تلسکوپ جیمز وب چگونه نشانه‌های حیات را در نقاط تاریک کیهان تشخیص می‌دهد؟

به گزارش خبرنگار گروه دانش و فناوری خبرگزاری آنا، یک سال پس از پرتاب تلسکوپ فضایی جیمز وب(JWST) ارزش این تلسکوپ چند برابر شده و این ماشین تحقیقاتی به طور گسترده‌ای ظرفیت‌های خود را نشان داده است.

تصاویری که از کهکشان‌های دوردست، سحابی‌ها، جو سیارات فراخورشیدی و میدان‌های عمیق ثبت کرده، دقیق‌ترین و حساس‌ترین عکس‌هایی هستند که تاکنون گرفته شده است؛ با این حال یکی از هیجان‌انگیزترین جنبه‌های ماموریت آن به تازگی شروع شده است؛ جست‌وجوی شواهدی از حیات فراتر از زمین. این شامل استفاده از ابزار مادون قرمز قدرتمند وب برای جست‌وجوی نشانه‌های شیمیایی مرتبط با حیات و فرآیندهای بیولوژیکی(معروف به علائم زیستی) خواهد بود.

بیشتر بخوانید:

سیاره‌ای که شبیه به هیچ سیاره‌ای در منظومه شمسی نیست

علت اهمیت بالای تصاویر ارسالی جیمز وب چیست؟/ دورترین نقاط کیهان زیر ذره‌بین جانشین هابل

نشانه‌های شیمیایی متفاوت بوده و هر کدام نشان‌دهنده مسیر متفاوتی به سمت کشف بالقوه حیات در کیهان است. به گفته جوآنا بارستو، دانشمند سیاره‌شناس و متخصص در مطالعه اتمسفر سیارات فراخورشیدی، چهار راه وجود دارد که وب می‌تواند این کار را انجام دهد که شامل جست‌وجوی مواد شیمیایی است که شکل حیات به آن‌ها وابسته است، محصولات جانبی شیمیایی تولید شده توسط موجودات زنده، مواد شیمیایی ضروری برای حفظ آب و هوای پایدار و مواد شیمیایی که نباید در کنار هم وجود داشته باشند.

**جیمز وب فرایند مطالعه سیارات فراخورشیدی را متحول ساخت

اختر زیست‌شناسان در جست‌وجوی حیات فرازمینی، به رویکردی متوسل شده‌اند که شامل جست‌وجوی سیارات زمینی یا صخره‌ای است که در مناطق قابل سکونت فراخورشیدی پیرامون ستارگان والدین خود (HZs) یا در فاصله‌ای که سیارات به اندازه کافی گرم هستند تا آب مایع را روی سطوح خود نگه دارند، می‌چرخند. با تلسکوپ‌های نسل بعدی مانند وب که اپتیک حساس، تاج‌نگار و طیف‌سنج را با قابلیت تصویربرداری نزدیک و میانی فروسرخ ترکیب می‌کند، زمینه مطالعه سیارات فراخورشیدی از کشف به مشخصه‌یابی در حال انتقال است.

مشخصه‌یابی شامل مطالعات تصویربرداری مستقیم از سیارات فراخورشیدی و کسب داده‌های طیف‌سنجی از جو آنهاست. از اوایل قرن نوزدهم، دانشمندان می‌دانستند که عناصر شیمیایی خاصی نور را در طول موج‌های خاصی جذب می‌کنند و آن نور را در برخی دیگر از امواج می‌تابند. با انجام یک فهرست شیمیایی از اتمسفر سیارات فراخورشیدی، اخترزیست‌شناسان قادر خواهند بود محدودیت‌های بسیار شدیدتری را برای سکونت سیارات فراخورشیدی اعمال کنند؛ به عبارت دیگر، آن‌ها می‌توانند با اطمینان بسیار بیشتری بگویند که آیا یک سیاره قابل سکونت است یا خیر.

**جیمز وب به دنبال چه عناصر شیمیایی است؟

همانطور که گفته شد، شاخص‌های شیمیایی که وب می‌تواند به دنبال آن‌ها باشد را می‌توان به چهار گروه تقسیم کرد. اکسیژن و ازن، فسفین و آمونیاک، متان و دی اکسید کربن و عدم تعادل شیمیایی. اکسیژن به دلیل اهمیت آن برای پیدایش و حفظ حیات در روی زمین، یک نشانه زیستی آشکار است. در تاریخ اولیه زمین، جو این سیاره عمدتاً از دی اکسید کربن تشکیل شده بود و به تدریج میزان این گاز نسبت به اکسیژن تغییر کرد.

با گذشت زمان، سیانوباکتر‌ها و دیگر موجودات فتوسنتز کننده CO۲ اتمسفر را به گاز اکسیژن تبدیل کردند. این اتفاق تقریبا ۲.۴ تا ۲.۰ میلیارد سال پیش در «رویداد بزرگ اکسیژن رسانی» (GOE) به اوج رسید، زمانی که جو زمین از یک جو «کاهنده» به «اکسید کننده» تبدیل شد. این امر به موجودات پیچیده‌تری مانند حشرات، پرندگان، پستانداران و در نهایت انسان‌سانان اجازه تکامل و شکوفایی داد. سپس اوزون است که در جو فوقانی زمین از برهمکنش گاز اکسیژن و اشعه ماوراء بنفش (UV) تشکیل شده است به وجود آمد. تغییر جو زمین از کاهنده به اکسیدکننده منجر به ایجاد لایه اوزون شد که امروزه از حیات روی زمین در برابر اکثر تابش UV خورشید محافظت می‌کند. با این حال یافتن این مولکول‌ها در جو سیاره‌ای فراخورشیدی لزوماً به این معنی نیست که ما شواهدی از حیات یافته‌ایم.

