كيف يبحث العلماء عن حياة خارج كوكب الأرض

2024 مؤلف: Seth Attwood | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-16 15:57

ربما توجد عوالم مأهولة أخرى في مكان ما في الكون. ولكن ، إلى أن وجدناهم ، فإن الحد الأدنى من البرنامج هو إثبات أن الحياة خارج الأرض على الأقل في شكل ما. ما مدى قربنا من ذلك؟

في الآونة الأخيرة ، نسمع بشكل متزايد عن الاكتشافات التي "يمكن أن تشير" إلى وجود حياة خارج كوكب الأرض. فقط في سبتمبر 2020 ، أصبح معروفًا باكتشاف غاز الفوسفين على كوكب الزهرة - وهو علامة محتملة على الحياة الميكروبية - وبحيرات الملح على المريخ ، حيث يمكن أن توجد أيضًا الميكروبات.

ولكن على مدار المائة وخمسين عامًا الماضية ، فقد مستكشفو الفضاء أكثر من مرة تفكيرًا بالتمني. لا يوجد حتى الآن إجابة موثوقة على السؤال الرئيسي. أم هناك على أي حال ولكن العلماء حذرون من العادة؟

خطوط التلسكوب

في سبعينيات القرن التاسع عشر ، رأى عالم الفلك الإيطالي جيوفاني شياباريللي خطوطًا طويلة ورفيعة على سطح المريخ من خلال تلسكوب وأعلن عنها "قنوات". أطلق عنوانًا لا لبس فيه على الكتاب عن اكتشافه "الحياة على كوكب المريخ". وكتب "من الصعب ألا ترى على المريخ صورًا مشابهة لتلك التي تشكل مناظرنا الأرضية".

في الإيطالية ، تعني كلمة كانالي القنوات الطبيعية والاصطناعية (لم يكن العالم نفسه متأكدًا من طبيعتها) ، ولكن عند ترجمتها ، فقد هذا الغموض. لقد صرح أتباع شياباريللي بوضوح بالفعل عن حضارة المريخ القاسية ، التي خلقت ، في مناخ جاف ، مرافق ري هائلة.

كتب لينين ، الذي قرأ كتاب بيرسيفال لويل "المريخ وقنواته" في عام 1908: "العمل العلمي. يثبت أن المريخ مأهول ، وأن القنوات هي معجزة تكنولوجية ، وأن الناس هناك يجب أن يكونوا أكبر بمقدار 2/3 مرات من السكان المحليين ، علاوة على ذلك ، مع جذوع ، ومغطاة بالريش أو جلود الحيوانات ، بأربعة أو ستة أرجل.

N … نعم ، خدعنا كاتبنا ، واصفًا جمال المريخ بشكل غير كامل ، يجب أن يكون طبقًا للوصفة: "ظلمة الحقائق الباطلة أعزَّ لنا مما نثير الخداع". كان لويل مليونيرا ودبلوماسيا سابقا. كان مغرمًا بعلم الفلك واستخدم أمواله لبناء أحد أكثر المراصد تقدمًا في أمريكا. بفضل لويل ، احتل موضوع حياة المريخ الصفحات الأولى لأكبر الصحف في العالم.

صحيح ، في نهاية القرن التاسع عشر ، كان العديد من الباحثين متشككين بشأن فتح "القنوات". أعطت الملاحظات باستمرار نتائج مختلفة - اختلفت البطاقات حتى بالنسبة لشياباريللي ولويول. في عام 1907 ، أثبت عالم الأحياء ألفريد والاس أن درجة الحرارة على سطح المريخ أقل بكثير مما افترض لويل ، وأن الضغط الجوي منخفض جدًا لدرجة لا تسمح بوجود الماء في صورة سائلة.

وضعت محطة الكواكب "مارينر -9" ، التي التقطت صوراً للكوكب من الفضاء في السبعينيات ، حداً لتاريخ القنوات: تحولت "القنوات" إلى وهم بصري.

