آیا حضور گازهای سمی احتمال وجود زندگی پیشرفته را کمتر می‌کند؟

 مطالعه جدیدی نشان می‌دهد که سیارات فراخورشیدی – جهانهای موجود در مدار ستاره‌های دوردست – ممکن است گازهای سمی بیش از حدی در جو خود داشته باشند. اگر چنین باشد، تکامل زندگی سخت‌تر خواهد شد.

مفهوم هنری از 7 سیاره شناخته شده ‌هم‌اندازه زمین در سیستم TRAPPIST-1. سه عدد از این سیارات در منطقه قابل سکونت هستند، اما ما هنوز نمی‌دانیم که چه نوع گازهایی در جو آنها وجود دارد. تصویر از R. Hurt / NASA / JPL-Caltech / UC Riverside.

زندگی در جهان وجود دارد؟ ما هنوز جوابش را نمی‌دانیم، اما تحقیقات مستمر نشان می‌دهد که باید وجود داشته باشد. بسیاری از سیارات (یا قمرها) باید وجود داشته باشند که قادر به حمایت از برخی از انواع زندگی باشند. اما در مورد زندگی پیشرفته، به طور ویژه چطور؟ مطالعه جدید نشان می‌دهد که تعداد دنیاهایی که با اشکال پیچیده‌تر تکامل هستند، ممکن است کمتر از چیزی باشد که مردم فکر می‌کنند.

یافته‌های بررسی شده توسط محققان در دانشگاه کالیفرنیا ریورساید (UCR) نشان می‌دهد که بسیاری از سیارات ممکن است گازهای سمی در جو خود داشته باشند که برای پیشرفت و تکامل زندگی در آن دشوار است. این نتایج در 10 ژوئن 2019 در مجله Astrophysical منتشر شد.

بر طبق نظر تیموتی لیونز، biogeochemist در UCR:

 این اولین باری است که محدودیتهای فیزیولوژیکی زندگی در زمین برای پیش‌بینی توزیع زندگی پیچیده در سایر نقاط جهان مورد توجه قرار گرفته است.

معنای “منطقه قابل سکونت” این است که در اطراف یک ستاره دما طوری باشد که بتواند آب مایع  روی سطح زمین جریان داشته باشد. سطوح بالای گازهای سمی می‌تواند این منطقه را محدود کند یا حتی برخی از موارد را از بین ببرد. همانطور که لیونز توضیح داد:

تصور کنید یک منطقه قابل سکونت برای زندگی پیشرفته تعریف شده باشد وقتی به عنوان یک منطقه امن قابل قبول است که شرایط لازم برای حمایت از اکوسیستم‌های غنی مانند زمین امروز ما داشته باشد. نتایج ما نشان می‌دهد که اکوسیستم‌های پیچیده‌ای مثل ما نمی‌توانند در اکثر مناطق قابل سکونت وجود داشته باشند که به طور سنتی تعریف شده است.

دیاگرام مرزهای منطقه قابل سکونت را همراه با انواع ستاره‌ها و نمونه‌های شناخته شده ای نشان می‌دهد که در آن وجود دارد. تصویر از Chester Harman/ Wikipedia/ CC BY-SA 4.0

محققان از مدل‌های کامپیوتری برای مطالعه آب و هوا، اتمسفر و فتوشیمی در شرایط مختلف سیاره استفاده می‌کنند. یکی از گازهای بسیار خطرناک دی‌اکسیدکربن است. سیاره‌هایی که به  دور ستاره‌هایشان می‌چرخند – از جمله زمین – نیاز به دمای بالایی برای جلوگیری از انجماد دارند.

اما سیاره‌هایی که از ستاره‌هایشان نسبت به زمین دورتر هستند، نیاز به دی اکسید کربن بیشتری دارند تا درجه حرارت خود را بالا نگه دارند، اما گاز بیش از حد می‌تواند برای شکل‌های پیشرفته‌تر حیات مانند حیوانات و مردم مرگبار باشد. همانطور که ادوارد اسچوتیرمن، نویسنده اصلی مطالعه، اشاره می‌کند:

برای حفظ آب مایع در لبه بیرونی منطقه قابل سکونت متعارف، یک سیاره دهها هزار برابر دی‌اکسید‌کربن بیشتری نسبت به زمین نیاز دارد. این به مراتب فراتر از سطوح شناخته شده برای حیات انسان و حیوانات روی زمین است.

برای زندگی ساده حیوانات، این نوع از سطح دی‌اکسیدکربن می‌تواند منطقه قابل سکونت سنتی را به حدود نصف کاهش دهد. برای حیوانات و انسانهای تکامل یافته، منطقه قابل سکونت به کمتر از یک سوم کاهش می یابد.

