عوالم أفضل من الأرض / رينيه هيلر

وقد تكون الكواكب الأخرى، التي تختلف إلى حد كبير عن أرضنا، أفضل موطن للحياة في الكون 

هل نعيش في أفضل العوالم الممكنة؟ كان عالم الرياضيات الألماني جوتفريد لايبنتز يعتقد ذلك، فكتب في عام 1710 أن كوكبنا، على الرغم من كل عيوبه، لا بد أن يكون أفضل عالم يمكن تخيله. وقد تعرضت فكرة لايبنتز للسخرية ووصفها بالتمنيات غير العلمية، خاصة من قبل الكاتب الفرنسي فولتير، في رائعته "كانديد". ومع ذلك، قد تتلقى فكرة لايبنتز الدعم من مجموعة واحدة على الأقل من العلماء: علماء الفلك. لقد ظلوا لعقود من الزمن ينظرون إلى الأرض باعتبارها محكًا يبحثون من خلاله عن عوالم خارج نظامنا الشمسي.

إن العالم الكبير والصخري "الغني بالحياة"، والعطلة حول نجم أصغر من شمسنا، قد يكون غريبا ومألوفا في نفس الوقت. وستكون مناظرها الطبيعية أكثر استواءً بسبب الجاذبية العالية على سطحها، وقد يكون للنباتات هناك ظل أغمق من اللون الأخضر الموجود على الأرض، وذلك لامتصاص ضوء النجوم الضعيف بشكل أكثر فعالية.

נכון לעכשיו, אנו, בני כדור הארץ, עדיין מכירים רק עולם חי אחד ויחיד, העולם שלנו, ולכן יש היגיון מסוים להשתמש בו כתבנית שעל פיה מחפשים חיים במקומות אחרים, כמו למשל באזורים הדומים ביותר לכדור הארץ שעל פני מאדים או בירחו המימי של צדק, اوروبا. والآن، عندما يتم اكتشاف كواكب تدور حول نجوم أخرى غير شمسنا وتسمح بوجود حياة عليها من حيث المبدأ، فإنها تتحدى هذا النهج المتمركز حول الأرض.

خلال العشرين سنة الماضية، اكتشف علماء الفلك أكثر من 1,800 كوكب خارج النظام الشمسي، تسمى الكواكب الخارجية، وتظهر الحسابات الإحصائية أن مجرتنا موطن لما لا يقل عن 100 مليار كوكب آخر من هذا القبيل. من بين العوالم التي تم العثور عليها حتى الآن، هناك عدد قليل فقط يشبه الأرض إلى حد كبير. من الناحية العملية، فإنها تُظهر مجموعة هائلة من الخصائص: فهي تختلف بشكل كبير عن بعضها البعض في مداراتها وحجمها وتكوينها، وتدور حول نجوم مختلفة وغريبة، بما في ذلك النجوم الأصغر حجمًا والأكثر خفوتًا من شمسنا بكثير. وتشير الخصائص المتنوعة لهذه الكواكب إلى احتمالية، في رأيي وفي رأي آخرين، أن تكون الأرض بعيدة عن لقب الكوكب الأكثر صلاحية للحياة. في الواقع، من الممكن أن تكون لبعض الكواكب خارج النظام الشمسي، والتي تختلف تمامًا عن كوكبنا، فرصًا أكبر بكثير لإنشاء أنظمة حياة مستقرة والحفاظ عليها. وربما تكون تلك العوالم، التي يبدو أن لديها قدرة معززة على دعم الحياة، هي الأهداف الأكثر استحقاقًا للبحث عن حياة غريبة، خارج النظام الشمسي.

كوكب غير كامل
من المفهوم أن كوكبنا يتمتع بالعديد من الخصائص التي تبدو للوهلة الأولى مثالية للحياة. كانت الأرض تدور حول نجم في منتصف العمر، هادئ وساكن، ظل يضيء بثبات منذ مليارات السنين، والذي وفر الكثير من الوقت لتشكل الحياة وتطورها. يحتوي على محيطات من المياه الداعمة للحياة، ويرجع ذلك أساسًا إلى أن مداره حول الشمس يمر داخل "منطقة الموطن"، وهي منطقة ضيقة لا يكون فيها الضوء القادم من نجمنا قويًا جدًا ولا ضعيفًا جدًا. بالقرب من الشمس، يتبخر الماء الموجود على سطح الكوكب ويتحول إلى بخار، وبعيدًا عنه يتجمد ويتحول إلى جليد. تنعم الأرض أيضًا بحجم مناسب للحياة: فهي كبيرة بما يكفي للتمسك بغلاف جوي كثيف بدرجة كافية مع مجال جاذبيتها، ولكنها صغيرة بما يكفي لضمان عدم سحب الجاذبية لغطاء محكم وخانق من الغاز لتغليف الكوكب. ويشكل حجم الأرض وتكوينها الصخري ساحة مناسبة لعوامل أخرى مشجعة للحياة، مثل الصفائح التكتونية التي تنظم المناخ، والمجال المغناطيسي الذي يحمي الحياة من الإشعاعات الكونية الضارة.