منذ النصف الثاني من القرن العشرين ، تضاءلت الآمال في إيجاد حياة منظمة للغاية. أظهرت الدراسات التي أجريت باستخدام المركبات الفضائية أن الظروف على الكواكب القريبة ليست حتى قريبة من تلك الموجودة على الأرض: انخفاض شديد في درجات الحرارة ، وغلاف جوي بدون علامات الأكسجين ، ورياح قوية ، وضغط هائل.

من ناحية أخرى ، حفزت دراسة تطور الحياة على الأرض الاهتمام بالبحث عن عمليات مماثلة في الفضاء. بعد كل شيء ، ما زلنا لا نعرف كيف وبفضل ما نشأت الحياة من حيث المبدأ.

حدثت العديد من الأحداث في هذا الاتجاه في السنوات الأخيرة. الاهتمام الرئيسي هو البحث عن الماء والمركبات العضوية التي يمكن أن تتشكل منها أشكال الحياة البروتينية ، بالإضافة إلى البصمات الحيوية (المواد التي تنتجها الكائنات الحية) والآثار المحتملة للبكتيريا في النيازك.

دليل السائل

وجود الماء شرط أساسي لوجود الحياة كما نعرفها. يعمل الماء كمذيب ومحفز لأنواع معينة من البروتينات.كما أنه وسيلة مثالية للتفاعلات الكيميائية ونقل العناصر الغذائية. بالإضافة إلى ذلك ، يمتص الماء الأشعة تحت الحمراء ، لذلك يمكنه الاحتفاظ بالحرارة - وهذا مهم للأجرام السماوية الباردة البعيدة تمامًا عن النجم.

تظهر بيانات الرصد أن الماء في الحالة الصلبة أو السائلة أو الغازية موجود في أقطاب عطارد ، داخل النيازك والمذنبات ، وكذلك على كوكب المشتري وزحل وأورانوس ونبتون. اقترح العلماء أيضًا أن أقمار المشتري يوروبا وجانيميد وكاليستو بها محيطات شاسعة تحت السطح من الماء السائل. لقد وجدوها بشكل أو بآخر في الغازات البينجمية وحتى في أماكن لا تصدق مثل الغلاف الضوئي للنجوم.

لكن دراسة آثار المياه يمكن أن تكون واعدة لعلماء الأحياء الفلكية (المتخصصين في علم الأحياء خارج كوكب الأرض) فقط عندما تكون هناك ظروف مناسبة أخرى. على سبيل المثال ، درجات الحرارة والضغط والتركيب الكيميائي على نفس زحل والمشتري شديدة للغاية وقابلة للتغيير بحيث لا تستطيع الكائنات الحية التكيف معها.

شيء آخر هو الكواكب القريبة منا. حتى لو بدت اليوم غير مضيافة ، يمكن أن تبقى الواحات الصغيرة التي بها "بقايا من الفخامة السابقة" عليها.

في عام 2002 ، اكتشفت المركبة المدارية Mars Odyssey رواسب من الجليد المائي تحت سطح المريخ. بعد ست سنوات ، أكد مسبار Phoenix نتائج سلفه ، حيث حصل على ماء سائل من عينة جليدية من القطب.

كان هذا متسقًا مع النظرية القائلة بأن الماء السائل كان موجودًا على سطح المريخ مؤخرًا (وفقًا للمعايير الفلكية). وبحسب بعض المصادر ، فقد هطلت الأمطار على الكوكب الأحمر "فقط" قبل 3.5 مليار سنة ، وفقًا لمصادر أخرى - حتى قبل 1.25 مليون سنة.

ومع ذلك ، ظهرت عقبة على الفور: لا يمكن أن توجد المياه على سطح المريخ في حالة سائلة. عند الضغط الجوي المنخفض ، يبدأ على الفور في الغليان والتبخر - أو التجمد. لذلك ، فإن معظم المياه المعروفة الموجودة على سطح الكوكب في حالة الجليد. كان هناك أمل في أن الأمر الأكثر إثارة للاهتمام كان يحدث تحت السطح. هكذا نشأت فرضية البحيرات المالحة تحت المريخ. وفقط في اليوم الآخر تلقت تأكيدًا.

