ما حقيقة تواجد الأكسجين على الكواكب الخارجية ؟ وهلا فعلا أن هذا الأمر مبالغ فيه ؟

يحذر علماء الفلك في دراسة جديدة لهم من أن وجود غلاف جوي غني بالاكسجين لا يعتبر بالضرورة مؤشر لوجود الحياة على الكواكب المكتشفة خارج المجموعة الشمسية.

يعرف علماء الفلك الآف الكواكب اللتي تدور حول النجوم الأخرى. وعلى الرغم من أن العديد من هذه العوالم تبدو غريبة جدا،الا ان بعضها يشبه الأرض بشكل مدهش. للمساعدة في البحث عن أي حياة محتملة على تلك الكواكب ، غالبا ما يستخدم الباحثون ما يسمى بالاشعاعات الحيوية كدليل; و هي عبارة عن مواد أو أدلة أخرى تشير إلى الحياة ، وتكون بمثابة دليل غير مباشر على وجودها.

يشكل الأكسجين في الغلاف الجوي لكوكب الأرض احد أكثر العناصر الحيوية وضوحاً التي قد يلاحظها عالم الفلك، فهو موجود في غلافنا الجوي بكميات عظيمة فقط لأن النباتات والبكتيريا التي تعمل على التركيب الضوئي قد أنتجته منذ مليارات السنين.

إن الأصل البيولوجي لأوكسجين الأرض هو جزئياً السبب وراء رغبة علماء الفلك في البحث عنه في الغلاف الجوي من المناطق الخارجية القريبة الشبيهة بالأرض. ولا سيما عند توفر التقنيات المتطورة التي طال انتظارها مثل تلسكوب جيمس ويب الفضائي. AGU Professional ولكن هناك ورقة جديدة نشرت بتاريخ 13 أفريل في مجلة


يمكن أن تطور الغلاف الجوي للأوكسجين دون أي مساعدة من الحياة على الإطلاق. وهذا يعني أن مجرد اكتشاف الأكسجين قد لا يكون مؤشر لوجود الحياة على هذه الكواكب.

البحث عن علامات الحياة

أولا: لماذا لا يتوقع الأكسجين في الغلاف الجوي لكوكب صخري عديم الحياة ؟ معظم الأكسجين في الغلاف الجوي لكوكب حديث الولادة يأخذ شكل الماء H2O. وأثناء السنوات الأولى لنجم شبيه بالشمس -والذي يطلق عليه مرحلة ما قبل التسلسل الرئيسي – يطلق ذلك النجم الأشعة فوق البنفسجية الشديدة.

هذا الضوء فوق البنفسجي يكسر جزيئات الماء الجوي للكوكب ، ويفصل الهيدروجين عن الأكسجين، ثم تنجرف ذرات الهيدروجين الأخف وزنا إلى الفضاء تاركة ذرات الأكسجين الأثقل وراءها.

ولكن النجوم الشبيهة بالشمس لديها مراحل قصيرة بشكل خاص قبل التسلسل الرئيسي على حدود حوالي 50 مليون سنة، هذا ليس الوقت الكافي للعملية السابقة لإفراز الكثير من الأوكسجين. والواقع أن هذا ينطبق أيضا على نظامنا الشمسي; كان الغلاف الجوي للأرض بعد فترة وجيزة من تكوينها يحتوي في الغالب على النيتروجين وثاني أكسيد الكربون.

تغير هذا فقط قبل أكثر من 2 بليون سنة ، بفضل تطوير شكل من أشكال الحياة يسمى cyanobacteria الذي يحول ثاني أكسيد الكربون إلى الأكسجين. وعلى مدى نحو 10 ملايين سنة ، حل الأكسجين المنتج بيولوجياً محل ثاني أكسيد الكربون باعتباره ثاني أكثر المكونات انتشارا في هواء الأرض (بعد النيتروجين). ان الاكسجين يشكل ما يقرب من 20 في المائة من الغلاف الجوي للأرض.

بناء على كل هذا ، الأكسجين هو واحد من أكثر الإشعاعات الحيوية إلحاحا التي يأمل الفلكيون في العثور عليها في الغلاف الجوي من أشباه النجوم الشبيهة بالأرض حول الشمس. ولكن هذه الدراسة الجديدة تحذر من وجود حالات يمكن فيها للأكسجين أن يتراكم بشكل بيولوجي ، أو بدون وجود الحياة.

وتستند النتائج إلى نمذجة حاسوبية جديدة لكيفية تطور الكواكب الصخرية مثل الأرض ، و انتقالها من مراحلها الصلبة المبكرة إلى أجسام صلبة ومستقرة على مدى عدة بلايين من السنين.

