تلسکوپ وب به تازگی ثابت کرد که می تواند نشانه های حیات را در جو بیگانگان تشخیص دهد

مواد تشکیل دهنده حیات در سراسر کیهان پخش شده است. در حالی که زمین تنها مکان شناخته شده در کیهان با حیات است، تشخیص حیات فراتر از زمین یک مهم است. هدف نجوم مدرن و علم سیاره ای.

ما دو دانشمند هستیم که سیارات فراخورشیدی و اختر زیست شناسی. تا حد زیادی به لطف تلسکوپ های نسل بعدی مانند جیمز وب، محققانی مانند ما به زودی قادر خواهند بود ترکیب شیمیایی اتمسفر سیارات اطراف ستارگان دیگر را اندازه گیری کنند.

امید این است که یک یا چند سیاره از این سیاره ها باشند. یک امضای شیمیایی از حیات خواهد داشت.

سیارات فراخورشیدی قابل سکونت

حیات ممکن است در خورشید وجود داشته باشد سیستم که در آن آب مایع وجود دارد – مانند سفره های زیرسطحی در مریخ یا در اقیانوس‌های قمر مشتری قمر اروپا. با این حال، جستجوی حیات در این مکان‌ها فوق‌العاده دشوار است، زیرا دسترسی به آن‌ها سخت است، و تشخیص حیات مستلزم ارسال یک کاوشگر برای بازگرداندن نمونه‌های فیزیکی است.

بسیاری از ستاره‌شناسان معتقدند احتمال وجود حیات در سیاراتی که به دور ستاره های دیگر می چرخند وجود دارد، و این امکان وجود دارد که جایی که برای اولین بار زندگی پیدا می شود.

محاسبات نظری نشان می دهد که حدود ۳۰۰ میلیون سیاره بالقوه قابل سکونت تنها در کهکشان راه شیری و چند سیاره قابل سکونت به اندازه زمین تنها در ۳۰ سال نوری زمین – اساساً همسایگان کهکشانی بشریت.

تا کنون، ستاره شناسان بیش از ۵۰۰۰ سیاره فراخورشیدی از جمله صدها سیاره بالقوه قابل سکونت را با استفاده از %۲۰%DA%A9%D9%87%20%DA%86%DA%AF%D9%88%D9%86%DA%AF%DB%8C%20%D8%AA%D8%A3%D8%AB%DB%8C%D8%B1%20%DB%8C%DA%A9%20%D8%B3%DB%8C%D8%A7%D8%B1%D9%87%20%D8%A8%D8%B1%20%D8%B3%D8%AA%D8%A7%D8%B1%D9%87%20%D9%86%D8%B2%D8%AF%DB%8C%DA%A9%20%D8%AE%D9%88%D8%AF%20%D8%B1%D8%A7%20%D8%A7%D9%86%D8%AF%D8%A7%D8%B2%D9%87%E2%80%8C%DA%AF%DB%8C%D8%B1%DB%8C%20%D9%85%DB%8C%E2%80%8C%DA%A9%D9%86%D9%86%D8%AF.%20%D8%A7%DB%8C%D9%86%20%D8%A7%D9%86%D8%AF%D8%A7%D8%B2%D9%87%E2%80%8C%DA%AF%DB%8C%D8%B1%DB%8C%E2%80%8C%D9%87%D8%A7%20%D9%85%DB%8C%E2%80%8C%D8%AA%D9%88%D8%A7%D9%86%D8%AF%20%D8%A7%D8%B7%D9%84%D8%A7%D8%B9%D8%A7%D8%AA%DB%8C%20%D8%AF%D8%B1%20%D9%85%D9%88%D8%B1%D8%AF%20%D8%AC%D8%B1%D9%85%20%D9%88%20%D8%A7%D9%86%D8%AF%D8%A7%D8%B2%D9%87%20%DB%8C%DA%A9%20%D8%B3%DB%8C%D8%A7%D8%B1%D9%87%20%D9%81%D8%B1%D8%A7%D8%AE%D9%88%D8%B1%D8%B4%DB%8C%D8%AF%DB%8C%20%D8%A8%D9%87%20%D8%B3%D8%AA%D8%A7%D8%B1%D9%87%E2%80%8C%D8%B4%D9%86%D8%A7%D8%B3%D8%A7%D9%86%20%D8%A8%D8%AF%D9%87%D8%AF%D8%8C%20%D8%A7%D9%85%D8%A7%20%D8%A7%D8%B7%D9%84%D8%A7%D8%B9%D8%A7%D8%AA%20%D8%B2%DB%8C%D8%A7%D8%AF%DB%8C%20%D8%AF%D8%B1%20%D9%85%D9%88%D8%B1%D8%AF%20%D8%A2%D9%86%20%D9%86%D9%85%DB%8C%E2%80%8C%D8%AF%D9%87%D8%AF.