اكتشف علماء من وكالة الفضاء الإيطالية في أحد أقطاب المريخ نظامًا من أربع بحيرات بمياه سائلة تقع على عمق يزيد عن 1.5 كيلومتر. تم الاكتشاف باستخدام بيانات صوت الراديو: يوجه الجهاز موجات الراديو إلى باطن الكوكب ، ويحدد العلماء ، من خلال انعكاسهم ، تكوينها وهيكلها.

يشير وجود نظام كامل من البحيرات ، وفقًا لمؤلفي العمل ، إلى أن هذه ظاهرة عادية للمريخ.

لا يزال التركيز المحدد الدقيق للأملاح في بحيرات المريخ غير معروف ، وكذلك تكوينها. وفقًا للمدير العلمي لبرنامج المريخ ، روبرتو أوروسي ، نحن نتحدث عن حلول قوية جدًا بـ "عشرات بالمائة" من الملح.

تشرح عالمة الأحياء الدقيقة إليزافيتا بونش-أوسمولوفسكايا ، أن هناك ميكروبات محبة للملوحة على الأرض تحب الملوحة العالية. يطلقون مواد تساعد في الحفاظ على توازن الماء والكهرباء وحماية هياكل الخلايا. ولكن حتى في البحيرات الجوفية شديدة الملوحة (المحاليل المائية) بتركيز يصل إلى 30٪ ، يوجد عدد قليل من هذه الميكروبات.

وفقًا لأوروساي ، يمكن أن تبقى آثار أشكال الحياة التي كانت موجودة عندما كانت هناك مناخات أكثر دفئًا وماء على سطح الكوكب ، وظروف تشبه الأرض في وقت مبكر ، في بحيرات المريخ.

لكن هناك عقبة أخرى: تكوين الماء ذاته. تربة المريخ غنية بالبيركلورات - أملاح حمض البيركلوريك. تتجمد محاليل البركلورات عند درجات حرارة أقل بكثير من درجات حرارة مياه البحر العادية أو حتى مياه البحر. لكن المشكلة هي أن البركلورات من المواد المؤكسدة النشطة. إنها تعزز تحلل الجزيئات العضوية ، مما يعني أنها ضارة بالميكروبات.

ربما نقلل من قدرة الحياة على التكيف مع أقسى الظروف. لكن لإثبات ذلك ، عليك أن تجد خلية حية واحدة على الأقل.

"طوب" بدون نار

لا يمكن تخيل أشكال الحياة التي تعيش على الأرض بدون جزيئات عضوية معقدة تحتوي على الكربون. يمكن لكل ذرة كربون أن تخلق ما يصل إلى أربع روابط مع ذرات أخرى في نفس الوقت ، مما ينتج عنه ثروة هائلة من المركبات. يوجد "الهيكل العظمي" الكربوني في أساس جميع المواد العضوية - بما في ذلك البروتينات والسكريات والأحماض النووية ، والتي تعتبر أهم "لبنات" الحياة.

تؤكد فرضية البانسبيرميا فقط أن الحياة بأبسط أشكالها جاءت إلى الأرض من الفضاء. في مكان ما في الفضاء بين النجوم ، تطورت الظروف التي جعلت من الممكن تجميع الجزيئات المعقدة.

ربما ليس في شكل خلية ، ولكن في شكل نوع من البروتوجينوم - نيوكليوتيدات يمكنها التكاثر بأبسط طريقة وترميز المعلومات اللازمة لبقاء الجزيء.

لأول مرة ، ظهرت أسباب مثل هذه الاستنتاجات قبل 50 عامًا. تم العثور على جزيئات اليوراسيل والزانثين داخل نيزك مارشيسون ، الذي سقط في أستراليا في عام 1969. هذه هي القواعد النيتروجينية القادرة على تكوين النيوكليوتيدات ، والتي تتكون منها بالفعل بوليمرات الحمض النووي - DNA و RNA -.