ومع ذلك، كلما نظرنا نحن العلماء عن كثب إلى كيفية دعم كوكبنا للحياة، بدا الأمر أقل مثالية. في الوقت الحاضر، تختلف قدرة الأرض على دعم الحياة بشكل كبير من منطقة إلى أخرى، بحيث تخلو أجزاء كبيرة من سطحها من الحياة: الصحاري القاحلة، والمحيطات المفتوحة التي تندر فيها العناصر الغذائية، والمناطق القطبية المتجمدة. يتغير دعم الأرض للحياة أيضًا بمرور الوقت. لنتأمل على سبيل المثال أنه خلال معظم عصر الفحم الحجري القديم، وهي الفترة الزمنية التي بدأت قبل حوالي 350 مليون سنة واستمرت حوالي 50 مليون سنة، كان الغلاف الجوي للكوكب أكثر دفئا ورطوبة وأكثر ثراء بالأكسجين مما هو عليه اليوم. وازدهرت السرطانات والأسماك والشعاب المرجانية في مياه البحر، وغطت الغابات الكبيرة الأراضي، ونمت الحشرات والمخلوقات البرية الأخرى إلى أبعاد هائلة. ربما تكون الأرض في شكل فحم قد دعمت كتلة حيوية أكبر بكثير مما هو موجود اليوم، وهذا يعني أن الأرض اليوم يمكن اعتبارها كوكبًا أقل دعمًا للحياة مما كانت عليه في العصور القديمة.

علاوة على ذلك، نحن نعلم أن الأرض ستكون أقل ملاءمة للحياة في المستقبل. في حوالي خمسة مليارات سنة، ستستهلك شمسنا تقريبًا كل وقود الهيدروجين وستبدأ عمليات اندماج الهيليوم، وهي أكثر نشاطًا بكثير، في قلبها. ونتيجة لذلك، سوف تنتفخ الشمس وتصبح نجمًا من نوع "العملاق الأحمر" الذي سيحرق الأرض ويتحول إلى رماد. ومع ذلك، قبل ذلك بوقت طويل، ستأتي نهاية الحياة على الأرض. وسترتفع درجة الحرارة في قلب الشمس الذي يحتوي على احتياطيات الهيدروجين تدريجياً، وسيؤدي إلى زيادة بطيئة في معدل انبعاث الطاقة الإجمالي لها وسيزداد سطوعها بنحو 10% كل مليار سنة. ومعنى هذا التغير هو أن المنطقة المأهولة حول الشمس ليست منطقة ثابتة بل تتغير بمرور الوقت. ومع تحرك هذه المنطقة أبعد فأبعد عن شمسنا الساطعة باستمرار، فإنها ستترك الأرض وراءها في النهاية. وهذا ليس كل شيء: فالحسابات الأخيرة تظهر أن الأرض ليست في مركز المنطقة الصالحة للسكن ولكنها أقرب إلى حافتها الداخلية، وتتأرجح على حافة الحدود التي سترتفع حرارتها منها.

ونتيجة لذلك، في حوالي نصف مليار سنة، ستكون شمسنا مشرقة بما يكفي لخلق مناخ ناري على الأرض من شأنه أن يهدد بقاء الحياة المعقدة متعددة الخلايا. وفي حوالي 1.75 مليار سنة من الآن، فإن سطوع الشمس المتزايد بشكل مطرد سيجعل عالمنا ساخنًا جدًا لدرجة أن المحيطات سوف تتبخر وتمحو أي حياة بسيطة متبقية على سطحه. في الواقع، لقد تجاوزت الأرض فترة ازدهارها لدعم الحياة، والحياة عليها تتقدم بسرعة نحو مداها النهائي. خلاصة القول: يبدو من المعقول أن نقول إن الأرض اليوم هي كوكب قدرته على حمل الحياة محدودة.