%C2%A0

%D8%AF%D8%B1%20%D8%AC%D8%B3%D8%AA%D8%AC%D9%88%DB%8C%20%D8%A7%D9%85%D8%B6%D8%A7%D9%87%D8%A7%DB%8C%20%D8%B2%DB%8C%D8%B3%D8%AA%DB%8C

%D8%A8%D8%B1%D8%A7%DB%8C%20%D8%AA%D8%B4%D8%AE%DB%8C%D8%B5%20%D8%AD%DB%8C%D8%A7%D8%AA%20%D8%AF%D8%B1%20%D9%86%D9%82%D8%A7%D8%B7%20%D8%AF%D9%88%D8%B1%D8%AF%D8%B3%D8%AA.%20%D8%B3%DB%8C%D8%A7%D8%B1%D9%87%D8%8C%20%D8%A7%D8%AE%D8%AA%D8%B1%20%D8%B2%DB%8C%D8%B3%D8%AA%20%D8%B4%D9%86%D8%A7%D8%B3%D8%A7%D9%86%20%D9%86%D9%88%D8%B1%20%D8%B3%D8%AA%D8%A7%D8%B1%DA%AF%D8%A7%D9%86%DB%8C%20%D8%B1%D8%A7%20%D9%85%D8%B7%D8%A7%D9%84%D8%B9%D9%87%20%D8%AE%D9%88%D8%A7%D9%87%D9%86%D8%AF%20%DA%A9%D8%B1%D8%AF%20%DA%A9%D9%87%20برهم کنش با سطح یا جو سیاره داشته است. اگر اتمسفر یا سطح توسط حیات دگرگون شده باشد، نور ممکن است حامل سرنخی به نام “امضای زیستی” باشد.

زمین در نیمه اول وجود خود جوی بدون اکسیژن داشت، حتی اگر میزبان ساده بود. ، زندگی تک سلولی. امضای زیستی زمین در این دوران اولیه بسیار ضعیف بود. این به طور ناگهانی تغییر کرد ۲.۴ میلیارد سال پیش زمانی که خانواده جدیدی از جلبک ها تکامل یافتند.

جلبک ها از فرآیند فتوسنتز استفاده کردند که اکسیژن آزاد تولید می کند – اکسیژنی که از نظر شیمیایی به هیچ عنصر دیگری پیوند ندارد. از آن زمان به بعد، جو مملو از اکسیژن زمین یک علامت زیستی قوی و به راحتی قابل تشخیص بر روی نوری که از آن می گذرد به جا گذاشته است.

هنگامی که نور از سطح یک ماده منعکس می شود یا از یک گاز عبور می کند، طول موج های خاصی از آن عبور می کند. احتمال اینکه نور در سطح گاز یا ماده محبوس بماند بیشتر از بقیه است. این به دام انداختن انتخابی طول موج های نور به این دلیل است که اجسام رنگ های متفاوتی دارند.

برگ ها سبز هستند زیرا کلروفیل به ویژه در جذب نور در طول موج های قرمز و آبی خوب است. همانطور که نور به برگ برخورد می کند، طول موج های قرمز و آبی جذب می شوند و بیشتر نور سبز را به چشمان شما باز می گرداند.

الگوی نور از دست رفته با ترکیب خاص تعیین می شود. از موادی که نور با آن تعامل دارد. به همین دلیل، ستاره شناسان می توانند در اصل با اندازه گیری رنگ خاص نوری که از یک سیاره می آید، چیزی در مورد ترکیب جو یا سطح یک سیاره فراخورشیدی بیاموزند.

این روش را می توان برای تشخیص حضور استفاده کرد. برخی از گازهای جوی که با حیات مرتبط هستند – مانند اکسیژن یا متان – زیرا این گازها علائم بسیار خاصی را در نور از خود به جای می گذارند. همچنین می‌توان از آن برای تشخیص رنگ‌های عجیب و غریب در سطح یک سیاره استفاده کرد.

برای مثال، روی زمین، کلروفیل و سایر رنگدانه‌های گیاهان و جلبک‌ها که برای فتوسنتز استفاده می‌کنند، طول موج‌های خاصی از نور را جذب می‌کنند.

این رنگدانه‌ها رنگ‌های مشخصی تولید می‌کنند که با استفاده از دوربین مادون قرمز حساس قابل شناسایی هستند. اگر بخواهید این رنگ را که از سطح یک سیاره دور منعکس می شود ببینید، به طور بالقوه وجود کلروفیل را نشان می دهد.

تلسکوپ ها در فضا و روی زمین

این رنگ فوق العاده قدرتمند نیاز دارد. تلسکوپ برای تشخیص این تغییرات ظریف در نوری که از یک سیاره فراخورشیدی بالقوه قابل سکونت می آید. در حال حاضر، تنها تلسکوپی که قادر به چنین شاهکاری است، تلسکوپ فضایی جیمز وب جدید است.