كانت مهمة العلماء هي تحديد ما إذا كانت هذه النتائج ناتجة عن تلوث على الأرض ، بعد السقوط ، أو من أصل خارج كوكب الأرض. وفي عام 2008 ، باستخدام طريقة الكربون المشع ، كان من الممكن إثبات أن اليوراسيل والزانثين قد تشكلتا بالفعل قبل سقوط النيزك على الأرض.

الآن في مارشيسون والنيازك المماثلة (يطلق عليها اسم الكوندريت الكربوني) ، وجد العلماء جميع أنواع القواعد التي يتم من خلالها بناء كل من الحمض النووي والحمض النووي الريبي: السكريات المعقدة ، بما في ذلك الريبوز وديوكسيريبوز ، والأحماض الأمينية المختلفة ، بما في ذلك الأحماض الدهنية الأساسية. علاوة على ذلك ، هناك مؤشرات على أن المواد العضوية تتشكل مباشرة في الفضاء.

في عام 2016 ، بمساعدة جهاز Rosetta التابع لوكالة الفضاء الأوروبية ، تم العثور في ذيل المذنب Gerasimenko على آثار لأبسط حمض أميني - الجلايسين - وكذلك الفوسفور ، وهو أيضًا مكون مهم لأصل الحياة. -تشوريوموف.

لكن مثل هذه الاكتشافات تشير بالأحرى إلى كيفية إحضار الحياة إلى الأرض. لا يزال من غير الواضح ما إذا كان بإمكانه البقاء والتطور لفترة طويلة خارج الظروف الأرضية. يقول عالم الفلك ديمتري فيب: "الجزيئات الكبيرة ، الجزيئات المعقدة ، التي نصنفها على أنها عضوية على الأرض دون أي خيارات ، يمكن تصنيعها في الفضاء دون مشاركة الكائنات الحية. نحن نعلم أن المادة العضوية بين النجوم دخلت النظام الشمسي و الأرض. ولكن بعد ذلك كان يحدث لها شيء آخر - كان التركيب النظيري والتماثل يتغيران."

آثار في الغلاف الجوي

طريقة أخرى واعدة للبحث عن الحياة ترتبط بالبصمات الحيوية أو المؤشرات الحيوية. هذه مواد يشير وجودها في الغلاف الجوي أو تربة الكوكب بالتأكيد إلى وجود الحياة. على سبيل المثال ، يوجد الكثير من الأكسجين في الغلاف الجوي للأرض ، والذي يتكون نتيجة لعملية التمثيل الضوئي بمشاركة النباتات والطحالب الخضراء. كما أنه يحتوي على الكثير من الميثان وثاني أكسيد الكربون اللذين تنتجهما البكتيريا والكائنات الحية الأخرى في عملية تبادل الغازات أثناء التنفس.

لكن العثور على آثار الميثان أو الأكسجين في الغلاف الجوي (وكذلك الماء) ليس سببًا بعد لفتح الشمبانيا. على سبيل المثال ، يمكن أيضًا العثور على الميثان في الغلاف الجوي للأجسام الشبيهة بالنجوم - الأقزام البنية.

ويمكن أن يتشكل الأكسجين نتيجة انقسام بخار الماء تحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية القوية. تُلاحظ مثل هذه الظروف على كوكب خارج المجموعة الشمسية GJ 1132b ، حيث تصل درجة الحرارة إلى 230 درجة مئوية. الحياة في ظل هذه الظروف مستحيلة.

لكي يعتبر الغاز توقيعًا حيويًا ، يجب إثبات أصله الحيوي ، أي أنه يجب تشكيله بدقة كنتيجة لنشاط الكائنات الحية. يشار إلى أصل الغازات ، على سبيل المثال ، من خلال تنوعها في الغلاف الجوي. تظهر الملاحظات أن مستويات الميثان على الأرض تتقلب مع الموسم (ويعتمد نشاط الكائنات الحية على الموسم).

