یافتن حیات ممکن است در سیاراتی راحت‌تر باشد که با زمین قبلی مطابقت دارند!!
برداشت هنری از “نقطه نارنجی کم رنگ” – زمین اولیه چگونه به نظر می‌رسید. اعتبار: ناسا/مرکز پرواز فضایی گوددارد/فرانسیس ردی
ما در حال نزدیک‌تر شدن به شناسایی قابل اعتماد امضاهای زیستی در سیارات دور هستیم. بیشتر تمرکز بر روی تعیین این امر است که کدام مواد شیمیایی وجود حیات را نشان می‌دهد.
اما زندگی همچنین می‌تواند انرژی آزاد را در یک سیستم ایجاد کند و انرژی اضافی می‌تواند باعث ایجاد عدم تعادل شیمیایی شود. این همان چیزی است که روی زمین زمانی اتفاق افتاد که زندگی شروع شد. آیا عدم تعادل شیمیایی می‌تواند یک علامت زیستی باشد؟
هنگامی که یک سیستم دارای انرژی اضافی است، به عنوان یک تعادل شیمیایی ظاهر می‌شود. هر سیاره یک سیستم است و حیات می‌تواند انرژی اضافی تولید کند. بنابراین، اگر تعادل شیمیایی را تشخیص دهیم، آیا یک امضای زیستی را تشخیص می‌دهیم؟ آیا ما زندگی را تشخیص می‌دهیم؟ شاید. به خصوص اگر به یک سیاره فراخورشیدی بسیار شبیه به زمین اولیه نگاه کنیم.
تحقیقات جدید به این سوال می‌پردازد. عنوان این مطالعه “استنتاج بیوسیماهای بی تعادلی شیمیایی برای سیارات فراخورشیدی مشابه زمین پروتروزوییک” است. نویسنده اصلی، امبر یانگ از گروه نجوم و علوم سیاره ای در دانشگاه آریزونا شمالی است.
نویسندگان در مقاله خود می‌نویسند: “هنگام تلاش برای استنباط اینکه آیا دنیای دور سکونت دارد یا خیر، عدم تعادل شیمیایی یک شاخص بالقوه حیات است که سابقه طولانی مطالعه در محیط‌های سیاره‌ای منظومه شمسی دارد.”
این یک انکولیت، یک ساختار لایه‌ای است که توسط سیانوباکتری‌ها در طول دوران پروتروزوییک تشکیل شده است. پروتروزوئیک دو بیلیون سال به طول انجامید و زندگی ساده مانند این تداوم داشت و جو را در تمام طول دوران تغییر داد. اعتبار: بنوا پوتین، https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/deed.en
هنگامی که متان (CH4) و اکسیژن (O2) هر دو در یک جو وجود دارند، نشان دهنده این است که زندگی در حال کار است. به این دلیل که در یک محیط اکسیژن، متان تنها حدود 10 سال دوام می‌آورد. وجود آن نشان دهنده عدم تعادل است.
مفهوم انرژی آزاد گیبس سعی دارد این ایده را به تصویر بکشد. هنگامی که یک سیستم به تعادل شیمیایی می‌رسد، پتانسیل ترمودینامیکی به حداقل می‌رسد. هر چه یک سیستم از تعادل شیمیایی دورتر باشد، انرژی آزاد گیبس بیشتر است.
نویسندگان توضیح می‌دهند: «یک معیار اولیه برای کمی‌سازی عدم تعادل شیمیایی شامل محاسبه تفاوت انرژی شیمیایی مرتبط با یک سیستم مشاهده‌شده و حالت تعادل نظری آن سیستم است». محققان در حال بررسی چگونگی استفاده از انرژی رایگان گیبس برای درک جهانهای منظومه شمسی هستند. مهمتر از آن، محققان در تلاشند تا بفهمند چگونه می توان آن را در تاریخ زمین به کار برد.
این تحقیق بر ائون پروتروزوییک، سومین دوره از چهار عصر زمین تمرکز دارد. از 2.5 بیلیون سال پیش تا 541 میلیون سال پیش متغیر بود و دو رویداد مهم در تاریخ زمین را در بر می‌گیرد. اکسیژن آزاد در جو زمین در آغاز پروتروزوییک ظاهر می شود و پروتروزوییک درست قبل از ظهور حیات پیچیده به پایان می‌رسد.
ما نمی دانیم عدم قطعیتهای رصدی در هنگام تلاش برای درک آن در سیارات فراخورشیدی مانند زمین چیست. در این تحقیق، زمین مانند به معنای «دنیای اقیانوسی و به اندازه زمین با فشار سطحی و دمایی مشابه زمین و با جوی تحت سلطه N2، H2O و CO2 با مقادیر کمی CH4 و سطوح مختلف O2» است.
