حدد العلماء الشرط الثاني لمنطقة المعتدل. البحث عن الكواكب في المنطقة الصالحة للسكن

انظر إلى تناثر النجوم في سماء الليل السوداء - تحتوي جميعها على عوالم مذهلة مثل نظامنا الشمسي. ووفقا للتقديرات الأكثر تحفظا، تحتوي مجرة ​​درب التبانة على أكثر من مائة مليار كوكب، بعضها قد يكون مشابها للأرض.

معلومات جديدة عن الكواكب "الغريبة" - الكواكب الخارجية- فتح تلسكوب كيبلر الفضائي لاستكشاف الأبراج تحسبا للحظة التي يظهر فيها كوكب بعيد أمام نجمه.

تم إطلاق المرصد المداري في مايو 2009 خصيصًا للبحث عن الكواكب الخارجية، لكنه فشل بعد أربع سنوات. وبعد محاولات عديدة لإعادة التلسكوب إلى العمل، اضطرت وكالة ناسا إلى سحب المرصد من “أسطولها الفضائي” في أغسطس 2013. ومع ذلك، على مدار سنوات الملاحظات، تلقى كيبلر الكثير من البيانات الفريدة التي ستستغرق دراستها عدة سنوات أخرى. تستعد ناسا بالفعل لإطلاق خليفة كبلر، تلسكوب TESS، في عام 2017.

الأرض الفائقة في حزام المعتدل

واليوم، حدد علماء الفلك ما يقرب من 600 عالم جديد من بين 3500 عالم مرشح للحصول على لقب "كوكب خارج المجموعة الشمسية". ويعتقد أنه من بين هذه الأجرام السماوية، قد يكون 90٪ على الأقل "كواكب حقيقية"، والباقي - نجوم مزدوجة، "أقزام بنية" لم تنمو إلى حجم نجمي، ومجموعات من الكويكبات الكبيرة.

معظم الكواكب المرشحة الجديدة هي عمالقة غازية مثل كوكب المشتري أو زحل، بالإضافة إلى الكواكب الأرضية الفائقة، وهي كواكب صخرية أكبر بعدة مرات من كوكبنا.

وبطبيعة الحال، لا تقع جميع الكواكب ضمن مجال رؤية كيبلر والتلسكوبات الأخرى. ويقدر عددهم بـ 1-10% فقط.

للتأكد من تحديد هوية كوكب خارج المجموعة الشمسية، يجب تسجيله بشكل متكرر على القرص الخاص بنجمه. من الواضح أنه في أغلب الأحيان يكون موجودًا بالقرب من شمسه، لأنه بعد ذلك ستستمر سنته بضعة أيام أو أسابيع فقط من الأرض، لذلك سيتمكن علماء الفلك من تكرار الملاحظات عدة مرات.

غالبًا ما يتبين أن مثل هذه الكواكب، التي تكون على شكل كرات غازية ساخنة، هي "كواكب مشترية ساخنة"، وكل كوكب سادس منها يشبه أرضًا خارقة مشتعلة مغطاة ببحار من الحمم البركانية.

بالطبع، في ظل هذه الظروف، لا يمكن أن توجد حياة بروتينية من نوعنا، ولكن من بين مئات الأجسام غير المضيافة هناك استثناءات ممتعة. وقد تم حتى الآن التعرف على أكثر من مائة كوكب أرضي، تقع في ما يسمى بالمنطقة الصالحة للسكن، أو حزام المعتدل.

كانت هذه الشخصية الخيالية تسترشد بمبدأ "لا أكثر ولا أقل". وبالمثل، فإن الكواكب النادرة المدرجة في "منطقة الحياة" يجب أن تكون درجة حرارتها ضمن حدود وجود الماء السائل. علاوة على ذلك، فإن 24 كوكبًا من هذا العدد لها نصف قطر أقل من نصف قطر الأرض.

ومع ذلك، حتى الآن واحد فقط من هذه الكواكب يتمتع بالسمات الرئيسية لتوأم الأرض: فهو يقع في منطقة المعتدل، بالقرب من حجم الأرض، وهو جزء من نظام قزم أصفر مشابه للشمس.

في عالم الأقزام الحمراء

ومع ذلك، فإن علماء الأحياء الفلكية، الذين يبحثون باستمرار عن حياة خارج كوكب الأرض، لا يفقدون قلوبهم. معظم النجوم في مجرتنا عبارة عن أقزام صغيرة باردة حمراء اللون. وفقًا للبيانات الحديثة، تشكل الأقزام الحمراء، التي يبلغ حجمها حوالي نصف حجم الشمس وأكثر برودة منها، ما لا يقل عن ثلاثة أرباع "المجموعات النجمية" في درب التبانة.

وتدور حول هؤلاء أبناء العمومة الشمسية أنظمة مصغرة بحجم مدار عطارد، ولديهم أيضًا أحزمة المعتدل الخاصة بهم.

حتى أن علماء الفيزياء الفلكية في جامعة كاليفورنيا في بيركلي قاموا بتجميع برنامج كمبيوتر خاص، TERRA، حيث تمكنوا من التعرف على عشرات التوائم الأرضية. كلهم قريبون من مناطق حياتهم حول النجوم الحمراء الصغيرة. كل هذا يزيد بشكل كبير من فرص وجود مراكز حياة خارج كوكب الأرض في مجرتنا.

في السابق، كان يُعتقد أن الأقزام الحمراء، التي توجد بالقرب منها كواكب شبيهة بالأرض، هي نجوم هادئة للغاية، ونادرا ما تحدث توهجات مصحوبة بانبعاثات البلازما على سطحها.

كما اتضح في الواقع، فإن هذه النجوم أكثر نشاطا من الشمس.

تحدث كوارث قوية باستمرار على سطحها، وتولد هبوب إعصار من "الرياح النجمية" يمكنها التغلب حتى على الدرع المغناطيسي القوي للأرض.

ومع ذلك، يمكن أن يدفع العديد من توائم الأرض ثمنًا باهظًا لقربهم من نجمهم. يمكن للتدفقات الإشعاعية الناتجة عن التوهجات المتكررة على سطح الأقزام الحمراء أن "تلعق" جزءًا من الغلاف الجوي للكواكب، مما يجعل هذه العوالم غير صالحة للسكن. في الوقت نفسه، يتم تعزيز خطر الانبعاثات الإكليلية من خلال حقيقة أن الغلاف الجوي الضعيف لن يحمي السطح بشكل سيء من الجزيئات المشحونة من الأشعة فوق البنفسجية الصلبة والأشعة السينية من "الرياح النجمية".

بالإضافة إلى ذلك، هناك خطر قمع الأغلفة المغناطيسية للكواكب التي يحتمل أن تكون صالحة للحياة بسبب المجال المغناطيسي القوي للأقزام الحمراء.

الدرع المغناطيسي المكسور

لقد اشتبه علماء الفلك منذ فترة طويلة في أن العديد من الأقزام الحمراء لديها مجالات مغناطيسية قوية يمكنها بسهولة اختراق الدرع المغناطيسي المحيط بالكواكب التي يحتمل أن تكون صالحة للحياة. ولإثبات ذلك، تم بناء عالم افتراضي يدور فيه كوكبنا حول نجم مماثل في مدار قريب جدًا في “منطقة الحياة”.

اتضح أن المجال المغناطيسي للقزم في كثير من الأحيان لا يؤدي إلى تشويه الغلاف المغناطيسي للأرض بشكل كبير فحسب، بل يدفعه أيضًا إلى تحت سطح الكوكب. في هذا السيناريو، في غضون بضعة ملايين من السنين فقط، لن يتبقى لدينا هواء أو ماء، وسيحترق السطح بأكمله بسبب الإشعاع الكوني.

هناك استنتاجان مثيران للاهتمام يتبعان هذا. قد يكون البحث عن الحياة في أنظمة الأقزام الحمراء عديم الجدوى تماما، وهذا تفسير آخر لـ”الصمت الكبير للكون”.

ومع ذلك، ربما لا يمكننا اكتشاف كائنات ذكية خارج كوكب الأرض لأن كوكبنا ولد مبكرًا جدًا...

من يستطيع العيش على الكواكب الخارجية البعيدة؟ هل يمكن أن يكون هناك مثل هذه المخلوقات؟

المصير الحزين للبكر

وبتحليل البيانات التي تم الحصول عليها باستخدام تلسكوبات كيبلر وهابل، اكتشف علماء الفلك أن عملية تكوين النجوم في درب التبانة قد تباطأت بشكل ملحوظ. ويرجع ذلك إلى النقص المتزايد في مواد البناء على شكل سحب من الغبار والغاز.