إذا اختفى الميثان من الغلاف الجوي على كوكب آخر ، فإنه يظهر (ويمكن تسجيل ذلك خلال عام على سبيل المثال) ، فهذا يعني أن شخصًا ما ينبعث منه.

تبين أن كوكب المريخ هو أحد المصادر المحتملة للميثان "الحي" مرة أخرى. تم الكشف عن العلامات الأولى له في التربة بواسطة أجهزة برنامج Viking ، والتي تم إرسالها إلى الكوكب مرة أخرى في السبعينيات - بهدف البحث عن المواد العضوية فقط. تم أخذ جزيئات الميثان المكتشفة مع الكلور كدليل في البداية. لكن في عام 2010 ، راجع عدد من الباحثين وجهة النظر هذه.

وجدوا أن البركلورات المعروفة لنا بالفعل في تربة المريخ ، عند تسخينها ، تدمر معظم المواد العضوية. وتم تسخين عينات الفايكنج.

تم اكتشاف آثار غاز الميثان لأول مرة في الغلاف الجوي للمريخ في عام 2003. أعاد الاكتشاف على الفور إحياء المحادثات حول قابلية كوكب المريخ للسكن. الحقيقة هي أن أي كميات كبيرة من هذا الغاز في الغلاف الجوي لن تدوم طويلاً ، ولكن سيتم تدميرها بواسطة الأشعة فوق البنفسجية. وإذا لم يتحلل الميثان ، فقد استنتج العلماء أن هناك مصدرًا دائمًا لهذا الغاز على الكوكب الأحمر. ومع ذلك ، لم يكن لدى العلماء ثقة مؤكدة: لم تستبعد البيانات التي تم الحصول عليها أن الميثان الموجود هو نفس "التلوث".

لكن الملاحظات من مركبة Curiosity في عام 2019 سجلت ارتفاعًا غير طبيعي في مستويات الميثان. علاوة على ذلك ، اتضح أن تركيزه الآن أعلى بثلاث مرات من مستوى الغاز المسجل في عام 2013. ثم حدث شيء أكثر غموضًا - انخفض تركيز الميثان مرة أخرى إلى قيم الخلفية.

لا يزال لغز الميثان بلا إجابة لا لبس فيها. وفقًا لبعض الإصدارات ، قد يكون المسبار موجودًا في قاع فوهة البركان ، حيث يوجد مصدر تحت الأرض للميثان ، ويرتبط إطلاقه بالنشاط التكتوني للكوكب.

ومع ذلك ، يمكن أن تكون البصمات الحيوية غير واضحة إلى حد ما. على سبيل المثال ، في سبتمبر 2020 ، اكتشف فريق من جامعة كارديف آثارًا لغاز الفوسفين على كوكب الزهرة ، وهو مركب فوسفور خاص يشارك في عملية التمثيل الغذائي للبكتيريا اللاهوائية.

في عام 2019 ، أظهرت عمليات المحاكاة الحاسوبية أن الفوسفين لا يمكن أن يتشكل على كواكب ذات لب صلب إلا نتيجة نشاط الكائنات الحية. وتحدثت كمية الفوسفين الموجودة على كوكب الزهرة لصالح حقيقة أن هذا لم يكن خطأ أو نجاسة عرضية.

لكن عددًا من العلماء يشككون في هذا الاكتشاف. اقترح عالم الأحياء الفلكية والخبير في حالات انخفاض الفوسفور ماثيو باسيك أن هناك بعض العمليات الغريبة التي لم يتم أخذها في الاعتبار بواسطة المحاكاة الحاسوبية. كان هو الذي يمكن أن يحدث على كوكب الزهرة. وأضاف باسيك أن العلماء ما زالوا غير متأكدين من كيفية إنتاج الحياة على الأرض للفوسفين وما إذا كانت تنتجها الكائنات الحية على الإطلاق.

