في السنوات الأخيرة ، ازداد عدد الكواكب خارج المجموعة الشمسية المكتشفة حول النوع M القريب (النجوم القزمة الحمراء) بشكل كبير. في العديد من الحالات ، كانت هذه الكواكب المؤكدة "تشبه الأرض" ، مما يعني أنها أرضية (صخرية أيضًا) وقابلة للمقارنة في حجمها مع الأرض. كانت هذه الاكتشافات مثيرة بشكل خاص لأن النجوم القزمة الحمراء هي الأكثر شيوعًا في الكون - حيث تمثل 85 ٪ من النجوم في درب التبانة وحدها.
لسوء الحظ ، تم إجراء العديد من الدراسات في وقت متأخر تشير إلى أن هذه الكواكب قد لا يكون لديها الظروف اللازمة لدعم الحياة. يأتي أحدثها من جامعة هارفارد ، حيث يثبت الباحث ما بعد الدكتوراه ماناسفي لينغام والبروفيسور أبراهام لوب أن الكواكب حول النجوم من النوع M قد لا تتلقى إشعاعًا كافيًا من نجومها حتى يحدث التمثيل الضوئي.
ببساطة ، يعتقد أن الحياة على الأرض قد ظهرت بين 3.7 و 4.1 مليار سنة مضت (خلال أواخر هاديان أو أوائل أرشون إيون) ، في وقت كان فيه الغلاف الجوي للكوكب سامًا للحياة اليوم. منذ 2.9 إلى 3 مليار سنة مضت ، بدأت تظهر البكتيريا التي تعمل على التمثيل الضوئي وبدأت في إثراء الغلاف الجوي بغاز الأكسجين.
ونتيجة لذلك ، شهدت الأرض ما يعرف باسم "حدث الأكسدة العظيم" منذ حوالي 2.3 مليار سنة. خلال هذا الوقت ، قامت الكائنات الحية الضوئية بتحويل الغلاف الجوي للأرض تدريجيًا من واحد يتكون في الغالب من ثاني أكسيد الكربون والميثان إلى واحد يتكون من النيتروجين وغاز الأكسجين (~ 78٪ و 21٪ على التوالي).
ومن المثير للاهتمام بما فيه الكفاية ، يعتقد أن أشكالًا أخرى من عملية التمثيل الضوئي ظهرت حتى في وقت أقرب من عملية التمثيل الضوئي للكلوروفيل. وتشمل هذه التمثيل الضوئي للشبكية ، والتي ظهرت كاليفورنيا. 2.5 إلى 3.7 مليار سنة مضت ولا تزال موجودة في بيئات متخصصة محدودة اليوم. كما يوحي الاسم ، تعتمد هذه العملية على شبكية العين (نوع من صبغة أرجوانية) لامتصاص الطاقة الشمسية في الجزء الأصفر والأخضر من الطيف المرئي (400 إلى 500 نانومتر).
هناك أيضًا عملية التمثيل الضوئي غير المؤكسجة (حيث تتم معالجة ثاني أكسيد الكربون وجزيئين من الماء لإنشاء الفورمالديهايد والماء وغاز الأكسجين) ، والذي يعتقد أنه يسبق عملية التمثيل الضوئي الأكسجين تمامًا. كيف ومتى ظهرت أنواع مختلفة من التمثيل الضوئي هي المفتاح لفهم متى بدأت الحياة على الأرض. كما أوضح الأستاذ لوب لمجلة الفضاء عبر البريد الإلكتروني:
"التركيب الضوئي" يعني "الجمع" (التوليف) بواسطة الضوء (الصورة). إنها عملية تستخدمها النباتات أو الطحالب أو البكتيريا لتحويل ضوء الشمس إلى طاقة كيميائية تغذي أنشطتها. يتم تخزين الطاقة الكيميائية في الجزيئات القائمة على الكربون ، والتي يتم تصنيعها من ثاني أكسيد الكربون والماء. غالبًا ما تطلق هذه العملية الأكسجين كمنتج ثانوي ، وهو ضروري لوجودنا. بشكل عام ، يوفر التمثيل الضوئي جميع المركبات العضوية ومعظم الطاقة اللازمة للحياة كما نعرفها على كوكب الأرض. نشأ التمثيل الضوئي مبكرًا نسبيًا في التاريخ التطوري للأرض ".
إن دراسات كهذه ، التي تفحص الدور الذي يلعبه التمثيل الضوئي ، ليست مهمة فقط لأنها تساعدنا على فهم كيفية ظهور الحياة على الأرض. بالإضافة إلى ذلك ، يمكنهم أيضًا المساعدة في إعلامنا بفهم ما إذا كان يمكن أن تظهر الحياة على الكواكب خارج الطاقة الشمسية ، وفي أي ظروف يمكن أن يحدث هذا.
ظهرت دراستهم بعنوان "التمثيل الضوئي على الكواكب الصالحة للسكن حول النجوم منخفضة الكتلة" ، وقد ظهرت مؤخرًا على الإنترنت وتم تقديمها إلى الإشعارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية. من أجل دراستهم ، سعى Lingam و Loeb إلى تقييد تدفق الفوتون للنجوم من النوع M لتحديد ما إذا كان التمثيل الضوئي ممكنًا على الكواكب الأرضية التي تدور حول النجوم القزمة الحمراء. كما قال لوب:
"درسنا في ورقتنا ما إذا كان التمثيل الضوئي يمكن أن يحدث على الكواكب في المنطقة الصالحة للسكن حول النجوم منخفضة الكتلة. تُعرف هذه المنطقة بأنها نطاق المسافات من النجم حيث تسمح درجة حرارة سطح الكوكب بوجود الماء السائل وكيمياء الحياة كما نعرفها. بالنسبة للكواكب في تلك المنطقة ، قمنا بحساب التدفق فوق البنفسجي (UV) الذي يضيء سطحه كدالة لكتلة نجمه المضيف. النجوم منخفضة الكتلة أكثر برودة وتنتج فوتونات أقل من الأشعة فوق البنفسجية لكل كمية من الإشعاع ".
