في السنوات الأخيرة ، ارتفع عدد الكواكب التي تعمل بالطاقة الشمسية بشكل كبير. اعتبارًا من كتابة المقال ، تم تأكيد إجمالي 3777 كوكبًا خارجيًا في 2817 نظامًا النجوم ، مع وجود 2737 مرشحًا إضافيًا في انتظار التأكيد. علاوة على ذلك ، ازداد عدد الكواكب الأرضية (أي الصخرية) بشكل مطرد ، مما زاد من احتمال أن يجد الفلكيون دليلاً على الحياة خارج نظامنا الشمسي.
لسوء الحظ ، لا توجد التكنولوجيا حتى الآن لاستكشاف هذه الكواكب مباشرة. ونتيجة لذلك ، يضطر العلماء للبحث عن ما يُعرف باسم "التواقيع الحيوية" ، وهي مادة كيميائية أو عنصر مرتبط بوجود الحياة الماضية أو الحالية. ووفقًا لدراسة جديدة أجراها فريق دولي من الباحثين ، فإن إحدى الطرق للبحث عن هذه التوقيعات هي فحص المواد المقذوفة من سطح الكواكب الخارجية أثناء حدث ارتطام.
نُشرت الدراسة في المجلة العلمية بعنوان "البحث عن التوقيعات الحيوية في القذف الكواكب الخارجية". علم الأحياء الفلكية وظهرت مؤخرا على الإنترنت. قادها جياني كاتالدي ، الباحث من مركز علم الأحياء الفلكية بجامعة ستوكهولم. انضم إليه علماء من LESIA-Observatoire de Paris ، ومعهد الجنوب الغربي للأبحاث (SwRI) ، والمعهد الملكي للتكنولوجيا (KTH) ، والمركز الأوروبي لأبحاث وتكنولوجيا الفضاء (ESA / ESTEC).
كما يشيرون في دراستهم ، فإن معظم الجهود المبذولة لتوصيف الكواكب الحيوية للكواكب الخارجية تركز على الغلاف الجوي للكواكب. ويتكون هذا من البحث عن أدلة على الغازات المرتبطة بالحياة هنا على الأرض - على سبيل المثال ثاني أكسيد الكربون ، النيتروجين ، إلخ - وكذلك الماء. كما أخبر كاتالدي مجلة الفضاء عبر البريد الإلكتروني:
"نعلم من الأرض أن الحياة يمكن أن يكون لها تأثير قوي على تكوين الغلاف الجوي. على سبيل المثال ، كل الأكسجين الموجود في غلافنا الجوي من أصل بيولوجي. أيضا ، الأكسجين والميثان خارج التوازن الكيميائي بسبب وجود الحياة. في الوقت الحالي ، ليس من الممكن حتى الآن دراسة التكوين الجوي للكواكب الخارجية الشبيهة بالأرض ، ومع ذلك ، من المتوقع أن يصبح هذا القياس ممكنًا في المستقبل المنظور. وبالتالي ، فإن التوقيعات الحيوية للغلاف الجوي هي أكثر الطرق الواعدة للبحث عن حياة خارج كوكب الأرض. "
ومع ذلك ، نظر كاتالدي وزملاؤه في إمكانية وصف قابلية العيش على كوكب ما من خلال البحث عن علامات التأثيرات وفحص القذف. واحدة من فوائد هذا النهج هي أن القذف يهرب من أجسام ذات جاذبية أقل ، مثل الكواكب والأقمار الصخرية ، بسهولة أكبر. من الصعب جدًا توصيف أجواء هذه الأنواع من الأجسام ، لذلك ستسمح هذه الطريقة بالتوصيفات التي لن تكون ممكنة.
وكما أشار كاتالدي ، فإنه سيكون مكملاً أيضًا للنهج الجوي بعدة طرق:
"أولاً ، كلما صغر حجم الكوكب الخارجي ، زادت صعوبة دراسة غلافه الجوي. على العكس من ذلك ، تنتج الكواكب الخارجية الصغيرة كميات أكبر من الهروب من القاذفات لأن جاذبيتها السطحية أقل ، مما يجعل من السهل اكتشاف الكواكب من الكواكب الخارجية الصغيرة. ثانيًا ، عند التفكير في التوقيعات الحيوية في القذف الصدمي ، فإننا نفكر في الأساس في بعض المعادن. هذا لأن الحياة يمكن أن تؤثر على علم المعادن لكوكب إما بشكل غير مباشر (على سبيل المثال عن طريق تغيير تكوين الغلاف الجوي وبالتالي السماح لتكوين معادن جديدة) أو مباشرة (عن طريق إنتاج المعادن ، مثل الهياكل العظمية). ومن ثم ، فإن القذف بالأثر يسمح لنا بدراسة نوع مختلف من التوقيعات الحيوية ، مكمل للتوقيعات الجوية ".