البحث عن عالم أكثر ملائمة للحياة

في عام 2012، بدأت لأول مرة بالتفكير في مسألة الشكل الذي قد تبدو عليه العوالم الأكثر ملاءمة للحياة. في ذلك الوقت كنت أبحث في قدرة الأقمار الثقيلة، والعطلات حول عمالقة الغاز، على دعم الحياة. أكبر قمر في نظامنا الشمسي هو قمر المشتري جانيميد، الذي تبلغ كتلته 2.5% فقط من كتلة الأرض، مما يعني أنه صغير جدًا بحيث لا يمكن أن يكون له غلاف جوي مشابه لغلافنا الجوي. لكن خطر لي أن هناك طرقًا معقولة يمكن أن تتشكل بها الأقمار التي تقترب من كتلة الأرض في أنظمة كوكبية أخرى. يمكن لمثل هذه الأقمار أن تدور حول كواكب عملاقة تقع في المناطق الصالحة للسكن حول نجومها. في ظل هذه الظروف، قد يكون لديهم أجواء مشابهة لتلك الموجودة على كوكبنا.

يمكن لمثل هذه "الأقمار الخارجية" الثقيلة أن تدعم الحياة بشكل أفضل من الأرض لأنها يمكن أن توفر مجموعة متنوعة غنية من مصادر الطاقة لمحيط حيوي محتمل. وعلى عكس الأرض التي مصدر طاقتها الرئيسي هو ضوء الشمس، فإن المحيط الحيوي لمثل هذا القمر قد يستمد الطاقة أيضًا من الضوء المنعكس من الكوكب العملاق القريب، أو من الحرارة المنبعثة منه أو حتى من مجال جاذبيته القوية. عندما يدور القمر حول كوكب عملاق، يمكن لقوى المد والجزر أن تتسبب في انحناء قشرته ذهابًا وإيابًا، مما يخلق احتكاكًا يؤدي إلى تسخين الجزء الداخلي من القمر. على ما يبدو، فإن ظاهرة تسخين المد والجزر هي التي تخلق المحيطات الموجودة تحت الأرض، كما يُفترض، على القمر "أوروبا" الذي يدور حول كوكب المشتري وعلى القمر إنسيلادوس الذي يدور حول زحل. ومع ذلك، فإن هذا التنوع في الطاقات يمكن أن يكون سلاحًا ذا حدين، حيث أن الخلل الطفيف في التوازن بين مصادر الطاقة المتداخلة يمكن أن يدفع بسهولة مثل هذا العالم إلى حالة لا يمكنه فيها دعم الحياة.

حتى الآن، لم يتم تحديد أي أقمار خارج المجموعة الشمسية بشكل مؤكد، على الرغم من أنه من الممكن أن يتم اكتشاف بعض هذه الأقمار عاجلاً أم آجلاً في البيانات المؤرشفة من الأقمار الصناعية مثل تلسكوب كيبلر الفضائي التابع لناسا. وفي الوقت الحالي، يظل وجود مثل هذه الأجسام وإمكانية العثور عليها قادرة على حمل الحياة مجرد فرضية.

ومن ناحية أخرى، فمن الممكن أنه في قائمة الكواكب خارج المجموعة الشمسية التي تم التأكد من وجودها أو المرشحة للتأكيد، هناك بعض الكواكب التي يمكن أن تدعم الحياة على ما يبدو. كانت الكواكب الخارجية الأولى التي تم اكتشافها في منتصف التسعينيات عبارة عن عمالقة غازية ذات كتلة مماثلة لكتلة كوكب المشتري وكانت مداراتها قريبة جدًا من نجومها بحيث لا تدعم الحياة. ومع ذلك، مع مرور السنين، ومع تحسن التقنيات، بدأ علماء الفلك في العثور على كواكب أصغر حجمًا والمزيد والمزيد من الكواكب في مدارات أوسع وأكثر ملاءمة. معظم الكواكب التي تم اكتشافها في السنوات الأخيرة هي من ما يسمى بنوع "الأرض الفائقة"، أي الكواكب التي تصل كتلتها إلى عشرة أضعاف كتلة الأرض، ويتراوح نصف قطرها بين نصف قطر الأرض ونصف قطر نبتون. اتضح أن مثل هذه الكواكب شائعة جدًا حول النجوم الأخرى، ولكن لا يوجد حتى كوكب واحد حول شمسنا، لذلك يمكن أن يبدو نظامنا الشمسي إلى حد ما وكأنه شذوذ غير عادي.