این شکل از تحقیق سه طیف اتمسفر را برای سه مورد شبیه‌سازی شده زمین پروتروزوییک از فراوانی انرژی گیبس بالا تا فراوانی انرژی گیبس پایین نشان می‌دهد. محور x طول موج را بر حسب میکرومتر نشان می‌دهد و محور y نشان دهنده شار سیاره به ستاره است. ایده این است که اگر طیف‌هایی را از سیارات فراخورشیدی دور مشاهده کنیم، هر چیزی که شبیه به زمین پروتروزوییک باشد می‌تواند طیف‌های مشابهی داشته باشد. در افسانه سمت راست بالا، مواد شیمیایی فهرست شده و “x2” دقت مورد نیاز برای مشاهده هر گونه شیمیایی را نشان می‌دهد. ما هنوز دقت لازم را نداریم، اما تلسکوپهای آینده این کار را خواهند کرد. اعتبار: یانگ و همکاران 2023.
دانشمندان در طول دوران پروتروزوییک اطلاعات زیادی درباره زمین دارند، اگرچه، البته، سؤالات بی‌پاسخ زیادی وجود دارد. در تلاش خود برای درک برخی از عدم قطعیتهای رصدی، محققان دو سناریو مختلف برای زمین و یکی برای مریخ مدل کردند.
هر سناریو حاوی مقدار متفاوتی از انرژی آزاد اتمسفر است. آنها سپس بررسی کردند که چگونه اتمسفر هر یک از این سیارات شبیه‌سازی شده نور را در سناریوهای مختلف منعکس می‌کند: گازهای با امضای زیستی بالا، متوسط و پایین در جو.
نتیجه، طیف‌های نوری بود که ممکن است در جو سیارات فراخورشیدی مشاهده کنیم که از سه حالت مختلف برای زمین پروتروزوییک تقلید می‌کنند.
نویسندگان نتیجه می‌گیرند: «محدود کردن انرژی آزاد گیبس یک استراتژی توصیفی امیدوارکننده است که به خوبی با تکنیک‌های شناخته‌شده برای تشخیص گاز امضای زیستی هم‌افزایی می‌کند». اما برای درک این پتانسیل، به تلسکوپ های بهتر با عملکرد سیگنال به نویز (SNR) بهتر نیاز داریم.
برای یک تلسکوپ فضایی کلاس 6 متر با ویژگیهای نویز که بر اساس مفهوم LUVOIR-B مدل‌سازی شده است، موارد با SNR بالا که در اینجا کاوش شده‌اند را می‌توان برای یک هدف زمین مانند در اطراف میزبان خورشیدی در فواصل 5 تا 7 کامپیوتر بدست آورد (16 تا 23 سال نوری) با سرمایه‌گذاری دو تا چهار هفته زمان مشاهده،” نویسندگان توضیح می‌دهند.
در حالی که ممکن است زمان رصد زیاد به نظر برسد، اما مطابق با زمان‌های مورد انتظار رصد هدف با مفهوم تلسکوپ HabEx است و یک سیاره فراخورشیدی بالقوه زمین مانند پروتروزوئیک، هدفی با ارزش است که ارزش آن زمان رصد اختصاصی را دارد. آیا چیز دیگری وجود دارد که تلسکوپهای فضایی باید در اولویت قرار دهند؟
نویسندگان می‌نویسند: «از دیدگاه رصدی، مشخص کردن فراوانی CH4 و O2 برای استنتاج سیگنال عدم تعادل شیمیایی اتمسفر مشابه‌های زمین در بیشتر تاریخ تکامل آن ضروری است.
اگرچه ما تمایل داریم هر چیزی را عادی کنیم که در اطراف خود می‌بینیم، وضعیت فعلی زمین به سختی “عادی” است. زمین در بیشتر تاریخ خود بسیار متفاوت بود. منطقی است که به دنبال سیاراتی بگردیم که شبیه زمین در دوران پروتروزوییک باشند.
پروتروزوئیک دو بیلیون سال دوام آورد و زندگی فعالانه جو آن را در تمام این دوره شکل داد. اگر به اندازه کافی خوش شانس باشیم که سیاره فراخورشیدی دیگری را کشف کنیم که از حیات پشتیبانی می‌کند، آنگاه صرفاً به صورت تصادفی، احتمالاً بیشتر شبیه زمین پروتروزوییک است تا زمین مدرن.
Life might be easiest to find on planets that match an earlier Earth
by Evan Gough, Universe Today NOVEMBER 17, 2023
https://phys.org/news/2023-11-life-easiest-planets-earlier-earth.html