ومع ذلك، لا يزال هناك الكثير من المواد المتبقية في مجرتنا لولادة النجوم وأنظمة الكواكب. علاوة على ذلك، في غضون بضعة مليارات من السنين، ستصطدم جزيرتنا النجمية بمجرة أندروميدا العملاقة، مما سيؤدي إلى زيادة هائلة في تكوين النجوم.

على هذه الخلفية من تطور المجرة المستقبلي، تم الإعلان مؤخرًا عن أخبار مثيرة مفادها أنه قبل أربعة مليارات سنة، أثناء ظهور النظام الشمسي، لم يكن هناك سوى عُشر الكواكب التي يحتمل أن تكون صالحة للسكن.

بالنظر إلى أن ولادة أبسط الكائنات الحية الدقيقة على كوكبنا استغرق عدة مئات من ملايين السنين، وعدة مليارات أخرى من السنين لتشكل أشكال الحياة المتطورة، هناك احتمال كبير بأن الكائنات الفضائية الذكية لن تظهر إلا بعد انقراض الشمس.

ربما هنا يكمن الجواب على مفارقة فيرمي المثيرة للاهتمام، والتي صاغها ذات يوم عالم فيزياء بارز: أين هؤلاء الفضائيون؟ أم أنه من المنطقي البحث عن إجابات على كوكبنا؟

المتطرفون على الأرض وفي الفضاء

كلما اقتنعنا بتفرد مكاننا في الكون، كلما زاد السؤال الذي يطرح نفسه: هل يمكن أن توجد الحياة وتتطور في عوالم مختلفة تماما عن عالمنا؟

الجواب على هذا السؤال يأتي من وجود كائنات حية مذهلة على كوكبنا - الكائنات المتطرفة. لقد حصلوا على اسمهم لقدرتهم على البقاء في درجات الحرارة القصوى والبيئات السامة وحتى الفضاء الخالي من الهواء. لقد وجد علماء الأحياء البحرية كائنات مماثلة في السخانات تحت الأرض - "مدخنو البحر".

وهناك تزدهر تحت ضغط هائل وفي غياب الأكسجين على حافة الفتحات البركانية الساخنة. تم العثور على "زملائهم" في البحيرات الجبلية المالحة والصحاري الساخنة والخزانات تحت الجليدية في القارة القطبية الجنوبية. حتى أن هناك كائنات دقيقة "بطيئات المشية" يمكنها البقاء على قيد الحياة في فراغ الفضاء. وتبين أنه حتى في البيئة الإشعاعية القريبة من الأقزام الحمراء، يمكن أن تنشأ بعض "الميكروبات المتطرفة".

بحيرة حمضية تقع في يلوستون. لوحة حمراء - بكتيريا اسيدوفيلوس

بطيئات المشية قادرة على الوجود في فراغ الفضاء

يعتقد علم الأحياء التطوري الأكاديمي أن الحياة على الأرض نشأت من تفاعلات كيميائية في "مسطحات مائية دافئة وضحلة" تتخللها الأشعة فوق البنفسجية والأوزون من "العواصف الرعدية" المستعرة. ومن ناحية أخرى، يعرف علماء الأحياء الفلكية أن "اللبنات الأساسية" الكيميائية للحياة موجودة في عوالم أخرى. على سبيل المثال، تمت ملاحظتها في سدم الغاز والغبار وأنظمة الأقمار الصناعية لعمالقة الغاز لدينا. وهذا بالطبع لا يزال بعيدًا عن "الحياة الكاملة"، بل هو الخطوة الأولى نحوها.

تلقت النظرية "المعيارية" لأصل الحياة على الأرض مؤخرا ضربة قوية من... الجيولوجيين. وتبين أن الكائنات الحية الأولى أقدم بكثير مما كان يعتقد سابقا، وتشكلت في بيئة غير مواتية تماما من جو الميثان والصهارة المغلي المتدفقة من آلاف البراكين.

وهذا يجعل العديد من علماء الأحياء يفكرون في الفرضية القديمة للتبذر الشامل. ووفقا لها، نشأت الكائنات الحية الدقيقة الأولى في مكان آخر، على سبيل المثال، على المريخ، وجاءت إلى الأرض في قلب النيازك. ربما كان على البكتيريا القديمة أن تسافر مسافة أطول في نوى المذنبات التي وصلت من أنظمة نجمية أخرى.

لكن إذا كان الأمر كذلك، فإن مسارات «التطور الكوني» يمكن أن تقودنا إلى «إخوة بالأصل» استقوا «بذور الحياة» من نفس المصدر الذي نحن فيه...

توقعات الطقس لمعظم الكواكب الخارجية مخيبة للآمال. الشمس الحارقة والفيضانات السنوية والثلوج العميقة تجعل الحياة أكثر صعوبة بالنسبة للسكان المحليين.

يهتم العلماء بصلاحية الكواكب الأخرى للسكن لعدد من الأسباب السياسية والمالية والإنسانية والعلمية. إنهم يريدون أن يفهموا كيف يتغير مناخنا.

كيف سنعيش في مناخ المستقبل وما يمكننا القيام به لوقف المد المتزايد لظاهرة الاحتباس الحراري. بعد كل شيء، في فترة قصيرة فقط سوف تُفقد الأرض السماوية بشكل ميؤوس منه.

ومن غير المرجح أن نهتم جدياً بالبحث عن مصادر الطاقة النظيفة أو إقناع السياسيين بتناول قضايا المناخ على حساب المكاسب المالية. السؤال الأكثر إثارة للاهتمام هو: متى سنرى الكائنات الفضائية؟

المنطقة الصالحة للسكن، والمعروفة أيضًا باسم "منطقة المعتدل"، هي المنطقة المحيطة بالنجم حيث يسمح متوسط ​​درجة حرارة الكوكب بوجود الماء السائل الذي اعتدنا عليه. نحن نبحث عن الماء السائل ليس فقط لاستخدامه في المستقبل، ولكن أيضًا للعثور على علامة بارزة: ربما تكون هناك حياة أخرى في مكان ما.

المشاكل خارج هذه المنطقة واضحة تمامًا. إذا كان الجو حارا جدا، فسوف تتحول البيئة إلى حمام بخار لا يطاق، أو ستبدأ في تحلل الماء إلى أكسجين وهيدروجين.

ثم يتحد الأكسجين مع الكربون لتكوين ثاني أكسيد الكربون، ويهرب الهيدروجين إلى الفضاء. يحدث هذا مع كوكب الزهرة.

إذا كان الكوكب باردا جدا، فإن الماء سوف يشكل قطعا صلبة. قد تكون هناك جيوب من الماء السائل تحت القشرة الجليدية، ولكن بشكل عام ليس مكانًا لطيفًا للعيش فيه.

لقد وجدنا هذا على المريخ وأقمار المشتري وزحل. وإذا أمكن تحديد منطقة يحتمل أن تكون صالحة للسكن بشكل تقريبي، فهي مكان يمكن أن تتواجد فيه المياه السائلة.

لسوء الحظ، تتضمن هذه المعادلة أكثر من مجرد المسافة إلى النجم وكمية الطاقة المنتجة. يلعب جو الكوكب دورًا خطيرًا.

سوف تتفاجأ، لكن كوكب الزهرة والمريخ يقعان في المنطقة التي يحتمل أن تكون صالحة للسكن في النظام الشمسي. إن الغلاف الجوي لكوكب الزهرة سميك للغاية لدرجة أنه يحبس طاقة الشمس ويخلق فرنًا غير مضياف للحياة من شأنه أن يذيب أي تلميح للحياة بشكل أسرع مما يمكنك قوله "كوبين من الشاي لهذا السيد". أما على المريخ، فكل شيء معاكس تمامًا.

ولا يستطيع الغلاف الجوي الرقيق الاحتفاظ بالحرارة على الإطلاق، لذا فإن الكوكب بارد جدًا. قم بتحسين الأجواء لكلا الكوكبين وستحصل على عوالم يمكن أن تؤوي الحياة بسهولة.

ربما يمكننا جمعهم معًا وخلط الأجواء؟ بحاجة الي التفكير. عندما ننظر إلى عوالم أخرى في درب التبانة ونحاول أن نفهم ما إذا كانت هناك حياة هناك، فلا يكفي مجرد تقدير موقعها في منطقة المعتدل.

علينا أن نعرف شكل الغلاف الجوي. اكتشف علماء الفلك كواكب تقع في مناطق صالحة للسكن حول نجوم أخرى، لكن لا يبدو أن هذه العوالم في موقع جيد للحياة.