في كثير من الحالات، تشير أنصاف أقطار الكواكب من هذا النوع إلى غلاف جوي سميك ومنتفخ، لذا فمن المرجح أن تكون نوعًا من "نبتون صغير" بدلاً من نسخ كبيرة جدًا من الأرض. ومع ذلك، فمن الممكن أن تكون بعض العوالم الأصغر حجمًا، التي يبلغ حجمها ضعف حجم الأرض تقريبًا، تحتوي بالفعل على تركيبة من الحديد والصخور مماثلة لتلك الموجودة في الأرض، وربما تحتوي على وفرة من الماء السائل على سطحها، إذا كانت تدور حولها. داخل المنطقة الصالحة للسكن من نجمهم. نحن نعلم الآن أن بعض هذه الكواكب، الأثقل قليلًا من الأرض، والتي قد يتبين أنها صخرية، تدور حول نجوم تسمى Nancy-M وK-Nancy، وهي أصغر من شمسنا وأخف وزنًا منها ولها عمر أطول بكثير. مما. במידה מסוימת בגלל תוחלת החיים המורחבת של הכוכב הזעיר שלהם, אותם כדורי ארץ מגודלים הם המועמדים המשכנעים ביותר כיום להיות עולמות בעלי כושר משודרג לתמיכה בחיים, כפי שהראיתי במודל שבניתי לאחרונה בשיתוף עם עמיתי ג'ון ארמסטרונג, פיזיקאי מאוניברסיטת המדינה של מחוז ובר במדינת יוטה שבארה "ب.

فوائد طول العمر
لقد بدأنا في عملنا من فرضية أن الكوكب الذي يطيل الحياة هو العنصر الأساسي الذي يمنح كواكبه قدرة مطورة على دعم الحياة. ففي نهاية المطاف، من غير المرجح أن تستمر الحياة على سطح الكوكب بعد غروب شمسه. يبلغ عمر شمسنا 4.6 مليار سنة، أي بالقرب من منتصف عمرها المقدر بحوالي 10 مليار سنة. ولكن إذا كان أصغر قليلاً، فسيتم تعريفه على أنه نجم قزم K طويل العمر. إن إجمالي كمية الوقود النووي التي يمكن أن تحرقها النجوم القزمة K أقل من الكمية المتاحة للنجوم الأكثر ضخامة، ولكنها تستخدم وقودها بكفاءة أكبر، وبالتالي تتمتع بعمر أطول. إن K-Nans في منتصف العمر الذي نراه اليوم أكبر من شمسنا بمليارات السنين، وسيستمر في التألق بعد مليارات السنين من وفاة شمسنا. وبالتالي فإن الحياة المفترضة بناءً على الكواكب المحيطة بها سيكون لديها المزيد من الوقت للتطور والانتشار.

قد يبدو ضوء القزم K أكثر احمرارًا قليلاً من ضوء الشمس، لكن نطاقه الطيفي سيكون قادرًا على دعم عملية التمثيل الضوئي على سطح الكوكب. تعتبر الأقزام M نجومًا أصغر حجمًا وأكثر اقتصادية، ويمكنها أن تتألق بثبات لمئات المليارات من السنين، لكن ضوءها خافت جدًا لدرجة أن منطقتها الصالحة للسكن قريبة جدًا منها. وعلى مثل هذه المسافة، قد تتعرض الكواكب للانفجارات النجمية وغيرها من الظواهر الخطيرة. لذا يبدو أنه فيما يتعلق بالظروف التي تدعم الحياة النجمية، فإن الأقزام K لديها التركيبة الفائزة: عمرها أطول من عمر شمسنا، ومع ذلك فهي ليست قاتمة بشكل غادر.

واليوم، قد تكون بعض تلك النجوم طويلة العمر محاطة بكواكب أرضية صخرية أكبر عمرًا من نظامنا الشمسي بعدة مليارات من السنين. ربما نشأت الحياة في تلك الأنظمة الكوكبية قبل فترة طويلة من ولادة شمسنا، وازدهرت وتطورت على مدى مليارات السنين حتى قبل ظهور أول جزيء حيوي من الحساء البدائي على الأرض الفتية. أحد الأشياء الأكثر روعة بالنسبة لي هو احتمال أن الحياة في العوالم القديمة ربما كانت قادرة على إجراء تعديلات على بيئتها العالمية لتعزيز قابلية الكوكب للسكن بشكل أكبر، كما فعلت الحياة على الأرض. ومن الأمثلة الرئيسية على ذلك الحدث المعروف باسم "كارثة الأكسجين"، والذي وقع منذ حوالي 2.4 مليار سنة، عندما بدأت كميات كبيرة من الأكسجين تتراكم في الغلاف الجوي للأرض لأول مرة. يبدو أن الأكسجين جاء من الطحالب البحرية وأدى أخيرًا إلى تطور عملية التمثيل الغذائي التي تستهلك المزيد من الطاقة، والتي بفضلها يمكن للمخلوقات أن تطور جسمًا أكبر وأكثر متانة ونشاطًا. وكان هذا التقدم خطوة حاسمة نحو الخروج التدريجي للحياة من محيطات الأرض لاستعمار القارات. إذا تم العثور على اتجاهات مماثلة للارتقاء البيئي في أنظمة الحياة الفضائية، فيمكننا أن نتوقع أن تتحسن قدرة الكواكب التي تعيش حول نجوم طويلة العمر لدعم الحياة مع تقدمها في السن.

