جو کربن ممکن است نشانه ای از آب و حیات در دیگر سیارات زمینی باشد

محققان پیشنهاد می کنند که اگر یک سیاره زمینی به طور قابل توجهی دی اکسید کربن کمتری در جو خود نسبت به سایر سیارات در همان منظومه داشته باشد، این می تواند نشانه ای از وجود آب مایع – و احتمالاً حیات – در سطح آن سیاره باشد.

علاوه بر این، این امضای جدید در نظر تلسکوپ فضایی جیمز وب ناسا (JWST) است. اگرچه دانشمندان نشانه‌های دیگری از قابلیت سکونت را پیشنهاد کرده‌اند، اما اندازه‌گیری این ویژگی‌ها با فناوری کنونی اگر غیرممکن نباشد، چالش برانگیز است. این تیم می‌گوید این امضای جدید، دی اکسید کربن نسبتاً ضعیف شده، تنها نشانه قابل سکونت است که اکنون می‌توان آن را تشخیص داد.

جولین دو ویت، استادیار سیاره‌شناسی می‌گوید: «جام مقدس علم سیارات فراخورشیدی، جستجوی جهان‌های قابل سکونت و حضور حیات است، اما تمام ویژگی‌هایی که تاکنون در مورد آنها صحبت شده است، فراتر از دسترس آخرین رصدخانه‌ها بوده است.» علوم در MIT “اکنون ما راهی برای کشف وجود آب مایع در سیاره دیگری داریم. و این چیزی است که می توانیم در چند سال آینده به آن برسیم.”

یافته های تیم در ظاهر خواهد شد نجوم طبیعی. دی ویت این مطالعه را همراه با آموری سه نفر از دانشگاه بیرمنگام در بریتانیا رهبری کرد. از نویسندگان مشترک MIT آنها می توان به بنجامین راکهام، پریوال نیراولا، آنا گلیدن، الیور جاگوز، متی پچ، یانوش پتکوفسکی و سارا سیگر، همراه با فریدر کلاین از موسسه اقیانوس شناسی وودز هول (WHOI)، مارتین توربت از دانشگاه پلی تکنیک فرانسه اشاره کرد. و فرانک سلسیوس از Laboratoire d’astrophysique de Bordeaux.

فراتر از یک نگاه اجمالی

تا کنون، ستاره شناسان بیش از 5200 جهان خارج از منظومه شمسی ما کشف کرده اند. با تلسکوپ‌های فعلی، ستاره‌شناسان می‌توانند مستقیماً فاصله یک سیاره تا ستاره‌اش و زمان لازم برای تکمیل یک مدار را اندازه‌گیری کنند. این اندازه‌گیری‌ها می‌تواند به دانشمندان کمک کند تا بفهمند آیا یک سیاره در منطقه قابل سکونت قرار دارد یا خیر. اما هیچ راهی برای تأیید مستقیم اینکه آیا یک سیاره واقعاً قابل سکونت است وجود نداشت، به این معنی که آب مایع در سطح آن وجود دارد.

در منظومه شمسی خودمان، دانشمندان می توانند حضور اقیانوس های مایع را با مشاهده «درخشش ها» تشخیص دهند – جرقه های نور خورشید که از سطوح مایع منعکس می شوند. این درخشش ها یا انعکاس های دیدنی، برای مثال در بزرگترین قمر زحل، تیتان، مشاهده شده است که به تایید دریاچه های بزرگ ماه کمک کرد.

با این حال، تشخیص چنین فلاشی در سیارات دور با فناوری فعلی دست نیافتنی است. اما دی ویت و همکارانش متوجه شدند که ویژگی قابل سکونت دیگری در نزدیکی خانه وجود دارد که می توان آن را در جهان های دور یافت.

Trio می‌گوید: «با بررسی آنچه برای سیارات زمینی در منظومه خودمان اتفاق می‌افتد، ایده‌ای به ذهنمان رسید.

زهره، زمین و مریخ شباهت‌های مشترکی دارند، زیرا هر سه صخره‌ای هستند و در منطقه نسبتاً معتدلی نسبت به خورشید زندگی می‌کنند. زمین تنها سیاره ای در میان این سه گانه است که در حال حاضر میزبان آب مایع است. و تیم به تفاوت آشکار دیگری نیز اشاره کرد: زمین به میزان قابل توجهی دی اکسید کربن کمتری در جو خود دارد.

Trio می‌گوید: «ما فرض می‌کنیم که این سیارات به روشی مشابه ایجاد شده‌اند، و اگر اکنون سیاره‌ای با کربن بسیار کمتر ببینیم، باید جایی رفته باشد». تنها فرآیندی که می‌تواند این مقدار کربن را از جو حذف کند، یک چرخه قوی آب است که اقیانوس‌های آب مایع را در بر می‌گیرد.