وهي تدور حول نجوم قزمة حمراء. من حيث المبدأ، العيش في ظروف انعكاسات حمراء ليست سيئة للغاية، ولكن هناك مشكلة واحدة.

تميل الأقزام الحمراء إلى التصرف بشكل سيء للغاية عندما تكون صغيرة. أنها تولد مشاعل قوية وطرد الكتلة الإكليلية.

يؤدي هذا إلى مسح سطح أي كوكب يقترب كثيرًا. صحيح أن هناك بعض الأمل.

وبعد بضعة ملايين من السنين من النشاط العالي، تستقر هذه النجوم القزمة الحمراء وتبدأ في امتصاص احتياطياتها من الهيدروجين التي قد تصل إلى تريليونات السنين. إذا تمكنت الحياة من البقاء لفترة كافية في المراحل الأولى من وجود النجم، فيمكنها أن تتوقع حياة طويلة وسعيدة. عندما تفكر في منزل جديد بين النجوم أو تحاول العثور على حياة جديدة في الكون، ابحث عن الكواكب في المنطقة التي يحتمل أن تكون صالحة للحياة.

المنطقة الصالحة للسكن (منطقة المعتدل)

ذات مرة كان هناك نظام شمسي، ثم ذات يوم - منذ زمن طويل، منذ حوالي أربعة مليارات سنة - أدرك أنه قد تم تشكيله تقريبًا. ظهرت كوكب الزهرة بالقرب من الشمس ذاتها - وكانت قريبة جدًا من الشمس لدرجة أن طاقة أشعة الشمس تبخرت بالكامل من مخزونها من الماء. لكن المريخ كان بعيدًا عن الشمس، وتجمدت كل مياهه. وتبين أن كوكبًا واحدًا فقط - الأرض - كان على مسافة من الشمس - "صحيح تمامًا" - بحيث ظل الماء الموجود عليه سائلاً، وبالتالي يمكن أن تنشأ الحياة على سطح الأرض. أصبح هذا الحزام المحيط بالشمس يُعرف باسم المنطقة الصالحة للسكن. تُحكى حكاية الدببة الثلاثة للأطفال في العديد من البلدان، وفي إنجلترا تُدعى بطلتها المعتدلة. لقد أحببت أيضًا أن يكون كل شيء "صحيحًا تمامًا". في منزل الدببة الثلاثة، كان وعاء واحد من العصيدة ساخنًا جدًا. والآخر بارد جدًا. والثالث فقط كان "مناسبًا تمامًا" لـ Goldilocks. وفي منزل الدببة الثلاثة كان هناك ثلاثة أسرة، أحدهما كان قاسيًا جدًا، والآخر ناعمًا جدًا، والثالث كان "صحيحًا تمامًا"، ونام المعتدل فيه. عندما عادت الدببة الثلاثة إلى المنزل، اكتشفوا ليس فقط أن العصيدة من الوعاء الثالث مفقودة، ولكن أيضًا جولديلوكس، التي كانت تنام بهدوء في سرير الدب الصغير. لا أتذكر كيف انتهى كل شيء، ولكن لو كنت مكان الدببة الثلاثة - الحيوانات المفترسة النهمة في قمة السلسلة الغذائية - كنت قد أكلت المعتدل.

قد يكون المعتدلون مهتمين بقابلية السكن النسبية لكوكب الزهرة والأرض والمريخ، ولكن في الواقع فإن حبكة هذه الكواكب أكثر تعقيدًا بكثير من ثلاثة أوعية من العصيدة. قبل أربعة مليارات سنة، كانت أسطح الكواكب لا تزال تتعرض للقصف بالمذنبات الغنية بالمياه والكويكبات الغنية بالمعادن، وإن كان ذلك بشكل أقل بكثير من ذي قبل. خلال لعبة البلياردو الكونية هذه، هاجرت بعض الكواكب من أماكنها الأصلية الأقرب إلى الشمس، وتم إلقاء بعضها في مدارات ذات قطر أكبر. وانتهى الأمر بالعديد من عشرات الكواكب المتكونة في مدارات غير مستقرة وسقطت في الشمس أو المشتري. تم ببساطة طرد العديد من الكواكب من النظام الشمسي. وفي النهاية، دارت الوحدات المتبقية على وجه التحديد في تلك المدارات التي تبين أنها "مناسبة تمامًا" للبقاء على قيد الحياة لمليارات السنين عليها. استقرت الأرض في مدار يبلغ متوسط ​​المسافة إلى الشمس حوالي 150 مليون كيلومتر. عند هذه المسافة، تعترض الأرض جزءًا متواضعًا جدًا من إجمالي الطاقة المنبعثة من الشمس - فقط جزء من مليارين. وإذا افترضنا أن الأرض تمتص كل هذه الطاقة، فإن متوسط ​​درجة حرارة كوكبنا يبلغ حوالي 280 كلفن، أي 7 درجات مئوية - في منتصف المسافة بين درجات حرارة الشتاء والصيف.

عند الضغط الجوي الطبيعي، يتجمد الماء عند درجة حرارة 273 كلفن ويغلي عند درجة حرارة 373 كلفن، لذا، فمن دواعي سرورنا أن كل الماء الموجود على الأرض تقريبًا يكون في حالة سائلة. ومع ذلك، ليست هناك حاجة للاندفاع. في بعض الأحيان، في العلوم، تحصل على الإجابات الصحيحة بناءً على مقدمات خاطئة. وفي الواقع فإن الأرض تمتص فقط ثلثي الطاقة الشمسية التي تصل إليها. وينعكس الباقي مرة أخرى إلى الفضاء عن طريق سطح الأرض (خاصة المحيطات) والغطاء السحابي. إذا أضفنا معامل الانعكاس إلى الصيغة، فإن متوسط ​​درجة حرارة الأرض ينخفض ​​إلى 255 كلفن، وهو أقل بكثير من نقطة تجمد الماء. في هذه الأيام، لا بد أن تكون هناك آلية أخرى تعمل على إبقاء متوسط ​​درجة الحرارة عند مستوى أكثر راحة. مرة أخرى، خذ وقتك. تخبرنا جميع نظريات تطور النجوم أنه قبل أربعة مليارات سنة، عندما كانت الحياة تتشكل من الحساء البدائي على الأرض، كانت الشمس باهتة بمقدار الثلث عما هي عليه اليوم، مما يعني أن متوسط ​​درجة حرارة الأرض كان أقل من درجة التجمد. ربما كانت الأرض في الماضي البعيد أقرب إلى الشمس؟ ومع ذلك، بعد فترة من القصف المكثف التي انتهت منذ فترة طويلة، لا نعرف أي آليات من شأنها تغيير المدارات المستقرة داخل النظام الشمسي. ربما كان تأثير الاحتباس الحراري أقوى في الماضي؟ لا نعرف على وجه اليقين. لكننا نعلم أن المناطق الصالحة للسكن بالمعنى الأصلي لهذه الكلمات ليس لها سوى علاقة بعيدة بما إذا كان من الممكن وجود الحياة على الكواكب الواقعة داخل حدود هذه المناطق.

تتيح لنا معادلة دريك الشهيرة، والتي يُشار إليها دائمًا في البحث عن كائنات ذكية خارج كوكب الأرض، تقديم تقدير تقريبي لعدد الحضارات التي يمكن، من حيث المبدأ، العثور عليها في مجرة ​​درب التبانة. تم استنباط المعادلة في ستينيات القرن العشرين من قبل عالم الفلك الأمريكي فرانك دريك، وفي ذلك الوقت كان مفهوم المنطقة الصالحة للسكن يقتصر على فكرة أن الكواكب يجب أن تكون على مسافة من نجمها "مناسبة تمامًا" بالنسبة لها. وجود الحياة. معنى إحدى نسخ معادلة دريك هو كالتالي: لنبدأ بعدد النجوم في المجرة (مئات المليارات). دعونا نضرب هذا العدد الضخم في عدد النجوم التي تحتوي على كواكب، ثم نضرب العدد الناتج في عدد الكواكب الموجودة في المنطقة الصالحة للسكن. الآن دعونا نضرب النتيجة في عدد الكواكب التي تطورت عليها الحياة. دعونا نضرب النتيجة بنسبة الكواكب التي تطورت عليها الحياة الذكية. دعونا نضرب النتيجة بنسبة الكواكب التي وصل فيها التقدم التكنولوجي إلى هذه المرحلة التي يمكن من خلالها إنشاء اتصال بين النجوم.