لكن لكي تتمكن الكواكب التي تدور حول نجوم صغيرة طويلة العمر من دعم حياة أفضل من الأرض، يجب أن تكون أثقل من الأرض. يمكن للكتلة الإضافية أن تبشر بعلاج اثنين من المخاطر المحتملة التي تهدد الكواكب الصخرية القديمة. إذا كانت أرضنا تقع في المنطقة الصالحة للسكن لنجم قزم صغير، فإن الجزء الداخلي من الكوكب سيبرد قبل وقت طويل من وصول النجم إلى نهايته. وهذا من شأنه أن يعطل قدرته على دعم الحياة. على سبيل المثال، تؤدي الحرارة الداخلية للكوكب إلى الانفجارات البركانية وتكتونية الصفائح، وهي العمليات التي تجدد وتعيد تدوير غاز ثاني أكسيد الكربون الدفيئة في الغلاف الجوي. ولولا هذه العمليات، لكانت كمية ثاني أكسيد الكربون الموجودة في الغلاف الجوي على الكوكب تتناقص باستمرار لأن الأمطار ستغسل الغاز من الهواء وتنقله إلى الصخور. في النهاية، سيتم تثبيط ظاهرة الاحتباس الحراري العالمية، التي تعتمد على ثاني أكسيد الكربون، مما يزيد من احتمال دخول كوكب شبيه بالأرض إلى حالة "كرة الثلج" حيث تتجمد كل المياه الموجودة على سطحه ولن تتمكن الحياة من البقاء. الاستمرار في الوجود عليه.

وإلى جانب الإلغاء المحتمل لظاهرة الاحتباس الحراري التي تعمل على تسخين الكوكب، إذا برد هذا العالم الصخري القديم من الداخل، فإن المجال المغناطيسي المحيط به قد يلغي أيضًا ويتوقف عن حمايته. تمتلك الأرض درعًا على شكل مجال مغناطيسي تم إنشاؤه بواسطة قلب يحوم ويدور من الحديد المنصهر، ويعمل مثل الدينامو. ويظل اللب سائلاً بسبب الحرارة المتبقية فيه منذ تشكل الكوكب، وبسبب اضمحلال النظائر المشعة. بمجرد أن يفرغ الحمام الحراري الداخلي لكوكب صخري، يتقلص قلبه، ويتوقف الدينامو، ويسقط الدرع المغناطيسي، ولم يعد يمنع الإشعاع الكوني والانفجارات النجمية من تآكل الغلاف الجوي العلوي وغزو سطح الكوكب. ونتيجة لذلك، من المتوقع أن تفقد الكواكب القديمة الشبيهة بالأرض الكثير من غلافها الجوي لصالح الفضاء. وإذا كانت هناك حياة عليها، فإن زيادة مستويات الإشعاع الضار سوف تلحق الضرر بها.

إن الكواكب الصخرية العملاقة التي يصل حجمها إلى ضعف حجم كوكبنا يجب أن تتقدم في العمر بشكل أكثر رشاقة من الأرض، لأن كتلتها الأكبر بكثير ستساعد في الحفاظ على حرارتها الداخلية لفترة أطول بكثير. لكن الكواكب التي تبلغ كتلتها ما بين ثلاثة إلى خمسة أضعاف كتلة الأرض قد تكون أكبر من أن تحتوي على صفائح تكتونية، لأن الضغوط واللزوجة في غلافها ستكون عالية جدًا لدرجة أنها ستمنع الحرارة من التدفق بالقدر المطلوب. إن الكوكب الصخري الذي تبلغ كتلته ضعف كتلة الأرض فقط سيظل يتمتع بصفائح تكتونية وسيكون قادرًا على الحفاظ على دوراته الجيولوجية ومجاله المغناطيسي لعدة مليارات من السنين أطول من الأرض. سيكون قطر مثل هذا الكوكب أيضًا أكبر بحوالي 25% من قطر الأرض، وبالتالي فإن مساحة المعيشة التي ستكون متاحة لأي كائنات حية ستكون أكبر بحوالي 56% من مساحة البشر.

