آیا تلسکوپ جیمز وب ما را به کشف حیات فرازمینی نزدیک‌تر خواهد کرد
به گزارش ایتنا و به نقل از Live Science، تصور کنید سیاره‌ای که اندازه‌اش دو برابر زمین است و اقیانوسی بزرگ آن را پوشانده که بویی شبیه به کلم تخمیرشده از آن به مشام می‌رسد. هر روز یک ستاره کوچک و کم‌نور این جهان اقیانوسی را گرم می‌کند و توده‌های زیادی از موجودات ریز و پلانکتون مانند را به سطح می‌آورد. میلیاردها موجود زنده از اعماق آب به سطح آمده و در قاره‌ای شناور که از استرالیا بزرگتر است گرد هم می‌آیند. آنها با تبدیل نور خورشید به تغذیه، گازی تند و تیز را به اتمسفر جهان خود آزاد می‌کنند.
گاز گوگرد تولیدشده از این تجمع زیستی، جو سیاره را پر کرده و به قدری غلیظ است که حتی تلسکوپی در فاصلۀ ۷۰۰ تریلیون مایل (بیش از یک کوادریلیون کیلومتر) نیز قادر به شناسایی آن خواهد بود (البته به‌صورت ضعیف و فقط چند ساعت در ماه)، به طوری که وقتی این سیاره آبی از مقابل ستاره سرخ و کوچک خود عبور می‌کند، جلبک‌های فرازمینی ساکن در آن دنیا خود را به نمایش می‌گذارند.
شاید این تصویر بیش از آنکه واقعی بنظر برسد، شبیه داستان‌های علمی- تخیلی باشد. اما آیا واقعاً اینطور است؟
در دو سال اخیر، این پرسش به یکی از مباحث داغ در بین اخترزیست‌شناسان تبدیل شده و تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) در کانون این مسأله قرار دارد. سیاره K2-18b که در فاصله ongeveer ۱۲۰ سال نوری از زمین قرار دارد، در دامنه رصدی این تلسکوپ پیشرفته گنجانده شده است. هرچند وجود سیاره ثابت شده، اما شرایط سطحی آن و احتمال میزبانی از حیات همچنان موضوعی مورد بحث است.
گروهی از پژوهشگران که در سال‌های اخیر به مطالعه این سیاره با استفاده از جیمز وب پرداخته‌اند، اعلام کرده‌اند که موفق به شناسایی نشانه‌هایی از «دی‌متیل سولفید» (DMS) در جو آن شده‌اند. این ترکیب که بویی مشابه کلم پخته دارد، همان رایحه‌ای است که زمین‌نشینان به آن «بوی دریا» می‌گویند و به‌طور انحصاری توسط فیتوپلانکتون‌های زنده تولید می‌شود. این گروه برای نخستین بار در سال ۲۰۲۳ وجود DMS را در جو K2-18b گزارش کردند و از آن زمان چندین مقاله علمی در این زمینه منتشر کرده‌اند.
با این حال، پژوهشگران مستقل هنوز نسبت به این کشف احتیاط نشان می‌دهند. آنها تذکر داده‌اند که استنباط این گروه بر اساس مدل‌سازی داده‌هایی با قطعیت پایین است و از نظر آماری به حد لازم برای یک کشف علمی مستقل نرسیده است. تنها از طریق رصدهای بیشتر از این سیاره می‌توان به پاسخی قطعی رسید.
اما تردیدی وجود ندارد که قابلیت منحصر به فرد جیمز وب در مشاهده طیف فروسرخ، بهترین فرصت تاریخ بشر برای یافتن حیات فرازمینی را فراهم ساخته است.
به گزارش ایتنا، دکتر ادی شویترمن، استادیار اخترزیست‌شناسی در دانشگاه کالیفرنیا، ریورساید، که با استفاده از جیمز وب به مطالعه سکونت‌پذیری سیارات خارج از منظومه شمسی می‌پردازد، به Live Science گفت: «به‌خاطر جیمز وب، ما در چند سال گذشته اطلاعاتی درباره ترکیبات جوی خارج از منظومه شمسی به دست آورده‌ایم که پیش‌تر به سادگی ممکن نبود.»
در کاوش برای یافتن حیات فرازمینی، یک اصل اساسی وجود دارد: هرجا که جوی وجود دارد، شرایط وجود آب مایع روی سطح نیز ممکن است، و هرجا که آب جاری باشد، شانس شکل‌گیری حیات بالاست. برای نخستین بار، جیمز وب به ما امکان می‌دهد این جوهای بیگانه را با دقتی بی‌سابقه بررسی کنیم.