إذا أخذنا في الاعتبار الآن معدل تكوين النجوم ومتوسط ​​العمر المتوقع للحضارة المتقدمة تقنيًا، فسنحصل على عدد الحضارات المتقدمة التي ربما تنتظر مكالمتنا الهاتفية في هذه اللحظة بالذات. تعيش النجوم الصغيرة والباردة ومنخفضة السطوع مئات المليارات، وربما حتى تريليونات، من السنين، مما يعني أن كواكبها لديها الوقت الكافي لنمو نوعين أو ثلاثة أنواع من الكائنات الحية، لكن مناطقها الصالحة للسكن قريبة جدًا من النجم. الكوكب الذي يتكون في هذه المنطقة يقع بسرعة في ما يسمى بقبضة المد والجزر للنجم ويدور دائمًا بحيث يكون أحد جوانبه مواجهًا له، مما يسبب اختلالًا قويًا في تسخين الكوكب - كل الماء الموجود على الجانب "الأمامي" من الكوكب سوف يتبخر الكوكب، وسوف تتجمد كل المياه الموجودة على "الظهر". لو عاشت المعتدلة على مثل هذا الكوكب، لوجدنا أنها تأكل عصيدةها، وتدور حول محورها مثل الدجاجة المشوية - على الحدود ذاتها بين أشعة الشمس الأبدية والظلام الأبدي. المناطق الصالحة للسكن حول النجوم طويلة العمر لها عيب آخر، فهي ضيقة جدًا، وبالتالي فإن فرصة الكوكب في أن ينتهي به الأمر عن طريق الخطأ في مدار بنصف قطر "مناسب تمامًا".

ولكن حول النجوم الحارة والكبيرة والمشرقة توجد مناطق ضخمة صالحة للسكن. ومع ذلك، فإن هذه النجوم، لسوء الحظ، نادرة وتعيش بضعة ملايين من السنين فقط قبل الانفجار، لذلك لا يمكن اعتبار كواكبها مرشحة للبحث عن الحياة كما نعرفها، إلا إذا خضعت لبعض التطور السريع للغاية. ومن غير المرجح أن تكون الحيوانات القادرة على اختراع حساب التفاضل والتكامل هي أول من يخرج من المخاط البدائي. يمكن اعتبار معادلة دريك من الرياضيات المعتدلة، وهي طريقة لتقدير احتمالات أن كل شيء في مكان ما في المجرة قد تم بشكل صحيح. ومع ذلك، فإن معادلة دريك في شكلها الأصلي لا تشمل، على سبيل المثال، المريخ، الذي يقع بعيدًا عن المنطقة الصالحة للسكن في الشمس. وفي الوقت نفسه، فإن المريخ مليء بالأنهار المتعرجة والجافة ذات الدلتا والسهول الفيضية، وهذا يثبت بشكل لا يقبل الجدل أنه في وقت ما في الماضي كان هناك الكثير من الماء السائل على المريخ.

ولكن ماذا عن كوكب الزهرة، "أخت" الأرض؟ يقع بالضبط داخل المنطقة الصالحة للسكن من الشمس. يتمتع هذا الكوكب، المغطى بالكامل بطبقة سميكة من السحب، بأعلى انعكاسية في النظام الشمسي بأكمله. لا توجد أسباب واضحة تجعل كوكب الزهرة سيئًا وغير مريح. ومع ذلك، فإنه يظهر تأثير الاحتباس الحراري وحشية. يتكون الغلاف الجوي السميك لكوكب الزهرة في معظمه من ثاني أكسيد الكربون ويمتص ما يقرب من 100% من الإشعاع القليل الذي يصل إلى سطحه. تبلغ درجة الحرارة على كوكب الزهرة 750 كلفن، وهذا رقم قياسي في النظام الشمسي بأكمله، على الرغم من أن المسافة من الشمس إلى الزهرة تعادل ضعف المسافة بين عطارد تقريبًا.

نظرًا لأن الأرض دعمت الحياة طوال تطورها بأكمله - مليارات السنين من التقلبات المضطربة - فهذا يعني أن الحياة نفسها ربما توفر نوعًا من آلية التغذية الراجعة التي تحافظ على الماء السائل على الكوكب. تم تطوير هذه الفكرة من قبل علماء الأحياء جيمس لوفلوك ولين مارغوليس في السبعينيات، وتسمى فرضية غايا. تشير هذه الفرضية الشائعة إلى حد ما ولكنها مثيرة للجدل إلى أن مجموعة الأنواع الموجودة على الأرض في أي وقت من الأوقات تعمل ككائن جماعي يقوم باستمرار، وإن كان عن غير قصد، بتعديل تكوين الغلاف الجوي للأرض والمناخ بحيث يفضي إلى وجود الحياة وتطورها. - أي وجود الماء السائل على السطح. أعتقد أن هذا مثير جدًا للاهتمام ويستحق الدراسة. فرضية غايا هي فرضية مفضلة لفلسفات العصر الجديد. لكنني على استعداد للمراهنة على أن بعض سكان المريخ والزهرة الذين ماتوا منذ فترة طويلة ربما دافعوا أيضًا عن هذه الفكرة منذ مليار سنة...

إذا قمنا بتوسيع مفهوم المنطقة الصالحة للسكن، يتبين أنها تحتاج فقط إلى أي مصدر للطاقة لإذابة الجليد. أحد أقمار المشتري، أوروبا الجليدية، يتم تسخينه بواسطة قوى المد والجزر في مجال جاذبية المشتري. مثل كرة المضرب التي تسخن من الصدمات المتكررة، يسخن أوروبا من الأحمال الديناميكية التي تحدث لأن كوكب المشتري يسحب جانبًا واحدًا أكثر من الجانب الآخر. ما هي النتيجة؟ تُظهر بيانات الرصد الحالية والحسابات النظرية أنه تحت قشرة جليدية يبلغ سمكها كيلومترًا واحدًا في أوروبا يوجد محيط من الماء السائل، أو ربما ثلوج ذائبة. ونظرًا لوفرة الحياة في أعماق المحيطات على الأرض، فإن أوروبا هو المرشح الأكثر إغراءً للحياة في النظام الشمسي خارج الأرض. هناك إنجاز آخر حدث مؤخرًا في فهمنا لماهية المنطقة الصالحة للسكن وهو الكائنات الحية التي أطلق عليها مؤخرًا اسم "الكائنات المتطرفة": وهي الكائنات الحية التي لا تبقى على قيد الحياة فحسب، بل تزدهر أيضًا في البرد القارس أو الحرارة الشديدة. إذا كان هناك علماء أحياء بين المتطرفين، فمن المحتمل أن يعتقدوا أنهم طبيعيون، والمتطرفون هم كل أولئك الذين يعيشون بشكل جيد في درجة حرارة الغرفة. من بين الكائنات المتطرفة هناك محبو الحرارة الذين يعيشون عادة بالقرب من التلال الجبلية تحت الماء في وسط المحيطات، حيث يسخن الماء تحت ضغط هائل إلى درجة حرارة أعلى بكثير من نقطة الغليان العادية، ويتناثر من تحت قشرة الأرض إلى الغلاف الجوي. سمك المحيط البارد. الظروف هناك مماثلة لتلك الموجودة في طنجرة الضغط في المطبخ: قدر متين بشكل خاص مع غطاء محكم يسمح لك بتسخين الماء تحت الضغط إلى درجة حرارة أعلى من الغليان، مع تجنب الغليان على هذا النحو.

في قاع المحيط البارد، ترتفع المعادن من الينابيع الساخنة، مكونة أنابيب مسامية عملاقة بارتفاع عشرة طوابق - ساخنة في المنتصف، وأكثر برودة قليلاً عند الحواف، حيث تلامس مياه المحيط مباشرة. في كل درجات الحرارة هذه، يسكن في المداخن أنواع لا حصر لها من الكائنات الحية التي لم تر الشمس من قبل ولا تهتم بوجودها أم لا. يتم تغذية هذه المكسرات الصلبة بالطاقة الحرارية الأرضية، وهي مزيج مما تبقى من تكوين الأرض، والحرارة التي تتسرب باستمرار إلى قشرة الأرض بسبب التحلل الإشعاعي للنظائر الطبيعية، ولكن غير المستقرة للعناصر الكيميائية المألوفة منذ زمن طويل - بما في ذلك على سبيل المثال، الألومنيوم-26، الذي يدوم لملايين السنين، والبوتاسيوم-40، الذي يدوم لمليارات السنين. من المحتمل أن يكون قاع المحيط أحد أكثر النظم البيئية استقرارًا على وجه الأرض. ماذا سيحدث لو اصطدم كويكب عملاق بالأرض وتنقرض كل أشكال الحياة على سطحه؟ سوف يعيش محبو الحرارة في المحيط ويعيشون كما لو لم يحدث شيء. ربما بعد كل موجة من الانقراض يتطورون ويعيدون سكن الأرض. ماذا سيحدث لو اختفت الشمس لأسباب غامضة من مركز المجموعة الشمسية، وخرجت الأرض عن مدارها وانجرفت في الفضاء الخارجي؟ هذا الحدث لن يصل حتى إلى الصحف الحرارية. ومع ذلك، ستمر خمسة مليارات سنة، وستتحول الشمس إلى عملاق أحمر، وتتوسع وتمتص النظام الشمسي الداخلي بأكمله. سوف تغلي محيطات الأرض، وسوف تتبخر الأرض نفسها. الآن سيكون هذا ضجة كبيرة.