الحياة على الأرض الفائقة مليئة بالحياة
كيف سيبدو مثل هذا الكوكب؟ تميل الجاذبية الأعلى على سطح الأرض إلى منح الأرض العملاقة غلافًا جويًا أكثر كثافة قليلًا من غلافنا الجوي، وسوف تنجرف الجبال الموجودة عليها بمعدل أسرع. بمعنى آخر، سيكون لهذا الكوكب هواء أكثر كثافة نسبيًا وسطحًا مسطحًا. إذا كانت هناك محيطات، فإن المناظر الطبيعية المسطحة للكوكب ستتسبب في احتواء المياه في عدد كبير من البحار الضحلة حيث ستنتشر سلاسل الجزر، وليس في أحواض جوفية ضخمة لا ينقطع استمراريتها إلا عن طريق عدد قليل من القارات الكبيرة [انظر الإطار في الصفحتين 36 و37]. وكما أن التنوع البيولوجي في محيطات الأرض يكون أكثر ثراءً في المياه الضحلة بالقرب من السواحل، فإن مثل هذا "العالم الجزري" من شأنه أن يوفر ميزة هائلة للحياة. ومن الممكن أيضًا أن يستمر التطور بمعدل أسرع في النظم البيئية الجزرية المعزولة، وبالتالي قد تكون قادرة على توفير دفعة أخرى للتنوع البيولوجي.

وبطبيعة الحال، بدون قارات كبيرة، فإن المساحة الإجمالية التي ستكون متاحة للحياة الأرضية في العالم الجزري الافتراضي ستكون أصغر مما هي عليه في العالم الأرضي، ومن الممكن أن يؤدي مثل هذا الوضع إلى انخفاض القدرة الإجمالية على دعم الحياة. لكن ليس بالضرورة، خاصة وأن المناطق الموجودة في وسط القارات تميل إلى التحول إلى صحاري مقفرة، لأنها بعيدة عن الهواء البحري الرطب والمعتدل. علاوة على ذلك، فإن مساحة سطح الكوكب الداعمة للحياة يمكن أن تتأثر بشكل كبير بزاوية ميل محور دورانه بالنسبة لمستوى حركته حول النجم. على الأرض، على سبيل المثال، تبلغ هذه الزاوية حوالي 23.4 درجة، وهذا الميل يخلق الفصول ويخفف من اختلافات درجات الحرارة بين المناطق الاستوائية الأكثر دفئًا والمناطق القطبية الباردة، والتي بدونها ستكون متطرفة للغاية. بالمقارنة مع الأرض، في عالم جزيرة مع ميل محور دوران مثالي، يمكن أن تكون كل من المناطق الاستوائية والقطبية دافئة، بدون أنهار جليدية، وبفضل أبعادها الأكبر ومساحة سطحها الأكبر، يمكن أن تتباهى بقدر أكبر من الحياة. دعم الأرض مما لو كان لديه قارات كبيرة.

وإذا جمعنا كل هذه التأملات فيما يتعلق بالخصائص المهمة للحياة، فسوف نرى أن العوالم الغنية بالحياة قد تكون أكبر قليلاً من الأرض، وأن النجوم من حولها أصغر قليلاً وأكثر خفوتاً من الشمس. إذا كان هذا الاستنتاج صحيحا، فهذه أخبار مثيرة بشكل خاص لعلماء الفلك، لأنه على المسافات بين النجوم، يكون التعرف على مثل هذه الكواكب ودراستها أسهل بكثير من التوائم المتماثلة لنظام الأرض والشمس. حاليًا، تُظهر إحصائيات مسوحات الكواكب الخارجية أن مثل هذه الأنظمة المكونة من كواكب أثقل قليلاً والتي تدور حول نجوم صغيرة هي أكثر شيوعًا في جميع أنحاء مجرتنا من نظيراتها في النظام الشمسي. وهكذا يبدو أن لدى علماء الفلك العديد من الأماكن المثيرة للبحث عن الحياة أكثر مما كنا نعتقد حتى الآن.

ومن أهم النتائج التي توصل إليها تلسكوب كيبلر الفضائي، كوكب كيبلر-186ف، الذي يلفت الانتباه في هذا السياق. ويبلغ قطر هذا العالم، الذي أُعلن عن تحديده في أبريل 2014، أكبر من قطر الأرض بنسبة 11%، وهو على الأرجح عالم صخري يدور حول قزم M ضمن منطقته الصالحة للسكن. من المحتمل أن يكون عمره عدة مليارات من السنين، وربما أقدم من الأرض. وهي تقع على مسافة حوالي 500 سنة ضوئية، أي أنها غير متاحة للملاحظات التي يمكن إجراؤها اليوم أو في المستقبل القريب وتقليل مساحة التنبؤات حول قدرتها على دعم الحياة، ولكن على حد علمنا ، يمكن أن يكون عالم جزيرة غني بالحياة.

من الممكن قريبًا اكتشاف مرشحات أقرب تدور حول نجوم صغيرة قريبة في أحد المشاريع المتنوعة، أبرزها مهمة PLATO التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية، والمقرر إطلاقها في عام 2024. يمكن أن تكون مثل هذه الأنظمة القريبة أهدافًا مبكرة لتلسكوب جيمس ويب الفضائي، المقرر إطلاقه في عام 2018، والذي سيبحث عن علامات الحياة في أجواء عدد صغير من العوالم التي قد تتمتع بقدرة معززة على دعم الحياة. ومع ما يكفي من الحظ، قد نتمكن قريبًا من الإشارة إلى مكان ما في السماء حيث يوجد عالم أكثر كمالا.

