تتقدم تكنولوجيا التلسكوب بسرعة ، حيث يتم بناء أدوات أكبر وأكبر. إذا كانت هناك حياة ، فهل سنتعرف عليها؟ طور باحثون من مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية ووكالة ناسا قائمة بالعصور في تاريخ الغلاف الجوي للأرض والتي يمكن رؤيتها من خلال هذه الأداة. من أقدم الأوقات التي ظهرت فيها الحياة إلى غلافنا الجوي الحالي الغني بالأكسجين / النيتروجين.
إنها مسألة وقت فقط قبل أن يجد الفلكيون كوكبًا بحجم الأرض يدور حول نجم بعيد. عندما يفعلون ، فإن الأسئلة الأولى التي يطرحها الناس هي: هل هي صالحة للسكن؟ والأهم من ذلك ، هل هناك حياة موجودة بالفعل؟ للبحث عن إجابات ، يتطلع العلماء إلى كوكب وطنهم ، الأرض.
يقترح علماء الفلك ليزا كالتنجر من مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية (CfA) ويسلي تراوب من مختبر الدفع النفاث التابع لوكالة ناسا و CfA ، استخدام تاريخ الغلاف الجوي للأرض لفهم الكواكب الأخرى.
قال كالتنجر "من الصعب العثور على كواكب جيدة". "يوفر عملنا العلامات التي سيبحث عنها علماء الفلك عند فحص عوالم شبيهة بالأرض حقًا."
تظهر السجلات الجيولوجية أن الغلاف الجوي للأرض قد تغير بشكل كبير خلال 4.5 مليار سنة ماضية ، ويرجع ذلك جزئيًا إلى تطور أشكال الحياة على كوكبنا. من خلال رسم خرائط للغازات التي تشكلت الغلاف الجوي للأرض خلال تاريخها ، يقترح كالتينيغر وتراوب أنه من خلال البحث عن تكوين جو مماثل في عوالم أخرى ، سيكون العلماء قادرين على تحديد ما إذا كان هذا الكوكب يحتوي على حياة ، وإذا كان الأمر كذلك ، فإن تلك المرحلة التطورية للحياة. ورقة البحث التي تصف عملهم متاحة على الإنترنت على http://arxiv.org/abs/astro-ph/0609398.
حتى الآن ، تمت دراسة جميع الكواكب خارج المجموعة الشمسية بشكل غير مباشر ، على سبيل المثال من خلال مراقبة الطريقة التي يتأرجح بها نجم مضيف بينما تسحبه جاذبية الكوكب. تم الكشف عن أربعة كواكب خارج المجموعة الشمسية مباشرة ، وهي عوالم ضخمة بحجم المشتري. اكتشف عالم آخر من CfA ، ديفيد شاربونو ، جو أحد هذه العوالم ، باستخدام تلسكوب سبيتزر الفضائي التابع لناسا. سيتمكن الجيل التالي من المهام الفضائية مثل ناسا كوكب الأرض الأرضي (TPF) وداروين من وكالة الفضاء الأوروبية من دراسة عوالم قريبة بحجم الأرض مباشرة.
يريد علماء الفلك بشكل خاص مراقبة أطياف الكواكب الأرضية المرئية والأشعة تحت الحمراء لمعرفة المزيد عن الغلاف الجوي لها. تترك الغازات الخاصة التوقيعات في طيف الكوكب ، مثل بصمات الأصابع أو علامات الحمض النووي. من خلال اكتشاف هذه البصمات ، يمكن للباحثين التعرف على تكوين الغلاف الجوي وحتى استنتاج وجود الغيوم.
اليوم ، يتكون الغلاف الجوي للأرض من حوالي ثلاثة أرباع النيتروجين وربع الأكسجين ، مع نسبة صغيرة من الغازات الأخرى مثل ثاني أكسيد الكربون والميثان. لكن قبل أربعة مليارات سنة ، لم يكن هناك أكسجين. لقد تطور الغلاف الجوي للأرض من خلال ست حقب مميزة تتميز كل منها بمزيج معين من الغازات. باستخدام رمز كمبيوتر طوره زميل Traub وزميل CfA Ken Jucks و Kaltenegger و Traub على غرار كل حقبة من حقب الأرض الستة لتحديد البصمات الطيفية التي يمكن أن يراها مراقب بعيد.
