سجل تلسكوب جيمس ويب الفضائي بيانات جوية جديدة من الكوكب الخارجي K2-18 b، وهو جرم سماوي يقع على بعد 124 سنة ضوئية من الأرض. وتشير المعلومات التي تم جمعها إلى وجود بصمات طيفية تتوافق مع ثنائي ميثيل سلفيد، وهو الجزيء الذي يثير اهتمامًا كبيرًا في المجتمع العلمي. يدور الكوكب حول المنطقة الصالحة للسكن لنجمه المضيف، وهي منطقة تسمح درجات الحرارة فيها بوجود الماء السائل. وتم الاكتشاف باستخدام أدوات عالية الدقة تقوم بتحليل الضوء الذي تمت تصفيته بواسطة الغلاف الجوي للكوكب أثناء عبوره المداري.
قاد فريق من الباحثين من جامعة كامبريدج تحليل البيانات التي تم التقاطها في أبريل 2025. على الأرض، ينشأ ثنائي ميثيل كبريتيد بشكل حصري تقريبًا من العمليات البيولوجية المرتبطة بالعوالق النباتية في المحيطات. ويعزز هذا الاكتشاف القياسات الأولية التي أجريت في عام 2023، والتي أظهرت بالفعل آثارًا باهتة لنفس المركب الكيميائي. واستخدم العلماء أداة MIRI الخاصة بالتلسكوب، والتي تعمل عند أطوال موجية محددة للأشعة تحت الحمراء، لعزل إشارة الجزيء وسط الضوضاء الفضائية.
يشير الهيكل المادي إلى وجود محيط عالمي شاسع
حقق تلسكوب كيبلر الفضائي الاكتشاف الأصلي لـ K2-18 b في عام 2015. وتشير القياسات إلى أن نصف قطر العالم يبلغ 2.6 مرة نصف قطر الأرض وكتلة 8.6 مرة كتلة كوكبنا. تشير نسبة الحجم إلى الوزن هذه إلى متوسط كثافة منخفض نسبيًا. وتشير النماذج الفيزيائية الفلكية إلى أن هذه الخاصية الفيزيائية تنتج عن تركيبة غنية بالمواد المتطايرة، مع احتمال كبير لإيواء كمية هائلة من الماء. يعد الجرم السماوي جزءًا من فئة الكواكب الفرعية، وهو نوع من الكواكب شائع جدًا في مجرة درب التبانة، ولكن ليس له ما يعادله في النظام الشمسي.
وأكدت الملاحظات السابقة التي أجراها جيمس ويب نفسه وفرة غاز الميثان وثاني أكسيد الكربون في الطبقة الغازية للكوكب. وكشف التحليل الطيفي أيضًا عن نقص ملحوظ في الأمونيا. على الكواكب الغازية البحتة، غالبا ما تظهر الأمونيا بكميات كبيرة. يوفر غياب هذا الغاز المحدد مؤشرا قويا على أن الكوكب له سطح مغطى بالمياه السائلة، مختبئا تحت غلاف جوي سميك يهيمن عليه الهيدروجين.
يحدد هذا التكوين الهيكلي ما يصنفه علماء الفلك على أنه عالم هيسيان. تقترح النظرية أن محيطًا عالميًا عميقًا يحيط بقشرة الكوكب بأكملها، بينما تعمل الطبقة العليا من الهيدروجين كغطاء حراري. ويبعث النجم القزم الأحمر الذي يدور حوله K2-18 b مستوى من الإشعاع يصل إلى الكوكب بنسب مماثلة للطاقة التي تتلقاها الأرض من الشمس. تظهر النماذج المناخية المطبقة على هذا السيناريو أن الماء يمكن أن يبقى في حالة سائلة مستقرة.
العلامات الرئيسية التي تم تحديدها في مدار الكوكب الخارجي
يتطلب توصيف الأجرام السماوية البعيدة قياس معلمات متعددة في وقت واحد. قام الباحثون بتوحيد ملف تعريف تقني مفصل لفهم ديناميكيات K2-18 b:
- يتجاوز قطر الجسم السماوي حجم الأرض بمقدار 2.6 مرة
- وتصل الكتلة الإجمالية إلى ما يعادل 8.6 أضعاف وزن الأرض
- يحدث المسار المداري بالكامل داخل المنطقة الصالحة للسكن للنجم
- يحتوي تكوين الغلاف الجوي على مستويات عالية من الميثان وثاني أكسيد الكربون
- يظل اكتشاف الأمونيا عند مستويات أقل بكثير من معيار الغاز
تفصل مجموعة هذه الخصائص الكيميائية والفيزيائية K2-18 b عن غالبية الكواكب النبتونية الفرعية التي تم تصنيفها بالفعل بواسطة المراصد الأرضية والفضائية. يعمل المزيج الدقيق للغازات كمختبر طبيعي لاختبار النظريات حول تكوين الكواكب.