باختصار
يبحث علماء الفلك عن توائم أرضية تدور حول نجوم شبيهة بالشمس.
إن تحديد مثل هذه الكواكب يتطلب منا أن نوسع تقنيتنا إلى أقصى الحدود.
في المقابل، من الأسهل اكتشاف الكواكب الأكبر التي تدور حول نجوم أصغر وقد تكون شائعة جدًا.
إن إعادة التفكير تثير احتمال أن مثل هذه الأنظمة، إلى جانب الأقمار الضخمة التي تدور حول كواكب عملاقة، قد تشجع أيضًا على تكوين الحياة أكثر من كوكبنا المألوف.

الأرض مقابل الأرض الفائقة

لماذا التربة الثقيلة جيدة للحياة
ويركز علماء الفلك الذين يبحثون عن حياة حول نجوم أخرى بشكل متزايد على الكواكب العملاقة، وهي كواكب أكبر من كوكبنا، والتي تصل كتلتها إلى 10 أضعاف كتلة الأرض، ولكنها لا تزال أصغر من العمالقة الغازية، وبالتالي ربما تكون صخرية. تعتبر الكواكب التي تبلغ كتلتها ضعف كتلة الأرض أهدافًا واعدة بشكل خاص، لأنها تتمتع بخصائص معينة يمكن أن تجعلها أكثر ملاءمة للحياة من كوكبنا.

الحياة على الارض
كوكبنا ناجح في كثير من النواحي. تقع الأرض في المنطقة "الصحيحة تمامًا" لكوكب هادئ في منتصف العمر، وتفتخر بمحيط عالمي، على الرغم من عمقه، لا يزال ضحلًا بدرجة كافية للسماح بحياة أراضٍ جافة. إنه كبير بما يكفي لتوفير جو لائق، ولكنه صغير بما يكفي لتجنب تراكم طبقات الغاز التي من شأنها أن تخنق الحياة. وبفضل تركيبة الأرض الصخرية في الغالب، فإنها تحتفظ أيضًا بما يكفي من الحرارة الداخلية للحفاظ على تكتونية الصفائح التي تعمل على استقرار المناخ، ولديها مجال مغناطيسي يحمي الكوكب.

الحياة على أرض صديقة للحياة للغاية
إن الكوكب الغني بالحياة، والذي تبلغ كتلته ضعف كتلة الأرض تقريبًا، سيكون له جاذبية سطحية أقوى، وبالتالي غلاف جوي أكثر سمكًا، وطقس متسارع الانجراف، وتضاريس مسطحة. وقد تكون النتيجة عالمًا من البحار الضحلة التي تتخللها سلاسل الجزر، على عكس العالم المألوف المتمثل في المحيطات العميقة والقارات الكبيرة. ومثل هذه الجغرافيا يمكن أن تكون ميزة للحياة، في ظل حقيقة أن سلاسل الجزر المنتشرة على سطح الأرض هي من أكثر المناطق كثافة وتنوعا بيولوجيا على هذا الكوكب. ومع ذلك، فإن أهم الميزات التي تجعل مثل هذا الكوكب مناسبًا للحياة موجودة في أعماق قلب الكوكب.

القلب الذي لا يتوقف أبدا

إن الأرض الصخرية العملاقة، التي تبلغ كتلتها ضعف كتلة الأرض، ستحتفظ بداخلها بكمية كبيرة من الحرارة، سواء الحرارة المتبقية من فترة تكوينها أو من اضمحلال النظائر المشعة. يمكن لهذا الحمام الحراري أن يخلق نواة منصهرة ودوامة تشبه نواة الأرض، ولكنها أطول عمرا بكثير. سيخلق هذا اللب مجالًا مغناطيسيًا قويًا حول الكوكب، مما يحمي الغلاف الجوي والسطح من الأشعة الكونية المدمرة.

