منذ تلسكوب كيبلر الفضائي تم إطلاقه إلى الفضاء ، ازداد عدد الكواكب المعروفة خارج نظامنا الشمسي (الكواكب الخارجية) بشكل كبير. في الوقت الحاضر ، تم تأكيد 3917 كوكبًا في 2918 نظام نجمي ، في حين ينتظر 3،368 تأكيدًا. من بينها ، حوالي 50 مدارًا داخل المنطقة النجمية الصالحة للسكن (المعروفة أيضًا باسم "منطقة Goldilocks") ، وهي المسافة التي يمكن أن توجد بها المياه السائلة على سطح الكواكب.
ومع ذلك ، فقد أثارت الأبحاث الأخيرة إمكانية أن نعتبرها منطقة صالحة للسكن متفائلة للغاية. وفقًا لدراسة جديدة ظهرت مؤخرًا على الإنترنت ، بعنوان "منطقة مسكون محدودة للحياة المعقدة" ، يمكن أن تكون المناطق الصالحة للسكن أضيق بكثير مما كان يعتقد في الأصل. يمكن أن يكون لهذه الاكتشافات تأثير كبير على عدد الكواكب التي يعتبرها العلماء "من المحتمل أن تكون صالحة للسكن".
قاد الدراسة إدوارد دبليو شويترمان ، زميل برنامج ما بعد الدكتوراه في ناسا في جامعة كاليفورنيا ، ريفرسايد ، وشمل باحثين من فريق الأرض البديلة (جزء من معهد ناسا لعلم الأحياء الفلكي) ، Nexus for System exoplanet Science Science (NExSS) ، ومعهد ناسا جودارد لدراسات الفضاء.
حسب التقديرات السابقة المبنية على كبلر البيانات ، خلص العلماء إلى أنه من المحتمل أن يكون هناك 40 مليار كوكب شبيه بالأرض في مجرة درب التبانة وحدها ، من المحتمل أن يدور 11 مليار منها مثل نجوم شمسنا (أي الأقزام الصفراء من النوع G). أشارت أبحاث أخرى إلى أن هذا الرقم يمكن أن يصل إلى 60 مليار أو حتى 100 مليار ، اعتمادًا على المعلمات التي نستخدمها لتحديد المناطق الصالحة للسكن.
هذه النتائج مشجعة بالتأكيد ، لأنها تشير إلى أن درب التبانة يمكن أن تعج بالحياة. لسوء الحظ ، ألقت الأبحاث الحديثة حول الكواكب خارج الطاقة الشمسية بظلال الشك على هذه التقديرات السابقة. هذا هو الحال بشكل خاص عندما يتعلق الأمر بكواكب مغلقة بشكل مداري تدور حول نجوم من النوع M (قزم أحمر).
بالإضافة إلى ذلك ، أظهرت الأبحاث حول كيفية تطور الحياة على الأرض أن الماء وحده لا يضمن الحياة - ولا يوجد ، لهذا الغرض ، وجود غاز الأكسجين. علاوة على ذلك ، نظر Schwieterman وزملاؤه في اثنين من التوقيعات الحيوية الرئيسية الأخرى التي تعتبر ضرورية للحياة كما نعرفها - ثاني أكسيد الكربون وأول أكسيد الكربون.
الكثير من هذه المركبات ستكون سامة للحياة المعقدة ، في حين أن القليل منها يعني أن بدائيات النوى المبكرة لن تظهر. إذا كانت الحياة على الأرض هي أي مؤشر ، فإن أشكال الحياة الأساسية ضرورية إذا كانت أشكال الحياة الأكثر تعقيدًا والتي تستهلك الأكسجين ستتطور. لهذا السبب ، سعى شفيترمان وزملاؤه إلى مراجعة تعريف المنطقة الصالحة للسكن لأخذ ذلك في الاعتبار.
لكي نكون منصفين ، فإن حساب مدى المنطقة الصالحة للسكن ليس سهلاً على الإطلاق. بالإضافة إلى بُعدها عن نجمها ، تعتمد درجة حرارة سطح كوكب على آليات تغذية مرتدة مختلفة في الغلاف الجوي - مثل تأثير الاحتباس الحراري. علاوة على ذلك ، يفترض التعريف التقليدي للمنطقة الصالحة للسكن وجود ظروف "شبيهة بالأرض".
وهذا يعني جوًا غنيًا بالنيتروجين والأكسجين وثاني أكسيد الكربون والماء ، واستقرت بنفس عملية الدورة الجيوكيميائية للكربونات سيليكات الموجودة على الأرض. في هذه العملية ، تتسبب الترسبات والعوامل الجوية في أن تصبح صخور السيليكات كربونية بينما يتسبب النشاط الجيولوجي في أن تصبح صخور الكربون قائمة على السيليكات مرة أخرى.