إذا كانت الكائنات المحبة للحرارة موجودة في كل مكان على وجه الأرض، فإن السؤال الخطير الذي يطرح نفسه هو: ماذا لو بدأت الحياة في أعماق أعماق الكواكب الضالة التي طُردت من النظام الشمسي أثناء تكوينها؟ وسوف تستمر خزاناتها الحرارية "الجيوغرافية" لمليارات السنين. وماذا يمكن أن يقال عن عدد لا يحصى من الكواكب التي طُردت قسراً من جميع الأنظمة الشمسية الأخرى التي تمكنت من التشكل في كوننا؟ هل يمكن أن يكون الفضاء بين النجوم يعج بالحياة التي نشأت وتطورت في أعماق الكواكب المشردة؟ المنطقة الصالحة للسكن ليست منطقة محددة بدقة حول النجم الذي يتلقى الكمية المثالية من ضوء الشمس - في الواقع، هي في كل مكان. لذلك قد لا يحتل بيت الدببة الثلاثة أيضًا أي مكان خاص في عالم القصص الخيالية. يمكن العثور على وعاء من العصيدة، تكون درجة حرارته "مناسبة تمامًا"، في أي منزل، حتى في منازل الخنازير الثلاثة الصغيرة. لقد وجدنا أن العامل المقابل لمعادلة دريك - وهو نفس العامل المسؤول عن وجود الكواكب داخل المنطقة الصالحة للسكن - قد يرتفع إلى ما يقرب من 100٪.

لذا فإن قصتنا الخيالية لها نهاية واعدة للغاية. الحياة ليست بالضرورة ظاهرة نادرة وفريدة من نوعها، بل ربما تكون شائعة مثل الكواكب نفسها. وعاشت البكتيريا المحبة للحرارة في سعادة دائمة - حوالي خمسة مليارات سنة.

الماء، الماء، الماء في كل مكان

إذا حكمنا من خلال ظهور بعض الأماكن الأكثر جفافًا وقسوة في نظامنا الشمسي، فقد تعتقد أن الماء، المتوفر بكثرة على الأرض، يعد ترفًا نادرًا في بقية المجرة. ومع ذلك، من بين جميع الجزيئات الثلاثية الذرات، يعتبر الماء هو الأكثر وفرة وبهامش واسع. وفي قائمة العناصر الأكثر شيوعا في الفضاء، تحتل مكونات الماء - الهيدروجين والأكسجين - المركزين الأول والثالث. لذلك لا داعي للسؤال من أين جاء الماء في هذا المكان أو ذاك، فالأفضل أن نسأل لماذا لا يتوفر في كل مكان. لنبدأ بالنظام الشمسي. إذا كنت تبحث عن مكان بلا ماء ولا هواء، فلا داعي للذهاب بعيدًا: القمر تحت تصرفك. ومع انخفاض الضغط الجوي على القمر - الذي يقارب الصفر - وأيام أسبوعين عندما تقترب درجة الحرارة من 100 درجة مئوية، يتبخر الماء بسرعة. خلال ليلة لمدة أسبوعين تنخفض درجة الحرارة إلى -155 درجة مئوية: في ظل هذه الظروف سوف يتجمد أي شيء تقريبًا.

أخذ رواد فضاء أبولو معهم إلى القمر كل الهواء، وكل الماء، وجميع أنظمة تكييف الهواء التي يحتاجونها للرحلة هناك والعودة. ومع ذلك، في المستقبل البعيد، ربما لن تحتاج الرحلات الاستكشافية إلى حمل المياه والمنتجات المختلفة المصنوعة منها. تضع البيانات الواردة من المسبار الفضائي كليمنتين حدًا للأبد لجدل طويل الأمد حول ما إذا كانت هناك بحيرات متجمدة في قاع الحفر العميقة في القطبين الشمالي والجنوبي للقمر. إذا أخذنا في الاعتبار متوسط ​​عدد اصطدامات القمر بالحطام بين الكواكب سنويًا، فيجب أن نفترض أنه من بين الحطام الذي يسقط على السطح يجب أن يكون هناك مذنبات جليدية كبيرة جدًا. ماذا يعني "كبير بما فيه الكفاية"؟ هناك ما يكفي من المذنبات في النظام الشمسي، والتي إذا ذابت، ستترك بركة بحجم بحيرة إيري.

بالطبع، لا يمكنك توقع بقاء بحيرة جديدة تمامًا لعدة أيام قمرية حارة مع درجات حرارة تقترب من 100 درجة مئوية، لكن أي مذنب يضرب سطح القمر ويتبخر يلقي بعض جزيئات الماء الموجودة به في قاع الحفر العميقة بالقرب من القمر. أعمدة. يتم امتصاص هذه الجزيئات في التربة القمرية، حيث تبقى إلى الأبد، لأن مثل هذه الأماكن هي الأماكن الوحيدة على القمر حيث "لا تشرق الشمس" حرفيًا. (إذا كنت مقتنعًا بأن جانبًا واحدًا من القمر كان مظلمًا دائمًا، فقد تم تضليلك من خلال مجموعة متنوعة من المصادر الموثوقة، والتي تضمنت بلا شك ألبوم بينك فلويد لعام 1973 بعنوان "الجانب المظلم من القمر".) كسكان متعطشين للشمس في القطب الشمالي و تعلم أنتاركتيكا أن الشمس في هذه الأماكن لا تشرق أبدًا فوق الأفق - لا أثناء النهار ولا على مدار العام. والآن تخيل أنك تعيش في قاع حفرة، تكون حافتها أعلى من نقطة في السماء بقدر شروق الشمس. في مثل هذه الحفرة، وحتى على القمر، حيث لا يوجد هواء ولا شيء ينثر الضوء حتى يصل إلى الزوايا المظللة، سيتعين عليك أن تعيش في الظلام الأبدي.

ثلاجتك أيضًا باردة ومظلمة، لكن الجليد هناك لا يزال يتبخر بمرور الوقت (إذا كنت لا تصدقني، انظر إلى شكل مكعبات الثلج عند عودتك من غياب طويل)، ولكن في الجزء السفلي من هذه الحفر الجو بارد جدًا لدرجة أن التبخر يتوقف بشكل أساسي (على الأقل في إطار محادثتنا، يمكننا أن نفترض أنه غير موجود). ليس هناك شك في أننا إذا قمنا ببناء مستعمرة على القمر، فيجب أن تكون موجودة بالقرب من هذه الحفر. بالإضافة إلى المزايا الواضحة - سيكون لدى المستعمرين الكثير من الجليد، وشيئًا لإذابته وتنظيفه وشربه - يمكن أيضًا استخلاص الهيدروجين من جزيئات الماء عن طريق فصله عن الأكسجين. سيتحول الهيدروجين وجزء من الأكسجين إلى وقود الصواريخ، وسيتنفس المستعمرون بقية الأكسجين. وفي وقت فراغك من الرحلات الفضائية، يمكنك الذهاب للتزلج على الجليد في بحيرة متجمدة مصنوعة من المياه المستخرجة.

لذلك، تخبرنا بيانات الحفر القديمة أن المذنبات سقطت على القمر، مما يعني أن نفس الشيء حدث للأرض. إذا كنت تعتبر أن الأرض أكبر وجاذبيتها أقوى، فيمكنك أن تستنتج أن المذنبات سقطت على الأرض في كثير من الأحيان. هذا صحيح - منذ ولادة الأرض وحتى يومنا هذا. كما أن الأرض لم تخرج من فراغ الفضاء على شكل غيبوبة كروية جاهزة. لقد نشأ من غاز أولي مكثف، والذي تشكلت منه الشمس نفسها وجميع الكواكب الأخرى. استمرت الأرض في النمو حيث التصقت بها جزيئات صلبة صغيرة، ثم من خلال القصف المستمر من قبل الكويكبات الغنية بالمعادن، والمذنبات الغنية بالمياه. بأي معنى هو ثابت؟ ويشتبه في أن تكرار سقوط المذنبات على الأرض في المراحل الأولى من وجودها كان كافيا لتوفير المياه لجميع محيطاتها. ومع ذلك، لا تزال هناك بعض الأسئلة (ومساحة للنقاش). الماء من المذنبات التي ندرسها الآن، مقارنة بالمياه من المحيطات، يحتوي على الكثير من الديوتيريوم - وهو نوع من الهيدروجين يحتوي على نيوترون إضافي في نواته. إذا كانت المحيطات مليئة بالمذنبات، فإن المذنبات التي سقطت على الأرض في بداية النظام الشمسي كان لها تركيب كيميائي مختلف قليلاً.