همانطور که مطالعات متعدد نشان داده‌اند، راه‌های گوناگونی وجود دارد که جو یک سیاره می‌تواند از طریق ایجاد «اکسیژن غیر زنده» که نتیجه فرآیندهای بیولوژیکی نیست، اکسیده شود. یک سناریوی دیگر شامل «اثر گلخانه‌ای فرار» است که در آن تبخیر آب سطحی منجر به گرمایش و تبخیر بیشتر در یک حلقه بازخورد می‌شود.

**وجود بخار آب در سیاره‌ای فراخورشیدی به معنای حیات است؟

وجود بخار آب بسیار زیاد در جو یک سیاره منجر به فوتولیز می‌شود، جایی که قرار گرفتن در معرض تابش خورشیدی باعث تجزیه آب به گاز هیدروژن و اکسیژن می‌شود که اولی در فضا از دست می‌رود در حالی که دومی حفظ می‌شود. در سناریویی دیگر، سیارات جزر و مدی که در مدار HZ یک ستاره می‌چرخند، در معرض تابش قابل‌توجهی در سمت رو به خورشید خود قرار می‌گیرند که می‌تواند منجر به فتولیز و جوی تحت سلطه اکسیژن غیر زنده شود. از آنجایی که گاز اکسیژن برای اشکال حیات فتوسنتزی مانند آن‌هایی که در تاریخ اولیه زمین وجود داشته‎‌اند، سمی است، می تواند از ظهور حیات جلوگیری کند.

**یافتن گازهای آمونیاک و فسفین در سیارات دور دست بعید به نظر می‌رسد

در مرحله بعد، آمونیاک و فسفین وجود دارد که به طور طبیعی در جو غول‌های گازی و قمرهای یخی که به دور آن‌ها می‌چرخند، وجود دارند اما در زمین نیز تولید می‌شوند. با توجه به اینکه دانشمندان چندی پیش آن را در جو زهره کشف کردند، فسفین به‌عنوان یک نشانه زیستی بالقوه اخیراً موضوع داغی بوده است. با این حال هر دو در مقادیر کمی در روی زمین یافت می‌شود و تشخیص آن‌ها در اتمسفر سیارات فراخورشیدی دشوار به نظر می‌رسد.

متان و دی اکسید کربن نیز به دلیل ارتباط آن‌ها با فرآیندهای بیولوژیکی در روی کره زمین، به عنوان نشانه‌های بالقوه زیستی متوجه قرار می‌گیرند. هر دو به عنوان محصولات جانبی توسط حیوانات، متان حاصل از پوسیدگی و هضم آلی و دی اکسید کربن به عنوان بازدم حیوانات مصرف کننده اکسیژن تولید می‌شوند. وجود CO2 کافی در جو نیز برای حفظ دمای پایدار در طول زمان ضروری است. مقدار زیاد یا خیلی کم می‌تواند منجر به یک اثر گلخانه‌ای یا یخبندان شود.

**کشف نشانه‌های حیات فراخورشیدی با شناسایی عدم تعادل شیمیایی

همچنین این احتمال وجود دارد که عدم تعادل شیمیایی راه را به سوی زندگی نشان دهد زیرا تعادل شیمیایی در سیستمی وجود ندارد که در آن حیات وجود داشته باشد. زندگی و به طور مشخص موجودات زنده دائما مواد شیمیایی خاصی را مصرف کرده و انرژی و سایر مواد شیمیایی را به عنوان یک محصول جانبی تولید می‌کند.

**جست‌وجوی حیات احتمالی در سیارات اقیانوسی

یکی دیگر از نشانه‌های زیستی احتمالی هیدروژن است. در سال‌های اخیر، محققان دانشگاه کرنل نشان دادند چگونه وجود هیدروژن آتشفشانی در جو سیاره فراخورشیدی می‌تواند مناطق قابل سکونت ستارگان را گسترش دهد. نه تنها گاز هیدروژن(H2) یک گاز گلخانه‌ای طبیعی است بلکه وجود فعالیت‌های آتشفشانی نیز برای ظهور حیات مهم در نظر گرفته می‌شود. تحقیقات دیگری از دانشگاه کمبریج نشان داد که چگونه سیارات اقیانوسی با اتمسفر تحت سلطه هیدروژن می‌توانند بهترین مکان برای جست‌وجوی حیات باشند.

با این حال در تمام این موارد، حضور این مواد شیمیایی در جو یک سیاره فراخورشیدی نباید به عنوان دلیل قطعی وجود حیات در آن تلقی شود چرا که به راحتی می‌توان در هیجان تحقیقات سیارات فراخورشیدی گرفتار شد و فراموش کرد که این فرآیند طولانی و پرزحمت است و هنوز باید بسنجیم که چه مقدار از این گازها وجود دارد تا به نتایج معنادار برسیم. این ساده نیست زیرا سیگنال‌ها می‌توانند همپوشانی داشته باشند و باید به دقت از هم جدا شوند. تلسکوپ جیمز وب تنها در حال باز کردن یک آزمایشگاه جدید و غنی از اتمسفر سیاره‌ای است و همانطور که ما کاوش می‌کنیم، بدون شک متوجه می‌شویم که بسیاری از فرضیات قبلی ما نادرست هستند.

انتهای پیام/4144