وأوضح تراب "من خلال دراسة ماضي الأرض ، يمكننا التعرف على الوضع الحالي للعوالم الأخرى". "إذا تم العثور على كوكب خارج المجموعة الشمسية مع طيف مشابه لأحد نماذجنا ، فمن المحتمل أن نميز الحالة الجيولوجية لهذا الكوكب ، وقابليته للسكن ، ودرجة تطور الحياة عليه".
لفهم هذه الفترات الزمنية بشكل أفضل ، أو "العهود" ، ولوضعها في منظورها الصحيح ، يمكن للمرء أن يقيس تاريخ الأرض الذي يبلغ 4.5 مليار عام إلى عام واحد ، مع إرفاق التواريخ بدءًا من 1 يناير - تاريخ تشكل الأرض.
EPOCH 0 - 12 فبراير
في عصر Epoch 0 (قبل 3.9 مليار سنة) ، امتلكت الأرض الفتية جوًا مضطربًا بخاريًا يتكون في الغالب من النيتروجين وثاني أكسيد الكربون وكبريتيد الهيدروجين. كانت الأيام أقصر وأصبحت الشمس أكثر خفوتًا ، حيث كانت تلمع كجرم سماوي أحمر من خلال سماءنا البرتقالية اللون. كان المحيط الوحيد الذي غطى كوكبنا بأكمله بنيًا موحلًا يمتص القصف من الشهب والمذنبات القادمة. ساعد ثاني أكسيد الكربون في تدفئة العالم حيث أن الرضيع صن كان ثالث أقل إشراقًا من اليوم. على الرغم من عدم وجود أحافير نجت من هذه الفترة الزمنية ، قد تكون وراءها توقيعات نظائر الحياة في صخور جرينلاند.
EPOCH 1 - 17 مارس
منذ حوالي 3.5 مليار سنة (عصر 1) ، تميزت المناظر الطبيعية للكوكب بسلاسل جزر بركانية تخرج من المحيط العالمي الشاسع. كانت الحياة الأولى على الأرض هي البكتيريا اللاهوائية - البكتيريا التي يمكن أن تعيش بدون الأكسجين. تضخ هذه البكتيريا كميات كبيرة من الميثان في الغلاف الجوي للكوكب ، وتغيره بطرق يمكن اكتشافها. في حالة وجود بكتيريا مماثلة على كوكب آخر ، يمكن للبعثات المستقبلية مثل TPF و Darwin اكتشاف بصماتها في الغلاف الجوي.
EPOCH 2 - 5 يونيو
منذ حوالي 2.4 مليار سنة (المرحلة 2) ، وصل الغلاف الجوي إلى أقصى تركيز للميثان. كانت الغازات السائدة هي النيتروجين وثاني أكسيد الكربون والميثان. بدأت الكتل الأرضية القارية في التشكل. بدأت الطحالب الخضراء الزرقاء في ضخ كميات كبيرة من الأكسجين في الغلاف الجوي. كانت التغييرات الكبيرة على وشك الحدوث.
"يؤسفني أن أقول العلامات الأولى لـ E.T. ربما لن يكون البث الإذاعي أو التلفزيوني ؛ وبدلاً من ذلك ، يمكن أن يكون الأكسجين من الطحالب ".