مفهوم هنری از  Kepler-186f، اولین  سیاره فراخورشیدی هم‌اندازه زمین است که در منطقه قابل سکونت ستاره‌اش در مدارش می‌چرخد. چنین جهان‌هایی ممکن است بتوانند زندگی را پشتیبانی کنند، اما گازهای سمی می‌توانند مانع از این شوند که زندگی در آنها تکامل یابد. تصویر از NASA Ames/SETI Institute/JPL-Caltech/Astronomy

گاز کشنده دیگر مونوکسید کربن است که در زمین بسیار زیاد نیست زیرا خورشید واکنش شیمیایی در جو ایجاد می‌کند که آن را از بین می‌برد. اما برای بعضی از سیارات که در مدار ستارگان کوتوله قرمز – که کوچکتر و خنک‌تر از خورشید هستند –  اشعه ماوراء بنفش شدید می‌توانند سطح سمی مونوکسیدکربن را در اتمسفرشان ایجاد کنند. همانطور که اسچوتیرمن می‌گوید:

این سیارات قطعا مکان خوبی برای زندگی انسان یا حیوان نیستند، زیرا ما آنها را در زمین می‌شناسیم.

همان محققان، با این حال، پیشتر خاطر نشان ساختند که زندگی میکروبی در چنین محیطی خوب پیشرفت می‌کند.

پس چگونه می‌توان تعیین کرد که کدام یک از سیارات فراخورشیدی برای زندگی مناسب است و به احتمال زیاد  عواملی مانند گازهای سمی نداشته باشد؟ تنها راه انجام این کار این است که در حال حاضر با استفاده از تلسکوپ، محدوده  اتسمفری آنها را از راه دور مطالعه کنید. همانطور که کریستوفر رینهارد، یکی دیگر از نویسندگان مقاله جدید، گفت:

اکتشافات ما یک راه برای تصمیم‌گیری در این مورد است که در کدام یک از این سیارات بیشمار باید جزئیات بیشتری را مشاهده کرد. ما می‌توانیم سیارات دیگر قابل سکونتی را با سطح دی‌اکسیدکربن یا مونوکسیدکربنی که احتمالا بیش از حد برای حمایت از زندگی پیشرفته مناسبت است را شناسایی کنیم.

همانطور که انتظار می‌رود، ساده ترین نوع زندگی برای تشخیص آن است که بر روی سطح سیاره زندگی کند و جو را تغییر دهد، همانند زمین. اگر در یک سیاره زندگی تنها در زیر زمین زندگی کند (همانطور که ممکن است در مورد مریخ یا قمرهای اقیانوسی مانند اروپا و انسلادوس مصداق داشته باشد)، به خصوص از فاصله چندین سال نوری، پیدا کردنش بسیار سختتر است. اگر زندگی بسیار پیشرفته‌ای وجود داشته باشد، یک تمدن توسعه یافته یا بیشتر توسعه یافته از بشریت وجود داشته باشد، ممکن است با استفاده از اثرات تکنولوژی‌های آنها یا اثرات دیگر بر محیط زیست سیاره شناسایی شود. اما زندگی پیشرفته نیاز به شرایط سیاره‌ای مناسب دارد.

بر روی زمین، دی‌اکسید‌کربن برای زندگی گیاه ضروری است که از هوا جذب می‌شود و سپس با آب و نور ترکیب می‌شود تا کربوهیدرات‌ها را تولید کند، پروسه‌ای که به عنوان فتوسنتز شناخته می‌شود. اما دی‌اکسید‌کربن بیش از اندازه عامل مرگ و میر برای فرم‌های زندگی پیچیده‌تر است. تصویر از  Jason Samfield/Flickr/CC BY-NC-SA/The Conversation.

این مطالعه جدید می‌تواند به تعیین محدودیت‌هایی برای انواع زندگی کمک کند که ممکن است بسته به مسمومیت اتمسفرهای سیاره آنها متکی باشد. این امر همچنین یادآور این است که چقدر زندگی بر روی سیاره ما ارزشمند است و بسیاری از اشکال بسیار متنوع زندگی در آن جریان دارد. اسچوتیرمن ذکر می‌کند که:

من فکر می‌کنم که چگونه سیاره نادر و ویژه ما فقط ما را مورد حفاظت قرار می‌دهد. تا جایی که می‌دانیم، زمین تنها سیاره‌ای است که می‌تواند زندگی انسان را حفظ کند.

 ترجمه: سارا سیدحاتمی

 منبع:

Do toxic gases make advanced extraterrestrial life less likely?

Posted by Paul Scott Anderson in SPACE | June 23, 2019

https://earthsky.org/space/toxic-gases-habitable-zones-complex-life-exoplanets