هل تستطيع الحياة الأرضية البقاء على قيد الحياة على الكواكب الخارجية؟

اكتشف علماء الفلك بعض الكواكب الخارجية الغريبة جدًا. بعضها كرات من الحمم البركانية بدرجة حرارة جحيم، وأحدها مكون جزئيًا من الماس، وآخر قد يمطر حديدًا منصهرًا. مع ذلك، ليست كل الكواكب الخارجية بهذه الدرجة من الشدة. بعضها عوالم صخرية، بحجم الأرض تقريبًا، تقع في المناطق الصالحة للسكن حول نجومها. هل يمكن للحياة الأرضية البسيطة أن تعيش على بعض هذه العوالم الأقل قسوة؟ نُصنف حاليًا المنطقة الصالحة للسكن في النظام الشمسي بالماء السائل. إذا كان الكوكب على مسافة مناسبة من نجمه لاستضافة مياه سطحية مستقرة، فإننا نعتبره في المنطقة الصالحة للسكن. ومع ذلك، تتخذ أبحاث جديدة نهجًا مختلفًا من خلال التركيز على دور الغلاف الجوي للكوكب في قابلية السكن.

دراسة بقاء الميكروبات على العوالم المحاكاة

اختبر العلماء القائمون على هذا البحث فكرتهم بدراسة قدرة الميكروبات على البقاء على قيد الحياة في العوالم المحاكاة. البحث الجديد بعنوان "دور تركيب الغلاف الجوي في تحديد حدود المنطقة الصالحة للسكن ودعم نمو الإشريكية القولونية". وهو متاح على موقع arxiv.org. المؤلفة الرئيسية هي أسينا كوزوكان، باحثة ما بعد الدكتوراه في قسم علم الفلك بجامعة جنيف في سويسرا. اكتشفنا ما يقرب من 6000 كوكب خارجي في حوالي 4300 نظام كوكبي. كتالوجنا المتنامي للكواكب الخارجية يدفعنا للتساؤل عن الحياة. هل توجد حياة في مكان آخر، وهل أي من هذه الكواكب الخارجية صالح للسكن؟ وقد أثار البعض هذا الاحتمال. يُعد كل من ترابيست-1 إي وبروكسيما سنتوري بي كوكبين صخريين يقعان في المناطق الصالحة للسكن حول نجميهما. يدور كوكب TOI-700 d حول نجم صغير بارد، وقد يكون في منطقته الصالحة للسكن. وهناك العديد من الكواكب الأخرى. يقتصر التعريف البسيط للمنطقة الصالحة للسكن على بُعد الكوكب من نجمه، ومدى إمكانية وجود الماء السائل على سطحه عند تلك المسافة. ومع ذلك، يعلم العلماء أن الغلاف الجوي للكوكب يلعب دورًا كبيرًا في قابلية السكن. ويمكن للغلاف الجوي السميك على كوكب خارج المنطقة الصالحة للسكن أن يساعده في الحفاظ على وجود الماء السائل.. ومع ذلك، لا يضمن وجود الماء السائل أن يكون الكوكب صالحًا للسكن. ولفهم قابلية الكواكب الخارجية للسكن بشكل أفضل، اتبع الباحثون نهجًا ثنائي الاتجاه.

