء الماء - الأرض ، وأن القيمة المثلى يمكن أن تكون قريبة من قيمة الأرض. "
لبعض الوقت ، كان الفلكيون يبحثون عن كواكب خارج المجموعة الشمسية حيث تسود الظروف الشبيهة بالأرض. يُعرف هذا بمقاربة "الثمار المنخفضة" ، حيث نحاول العثور على الحياة من خلال البحث عن التواقيع الحيوية التي نربطها بالحياة كما نعرفها. ولكن وفقًا لهذه الدراسة الأخيرة ، فإن العثور على مثل هذه الأماكن يمكن أن يكون مثل البحث عن الماس الخام.
يمكن أن يكون لاستنتاجات الدراسة أيضًا آثار كبيرة عندما يتعلق الأمر بالبحث عن الذكاء خارج الأرض ، مما يشير إلى أنه من غير المألوف تمامًا. لحسن الحظ ، يعترف Lingam و Loeb بأنه لا يُعرف ما يكفي عن الكواكب الخارجية ونسب الماء إلى اليابسة لقول أي شيء بشكل قاطع.
وقال لينغام "من غير الممكن التكهن بكيفية تأثير ذلك على SETI بشكل نهائي". "هذا لأنه ليس لدينا حتى الآن قيود مراقبة مناسبة على أجزاء اليابسة من الماء من الكواكب الخارجية ، ولا يزال هناك الكثير من المجهول في معرفتنا الحالية حول كيفية تطور الأنواع التكنولوجية (القادرة على المشاركة في SETI)."
في النهاية ، يجب أن نتحلى بالصبر وننتظر الفلكيين لمعرفة المزيد عن الكواكب خارج الشمس وبيئاتهم. سيكون هذا ممكنًا في السنوات القادمة بفضل التلسكوبات من الجيل التالي. وتشمل هذه التلسكوبات الأرضية مثل ESO تلسكوب كبير للغاية (ELT) وتلسكوبات فضائية مثل تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) - والتي من المقرر أن تبدأ العمليات في 2024 و 2021 على التوالي.
مع التحسينات في التكنولوجيا وآلاف الكواكب الخارجية المتاحة الآن للدراسة ، بدأ الفلكيون في التحول من عملية الاكتشاف إلى التوصيف. في السنوات القادمة ، ما نتعلمه عن أجواء الكواكب الخارجية سيُقطع شوطًا طويلاً نحو إثبات أو دحض نماذجنا النظرية وآمالنا وتوقعاتنا. مع مرور الوقت ، قد نتمكن أخيراً من تحديد مدى وفرة الحياة في عالمنا ، والأشكال التي قد تتخذها.