مدفون في الحجر

علامة أخرى محتملة للحياة ، ترتبط مرة أخرى بالمريخ ، هي وجود هياكل غريبة في عينات من الكوكب تشبه بقايا الكائنات الحية. وتشمل هذه نيزك المريخ ALH84001. طار من المريخ منذ حوالي 13000 عام وعثر عليه في القارة القطبية الجنوبية في عام 1984 من قبل الجيولوجيين الذين كانوا يتزلجون على الجليد حول تلال آلان (ALH تعني تلال آلان) في أنتاركتيكا.

هذا النيزك له خاصيتان. أولاً ، إنها عينة من الصخور من عصر نفس "المريخ الرطب" ، أي الوقت الذي يمكن أن يكون فيه الماء. الثاني - تم العثور على هياكل غريبة فيه ، تذكرنا بالأجسام البيولوجية المتحجرة. ثم تبين أنها تحتوي على آثار لمواد عضوية! ومع ذلك ، فإن هذه "البكتيريا المتحجرة" لا علاقة لها بالكائنات الحية الدقيقة الأرضية.

إنها صغيرة جدًا لأي حياة خلوية أرضية. ومع ذلك ، من الممكن أن تشير هذه الهياكل إلى أسلاف الحياة. في عام 1996 ، اكتشف ديفيد ماكاي David McKay من مركز جونسون التابع لوكالة ناسا وزملاؤه ما يسمى بالأشكال الزائفة في نيزك - هياكل بلورية غير عادية تحاكي شكل (في هذه الحالة) الجسم البيولوجي.

بعد وقت قصير من إعلان عام 1996 ، أجرى تيموثي سويندل ، عالم الكواكب بجامعة أريزونا ، مسحًا غير رسمي لأكثر من 100 عالم لاكتشاف شعور المجتمع العلمي تجاه هذه الادعاءات.

كان العديد من العلماء متشككين في ادعاءات مجموعة ماكاي. على وجه الخصوص ، جادل عدد من الباحثين بأن هذه الادراج قد تنشأ نتيجة للعمليات البركانية. كان هناك اعتراض آخر يتعلق بالأبعاد الصغيرة جدًا (النانومترية) للهياكل. ومع ذلك ، اعترض المؤيدون على وجود البكتيريا النانوية على الأرض. هناك عمل يُظهر عدم قابلية التمييز الأساسي للبكتيريا النانوية الحديثة عن الكائنات من ALH84001.

وصل الجدل إلى طريق مسدود لنفس السبب كما في حالة فوسفين الزهرة: لا يزال لدينا فكرة قليلة عن كيفية تشكل هذه الهياكل. لا أحد يستطيع أن يضمن أن التشابه ليس مصادفة. علاوة على ذلك ، هناك بلورات على الأرض ، مثل الكريت ، يصعب تمييزها عن البقايا "المتحجرة" حتى للميكروبات العادية (ناهيك عن البكتيريا النانوية المدروسة جيدًا).

إن البحث عن حياة خارج كوكب الأرض يشبه الركض خلف ظلك. يبدو أن الجواب أمامنا ، علينا فقط أن نقترب. لكنه يبتعد ويكتسب تعقيدات وتحفظات جديدة. هذه هي الطريقة التي يعمل بها العلم - من خلال القضاء على "الإيجابيات الزائفة". ماذا لو فشل التحليل الطيفي؟ ماذا لو كان الميثان على المريخ مجرد شذوذ محلي؟ ماذا لو كانت البنى التي تشبه البكتيريا مجرد لعبة طبيعة؟ لا يمكن استبعاد كل الشكوك تماما.

من الممكن تمامًا أن تظهر فاشيات من الحياة باستمرار في الكون - هنا وهناك. ونحن ، مع تلسكوباتنا ومقاييس الطيف ، نتأخر دائمًا عن موعد. أو ، على العكس من ذلك ، نصل مبكرًا جدًا. لكن إذا كنت تؤمن بالمبدأ الكوبرنيكي ، الذي ينص على أن الكون ككل متجانس وأن العمليات الأرضية يجب أن تحدث في مكان آخر ، فسوف نتقاطع عاجلاً أم آجلاً. إنها مسألة وقت وتكنولوجيا.