خلاف بين الخبراء حول أصل الإشارة الكيميائية
يمثل ثنائي ميثيل سلفيد علامة حيوية قوية في السياق الأرضي، حيث لا توجد عملية جيولوجية معروفة تنتج المادة على نطاق واسع. التركيزات المقدرة من بيانات التلسكوب في K2-18 b تتجاوز الكميات الموجودة في محيطات الأرض بعدة مراتب من حيث الحجم. تعامل فريق جامعة كامبريدج مع الإشارة كدليل متوافق مع النشاط البيولوجي، لكنهم تجنبوا تصنيف الاكتشاف كدليل قاطع على وجود حياة خارج كوكب الأرض.
أدى تفسير البيانات إلى استجابات سريعة من المؤسسات البحثية الأخرى. أجرى العلماء في جامعة شيكاغو إعادة تقييم مستقلة لنفس المعلومات الأولية التي التقطها جيمس ويب. وخلص الفريق إلى أن الإشارة التي تم تحديدها على أنها ثنائي ميثيل سلفيد يمكن أن تكون نتيجة لضوضاء الآلات أو الاختلافات الصغيرة في معايرة أجهزة الاستشعار الحرارية. وأكدت التحليلات المشتركة التي شملت أدوات تلسكوب متعددة الهشاشة الإحصائية للكشف.
وصلت الإشارة الأصلية إلى مستوى ثقة يبلغ ثلاثة سيجما، وهو ما يمثل فرصة بنسبة 0.3% لأن تكون إنذارًا كاذبًا ناتجًا عن تقلبات عشوائية. يتطلب علم الفلك معيار خمسة سيجما كحد أدنى لتأكيد الاكتشافات عالية التأثير، مما يقلل هامش الخطأ إلى أقل من واحد في المليون. وتبين الحلقات السابقة في استكشاف الفضاء، مثل الإعلان عن اكتشاف الفوسفين في الغلاف الجوي لكوكب الزهرة، أن إشارات سيجما الثلاثة الأولية غالبا ما تختفي بعد تنقيح البيانات.
القيود الفنية وتخطيط الملاحظات الجديدة
تتضمن معالجة البيانات الطيفية إزالة التداخل الناتج عن الضوء الصادر من النجم المضيف وعن طريق المعدات نفسها. أظهرت الدراسات التي جمعت معلومات من أدوات NIRISS وNIRSpec وMIRI أنه يمكن تفسير طيف الضوء لـ K2-18 b دون وجود ثنائي ميثيل سلفيد. تنتج الجزيئات البديلة التي تحتوي في بنيتها على مجموعات الميثيل، مثل الإيثان، أنماطًا متشابهة جدًا لامتصاص الضوء ويمكن أن تربك خوارزميات التحديد.
أظهر تقليل البيانات الأولية حساسية شديدة لأي تغيير في رموز المعالجة. لم تكن النماذج الحسابية التي تتضمن الغاز البيولوجي توفر دائمًا ملاءمة أفضل من عمليات المحاكاة الأبسط المستندة إلى الجزيئات الشائعة. تبين أن كمية المعلومات المفيدة المستخرجة في نطاق تشغيل أداة MIRI أقل من حجم البيانات التي تم الحصول عليها بأطوال موجية أقصر.
لقد بشر تلسكوب جيمس ويب بالقدرة على تحليل أجواء الكواكب الخارجية المعتدلة بمستوى من التفاصيل مستحيل للأجيال السابقة من المراصد. تعتبر حالة K2-18 b بمثابة اختبار عملي لحدود تقنيات الرصد الجديدة هذه. وقد قامت وكالات الفضاء بالفعل ببرمجة نوافذ زمنية جديدة للتلسكوب لمراقبة عمليات العبور المستقبلية للكوكب. إن تراكم القياسات الجديدة سيعمل على تأكيد وجود الغاز أو تجاهل الفرضية البيولوجية بشكل نهائي.