لعقود ، اعتقد العلماء أنه يمكن أن تكون هناك حياة تحت السطح الجليدي لقمر المشتري يوروبا. منذ ذلك الوقت ، ظهرت خطوط متعددة من الأدلة تشير إلى أنها ليست وحدها. في الواقع ، داخل النظام الشمسي ، هناك العديد من "عوالم المحيطات" التي يمكن أن تستضيف الحياة ، بما في ذلك Ceres و Ganymede و Enceladus و Titan و Dione و Triton وربما بلوتو.
ولكن ماذا لو كانت عناصر الحياة كما نعرفها ليست وفيرة بما يكفي في هذه العوالم؟ في دراسة جديدة ، سعى باحثان من مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية (CfA) إلى تحديد ما إذا كان يمكن في الواقع أن تكون هناك ندرة في العناصر الحيوية الحيوية في عوالم المحيطات. يمكن أن يكون لاستنتاجاتهم آثار واسعة النطاق على وجود الحياة في النظام الشمسي وما بعده ، ناهيك عن قدرتنا على دراسته.
الدراسة المعنونة "هل الحياة خارج الأرض مكبوتة في عوالم المحيطات تحت سطح الأرض بسبب ندرة العناصر الحيوية الحيوية؟" ظهر مؤخرا على الإنترنت. قاد الدراسة ماناسفي لينغام ، زميل ما بعد الدكتوراه في معهد النظرية والحساب (ITC) في جامعة هارفارد و CfA ، بدعم من أبراهام لوب - مدير مركز التجارة الدولية وفرانك ب. العلوم في جامعة هارفارد.
في الدراسات السابقة ، تميل الأسئلة المتعلقة بقابلية الحياة للأقمار والكواكب الأخرى إلى التركيز على وجود المياه. كان هذا صحيحًا عندما يتعلق الأمر بدراسة الكواكب والأقمار داخل النظام الشمسي ، ولا سيما عندما يتعلق الأمر بدراسة الكواكب خارج الطاقة الشمسية. عندما عثروا على كواكب خارجية جديدة ، أولى علماء الفلك اهتمامًا كبيرًا بما إذا كان الكوكب المعني يدور حول منطقة نجمه الصالحة للسكن أم لا.
هذا هو المفتاح لتحديد ما إذا كان الكوكب يمكنه دعم المياه السائلة على سطحه أم لا. بالإضافة إلى ذلك ، حاول الفلكيون الحصول على أطياف من حول الكواكب الخارجية الصخرية لتحديد ما إذا كان فقدان الماء يحدث من الغلاف الجوي ، كما يتضح من وجود غاز الهيدروجين. وفي الوقت نفسه ، حاولت دراسات أخرى تحديد وجود مصادر الطاقة ، لأن هذا ضروري أيضًا للحياة كما نعرفها.
وعلى النقيض من ذلك ، درس الدكتور لينجام والبروفيسور لوب كيف يمكن أن يعتمد وجود الحياة على كواكب المحيطات على توافر العناصر الغذائية المحدودة (LN). لبعض الوقت ، كان هناك جدل كبير حول العناصر الغذائية التي ستكون ضرورية للحياة خارج الأرض ، حيث يمكن أن تختلف هذه العناصر من مكان إلى آخر وعلى مدى الجداول الزمنية. كما قال لينغام لمجلة الفضاء عبر البريد الإلكتروني:
"إن القائمة المقبولة بشكل عام للعناصر الضرورية للحياة كما نعرفها تتكون من الهيدروجين والأكسجين والكربون والنيتروجين والكبريت. بالإضافة إلى ذلك ، قد تكون بعض المعادن النزرة (مثل الحديد والموليبدينوم) ذات قيمة للحياة كما نعرفها ، ولكن قائمة المعادن النزرة الحيوية تخضع لدرجة أعلى من عدم اليقين والتنوع. "
ولأغراضهم ، أنشأ الدكتور لوب نموذجًا يستخدم محيطات الأرض لتحديد كيف يمكن للمصادر والأحواض - أي العوامل التي تضيف أو تستنفد عناصر LN في المحيطات ، على التوالي - أن تكون مشابهة لتلك الموجودة في عوالم المحيطات. على الأرض ، تشمل مصادر هذه العناصر الغذائية مصادر النهرية (من الأنهار) والغلاف الجوي والجليدي ، مع توفير الطاقة بواسطة ضوء الشمس.
من بين هذه العناصر الغذائية ، قرروا أن أهمها هو الفوسفور ، ودرسوا مدى وفرة هذه العناصر وغيرها على عوالم المحيطات ، حيث تختلف الظروف اختلافًا كبيرًا. كما أوضح الدكتور لينغام ، فمن المعقول أن نفترض أنه في هذه العوالم ، فإن الوجود المحتمل للحياة سينخفض أيضًا إلى التوازن بين صافي التدفق (المصادر) وصافي التدفق (المصارف).