وهذا يؤدي إلى حلقة تغذية مرتدة تضمن بقاء مستويات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي مستقرة نسبيًا ، مما يسمح بزيادة درجات الحرارة السطحية (المعروفة أيضًا باسم تأثير الاحتباس الحراري). كلما اقترب الكوكب من الحافة الداخلية للمنطقة الصالحة للسكن ، كان هناك حاجة لثاني أكسيد الكربون أقل لتحقيق ذلك. كما أوضح شفيترمان في مقالة حديثة كتبها MIT Technology Review:
"ولكن بالنسبة للمناطق الوسطى والخارجية من المنطقة الصالحة للسكن ، يجب أن تكون تركيزات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي أعلى بكثير للحفاظ على درجات حرارة مواتية للمياه السطحية السائلة."
للتوضيح ، استخدم الفريق Kepler-62f كمثال ، الأرض الفائقة التي تدور حول نجم من النوع K (أصغر قليلاً وأغمق من شمسنا) تقع على بعد 990 سنة ضوئية من الأرض. يدور هذا الكوكب حول نجمه على نفس المسافة التي تدور فيها الشمس مع الزهرة ، لكن الكتلة الدنيا للنجم تعني أنه موجود على الحافة الخارجية للمنطقة الصالحة للسكن.
عندما تم اكتشافه في عام 2013 ، كان يعتقد أن هذا الكوكب مرشح جيد للحياة خارج كوكب الأرض ، بافتراض وجود تأثير دفيئة كافٍ. ومع ذلك ، فقد حسب شفيترمان وزملاؤه أن ثاني أكسيد الكربون (300 إلى 500 كيلوباسكال) سيستغرق 1000 مرة أكثر مما كان موجودًا على الأرض عندما كانت أشكال الحياة المعقدة تتطور لأول مرة (حوالي 1.85 مليار سنة).
ومع ذلك ، فإن هذه الكمية من ثاني أكسيد الكربون ستكون سامة لمعظم أشكال الحياة المعقدة هنا على الأرض. ونتيجة لذلك ، لن يكون Kepler-62f مرشحًا مناسبًا للحياة حتى لو كان دافئًا بما يكفي للحصول على ماء سائل. بمجرد أن أخذوا في الاعتبار هذه القيود الفسيولوجية ، استنتج شفيترمان وفريقه أن المنطقة الصالحة للحياة للحياة المعقدة يجب أن تكون أضيق بشكل ملحوظ - ربع ما تم تقديره سابقًا.
كما حسب شفيترمان وزملاؤه أن بعض الكواكب الخارجية من المرجح أن تحتوي على مستويات أعلى من أول أكسيد الكربون لأنها تدور حول نجوم باردة. يضع هذا قيدًا كبيرًا على المناطق الصالحة للسكن للنجوم القزمة الحمراء ، والتي تصادف أنها تمثل 75 ٪ من النجوم في الكون - والتي يُعتقد أنها المكان الأكثر احتمالًا للعثور على الكواكب الأرضية (أي الصخرية) في الطبيعة.
يمكن أن يكون لهذه النتائج آثارًا صارمة على ما يعتبره العلماء "محتملًا للسكن" ، ناهيك عن حدود المنطقة الصالحة للسكن للنجم. كما أوضح شفيترمان:
"أحد النتائج الضمنية هو أننا قد لا نتوقع العثور على علامات للحياة الذكية أو التواقيع التقنية على الكواكب التي تدور حول الأقزام المتأخرة M أو على الكواكب التي يمكن أن تكون صالحة للسكن بالقرب من الحافة الخارجية لمناطقها الصالحة للسكن."
لتعقيد الأمور أكثر ، هذه الدراسة هي واحدة من عدة دراسات لوضع قيود إضافية على ما يمكن اعتباره كواكب صالحة للسكن في وقت متأخر. في عام 2019 وحده ، تم إجراء بحث يوضح كيف أن أنظمة النجوم القزمة الحمراء قد لا تحتوي على المواد الخام اللازمة لتشكيل الحياة ، وأن النجوم القزمة الحمراء قد لا توفر ما يكفي من الفوتونات لحدوث عملية التمثيل الضوئي.
كل هذا يضيف إلى الاحتمال الواضح بأن الحياة في مجرتنا قد تكون نادرة أكثر مما كان يعتقد سابقًا. لكن بالطبع ، معرفة أي يقين ما هي حدود قابلية السكن ستتطلب المزيد من الدراسات. لحسن الحظ ، لن نضطر إلى الانتظار طويلاً لنكتشف ذلك ، نظرًا لأن العديد من مقاريب الجيل التالي ستصبح عاملة في العقد القادم.
وتشمل هذه تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) ، تلسكوب كبير للغاية (ELT) و تلسكوب ماجلان العملاق (بتوقيت غرينيتش). من المتوقع أن تسمح هذه وغيرها من الأدوات المتطورة بإجراء دراسات وتوصيفات أكثر تفصيلاً للكواكب الخارجية. وعندما يفعلون ، سيكون لدينا فكرة أفضل عن مدى احتمالية وجود الحياة.