پروفسور ویکتوریا مدوز، استادیار نجوم در دانشگاه واشنگتن و مدیر برنامه تحصیلات تکمیلی اخترزیست‌شناسی، در این زمینه بیان کرد: «ما در یک مرحله بسیار حساس از جستجوی حیات قرار داریم، زیرا اکنون از امکانات فنی لازم برخورداریم. قبل از جیمز وب، چنین امکانی به‌طور کامل وجود نداشت.»
نفسِ جهان‌های بیگانه
در جستجوی سیارات ممکن برای سکونت (آن دسته از سیارات که در «منطقه گلدیلاک» ستاره میزبان خود واقع شده‌اند و دارای آب مایع بر سطح خود هستند)، جیمز وب در موقعیتی بی‌نظیر قرار دارد.
برخلاف تلسکوپ هابل و سایر تلسکوپ‌های نوری، جیمز وب قادر به تصویربرداری مستقیم از سطح سیارات دوردست نیست. همچنین توانایی شناسایی امواج رادیویی یا دیگر «امضاهای فناورانه» احتمالی که از تمدن‌های پیشرفته فرازمینی منتشر شده‌اند را ندارد. نشانه‌های زیستی که جیمز وب به کاوش آنها می‌پردازد، بسیار بنیادین‌تر هستند: این نشانه‌ها نه تصاویر محو از رد پاهای موجودات فضایی که نشانه‌هایی از مولکول‌هایی هستند که به‌طور نامرئی در لایه‌های جو سیارات در حال حرکت‌اند.
دکتر سباستین زیبا، پژوهشگر فوق‌دکترا در مرکز اخترفیزیک هاروارد–اسمیتسونین، به Live Science گفت: «نخستین گام برای شناسایی حیات، شناسایی جو سیاره است. وجود جو برای حفظ آب مایع روی سطح ضرورت دارد.»
زیبا تأکید کرد که نسبت به نسل قبلی تلسکوپ‌های فروسرخ، مانند تلسکوپ فضایی اسپیتزر ناسا که در سال ۲۰۰۳ پرتاب و در سال ۲۰۲۰ بازنشسته شد، جیمز وب «از هر جهت برتری دارد». این تلسکوپ قادر به رصد اعماق دوردست فضا و شناسایی طیف وسیعی از امواج فروسرخ است که قبلاً امکان‌پذیر نبود. تابش فروسرخ برای جستجوی حیات اهمیت بالایی دارد، زیرا این طول موج‌ها شامل اطلاعات ارزشمندی درباره انواع مولکول‌های جاذب یا گسیل‌کننده نور در جو سیارات هستند.
به گزارش ایتنا، برای اینکه جیمز وب بتواند نشانه‌ای از جو یک سیاره فراخورشیدی را شناسایی کند، اخترشناسان باید منتظر «گذر» سیاره باشند، لحظه‌ای که سیاره از نقطه نظر ناظر زمینی از مقابل ستاره میزبان خود عبور می‌کند و نور ستاره مجبور به عبور از لایه‌های جو سیاره می‌شود. به‌طور مثال، در مورد K2-18b، این گذر هر ۳۳ روز یک بار اتفاق می‌افتد.
پروفسور مدوز در این خصوص توضیح داد: «در هنگام گذر سیاره، جو آن نور ستاره را پردازش کرده و یک هاله کوچک در اطراف سیاره ایجاد می‌کند.»
این «هاله» سرنخ‌های مهمی درباره سیاره بیگانه ارائه می‌دهد. با عبور نور از جو، مولکول‌های موجود در آن برخی طول‌موج‌های خاص را جذب یا منتشر می‌کنند و الگوی طیفی که جیمز وب ثبت می‌کند را تغییر می‌دهند. این امضای نوری منحصر به فرد (که «طیف» نامیده می‌شود) به پژوهشگران این امکان را می‌دهد که ترکیب مولکولی جو را تحلیل کنند. این اطلاعات می‌تواند برای ارزیابی اندازه، شرایط سطحی، ویژگی‌های جغرافیایی و توانایی بالقوه میزبان حیات کارایی داشته باشد.
برای نمونه، طبق گفته مدوز، اگر جیمز وب طیفی از یک سیاره ثبت کند که نشان‌دهنده مقادیر بالای متان و دی‌اکسید کربن در جو باشد، این می‌تواند نشانه‌ای از وجود یک جهان قابل سکونت مشابه زمین در دوره آرکئن (حدود ۴ تا ۲.۵ میلیارد سال پیش) باشد؛ زمانی که میکروب‌های اولیه با تجزیه دی‌اکسید کربن، مقادیر زیادی متان تولید می‌کردند.
با این حال، اثبات وجود چنین شرایطی در سیاره‌ای که در فاصله تریلیون‌ها مایل قرار دارد، چالشی بزرگ به‌شمار می‌رود.