در واقع، اقیانوس های زمین نقش مهم و مستمری در جذب دی اکسید کربن دارند. در طی صدها میلیون سال، اقیانوس ها مقدار زیادی دی اکسید کربن را جذب کردند، تقریباً برابر با مقداری که امروزه در جو زهره باقی مانده است. این اثر در مقیاس سیاره ای باعث شده است که جو زمین به طور قابل توجهی از دی اکسید کربن در مقایسه با همسایگان سیاره ای آن تخلیه شود.

Frieder Klein یکی از نویسندگان این مطالعه گفت: روی زمین، بیشتر دی اکسید کربن اتمسفر در آب دریا و سنگ جامد در مقیاس های زمانی زمین شناسی ذخیره شده است که به تنظیم آب و هوا و قابلیت سکونت برای میلیاردها سال کمک کرده است.

این تیم استدلال کرد که اگر چنین کاهشی از دی اکسید کربن در سیاره ای دور نسبت به همسایگانش تشخیص داده شود، سیگنال قابل اعتمادی از اقیانوس های مایع و حیات در سطح آن خواهد بود.

“پس از بررسی گسترده ادبیات در بسیاری از زمینه ها از زیست شناسی گرفته تا شیمی و حتی ترسیب کربن در زمینه تغییرات آب و هوایی، ما معتقدیم که در واقع، اگر کاهش کربن را پیدا کنیم، شانس خوبی برای امضای قوی آب مایع و / دارد. دی ویت می گوید یا زندگی.

نقشه راه زندگی

در مطالعه خود، این تیم یک استراتژی برای کشف سیارات قابل سکونت با جستجوی آثاری از دی اکسید کربن تخلیه شده ارائه می کند. چنین جستجویی برای سیستم‌های «نخود در غلاف» که در آن‌ها چندین سیاره زمینی، هم اندازه، به دور هم نزدیک هستند، بسیار شبیه به منظومه شمسی خودمان می‌چرخند، بهترین کار را دارد. این تیم پیشنهاد می‌کند که اولین گام تأیید این است که سیارات دارای اتمسفر هستند، صرفاً با جستجوی حضور دی اکسید کربن، که انتظار می‌رود بر بیشتر جو سیاره‌ها غالب باشد.

دی ویت توضیح می دهد: “دی اکسید کربن یک جاذب بسیار قوی در مادون قرمز است و می تواند به راحتی در اتمسفر سیارات فراخورشیدی شناسایی شود.” سپس سیگنال دی اکسید کربن می تواند حضور اتمسفر سیارات فراخورشیدی را آشکار کند.

هنگامی که اخترشناسان تشخیص دادند که چندین سیاره در یک منظومه حاوی اتمسفر هستند، می توانند به اندازه گیری میزان دی اکسید کربن آنها بپردازند تا ببینند آیا یک سیاره به طور قابل توجهی کمتر از سایرین است یا خیر. اگر چنین است، این سیاره احتمالاً قابل سکونت است، به این معنی که حاوی مقادیر قابل توجهی آب مایع در سطح خود است.

اما شرایط قابل سکونت لزوماً به این معنی نیست که یک سیاره مسکونی است. برای اینکه ببینند واقعاً حیات وجود دارد یا خیر، این تیم به ستاره شناسان پیشنهاد می کند که به دنبال ویژگی دیگری در جو سیاره باشند: ازن.

روی زمین، محققان خاطرنشان می کنند که گیاهان و برخی میکروب ها در جذب دی اکسید کربن نقش دارند، البته نه به اندازه اقیانوس ها. با این حال، به عنوان بخشی از این فرآیند، اشکال حیات اکسیژن منتشر می‌کنند که با فوتون‌های خورشیدی واکنش می‌دهد تا به ازن تبدیل شود، مولکولی که تشخیص آن بسیار آسان‌تر از خود اکسیژن است.

محققان می گویند که اگر جو سیاره ای نشانه هایی از ازن و کاهش دی اکسید کربن را نشان دهد، احتمالاً یک جهان قابل سکونت و مسکونی است.

Trio می گوید: “اگر ما ازن را ببینیم، احتمال اینکه مربوط به مصرف دی اکسید کربن توسط زندگی باشد، بسیار زیاد است.” “و اگر زندگی باشد، زندگی باشکوهی است. این فقط چند باکتری نخواهد بود. زیست توده ای در مقیاس سیاره ای است که قادر به پردازش مقدار زیادی کربن و تعامل با آن است.”

این تیم تخمین می‌زند که تلسکوپ فضایی جیمز وب ناسا می‌تواند دی اکسید کربن و احتمالاً ازن را در سیستم‌های چند سیاره‌ای نزدیک مانند TRAPPIST-1 اندازه‌گیری کند، یک سیستم هفت سیاره‌ای که به دور ستاره‌ای درخشان در فاصله 40 سال نوری از زمین می‌چرخد.

دی ویت می گوید: «TRAPPIST-1 یکی از معدود سیستم هایی است که می توانیم مطالعات جوی زمینی را با JWST انجام دهیم. ما اکنون یک نقشه راه برای یافتن سیارات قابل سکونت داریم. اگر همه با هم کار کنیم، در چند سال آینده می توان اکتشافات تغییر پارادایم را انجام داد.