تسرد الدراسة التي أجرتها جامعة كورنيل 45 كوكبًا صخريًا خارج المجموعة الشمسية ذات إمكانات صالحة للسكن

أكمل فريق دولي من علماء الفلك بقيادة جامعة كورنيل رسم خرائط تفصيلية تحدد 45 كوكبًا صخريًا خارج المجموعة الشمسية مع ظروف نظرية لدعم الحياة. وقام العلماء بتحليل قاعدة بيانات تحتوي على حوالي 6000 عالم تم اكتشافها بالفعل خارج النظام الشمسي. ويضع البحث فهرسًا للأولويات للرصدات الفلكية المستقبلية. وينصب التركيز على الأجرام السماوية الموجودة في المنطقة الصالحة للسكن لنجومها.

تمثل المنطقة الصالحة للسكن المنطقة المدارية حيث تسمح درجات الحرارة بوجود الماء السائل على سطح الكوكب. استخدمت الدراسة المعلومات التي تم التقاطها بواسطة تلسكوب جايا الفضائي وقارنت هذه الأرقام بملفات ناسا الرسمية. خضعت نتائج الفحص لمراجعة النظراء وتم نشرها في المجلة العلمية Monthly notifications of the Royal Astronomical Society. تستبعد القائمة النهائية الكواكب الغازية العملاقة وتعطي الأولوية للكواكب ذات التركيبة المشابهة للأرض.

معايير اختيار البيانات الفلكية وتحليلها

وتتطلب عملية الترشيح تطبيق معايير صارمة على الكتالوج العالمي للاكتشافات الفضائية. وتعرف ليزا كالتنيجر، الباحثة التي قامت بتنسيق المسح، العمل بأنه خريطة ملاحية للعلوم الحديثة. وقام الفريق بتقييم الإشعاع النجمي الذي يتلقاه كل كوكب لتحديد الصلاحية الحرارية للسطح. درجات الحرارة القصوى تقضي على إمكانية وجود الماء السائل. يعمل الماء كمذيب عالمي ومتطلب أساسي لعلم الأحياء المعروف.

قام علماء الفلك بتجميع المعلومات من أدوات الرصد المختلفة لضمان دقة القائمة النهائية. تجاوزت المنهجية التي اعتمدتها جامعة كورنيل متغيرات الفيزياء الفلكية المعقدة. وضعت المجموعة بروتوكول التحقق الذي يتضمن ركائز التحليل التالية:

• السجلات الفلكية من تلسكوب جايا الذي تديره وكالة الفضاء الأوروبية.
• الكتالوج العام للكواكب الخارجية التي تحتفظ بها خوادم ناسا.
• قياسات درجة حرارة السطح وتقديرات تكوين الصخور.
• تقييم الاستقرار المداري وسلوك النجم المضيف.
• إمكانية التقاط البيانات الطيفية من الغلاف الجوي في المستقبل.

يعتمد تفضيل العوالم الصخرية على بنية نظامنا الشمسي. توفر الكواكب ذات الأسطح الصلبة الركيزة اللازمة للتفاعلات الكيميائية المعقدة. تعاني عمالقة الغاز من ضغوط جوية ساحقة ونقص في الأراضي المحددة. ومع ذلك، يدرك البحث أن علم الأحياء خارج كوكب الأرض قد يعمل وفقًا لقواعد مختلفة. تشير ليزا كالتنيجر إلى أن قدرات الحياة على التكيف قد تتجاوز التوقعات الحالية لعلوم الأرض.

أنظمة النجوم ذات الأولوية والمسافات النسبية

يسلط الكتالوج النهائي الضوء على الأهداف التي تعد بالفعل من بين أهم الاكتشافات في علم الفلك المعاصر. يتصدر الكوكب الخارجي Proxima Centauri b القائمة من حيث القرب. ويدور الجرم السماوي حول أقرب نجم لنظامنا الشمسي، والذي يقع على بعد 4.2 سنة ضوئية فقط. هذا الحي الكوني يجعل الكوكب المرشح الأكثر سهولة للوصول إلى المسابر بين النجوم في المستقبل. تتطلب العوالم الأخرى تقنيات دفع غير موجودة حتى الآن للقيام بزيارة فعلية.

