في جهودهم للعثور على أدلة على الحياة خارج نظامنا الشمسي ، يضطر العلماء إلى اتخاذ ما يعرف باسم نهج "الفاكهة المنخفضة المعلقة". يعود الأمر في الأساس إلى تحديد ما إذا كانت الكواكب يمكن أن تكون "صالحة للسكن" استنادًا إلى ما إذا كانت ستصبح دافئة بما يكفي لامتصاص الماء السائل على أسطحها وأجواء كثيفة بها ما يكفي من الأكسجين.
هذا نتيجة لحقيقة أن الطرق الحالية لفحص الكواكب البعيدة غير مباشرة إلى حد كبير وأن الأرض ليست سوى كوكب واحد نعرفه قادر على دعم الحياة. ولكن ماذا لو كانت الكواكب التي تحتوي على الكثير من الأكسجين غير مضمونة لإنتاج الحياة؟ وفقًا لدراسة جديدة قام بها فريق من جامعة جونز هوبكنز ، قد يكون هذا هو الحال تمامًا.
نُشرت النتائج في دراسة بعنوان "كيمياء المرحلة الغازية من الغلاف الجوي الخارجي للكواكب الخارجية الرائعة: البصيرة من المحاكاة المعملية" ، والتي نُشرت مؤخرًا في المجلة العلمية. ACS الأرض والفضاء كيمياء. من أجل دراستهم ، قام الفريق بمحاكاة أجواء الكواكب خارج الطاقة الشمسية في بيئة مختبرية لإثبات أن الأكسجين ليس بالضرورة علامة على الحياة.
على الأرض ، يشكل غاز الأكسجين حوالي 21 ٪ من الغلاف الجوي وظهر نتيجة لعملية البناء الضوئي ، التي بلغت ذروتها في حدث الأكسجين العظيم (حوالي 2.45 مليار سنة). غيّر هذا الحدث بشكل كبير تركيبة الغلاف الجوي للأرض ، بدءًا من مكون يتكون من النيتروجين وثاني أكسيد الكربون والغازات الخاملة إلى مزيج النيتروجين والأكسجين الذي نعرفه اليوم.
نظرًا لأهميته لظهور أشكال الحياة المعقدة على الأرض ، يعتبر غاز الأكسجين أحد أهم التواقيع الحيوية عند البحث عن مؤشرات محتملة للحياة خارج الأرض. بعد كل شيء ، غاز الأكسجين هو نتيجة للكائنات الضوئية (مثل البكتيريا والنباتات) ويستهلكها الحيوانات المعقدة مثل الحشرات والثدييات.
ولكن عندما يتعلق الأمر بها مباشرة ، هناك الكثير مما لا يعرفه العلماء عن كيفية بدء مصادر الطاقة المختلفة في تفاعلات كيميائية وكيف يمكن لهذه التفاعلات أن تخلق تواصلاً حيويًا مثل الأكسجين. في حين أن الباحثين قاموا بتشغيل نماذج كيميائية ضوئية على أجهزة الكمبيوتر للتنبؤ بما يمكن أن تخلقه أجواء الكواكب الخارجية ، إلا أن المحاكاة الحقيقية في بيئة المختبر كانت غير موجودة.
أجرى فريق البحث محاكاة باستخدام غرفة HAZE (PHAZER) المصممة خصيصًا في مختبر سارة هورست ، أستاذ مساعد في علوم الأرض والكواكب في JHU وأحد المؤلفين الأساسيين على الورقة. بدأ الباحثون بإنشاء تسعة مخاليط غازية مختلفة لمحاكاة أجواء الكواكب الخارجية.
كانت هذه المخاليط متسقة مع التنبؤات التي تم إجراؤها حول أكثر نوعين من الكواكب الخارجية شيوعًا في مجرتنا - الأرض الفائقة ونبتون الصغيرة. تماشيًا مع هذه التوقعات ، كان كل خليط يتكون من ثاني أكسيد الكربون والماء والأمونيا والميثان ، ثم تم تسخينه إلى درجات حرارة تتراوح من 27 إلى 370 درجة مئوية (80 إلى 700 درجة فهرنهايت).
ثم قام الفريق بحقن كل خليط في حجرة PHAZER وتعريضهم لواحد من شكلين من أشكال الطاقة المعروفة بإثارة التفاعلات الكيميائية في الأجواء - البلازما من التيار المتناوب والأشعة فوق البنفسجية. في حين تمت محاكاة الأنشطة الكهربائية السابقة مثل البرق أو الجسيمات النشطة ، فإن ضوء الأشعة فوق البنفسجية يحاكي ضوء الشمس - المحرك الرئيسي للتفاعلات الكيميائية في النظام الشمسي.
بعد إجراء التجربة باستمرار لمدة ثلاثة أيام ، والتي تتوافق مع مدة تعرض الغازات الجوية لمصدر طاقة في الفضاء ، قام الباحثون بقياس وتحديد الجزيئات الناتجة بمطياف الكتلة. ما وجدوه هو أنه في سيناريوهات متعددة ، تم إنتاج الأكسجين والجزيئات العضوية. وشملت هذه الفورمالديهايد وسيانيد الهيدروجين ، والتي يمكن أن تؤدي إلى إنتاج الأحماض الأمينية والسكريات.
باختصار ، تمكن الفريق من إثبات أن غاز الأكسجين والمواد الخام التي يمكن أن تنشأ منها الحياة يمكن أن يتم إنشاؤها من خلال تفاعلات كيميائية بسيطة. كما أوضح تشاو هي ، المؤلف الرئيسي للدراسة:
اعتاد الناس أن يقترحوا أن وجود الأكسجين والمواد العضوية معًا يشير إلى الحياة ، لكننا أنتجناها بشكل غير حيوي في محاكاة متعددة. هذا يشير إلى أنه حتى التواجد المشترك للخصائص الحيوية المقبولة بشكل عام يمكن أن يكون إيجابيًا كاذبًا مدى الحياة.
يمكن أن يكون لهذه الدراسة آثار مهمة عندما يتعلق الأمر بالبحث عن الحياة خارج نظامنا الشمسي. في المستقبل ، ستمنحنا التلسكوبات من الجيل التالي القدرة على تصوير الكواكب الخارجية مباشرة والحصول على أطياف من غلافها الجوي. عندما يحدث ذلك ، قد يلزم إعادة النظر في وجود الأكسجين كعلامة محتملة للسكن. لحسن الحظ ، لا يزال هناك الكثير من التوقيعات الحيوية المحتملة للبحث عنها!