هل تعتقد أنه يمكنك الخروج بأمان؟ حسنًا، لا: فقد أظهرت الدراسات الحديثة لمحتوى الماء في الطبقات العليا من الغلاف الجوي للأرض أن قطعًا من الجليد بحجم المنازل تسقط بانتظام على الأرض. تتبخر كرات الثلج الموجودة بين الكواكب بسرعة عند ملامستها للهواء، لكنها تتمكن من المساهمة في ميزانية المياه على الأرض. إذا كان تكرار السقوط ثابتًا طوال تاريخ الأرض البالغ 4.6 مليار سنة، فربما تكون كرات الثلج هذه قد ساهمت أيضًا في محيطات الأرض. أضف إلى ذلك بخار الماء الذي، كما نعلم، يدخل إلى الغلاف الجوي أثناء الانفجارات البركانية، ويتبين أن الأرض تلقت إمداداتها من الماء على السطح بعدة طرق. تغطي محيطاتنا المهيبة الآن ثلثي سطح الأرض، ولكنها لا تشكل سوى واحد على خمسة آلاف من كتلة الأرض. قد تبدو هذه حصة صغيرة جدًا، لكنها لا تزال تصل إلى كوينتيليون ونصف طن، 2٪ منها في أي وقت يكون على شكل جليد. إذا واجهت الأرض تأثيرًا قويًا للاحتباس الحراري مثل كوكب الزهرة، فسوف يمتص غلافنا الجوي كميات زائدة من الطاقة الشمسية، وسترتفع درجات حرارة الهواء، وسوف تغلي المحيطات وتتبخر بسرعة في الغلاف الجوي. سيكون هذا سيئا. لن تنقرض النباتات والحيوانات على الأرض فحسب - وهذا أمر واضح - بل إن أحد الأسباب المقنعة (حرفيًا) للدمار الشامل هو أن الغلاف الجوي المشبع ببخار الماء سيصبح أكبر بثلاثمائة مرة. سنكون جميعا بالارض.

ويختلف كوكب الزهرة عن باقي كواكب المجموعة الشمسية في عدة جوانب، منها غلافه الجوي السميك والكثيف والثقيل من ثاني أكسيد الكربون، الذي يبلغ ضغطه مائة مرة ضغط الغلاف الجوي للأرض. كنا قد تم تسويتها هناك أيضا. ومع ذلك، في تصنيفي للميزات الأكثر روعة في كوكب الزهرة، يحتل المقام الأول وجود الحفر، والتي تشكلت جميعها مؤخرًا نسبيًا ويتم توزيعها بالتساوي على السطح بأكمله. تشير هذه الميزة التي تبدو غير ضارة إلى وقوع كارثة واحدة على نطاق كوكبي أدت إلى إعادة ضبط ساعة الفوهات ومحو جميع الأدلة على التأثيرات السابقة. وهذا ممكن، على سبيل المثال، مع ظاهرة مناخية تآكلية مثل الفيضان العالمي. وأيضًا - نشاط جيولوجي (وليس تناسلي) واسع النطاق، على سبيل المثال، تدفقات الحمم البركانية التي حولت سطح كوكب الزهرة بالكامل إلى حلم سائق سيارة أمريكي - كوكب مرصوف بالكامل. كل ما تم إعادة ضبط الساعة حدث فجأة وعلى الفور. ومع ذلك، ليس كل شيء واضحا هنا. إذا كان هناك بالفعل فيضان عالمي على كوكب الزهرة، فأين ذهبت كل المياه الآن؟ ذهبت تحت السطح؟ تبخرت في الجو؟ أم أن كوكب الزهرة لم يغمره الماء على الإطلاق، بل بمادة أخرى؟

لا يقتصر فضولنا وجهلنا على كوكب الزهرة وحده، بل يمتد إلى الكواكب الأخرى. كان المريخ ذات يوم مستنقعًا حقيقيًا - به أنهار متعرجة وسهول فيضانية ودلتا وشبكة من الجداول الصغيرة وأودية ضخمة منحوتة بالمياه الجارية. لدينا بالفعل ما يكفي من الأدلة على أنه إذا كان هناك أي مكان في النظام الشمسي يحتوي على مصادر وفيرة للمياه، فهو موجود على المريخ. ومع ذلك، فإن سطح المريخ اليوم جاف تمامًا، وليس من الواضح السبب. بالنظر إلى المريخ والزهرة - شقيق كوكبنا - أنظر أيضًا إلى الأرض بطريقة جديدة وأفكر في مدى عدم موثوقية مصادر المياه لدينا على سطح الأرض. كما نعلم بالفعل، قاد خيال بيرسيفال لويل بيرسيفال لويل إلى اقتراح أن مستعمرات المريخيين المبدعين قد بنت شبكة بارعة من القنوات على المريخ لتوصيل المياه من الأنهار الجليدية القطبية إلى خطوط العرض الوسطى الأكثر اكتظاظًا بالسكان. لشرح ما رآه (أو اعتقد أنه رآه)، اخترع لويل حضارة تحتضر فقدت مياهها بطريقة ما. في أطروحته المفصلة ولكن المعيبة بشكل مدهش، المريخ كمسكن للحياة (1909)، يتحسر لويل على الانحدار الحتمي للحضارة المريخية التي تصورها مخيلته:

ولا شك أن جفاف الكوكب سيستمر حتى يفقد سطحه القدرة على دعم الحياة كلها. من المؤكد أن الزمن سوف ينسفها مثل الغبار. ومع ذلك، عندما تنطفئ شرارته الأخيرة، سيندفع الكوكب الميت عبر الفضاء مثل الشبح، وستنتهي مسيرته التطورية إلى الأبد.

(لويل، 1908، ص 216)

لقد حصل لويل على شيء واحد صحيح. إذا كانت هناك حضارة (أو أي كائنات حية) على سطح المريخ تتطلب الماء، ففي مرحلة غير معروفة من تاريخ المريخ ولسبب غير معروف، جفت كل المياه الموجودة على السطح بالفعل، مما أدى بالضبط إلى مثل هذا تنتهي كما يصف لويل. ربما ذهبت مياه المريخ المفقودة ببساطة إلى باطن الأرض واستحوذت عليها التربة الصقيعية. كيف يمكن إثبات ذلك؟ في الحفر الكبيرة على سطح المريخ، تكون خطوط الطين المجفف المتدفقة أكثر شيوعًا من تلك الصغيرة. وبافتراض أن التربة الصقيعية تقع على عمق كبير، فإن الوصول إليها سيتطلب تأثيرًا عنيفًا. كان من الممكن أن يؤدي إطلاق الطاقة من مثل هذا الاصطدام إلى إذابة الجليد الموجود أسفل السطح عند ملامسته، مما يتسبب في تناثر الأوساخ. تعد الفوهات التي تحتوي على هذه الميزات أكثر شيوعًا في خطوط العرض القطبية الباردة، وتحديدًا حيث تتوقع وجود طبقة من التربة الصقيعية بالقرب من السطح. وفقًا لبعض التقديرات، إذا كانت كل المياه التي نشتبه بها مخفية في التربة الصقيعية على المريخ، وكما نعلم على وجه اليقين، محصورة في أنهار جليدية عند القطبين، وذابت وموزعة بالتساوي على سطحه، فسيتحول المريخ إلى كوكب متواصل. المحيط بعمق عشرات الأمتار. إن البحث عن الحياة على المريخ، سواء الحديثة أو الأحفورية، يجب أن يشمل النظر إلى مجموعة متنوعة من الأماكن، وخاصة تحت سطح المريخ.