يقوم نظام TRAPPIST-1 بتركيز أكبر عدد من الأهداف الواعدة في منطقة واحدة من الفضاء. ويقع النجم القزم الأحمر على بعد 40 سنة ضوئية من الأرض، ويستضيف سبعة كواكب صخرية في مداره. أربعة من هذه العوالم تقع في المنطقة الصالحة للسكن: TRAPPIST-1d، TRAPPIST-1e، TRAPPIST-1f وTRAPPIST-1g. تعمل الخيارات المتعددة في نفس النظام على تحسين وقت مراقبة التلسكوب. يمكن لعلماء الفلك دراسة المراحل المختلفة لتطور الكواكب من خلال توجيه الأدوات نحو إحداثيات واحدة.

وتشمل القائمة أيضًا كواكب أكثر بعدًا تتمتع بخصائص فيزيائية استثنائية. يدور الكوكب الخارجي LHS 1140b حول نجم يبعد 48 سنة ضوئية ويجذب الانتباه لكثافته ومداره المستقر. يقع Kepler-186f على بعد حوالي 500 سنة ضوئية ويمثل معلما تاريخيا لأنه كان أول عالم بحجم الأرض يتم اكتشافه في المنطقة الصالحة للسكن. يظهر TOI-715b، الذي يقع على بعد 137 سنة ضوئية، كإضافة حديثة إلى الفهرس بعد اكتشافه بواسطة أقمار العبور الكوكبية.

الملاحظات الجوية ودور التلسكوبات الجديدة

إن تحديد المرشحين الـ 45 يحل مشكلة لوجستية للمجتمع الفلكي الدولي. إن الوقت اللازم لاستخدام المعدات المتطورة يكلف ملايين الدولارات ويتطلب جدولة سنوات مقدمًا. يتمتع تلسكوب جيمس ويب الفضائي بالقدرة التقنية على تحليل الضوء الذي يمر عبر الغلاف الجوي لهذه الكواكب الخارجية. تشير قائمة جامعة كورنيل إلى المكان الذي يجب أن توجه فيه المعدات مراياها بالضبط. الهدف المركزي هو البحث عن التوقيعات الحيوية.

تشتمل البصمات الحيوية على غازات تنتج على الأرض عن عمليات بيولوجية مستمرة. إن الكشف المتزامن عن الأكسجين والميثان في الغلاف الجوي الغريب من شأنه أن يوفر مؤشرا قويا على النشاط العضوي. تتفاعل هذه الغازات مع بعضها البعض وتختفي بسرعة دون مصدر تجديد ثابت. وجود الأوزون وأكسيد النيتروز مدرج أيضًا في قائمة العلامات الكيميائية المطلوبة. يتيح التحليل الطيفي تحليل ضوء النجوم وتحديد التوقيع الفريد لكل عنصر كيميائي موجود في هواء الكوكب.

ويحذر الباحثون من أن الكشف عن الغازات لا يضمن وجود الكائنات الحية. يمكن للعمليات الجيولوجية والبركانية أن تولد مركبات مماثلة دون أي تدخل بيولوجي. ويتطلب التحليل بناء نماذج مناخية معقدة لاستبعاد الإيجابيات الكاذبة. وتعمل وكالة الفضاء الأوروبية ووكالة ناسا على تطوير تلسكوبات من الجيل التالي مصممة خصيصًا لهذه المهمة. يُعد رسم الخرائط الحالي بمثابة وثيقة تأسيسية لتخطيط هذه المهام الفضائية المستقبلية.