تطور الكوكب عملية معقدة تعتمد على عدة عوامل. وأحد العوامل المهمة للغاية هو المزيج الأولي من المواد في العالم ، والذي يشتمل على الصخر والماء والعناصر المتطايرة التي تتبخر عند درجات حرارة منخفضة نسبياً (يُعتبر كل من ثاني أكسيد الكربون والماء من العناصر المتطايرة).

كما يسمح نموذج الباحثين بتشكيلات أولية مختلفة ، مما يولد مجموعة ضخمة من الكواكب والاغلفة الجوية المحتملة. يعمل هذا النموذج أيضا في العمليات الكيميائية و الجيوكيميائية، التي يمكن أن تضيف أو تزيل الأكسجين من الغلاف الجوي للكوكب مما يجعله أكثر تعقيدا وشمولا من النماذج السابقة التي لا تنظر إلا في العمليات التي تحدث في الغلاف الجوي نفسه.

اختبر الباحثون أول نموذج لهم من خلال محاولة لإعادة تشكيل الأرض بدقة عالية.

صرح الكاتب الأول جوشوا كريسانسن توتون في جامعة كاليفورنيا سانتا كروز في بيان صحفي:
“إذا قمت بتشغيل النموذج للأرض ، مع ما نعتقد أنه المزيج الأولي للمتطايرة ، تتحصل على نفس النتيجة بشكل موثوق في كل مرة فبدون حياة لا تحصل على الأكسجين في الغلاف الجوي”
ولكن عندما ننتقل لنمذجة الكواكب ذات الظروف الأولية المختلفة عن الأرض ، “وجدنا أيضا سيناريوهات متعددة حيث يمكنك الحصول على الأكسجين بدون حياة” ، أضاف كريسانسن-توتون. في الواقع ، وجدوا ثلاثة مسارات رئيسية لكوكب صخري لكسب جو غني بالأكسجين بدون وجود الحياة.

السيناريو الأول يتلخص في عالم مائي شبيه بالأرض بمحيطات يبلغ حجمها 50 مرة (أو أكثر) أكبر من حجم الأرض، كل تلك المياه تضع ضغطا عاليا على قشرة الكوكب ، التي تمنع النشاط الجيولوجي. وهذا يضع حدا لظواهر عديدة مثل ذوبان الصخور ، التي تؤدي على حد سواء إزالة الأكسجين من الغلاف الجوي.

أما السيناريو الثاني فهو العكس: فالعالم الجاف الصحراوي الذي يحتوي على أقل من 0.3 من المحيطات الأرضية ينتهي فعلياً بسطح متين”الغلاف الجوي البخاري” من الماء لمدة مليون سنة تقريبا. هذا يوفر في نهاية المطاف خزان كبير من الأكسجين في الغلاف الجوي ، مع أشعة الشمس تفكك جزيئات الماء والهيدروجين يهرب إلى الفضاء. ولأن سطح الكوكب الصحراوي الصلب لا يستطيع إزالة أي أوكسجين ،فانه يبقى في الغلاف الجوي.

والطريقة الأخيرة اللتي تسمح لكوكب عديم الحياة بالتباهي بغلاف جوي من الأكسجين هي إذا كان العالم في البداية لديه نسبة أعلى من ثاني أكسيد الكربون إلى الماء مقارنة بالأرض المبكرة. وفي هذه الحالة ، يعاني الكوكب من تأثير الاحتباس الحراري (مثل الزهرة) ويصبح أكثر سخونة من أن تتشكل المحيطات في المقام الأول.

كما أنه أكثر حرارة من أن يتواجد مزيج متطاير في عباءة الكوكب ، حيث أنها قد تقوم بعزل الأكسجين من خلال التفاعلات الكيميائية بدلا من ذلك ، هذا المزيج المتطاير يبقى في الغلاف الجوي ، حيث أنه غير قادرعلى إزالة الأكسجين.

هناك طرق للحصول على الأكسجين في الغلاف الجوي دون حياة ، ولكن هناك ملاحظات أخرى يمكنك القيام بها للمساعدة في تمييز مصدر الاكسجين .قال كريسانسن توتون “لكل سيناريو نحاول أن نقول ما يجب أن يكون مقرابك قادرا على القيام به لتمييز(الأكسجين غير البيولوجي) عن الأكسجين البيولوجي”.

إعداد: العرفي زينة

تدقيق: هبة سعيدي

المصدر هنا