عندما بدأ علماء الفيزياء الفلكية بالتفكير في المكان الذي يمكن أن يوجد فيه الماء السائل، وبالتالي الحياة، كانوا يميلون في البداية إلى التفكير في الكواكب التي تدور على مسافة معينة من نجومها - على مسافة بحيث يبقى الماء على سطحها سائلًا. ليس بعيدًا جدًا وليس قريبًا جدًا. يشار إلى هذه المنطقة عادةً باسم المنطقة الصالحة للسكن، أو منطقة المعتدل (انظر الفصل السابق)، وكان تقديرًا معقولًا في البداية. ومع ذلك، فإنها لم تأخذ في الاعتبار إمكانية نشوء الحياة في الأماكن التي توجد بها مصادر أخرى للطاقة، والتي بفضلها بقي الماء، حيث كان من المفترض أن يتحول إلى جليد، في حالة سائلة. هذا يمكن أن يوفر تأثير طفيف على الاحتباس الحراري. وكذلك مصدر داخلي للطاقة، مثل الحرارة المتبقية من تكوين كوكب أو التحلل الإشعاعي للعناصر الثقيلة غير المستقرة، وكل منها يساهم في التسخين الداخلي للأرض، وبالتالي في نشاطها الجيولوجي. بالإضافة إلى ذلك، تعمل المد والجزر الكوكبية أيضًا كمصدر للطاقة - وهذا مفهوم أكثر عمومية من مجرد رقص المحيط المضطرب مع القمر. كما رأينا من قبل، يتعرض آيو، أحد أقمار كوكب المشتري، لضغط مستمر بسبب قوى المد والجزر المتغيرة، نظرًا لأن مداره ليس دائريًا تمامًا ويتحرك آيو أقرب وأبعد عن المشتري. يقع آيو على مسافة من الشمس لدرجة أنه في ظل ظروف أخرى كان من المفترض أن يتجمد إلى الأبد، ولكن بسبب تغيرات المد والجزر المستمرة، حصل على لقب الجرم السماوي صاحب النشاط الجيولوجي الأكثر عنفًا في النظام الشمسي بأكمله - فهو يحتوي على كل شيء : قذف البراكين للحمم، والصدوع النارية، والتحولات التكتونية. في بعض الأحيان يتم تشبيه آيو الحديث بالأرض الصغيرة، عندما لم يكن كوكبنا قد يبرد بعد بعد الولادة.

ولا يقل إثارة للاهتمام أوروبا، وهو قمر صناعي آخر لكوكب المشتري، والذي يستمد الحرارة أيضًا من قوى المد والجزر. لقد اشتبه العلماء منذ فترة طويلة، وأكدوا مؤخرًا (استنادًا إلى صور مسبار الفضاء جاليليو)، أن أوروبا مغطى بطبقات سميكة من الجليد المهاجرة، والتي يقع تحتها محيط من المياه الذائبة أو السائلة. محيط كامل من الماء! فقط تخيل كيف يبدو الصيد على الجليد هناك. وفي الواقع، يفكر المهندسون والعلماء من مختبر الدفع النفاث بالفعل في إرسال مسبار فضائي إلى أوروبا، والذي سيهبط على الجليد، ويجد ثقبًا فيه (أو يقطعه أو يغرقه بنفسه)، وينزل مقطع فيديو في أعماق البحار. الكاميرا في ذلك، ونحن دعونا نرى ما هو هناك وكيف. وبما أن الحياة على الأرض نشأت على الأرجح في المحيطات، فإن وجود الحياة في محيطات أوروبا ليس بأي حال من الأحوال خيالًا فارغًا؛ بل قد يحدث بالفعل. في رأيي، فإن نوعية المياه الأكثر روعة ليست هي التسمية المستحقة "للمذيب العالمي" التي تعلمناها جميعًا في دروس الكيمياء في المدرسة، ولا النطاق الواسع بشكل غير عادي من درجات الحرارة التي يظل الماء فيها سائلاً. الشيء الأكثر إثارة للدهشة في الماء هو أنه في حين أن جميع المواد تقريبًا، بما في ذلك الماء نفسه، تصبح أكثر كثافة عندما يتم تبريدها، فإن الماء عندما يتم تبريده إلى أقل من 4 درجات مئوية، يصبح أقل كثافة. وعندما يتجمد عند درجة الصفر يصبح أقل كثافة مما هو عليه في الحالة السائلة عند أي درجة حرارة، وهذا أمر مزعج لأنابيب المياه، ولكنه جيد جدًا للأسماك. في فصل الشتاء، عندما تنخفض درجة حرارة الهواء إلى ما دون الصفر، يغوص الماء الذي تبلغ درجة حرارته 4 درجات إلى القاع ويبقى هناك، وتنمو طبقة عائمة من الجليد ببطء شديد على السطح وتعزل الماء الدافئ عن الهواء البارد.

إذا لم يحدث هذا الانقلاب في الكثافة مع الماء عند درجات حرارة أقل من 4 درجات، فعند درجة حرارة الهواء أقل من نقطة التجمد، سيبرد السطح الخارجي للخزان ويغرق في القاع، وسيرتفع الماء الدافئ إلى الأعلى. ومن شأن هذا الحمل القسري أن يبرد بسرعة كتلة الماء بأكملها إلى الصفر، وبعد ذلك يبدأ السطح في التجمد. سوف يغرق الجليد الأكثر كثافة - وسوف يتجمد سمك الماء بالكامل من الأسفل إلى السطح. في مثل هذا العالم لن يكون هناك صيد في الجليد لأن جميع الأسماك سيتم تجميدها، تجميدها حية. وسيجلس عشاق الصيد على الجليد إما تحت طبقة من الماء غير المتجمد بعد، أو على كتلة من الخزان المتجمد بالكامل. لن تكون هناك حاجة لكاسحات الجليد للسفر عبر القطب الشمالي المتجمد: فالمحيط المتجمد الشمالي إما أن يتجمد حتى القاع أو يظل مفتوحًا أمام الشحن العادي لأن الطبقة الجليدية ستقع بالأسفل. ويمكنك المشي على الجليد بقدر ما تريد ولا تخاف من السقوط. في مثل هذا العالم الموازي، سوف تغرق الجليد الطافي والجبال الجليدية، وفي عام 1912، ستبحر تيتانيك بهدوء إلى وجهتها - نيويورك.

ولا يقتصر وجود الماء في المجرة على الكواكب وأقمارها الصناعية. يتم اكتشاف جزيئات الماء، بالإضافة إلى العديد من المواد الكيميائية المنزلية المألوفة الأخرى مثل الأمونيا والميثان والكحول الإيثيلي، بين الحين والآخر في سحب الغاز بين النجوم. في ظل ظروف معينة - درجة حرارة منخفضة وكثافة عالية - يمكن لمجموعة من جزيئات الماء إعادة إشعاع طاقة نجم قريب إلى الفضاء على شكل إشعاع ميكروويف موجه عالي الكثافة. إن فيزياء هذه الظاهرة تشبه إلى حد كبير كل ما يحدث مع الضوء المرئي في الليزر. لكن في هذه الحالة، من الأفضل عدم الحديث عن الليزر، بل عن جهاز مازر - هكذا يتم اختصار عبارة "تضخيم الميكروويف عن طريق انبعاث الإشعاع المحفز". لذا فإن الماء لا يتواجد في كل مكان في المجرة فحسب، بل أحيانًا يشع نحوك أيضًا من أعماق الفضاء.

نحن نعلم أن الماء ضروري للحياة على الأرض، ولكن لا يمكننا إلا أن نفترض أنه شرط ضروري لنشوء الحياة في أي ركن من أركان المجرة. ومع ذلك، غالبا ما يعتقد الأشخاص الأميون كيميائيا أن الماء مادة مميتة، ومن الأفضل عدم الاتصال بها. في عام 1997، أجرى ناثان زونر، وهو طالب في المدرسة الثانوية يبلغ من العمر أربعة عشر عاماً في إيجل روك بولاية أيداهو، دراسة موضوعية عن التحيز ضد التكنولوجيا و"الرهاب الكيميائي" المرتبط بها، والتي اكتسبت شهرة مستحقة. ودعا ناثان المارة في الشارع إلى التوقيع على عريضة تطالب بفرض رقابة صارمة أو حظر على استخدام أول أكسيد الهيدروجين. وقدم المجرب الشاب قائمة بالخصائص الكابوسية لهذه المادة الخالية من الطعم والرائحة:

أول أكسيد الهيدروجين هو المكون الرئيسي للمطر الحمضي.

عاجلاً أم آجلاً، تذيب هذه المادة كل ما تتلامس معه؛

إذا تم استنشاقه عن طريق الخطأ، يمكن أن يكون قاتلاً؛

ويترك في حالته الغازية حروقاً شديدة؛

وقد تم العثور عليه في الأورام لدى مرضى السرطان في المراحل النهائية.

وقع ثلاثة وأربعون شخصًا من الخمسين الذين اتصل بهم زونر على العريضة، وكان ستة منهم مترددين، وكان أحدهم من المؤيدين المتحمسين لأول أكسيد الهيدروجين ورفض التوقيع.