الروابط النظرية للثقافة الشعبية وطرق الحياة البديلة

إن التقدم في فهرسة الكواكب الخارجية يجعل العلوم الدقيقة أقرب إلى المفاهيم التي يستكشفها الخيال العلمي. وقامت الباحثة ليزا كالتنيجر بمقارنة بين الدراسة والأعمال السينمائية الحديثة. يوضح فيلم “السلام عليك يا مريم” مهمات الطوارئ التي تستهدف أنظمة نجمية محددة. يذكر العمل نجومًا حقيقيين مثل Tau Ceti و40 Eridanus. وعلى الرغم من أن هذه الأنظمة لا تظهر في قائمة أفضل 45 مرشحًا، إلا أن الإشارة توضح مدى تأثير الفيزياء الفلكية على الخيال الشعبي حول الحياة في الكون.

لا يقتصر البحث العلمي على الأنماط البيولوجية الأرضية المعتمدة على الكربون. يدرس علماء الأحياء الفلكية صلاحية الكائنات الحية ذات الأيضات المختلفة جذريًا. تناقش الأدبيات العلمية إمكانية تكوين أشكال الحياة من السيليكون أو استخدام الأمونيا كمذيب بدلاً من الماء. توسع هذه الكيمياء الحيوية البديلة مفهوم المنطقة الصالحة للسكن. الكواكب التي تعتبر باردة أو ساخنة للغاية بالنسبة للبيولوجيا التقليدية يمكن أن تؤوي أنظمة بيئية غريبة.

إن إدراج هوامش التسامح الأوسع في النماذج المناخية يجعل من الممكن تقييم السيناريوهات المتطرفة. تتميز بعض الكواكب الخارجية الـ 45 المختارة بدوران متزامن، مما يجعل أحد جانبيها يواجه النجم بشكل دائم والآخر في الظلام الأبدي. الحياة على هذه العوالم يمكن أن تزدهر في المنطقة الفاصلة، الشريط الانتقالي بين النهار والليل الدائمين. سيحتاج الغلاف الجوي على هذه الكواكب إلى توزيع الحرارة بكفاءة لمنع التجمد العالمي أو التبخر الكلي للمحيطات.

التأثير على مهمات وكالة الفضاء المستقبلية

إن تحسين كتالوج الكواكب يحدد جدول أعمال استكشاف الفضاء للعقود القادمة. وتستخدم الوكالات الحكومية هذه البيانات لتبرير تمويل المراصد الأرضية والفضائية الجديدة. توفر نسبة 45 مرشحًا قويًا من أصل 6000 نتيجة أساسًا إحصائيًا مهمًا. يمكن لعلماء الفلك استقراء هذه الأرقام لتقدير العدد الإجمالي للعوالم الصالحة للسكن في درب التبانة. المجرة هي موطن لمليارات النجوم مع أنظمتها الكوكبية الخاصة.

يظل إرسال مجسات روبوتية إلى الأنظمة المجاورة هدفًا طويل المدى لهندسة الطيران. وتقترح المشاريع النظرية استخدام الأشرعة الشمسية المدفوعة بالليزر الأرضي للوصول إلى النجم بروكسيما سنتوري في حوالي 20 عامًا. إن تركيز الكواكب في نظام TRAPPIST-1 يجعل المنطقة الوجهة الأكثر جاذبية لمهمة استكشاف متعددة. يمكن لمسبار واحد أن يطير بالقرب من الكواكب TRAPPIST-1d وTRAPPIST-1e وTRAPPIST-1f وTRAPPIST-1g بالتسلسل.

سيتم تحديث القائمة المنشورة في الإشعارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية باستمرار. إن إطلاق التلسكوبات الجديدة وتقنيات الكشف المحسنة سيضيف عوالم جديدة إلى الكتالوج. قد يفقد بعض المرشحين الحاليين وضع الأولوية إذا كشفت الملاحظات المستقبلية عن أجواء سامة أو غياب الماء. يعمل عمل جامعة كورنيل على إنشاء أول خريطة طريق عملية للبحث عن حياة خارج كوكب الأرض في القرن الحادي والعشرين.