"إذا كانت المصارف أكثر هيمنة من المصادر ، فقد يشير ذلك إلى أن العناصر ستستنفد بسرعة نسبية. من ناحية أخرى لتقدير حجم المصادر والمصارف ، اعتمدنا على معرفتنا بالأرض واقترننا بها بالمعايير الأساسية الأخرى لعوالم المحيطات هذه مثل الأس الهيدروجيني للمحيط ، وحجم العالم ، وما إلى ذلك المعروفة من الملاحظات / النماذج النظرية. "
في حين أن مصادر الغلاف الجوي لن تكون متاحة للمحيطات الداخلية ، نظر الدكتور لوب في المساهمة التي تلعبها فتحات الحرارة الحرارية. بالفعل ، هناك أدلة كثيرة على وجودها في أوروبا ، إنسيلادوس ، وعوالم المحيطات الأخرى. كما أخذوا في الاعتبار المصادر غير الحيوية ، والتي تتكون من معادن تتسرب من الصخور بسبب المطر على الأرض ، ولكنها ستتألف من تجوية الصخور بواسطة محيطات هذه الأقمار الداخلية.
في النهاية ، ما وجدوه هو أنه على عكس المياه والطاقة ، قد يكون الحد من العناصر الغذائية محدودًا عندما يتعلق الأمر بعوالم المحيطات في نظامنا الشمسي:
"وجدنا أنه وفقًا للافتراضات الموجودة في نموذجنا ، يتم استنفاد الفوسفور ، الذي يعد أحد العناصر الحيوية الأساسية ، على نطاقات زمنية سريعة (وفقًا للمعايير الجيولوجية) في عوالم المحيطات ذات المحيطات المحايدة أو القلوية في الطبيعة ، والتي تمتلك نشاطًا حراريًا حراريًا. (أي أنظمة التهوية الحرارية المائية في قاع المحيط). وبالتالي ، يشير عملنا إلى أن الحياة قد تكون موجودة بتركيزات منخفضة على مستوى العالم في عوالم المحيطات هذه (أو تكون موجودة فقط في البقع المحلية) ، وبالتالي قد لا يمكن اكتشافها بسهولة. "
وهذا له بطبيعة الحال تداعيات على المهام الموجهة إلى أوروبا والأقمار الأخرى في النظام الشمسي الخارجي. وتشمل هذه وكالة ناسايوروبا كليبر المهمة ، والتي من المقرر إطلاقها حاليًا بين 2022 و 2025. من خلال سلسلة من التحليق في أوروبا ، سيحاول هذا المسبار قياس المؤشرات الحيوية في نشاط العمود الذي يأتي من سطح القمر.
تم اقتراح بعثات مماثلة لـ Enceladus ، وتدرس وكالة ناسا أيضًا مهمة "Dragonfly" لاستكشاف الغلاف الجوي لسطح تيتان وبحيراته وميثانه. ومع ذلك ، إذا كانت دراسة الدكتور لوب صحيحة ، فإن فرص العثور على أي علامات للحياة في عالم المحيط في النظام الشمسي ضئيلة إلى حد ما. ومع ذلك ، كما أشار Lingam ، ما زالوا يعتقدون أنه يجب القيام بمثل هذه المهام.
وقال: "على الرغم من أن نموذجنا يتنبأ بأن البعثات الفضائية المستقبلية إلى هذه العوالم قد تكون فرص نجاحها منخفضة فيما يتعلق باكتشاف الحياة خارج كوكب الأرض ، إلا أننا نعتقد أن مثل هذه المهمات لا تزال تستحق المتابعة". "هذا لأنهم سيوفرون فرصة ممتازة لـ: (1) اختبار و / أو تزوير التوقعات الرئيسية لنموذجنا ، و (2) جمع المزيد من البيانات وتحسين فهمنا لعوالم المحيطات ودوراتها البيوكيميائية."
بالإضافة إلى ذلك ، كما أوضح الأستاذ لوب عبر البريد الإلكتروني ، فقد ركزت هذه الدراسة على "الحياة كما نعرفها". إذا وجدت مهمة لهذه العوالم مصادر للحياة خارج الأرض ، فإنها ستشير إلى أن الحياة يمكن أن تنشأ من ظروف وعناصر لا نعرفها. على هذا النحو ، لا يُنصح باستكشاف يوروبا وعوالم المحيطات الأخرى فحسب ، بل إنها ضرورية.
وقال: "تُظهر ورقتنا أن العناصر الأساسية لـ" كيمياء الحياة كما نعرفها "، مثل الفوسفور ، قد استنفدت في المحيطات تحت السطحية". ونتيجة لذلك ، ستكون الحياة صعبة في المحيطات التي يشتبه في وجودها تحت الجليد السطحي ليوروبا أو إنسيلادوس. إذا أكدت البعثات المستقبلية مستوى استنفاد الفوسفور المستنفد ولكن مع ذلك وجدت الحياة في هذه المحيطات ، فعندئذ سنعرف مسارًا كيميائيًا جديدًا للحياة بخلاف المسار الموجود على الأرض ".
في النهاية ، يضطر العلماء إلى اتباع نهج "الثمار المنخفضة" عندما يتعلق الأمر بالبحث عن الحياة في الكون. حتى الوقت الذي نجد فيه الحياة خارج الأرض ، فإن كل تخميناتنا المتعلمة ستستند إلى الحياة كما هي موجودة هنا. لا يمكنني تخيل سبب أفضل للخروج واستكشاف الكون من هذا!