بالتوافق مع الاكتشافات الحديثة التي تتضمن نجوم قزم حمراء ، ركزت دراستهم على "نظائر الأرض" ، والكواكب التي لها نفس المعلمات الفيزيائية الأساسية مثل الأرض - أي نصف القطر ، والكتلة ، والتكوين ، ودرجة الحرارة الفعالة ، والأبيض ، وما إلى ذلك. منذ الحدود النظرية لعملية التمثيل الضوئي حول النجوم الأخرى ليست مفهومة جيدًا ، فقد عملت أيضًا بنفس الحدود مثل تلك الموجودة على الأرض - بين 400 إلى 750 نانومتر.
من هذا ، حسب Lingam و Loeb أن النجوم منخفضة الكتلة من النوع M لن تكون قادرة على تجاوز الحد الأدنى من تدفق الأشعة فوق البنفسجية المطلوب لضمان مجال حيوي مشابه لمحيط الأرض. كما أوضح لوب:
"هذا يعني أن الكواكب الصالحة للسكن التي تم اكتشافها على مدار السنوات القليلة الماضية حول النجوم القزمة القريبة ، بروكسيما سنتوري (أقرب نجم للشمس ، على بعد 4 سنوات ضوئية ، 0.12 كتلة شمسية ، مع كوكب واحد صالح للسكن ، بروكسيما ب) و TRAPPIST-1 ( على بعد 40 سنة ضوئية ، 0.09 كتلة شمسية ، مع ثلاثة كواكب صالحة للسكن TRAPPIST-1e ، f ، g) ، ربما لا تحتوي على محيط حيوي يشبه الأرض. بشكل أعم ، من غير المحتمل أن تجد الدراسات الطيفية لتكوين أجواء الكواكب التي تعبر نجومها (مثل TRAPPIST-1) مؤشرات حيوية ، مثل الأكسجين أو الأوزون ، عند مستويات يمكن اكتشافها. إذا تم العثور على الأكسجين ، فمن المحتمل أن يكون أصله غير بيولوجي ".
بطبيعة الحال ، هناك حدود لهذا النوع من التحليل. كما لوحظ سابقًا ، يشير Lingam و Loeb إلى أن الحدود النظرية لعملية التمثيل الضوئي حول النجوم الأخرى ليست معروفة جيدًا. حتى نتعلم المزيد عن الظروف الكوكبية وبيئة الإشعاع حول النجوم من النوع M ، سيضطر العلماء إلى استخدام المقاييس بناءً على كوكبنا.
ثانيًا ، هناك أيضًا حقيقة أن النجوم من النوع M متغيرة وغير مستقرة مقارنة بشمسنا وتجربة النوبات الدورية. نقلاً عن أبحاث أخرى ، يشير Lingam و Loeb إلى أنه يمكن أن يكون لها تأثيرات إيجابية وسلبية على المحيط الحيوي للكوكب. باختصار ، يمكن أن توفر التوهجات النجمية إشعاعًا فوق بنفسجيًا إضافيًا من شأنه أن يساعد في إطلاق كيمياء ما قبل الحيوية ، ولكن يمكن أيضًا أن يكون ضارًا لجو الكوكب.
ومع ذلك ، وباستثناء الدراسات المكثفة للكواكب خارج المجموعة الشمسية التي تدور حول النجوم القزمة الحمراء ، يضطر العلماء إلى الاعتماد على التقييمات النظرية لمدى احتمال الحياة على هذه الكواكب. أما بالنسبة للنتائج المعروضة في هذه الدراسة ، فهي مؤشر آخر على أن أنظمة النجوم القزمة الحمراء قد لا تكون المكان الأكثر احتمالاً للعثور على عوالم صالحة للسكن.
إذا كان هذا صحيحًا ، فقد يكون لهذه النتائج أيضًا آثارًا شديدة في البحث عن الذكاء خارج الأرض (SETI). قال لوب: "بما أن الأكسجين الناتج عن عملية التمثيل الضوئي هو شرط أساسي للحياة المعقدة مثل البشر على الأرض ، فإنه سيكون مطلوبًا أيضًا لتطوير الذكاء التكنولوجي". "في المقابل ، يفتح ظهور هذا الأخير إمكانية العثور على الحياة من خلال التوقيعات التكنولوجية مثل الإشارات اللاسلكية أو التحف العملاقة."
في الوقت الحالي ، لا يزال البحث عن الكواكب الصالحة للحياة والحياة مستنيرًا من خلال النماذج النظرية التي تخبرنا بما يجب البحث عنه. في الوقت نفسه ، لا تزال هذه النماذج تعتمد على "الحياة كما نعرفها" - أي استخدام نظائر الأرض والأنواع الأرضية كأمثلة. لحسن الحظ ، يتوقع علماء الفلك أن يتعلموا الكثير في السنوات القادمة بفضل تطوير أدوات الجيل التالي.
كلما تعلمنا أكثر عن أنظمة الكواكب الخارجية ، زادت احتمالية تحديد ما إذا كانت صالحة للسكن أم لا. لكن في النهاية ، لن نعرف ما الذي يجب أن نبحث عنه حتى نجدها بالفعل. هذه هي المفارقة العظيمة عندما يتعلق الأمر بالبحث عن الذكاء خارج الأرض ، ناهيك عن المفارقة العظيمة الأخرى (ابحث عنها!).