پیچیدگی‌های داده‌های علمی
پس از شناسایی نشانه زیستی امیدوارکننده، گام بعدی این است که ثابت شود این نشانه با فرآیندهای غیرزیستی (مانند فعالیت‌های آتشفشانی) قابل توجیه نیست. سپس، پژوهشگران باید نشان دهند که یافته‌هایشان از نظر آماری معنادار است؛ فرآیندی دقیق که به رصدهای کثیر و تأیید توسط گروه‌های مستقل نیاز دارد و از مدل‌های داده‌ای متفاوت استفاده می‌کند.
به گزارش ایتنا، پروفسور رنه دویون، استاد دانشگاه مونترال و پژوهشگر اصلی ابزار NIRISS در تلسکوپ جیمز وب، به Live Science اظهار داشت: «داده‌های جیمز وب بسیار پیچیده‌اند. گاهی اوقات نتایجی به دست می‌آید که پس از آن تأیید نمی‌شوند. بسته به اینکه چه کسی و با چه روشی داده‌ها را تحلیل کرده، ممکن است به نتایج مختلفی دست یابید.»
اعلام کشف DMS در K2-18b نیز در چنین مرحله‌ای قرار دارد. اگرچه دو مطالعه مستقل به رهبری پروفسور نیکو مادهوسودان در دانشگاه کمبریج وجود این مولکول را گزارش کرده‌اند، اما گروه‌های دیگر نتوانسته‌اند با استفاده از مدل‌های تحلیلی متفاوت همان نتیجه را تأیید کنند. علاوه بر این، سطح اطمینان آماری این کشف در حد «سه سیگما» باقی مانده است که بسیار پایین‌تر از آستانه استاندارد «پنج سیگما» است که برای تعیین یک کشف علمی قطعی لازم است. (سطح سه سیگما به معنی احتمال ۰.۳ درصدی خطا است، در حالی که پنج سیگما برابر با احتمال ۰.۰۰۰۰۶ درصد است.)
پروفسور مادهوسودان در پاسخ به این نقدها اظهار داشت که این مسئله دلیلی برای کنار گذاشتن K2-18b به عنوان یک کاندیدای ممکن برای «میزبان حیات میکروبی» نیست. وی به Live Science گفت: «ما در مراحل ابتدایی فرضیه‌سازی هستیم و ممکن است دچار اشتباه شویم. بنابراین باید آماده تصحیح تئوری‌ها باشیم و داده‌های بیشتری جمع‌آوری کنیم. تنها در این صورت می‌توانیم آنچه را که مشاهده می‌کنیم، تأیید کنیم.»
دکتر شویترمن نیز بر این باور است که با توجه به سطح آماری فعلی، اعلام کشف DMS در K2-18b «زودهنگام» بوده است. با این حال، او بر اهمیت DMS به عنوان یک نشانه زیستی امیدوارکننده تأکید کرد و گفت جیمز وب باید جستجوی خود را در دیگر جهان‌های اقیانوسی قابل سکونت ادامه دهد.
شویترمن در این راستا پرسش اساسی را مطرح کرد: «سؤال بزرگ این است که زیست‌کره‌های سراسری در جهان تا چه میزان فراوان هستند؟ اگر اشکال پیچیده زندگی (از جمله حیات هوشمند) واقعی باشند، بنابراین باید بپرسیم که چنین زیست‌کره‌هایی که بستر شکوفایی حیات را فراهم می‌آورند، چندان فراوانند.»
هدف‌گذاری دقیق تلسکوپ فضایی
حتی اگر در نهایت هیچ نشانی از حیات در K2-18b یافت نشود، این سیاره فقط یکی از ده‌ها هدفی است که توسط تلسکوپ جیمز وب در نظر گرفته شده است.
به گزارش ایتنا، فهرست اهداف این تلسکوپ شامل برخی از نامزدهای مشهور (از جمله سیستم TRAPPIST-1 – پربازدیدترین سیستم فراخورشیدی) است. این سیستم متشکل از هفت سیاره سنگی است که حداقل سه تا از آنها در ناحیه گلدیلاک ستاره میزبان قرار دارند. با این حال، تا کنون جیمز وب هیچ نشانه‌ای از وجود جو در این سیارات به دست نیاورده است؛ این موضوع احتمالاً نشان‌دهنده تابش شدید فرابنفش ستاره میزبان و فرسایش جو این سیارات است.
پروفسور دویون خودش طرفدار مطالعه سیاره LHS 1140 b است — یک جهان فراخورشیدی در فاصله ۵۰ سال نوری از زمین در صورت فلکی نهنگ. مشاهدات اخیر او و تیمش با جیمز وب نشان می‌دهد که این سیاره (که پیش از این به عنوان یک «ابَرزمین» سنگی با جرمی شش برابر زمین تصور می‌شد) در واقع می‌تواند یک جهان اقیانوسی بزرگ («مینی‌نپتون») باشد یا سیاره‌ای با ساختار کاملاً متفاوت.