دورة الكربون المستمرة
يمكن للحرارة الأساسية الدوامة داخل الأرض العملاقة أن تساعدها في الحفاظ على البراكين وتكتونية الصفائح لفترة أطول من الأرض. وهذه العمليات ضرورية لتنظيم دورة الكربون على كوكب الأرض، وعلى أية حال، لتنظيم مناخه. تقذف البراكين ثاني أكسيد الكربون الذي يحبس الحرارة إلى الغلاف الجوي، وتقوم الأمطار المتساقطة بغسله ببطء مرة أخرى في الصخور. تحرك الصفائح التكتونية هذه الصخور إلى داخل الكوكب، حيث "يطبخ" ثاني أكسيد الكربون ويعود أخيرًا إلى الهواء من خلال النشاط البركاني. تُظهر النماذج النظرية أن الكواكب الأرضية الفائقة التي تتراوح كتلتها بين ثلاثة وخمسة أضعاف كتلة الأرض قد تكون أكبر من أن تحتوي على صفائح تكتونية، لذا فإن العوالم التي تبلغ كتلتها ضعف كتلة الأرض فقط هي مرشحة أفضل للحياة.

ضوء الشمس ثابت
وبغض النظر عن صفات الكوكب، فإن قدرته على دعم الحياة تعتمد بشكل أساسي على الكوكب الذي يدور حوله. تحرق النجوم الأصغر من الشمس وقودها النووي بشكل أكثر كفاءة، ويمكن أن تستمر في الوجود لدهور ودهور أطول من الشمس، لذا فإن كواكبها لديها وقت أطول بكثير لتطوير الحياة المناعية. يمكن للنجوم الصغيرة الخافتة المعروفة باسم K-dwarfs أن تتألق لعشرات المليارات من السنين، على عكس العمر المقدر لشمسنا، والذي يبلغ حوالي 10 مليارات سنة، ولذلك تجد المسار الذهبي بين توفير كمية كافية من الضوء و عمر ممتد. قد تتمتع الكواكب الأرضية الصغيرة الصغيرة التي تقضي إجازتها في منطقة سكن Nancy-K بمزيج ناجح من الظروف المعيشية.

الحياة تمر في الشمس
مع تقدم النجوم في العمر، فإنها تزيد من حرارة كواكبها
في المعايير البشرية للزمن، تبدو المنطقة الصالحة للسكن على كوكب ما ثابتة. ولكن نظرًا لأن النجوم تصبح أكثر سطوعًا مع تقدمها في السن، فإن هذه المنطقة تنجرف بعيدًا على مر العصور، تاركة في النهاية العوالم الحاملة للحياة وراءها. تقع الأرض بالقرب من الحد الداخلي للمنطقة الصالحة للسكن في الشمس، وستكون ساخنة جدًا بحيث لا تدعم وجود الماء السائل خلال حوالي 1.75 مليار سنة. تتألق النجوم الأصغر بشكل خافت ولفترة زمنية أطول من الشمس، لذلك تظل منطقتها الصالحة للسكن ثابتة تقريبًا لعشرات المليارات من السنين، وهو الوضع الذي قد يزيد من عمر كواكبها.

المزيد عن هذا الموضوع
المناخات الصالحة للسكن: تأثير الميل. ديفيد س. شبيغل، وكريستين مينو، وكاليب أ. شارف في مجلة الفيزياء الفلكية، المجلد. 691، لا. 1، الصفحات 596-610؛ 20 يناير 2009.
http://iopscience.iop.org/0004-637X/691/1/596/article
قابلية السكن على Exomoon مقيدة بالإضاءة وتدفئة المد والجزر. رينيه هيلر وروري بارنز في علم الأحياء الفلكي، المجلد. 13، لا. 1، الصفحات 18-46؛ 2013. http://arxiv.org/abs/1209.5323
أعمار المنطقة الصالحة للسكن للكواكب الخارجية حول نجوم التسلسل الرئيسي. Andrew J. Rushby، Mark W. Claire، Hugh Osborn و Andrew J. Watson في علم الأحياء الفلكي، المجلد. 13، لا. 9، الصفحات 833-849؛ 18 سبتمبر 2013.
عوالم فائقة الصالحة للحياة. رينيه هيلر وجون أرمسترونج في علم الأحياء الفلكي، المجلد. 14، لا. 1، الصفحات 50-66؛ 16 يناير 2014. http://arxiv.org/abs/1401.2392
بزوغ الفجر في سماء بعيدة. مايكل د. ليمونيك، مجلة ساينتفيك أمريكان إسرائيل، عدد أكتوبر-نوفمبر 2013. http://www.sciam.co.il/archives/6999
إضافة إلى التغريد

على دفتر الملاحظات
رينيه هيلر هو زميل ما بعد الدكتوراه في معهد الأصول بجامعة ماكماستر في أونتاريو، وعضو في برنامج تدريب علماء الأحياء الفلكية الكندي (CATP). تركز أبحاثه على تكوين الأقمار خارج المجموعة الشمسية وتطورها المداري واكتشافاتها وإمكانية الحياة عليها. وهو يحمل اللقب غير الرسمي لبطل العالم في بودنغ الأرز الألماني.

تم نشر المقال بإذن من مجلة ساينتفيك أمريكان إسرائيل