همانطور که عملیات علمی را آغاز کرد در ژوئیه ۲۰۲۲، جیمز وب طیف گاز را مطالعه کرد. سیاره فراخورشیدی غول پیکر WASP-96b. این طیف وجود آب و ابر را نشان داد، اما سیاره ای به بزرگی و داغی WASP-96b بعید است که میزبان حیات باشد.

اما، این داده های اولیه نشان می دهد که جیمز وب قادر به تشخیص نشانه های شیمیایی ضعیف در نوری است که از سیارات فراخورشیدی می آید.

در ماه های آینده، وب قرار است آینه های خود را به سمت TRAPPIST-1e، سیاره ای به اندازه زمین بالقوه قابل سکونت که تنها ۳۹ سال نوری از زمین فاصله دارد.

وب می تواند به دنبال آن باشد. امضاهای زیستی با مطالعه سیارات هنگام عبور از مقابل ستارگان میزبان و گرفتن نور ستاره ای که از طریق جو سیاره عبور می کند. اما وب برای جستجوی حیات طراحی نشده است، بنابراین تلسکوپ تنها قادر به بررسی دقیق تعدادی از نزدیک ترین جهان های بالقوه قابل سکونت است.

همچنین فقط می‌تواند تغییرات در سطح دی اکسید کربن، متان و بخار آب اتمسفررا تشخیص دهد. > در حالی که ترکیب خاصی از این گازها ممکن است نشان دهنده حیات باشد، وب قادر به تشخیص وجود اکسیژن غیرپیوندی نیست. که قوی‌ترین سیگنال برای حیات است.

مفاهیم پیشرو برای تلسکوپ‌های فضایی آینده، حتی قدرتمندتر، شامل طرح‌هایی برای مسدود کردن نور درخشان ستاره میزبان سیاره برای آشکار کردن نور ستاره‌ای است که از سیاره منعکس شده است. این ایده شبیه به استفاده از دست برای جلوگیری از نور خورشید برای دیدن بهتر چیزی در دور است.

تلسکوپ‌های فضایی آینده می‌توانند از ماسک‌های کوچک داخلی یا فضاپیماهای بزرگ، خارجی و چتر مانند برای این کار استفاده کنند. هنگامی که نور ستاره مسدود می شود، مطالعه نوری که از یک سیاره می پرد بسیار آسان تر می شود.

همچنین سه تلسکوپ عظیم زمینی در حال ساخت وجود دارد که قادر به جستجوی نشانه های زیستی هستند: تلسکوپ غول پیکر ماژلن، تلسکوپ سی متری و تلسکوپ بسیار بزرگ اروپایی.

هر کدام از تلسکوپ‌های موجود روی زمین بسیار قدرتمندتر هستند، و با وجود اینکه این تلسکوپ‌ها ممکن است بتوانند اتمسفر نزدیک‌ترین جهان‌ها را برای یافتن اکسیژن کاوش کنند.

آیا زیست‌شناسی است یا زمین‌شناسی؟

حتی با استفاده از قوی‌ترین تلسکوپ‌ها، این تلسکوپ‌ها ممکن است بتوانند اتمسفر زمین را برای یافتن اکسیژن کاوش کنند. در دهه‌های آینده، اختر زیست‌شناسان تنها قادر خواهند بود نشانه‌های زیستی قوی تولید شده توسط جهان‌هایی را که کاملاً توسط حیات تغییر شکل داده‌اند، شناسایی کنند.

متاسفانه، بیشتر گازهای آزاد شده توسط حیات زمینی نیز می‌توانند توسط nonb تولید شوند. فرآیندهای ایولوژیکی – گاوها و آتشفشان ها هر دو متان آزاد می کنند. فتوسنتز اکسیژن تولید می کند، اما نور خورشید نیز هنگامی که مولکول های آب را به اکسیژن و هیدروژن تقسیم می کند، این کار را انجام می دهد.

یک وجود دارد. شانس خوبی است که ستاره شناسان هنگام جستجوی زندگی دوردست، برخی از موارد مثبت کاذب را تشخیص دهند. برای کمک به رد کردن موارد مثبت کاذب، اخترشناسان باید سیاره مورد علاقه را به خوبی درک کنند تا بفهمند که آیا فرآیندهای زمین‌شناسی یا جوی آن می‌تواند یک علامت زیستی را تقلید کند یا نه. .

نسل بعدی مطالعات سیارات فراخورشیدی این پتانسیل را دارد که از عبور کند. شواهد خارق العاده مورد نیاز برای اثبات وجود حیات. اولین اطلاعات منتشر شده از تلسکوپ فضایی جیمز وب به ما حس پیشرفت هیجان انگیزی را می دهد که به زودی در راه است.

کریس ایمپی، استاد برجسته نجوم دانشگاه، دانشگاه آریزونا و دانیل آپای، استاد ستاره‌شناسی و علوم سیاره‌ای، دانشگاه آریزونا.

این مقاله از بازنشر شده است مکالمه تحت مجوز Creative Commons. مقاله اصلی.