النهج التجريبي والنتائج

بدأ الباحثون بتقدير ظروف سطح كوكب خارج المجموعة الشمسية بالقرب من الحافة الداخلية للمنطقة الصالحة للحياة لنجم ذي تركيبات جوية مختلفة. بعد ذلك، درسوا إمكانية بقاء ميكروبات الأرض على قيد الحياة في هذه البيئات. وأجروا تجارب معملية على بكتيريا الإشريكية القولونية لمعرفة كيف، أو ما إذا كان بإمكانها، النمو والبقاء. ركزوا على التركيبات المختلفة للغاز في هذه الأغلفة الجوية. كانت التركيبات الجوية عبارة عن هواء قياسي (أرضي)، وثاني أكسيد الكربون النقي، وغاز غني بالنيتروجين، وغاز غني بالميثان، وهيدروجين جزيئي نقي. استخدمت تجاربهم 15 زجاجة منفصلة، 3 منها لكل من التركيبات الجوية الخمسة. تم تطعيم كل زجاجة ببكتيريا الإشريكية القولونية K-12، وهي سلالة مختبرية من الإشريكية القولونية تُعدّ حجر الزاوية في دراسات البيولوجيا الجزيئية. وكتب الباحثون في بحثهم: "يربط هذا المزيج المبتكر من النمذجة المناخية والتجارب البيولوجية بين التنبؤات المناخية النظرية والنتائج البيولوجية". إلى جانب تجاربهم المعملية، أجرى الفريق سلسلة من عمليات المحاكاة باستخدام تركيبات جوية وخصائص كوكبية مختلفة. وكتبوا: "في كل تركيبة جوية نحاكيها، يُعد الماء مكونًا متغيرًا يمكن أن يتكثف أو يتبخر تبعًا لظروف الضغط/درجة الحرارة". لكل تركيبة جوية، قاموا بمحاكاة كواكب على مسافات مدارية مختلفة لتحديد الحافة الداخلية للمنطقة الصالحة للسكن. كما قاموا بتغيير الضغط الجوي.

الآثار المترتبة على قابلية الكواكب الخارجية للسكن

حققت الإشريكية القولونية نموًا جيدًا بشكل مفاجئ في تركيبات جوية متنوعة. ورغم وجود تأخر في التلقيح نتيجة تكيف الإشريكية القولونية، إلا أن كثافة الخلايا زادت في بعض الاختبارات. كما حقق الغلاف الجوي الغني بالهيدروجين نموًا جيدًا بشكل مفاجئ. على عكس نتائج H₂، تأخرت نتائج ثاني أكسيد الكربون. ومع ذلك، فقد مثّل ثاني أكسيد الكربون النقي باستمرار البيئة الأكثر تحديًا، مع نمو أبطأ بكثير، وفقًا للورقة البحثية. تشير نتائجهم إلى أن الكواكب ذات الأجواء اللاهوائية التي يهيمن عليها الهيدروجين أو الميثان أو النيتروجين لا تزال قادرة على دعم الحياة الميكروبية، حتى لو كان النمو الأولي أبطأ مما هو عليه في هواء الأرض. وكتب الباحثون: "إن القدرة على التكيف مع الظروف الأقل ملاءمة تعني أن الحياة يمكن أن تستمر على هذه الكواكب، إذا أُتيحت لها فترة كافية للتأقلم". يُعدّ الغلاف الجوي الغني بثاني أكسيد الكربون حالة شاذة في هذا العمل. ومع ذلك، يُشير الباحثون إلى أن بعض أشكال الحياة يمكنها استخدام ثاني أكسيد الكربون كمصدر للكربون في بعض البيئات. ويوضحون أن الكواكب ذات هذه الأنواع من الأجواء قد لا تزال تستضيف كائنات حية مُتكيّفة معها، مثل الكائنات الكيميائية التغذية أو الكائنات المُتطرفة. يجمع هذا العمل بين العوامل الجوية والبيولوجية لفهم المناطق الصالحة للحياة (HZs) للكواكب الخارجية. يوضح الباحثون: "كان أحد أهدافنا الرئيسية تحديد حدود المناطق الصالحة للحياة للكواكب التي يهيمن عليها الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون باستخدام النمذجة المناخية ثلاثية الأبعاد، وتحديدًا نموذج PCMالعام". ووجدوا أن الغلاف الجوي للهيدروجين له تأثير احتراري، "يدفع الحافة الداخلية للمنطقة الصالحة للحياة إلى مسافات مدارية أبعد من تلك التي يهيمن عليها ثاني أكسيد الكربون". يمكن أن يمتد إلى 1.4 وحدة فلكية عند ضغط 5 بار، بينما تقتصر أجواء ثاني أكسيد الكربون عند نفس الضغط على 1.2 وحدة فلكية. وكتب الباحثون: "يوضح هذا التأثير العميق لتكوين الغلاف الجوي على مناخ الكواكب، ويسلط الضوء على كيف يمكن للأجواء الهيدروجينية أن توسع المنطقة الصالحة للحياة أبعد من نجومها المضيفة".