فائدة أخرى لهذه الطريقة هي حقيقة أنها تستفيد من الدراسات الموجودة التي درست آثار التصادمات بين الأشياء الفلكية. على سبيل المثال ، تم إجراء العديد من الدراسات التي حاولت وضع قيود على التأثير العملاق الذي يعتقد أنه شكل نظام الأرض والقمر قبل 4.5 مليار سنة (المعروف أيضًا باسم فرضية تأثير العملاق).
في حين يُعتقد أن مثل هذه التصادمات العملاقة كانت شائعة خلال المرحلة الأخيرة من تكوين الكوكب الأرضي (استمرت لما يقرب من 100 مليون سنة) ، ركز الفريق على تأثيرات الأجسام الكويكبية أو المذنبات ، والتي يعتقد أنها تحدث طوال عمر كوكب خارجي النظام. بالاعتماد على هذه الدراسات ، تمكن كاتالدي وزملاؤه من إنشاء نماذج لإخراج الكواكب الخارجية.
كما أوضح كاتالدي ، فقد استخدموا النتائج من مطبوعات حفر الأثر لتقدير كمية القذف التي تم إنشاؤها. لتقدير قوة الإشارة لأقراص الغبار المحيطي التي تم إنشاؤها بواسطة القذف ، استخدموا النتائج من قرص الحطام (أي نظائرها خارج المجموعة الشمسية لحزام الكويكبات الرئيسي للنظام الشمسي). في النهاية ، أثبتت النتائج أنها مثيرة للاهتمام إلى حد ما:
"وجدنا أن تأثير جسم يبلغ قطره 20 كيلومترًا ينتج ما يكفي من الغبار بحيث يمكن اكتشافه بواسطة التلسكوبات الحالية (للمقارنة ، فإن حجم الصدم الذي قتل الديناصورات منذ 65 مليون سنة مضت يبلغ حوالي 10 كيلومترات). ومع ذلك ، فإن دراسة تكوين الغبار المقذوف (مثل البحث عن التواقيع الحيوية) ليست في متناول التلسكوبات الحالية. وبعبارة أخرى ، مع التلسكوبات الحالية ، يمكننا التأكد من وجود غبار مقذوف ، ولكن لا ندرس تركيبه ".
باختصار ، دراسة المواد التي تم إخراجها من الكواكب الخارجية في متناول أيدينا ، والقدرة على دراسة تكوينها يومًا ما ستسمح لعلماء الفلك بأن يكونوا قادرين على وصف جيولوجيا كوكب خارج المجموعة الشمسية - وبالتالي وضع قيود أكثر دقة على قابليتها للسكن. في الوقت الحاضر ، يضطر الفلكيون إلى إجراء تخمينات مدروسة حول تكوين كوكب ما بناءً على حجمه وكتلته الظاهرين.
لسوء الحظ ، لا يمكن حاليًا إجراء دراسة أكثر تفصيلاً يمكن أن تحدد وجود التوقيعات الحيوية في القذف ، وستكون صعبة للغاية حتى بالنسبة للجيل التالي من المقاريب مثل تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWSB) أو داروين. في هذه الأثناء ، تقدم دراسة القذف من الكواكب الخارجية بعض الاحتمالات المثيرة للاهتمام عندما يتعلق الأمر بدراسات الكواكب الخارجية وتوصيفها. كما أشار كاتالدي:
"من خلال دراسة القذف من حدث تأثير ، يمكننا أن نتعلم شيئًا عن الجيولوجيا وقابلية السكن للكوكب الخارجي ويمكن أن نكتشف المحيط الحيوي. الطريقة هي الطريقة الوحيدة التي أعرفها للوصول إلى سطح كوكب خارجي. وبهذا المعنى ، يمكن رؤية التأثير كتجربة حفر توفرها الطبيعة. تظهر دراستنا أن الغبار الناتج في حدث ارتطام يمكن اكتشافه من حيث المبدأ ، وقد تكون التلسكوبات المستقبلية قادرة على تقييد تكوين الغبار ، وبالتالي تكوين الكوكب ".
في العقود المقبلة ، سيدرس علماء الفلك الكواكب خارج الطاقة الشمسية بأدوات ذات حساسية متزايدة وقوة على أمل إيجاد مؤشرات للحياة. مع مرور الوقت ، يمكن البحث عن التواقيع الحيوية في الحطام حول الكواكب الخارجية الناتجة عن تأثيرات الكويكبات بالتزامن مع الباحثين عن التواقيع الحيوية في الغلاف الجوي.
مع هاتين الطريقتين مجتمعتين ، سيكون العلماء قادرين على القول بشكل أكثر يقينًا أن الكواكب البعيدة ليست فقط قادرة على دعم الحياة ، ولكنها تفعل ذلك بنشاط!