إيبوك 3 - 16 يوليو
قبل ملياري سنة (عصر 3) ، غيرت هذه الكائنات التركيبية الضوئية الأولى توازن الغلاف الجوي بشكل دائم - أنتجت الأكسجين ، وهو غاز شديد التفاعل يزيل الكثير من غاز الميثان وثاني أكسيد الكربون ، بينما يخنق أيضًا البكتيريا اللاهوائية المنتجة للميثان. وبذلك يكون الغلاف الجوي للكوكب قد حصل على أول أكسجين مجاني له. كان المشهد الآن مسطحا ورطبا. مع البراكين التي تدخن في المسافة ، خلقت برك ملونة رائعة من الحثالة البني المخضر لمعانًا على المياه المليئة بالرائحة الكريهة. كانت ثورة الأكسجين جارية بالكامل.
"كان إدخال الأكسجين كارثيًا على الحياة السائدة على الأرض في ذلك الوقت. قال تراب "لقد تسممته". "ولكن في نفس الوقت ، جعلت الحياة متعددة الخلايا ، بما في ذلك الحياة البشرية ، ممكنة".
EPOCH 4 - 13 أكتوبر
قبل 800 مليون سنة ، دخلت الأرض عصر 4 ، مع زيادة مستمرة في مستويات الأكسجين. تتزامن هذه الفترة الزمنية مع ما يعرف الآن باسم "الانفجار الكمبري". اعتبارًا من 550 إلى 500 مليون سنة مضت ، تعد الفترة الكمبريية علامة مهمة في تاريخ الحياة على الأرض: إنه الوقت الذي تظهر فيه معظم مجموعات الحيوانات الرئيسية لأول مرة في السجلات الأحفورية. أصبحت الأرض الآن مغطاة بالمستنقعات والبحار وعدد قليل من البراكين النشطة. كانت المحيطات تتعاون مع الحياة.
EPOCH 5 - 8 نوفمبر
وأخيرًا ، قبل 300 مليون سنة في الحقبة 5 ، انتقلت الحياة من المحيطات إلى اليابسة. وصل الغلاف الجوي للأرض إلى تكوينه الحالي من النيتروجين والأكسجين. كانت هذه بداية العصر الوسيط الذي شمل الديناصورات. بدا المشهد مثل حديقة Jurassic بعد ظهر يوم الأحد.
EPOCH 6 - 31 ديسمبر (11:59:59)
يبقى السؤال المثير للاهتمام هو: كيف ستبدو الفترة 6 ، الفترة الزمنية التي يشغلها البشر اليوم؟ هل يمكننا اكتشاف العلامات المنبثقة عن التقنيات الغريبة في عوالم بعيدة؟
بينما يبني الإجماع العام بين العلماء على أن النشاط البشري قد غيّر الغلاف الجوي للأرض عن طريق إدخال ثاني أكسيد الكربون وكذلك الغازات مثل الفريون ، فهل يمكننا تحديد البصمات الطيفية لتلك المنتجات الثانوية في عوالم أخرى؟ على الرغم من أن الأقمار الصناعية وتجارب البالونات التي تدور حول الأرض يمكن أن تقيس هذه التغييرات هنا في المنزل ، فإن اكتشاف تأثيرات مماثلة على عالم بعيد يتجاوز حتى قدرات البرامج القادمة مثل Terrestrial Planet Finder و Darwin. سوف يستغرق الأمر أسطولًا ضخمًا من مقاريب الأشعة تحت الحمراء الفضائية المستقبلية لتكون قادرة على إنجاز تلك القياسات.
قال كالتينيغر: "على الرغم من أن هذا التحدي يبدو صعبًا ، أعتقد في العقود القليلة القادمة أننا سنعرف ما إذا كان عالمنا الأزرق الصغير وحيدًا في الكون أم لا أو إذا كان هناك جيران ينتظرون مقابلتنا".
تم تمويل هذا البحث من قبل وكالة ناسا.
يقع مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية (CfA) ، الذي يقع مقره في كامبريدج ، ماساشوستس ، وهو تعاون مشترك بين مرصد سميثسونيان للفيزياء الفلكية ومرصد كلية هارفارد. يدرس علماء CfA ، في ستة أقسام بحثية ، أصل الكون وتطوره ومصيره النهائي.
المصدر الأصلي: بيان صحفي CfA