مكان عيش \ سكن

إذا سألت شخصًا من أين هو، فإن الإجابة ستكون عادةً اسم المدينة التي ولد فيها، أو مكان ما على سطح الأرض حيث قضى طفولته. وهذا صحيح تمامًا. لكن

ستكون الإجابة الدقيقة من الناحية الكيميائية الفلكية هي: "لقد أتيت من الحطام الناجم عن انفجارات العديد من النجوم الضخمة التي ماتت منذ أكثر من خمسة مليارات سنة". الفضاء الخارجي هو المصنع الكيميائي الرئيسي. تم إطلاقه بواسطة الانفجار الكبير، الذي زود الكون بالهيدروجين والهيليوم وقطرة من الليثيوم - أخف العناصر الثلاثة. أما العناصر الاثنين والتسعون المتبقية التي تحدث بشكل طبيعي فقد خلقت النجوم، بما في ذلك كل الكربون والكالسيوم والفوسفور في كل كائن حي على الأرض، البشر وغيرهم. من سيحتاج إلى كل هذه المجموعة الغنية من المواد الخام إذا ظلت حبيسة النجوم؟ ولكن عندما تموت النجوم، فإنها تعيد نصيب الأسد من كتلتها إلى الكون وتزود السحب الغازية القريبة بمجموعة كاملة من الذرات التي تثري بعد ذلك الجيل التالي من النجوم.

إذا توفرت الظروف المناسبة - درجة الحرارة المناسبة والضغط المناسب - فإن العديد من الذرات تتجمع معًا وتنشأ جزيئات بسيطة. وبعد ذلك تصبح العديد من الجزيئات أكبر حجمًا وأكثر تعقيدًا، وتكون آليات ذلك معقدة ومبتكرة. في نهاية المطاف، تنظم الجزيئات المعقدة نفسها ذاتيًا في كائنات حية من نوع أو آخر، وربما يحدث هذا في مليارات أركان الكون. وفي واحدة منها على الأقل، أصبحت الجزيئات معقدة للغاية لدرجة أنها طورت الذكاء ومن ثم القدرة على صياغة الأفكار الموضحة في الأيقونات الموجودة في هذه الصفحة وإيصالها لبعضها البعض.

نعم، نعم، ليس الناس فقط، ولكن أيضًا جميع الكائنات الحية الأخرى في الفضاء، وكذلك الكواكب والأقمار التي يعيشون عليها، لم تكن لتوجد لولا بقايا النجوم المستهلكة. بشكل عام، أنت مكون من القمامة. سيكون عليك أن تتصالح مع هذا. من الأفضل أن تكون سعيدا. ففي نهاية المطاف، ما الذي يمكن أن يكون أكثر نبلاً من فكرة أن الكون يعيش بداخلنا جميعًا؟ لا تحتاج إلى مكونات نادرة لطهي الحياة. دعونا نتذكر العناصر التي تحتل المراكز الخمسة الأولى من حيث وفرتها في الفضاء: الهيدروجين والهيليوم والأكسجين والكربون والنيتروجين. باستثناء الهيليوم الخامل كيميائيا، الذي لا يحب تكوين جزيئات مع أي شخص، نحصل على المكونات الأربعة الرئيسية للحياة على الأرض. إنهم يقضون وقتهم في السحب الضخمة التي تحيط بالنجوم في المجرة، ويبدأون في تكوين الجزيئات بمجرد انخفاض درجة الحرارة إلى أقل من ألفي درجة كلفن. تتشكل جزيئات من ذرتين في وقت واحد: أول أكسيد الكربون وجزيء الهيدروجين (ذرتان هيدروجين مرتبطتان ببعضهما البعض). قم بخفض درجة الحرارة قليلاً وستحصل على جزيئات مستقرة مكونة من ثلاث أو أربع ذرات مثل الماء (H2O) وثاني أكسيد الكربون (CO2) والأمونيا (NH3) - وهي منتجات بسيطة ولكنها عالية الجودة من المطبخ البيولوجي. إذا انخفضت درجة الحرارة أكثر قليلا، فسوف تظهر مجموعة كاملة من الجزيئات المكونة من خمس وستة ذرات. وبما أن الكربون ليس منتشرا على نطاق واسع فحسب، بل هو أيضا نشط للغاية من وجهة نظر كيميائية، فهو مدرج في معظم الجزيئات - في الواقع، ثلاثة أرباع جميع "أنواع" الجزيئات التي لوحظت في الوسط بين النجوم تحتوي على ذرة كربون واحدة على الأقل . واعدة. ومع ذلك، الفضاء هو مكان خطير إلى حد ما بالنسبة للجزيئات. إذا لم يتم تدميرها بواسطة طاقة انفجارات المستعرات الأعظم، فإن الأشعة فوق البنفسجية القادمة من النجوم فائقة السطوع القريبة تكمل الأمر.

كلما زاد حجم الجزيء، قلت مقاومته للهجوم. إذا كانت الجزيئات محظوظة وتعيش في مناطق هادئة أو محمية نسبيًا، فيمكنها البقاء على قيد الحياة لتصبح جزءًا من حبيبات الغبار الكوني، وفي النهاية إلى الكويكبات والمذنبات والكواكب والبشر. ولكن حتى لو لم يترك الهجوم النجمي أيًا من الجزيئات الأصلية على قيد الحياة، فسيظل هناك الكثير من الذرات والوقت لإنشاء جزيئات معقدة - ليس فقط أثناء تكوين كوكب معين، ولكن أيضًا على السطح الخاضع للكوكب وتحته . تشمل بعض الجزيئات المعقدة الأكثر شيوعًا الأدينين (نيوكليوتيد أو "قاعدة" تشكل جزءًا من الحمض النووي)، والجليسين (سلائف البروتين)، وجليكوالدهيد (هيدروكربون). كل هذه المكونات وأمثالها ضرورية لنشوء الحياة بالشكل الذي نعرفه، ولا شك أنها لا توجد إلا على الأرض فقط.

ومع ذلك، فإن كل هذه الجزيئات العضوية لم تصبح بعد حياة، كما أن الدقيق والماء والخميرة والملح لم يصبحوا خبزًا بعد. على الرغم من أن الانتقال من المادة الخام إلى الكائن الحي نفسه يظل لغزًا، فمن الواضح أن هناك عدة شروط مطلوبة لحدوث ذلك. يجب أن تشجع البيئة الجزيئات على تجربة بعضها البعض وفي الوقت نفسه تحميها من الإصابات غير الضرورية. تعتبر السوائل مفيدة بشكل خاص لهذا الغرض، لأنها توفر اتصالًا وثيقًا وقدرًا أكبر من الحركة. كلما زادت فرص التفاعلات الكيميائية التي توفرها البيئة، كلما زادت تجارب سكانها إبداعًا. من المهم أن نأخذ في الاعتبار عاملاً آخر تشير إليه قوانين الفيزياء: التفاعلات الكيميائية تتطلب مصدرًا غير منقطع للطاقة.

عندما ننظر إلى النطاق الواسع من درجات الحرارة والضغوط والحموضة والإشعاعات التي يمكن أن تزدهر فيها الحياة على الأرض، ونتذكر أن الزاوية المريحة لميكروب ما هي غرفة تعذيب لميكروب آخر، يصبح من الواضح لماذا لم يعد للعلماء الحق في اقتراح حياة إضافية الظروف في أماكن أخرى. ويرد مثال ممتاز على القيود المفروضة على مثل هذه الاستنتاجات في الكتاب الساحر "Cosmotheoros" الذي ألفه عالم الفلك الهولندي كريستيان هويجنز في القرن السابع عشر: المؤلف مقتنع بأنه يجب زراعة القنب على كواكب أخرى - وإلا فما الذي يمكن صنع حبال السفن منه؟ توجيه السفن والإبحار في البحار؟ لقد مرت ثلاثمائة عام، ونحن نكتفي بعدد قليل من الجزيئات. إذا قمت بخلطها جيدًا ووضعتها في مكان دافئ، فيمكنك أن تتوقع أنه خلال بضع مئات الملايين من السنين سيكون لدينا مستعمرات مزدهرة من الكائنات الحية الدقيقة. الحياة على الأرض غزيرة الإنتاج بشكل غير عادي، ولا شك في ذلك. ماذا عن بقية الكون؟ إذا كان هناك جرم سماوي في أي مكان آخر يشبه كوكبنا إلى حد ما على الأقل، فربما أجرى تجارب مماثلة باستخدام كواشف كيميائية مماثلة وتم تنظيم هذه التجارب وفقًا لنفس القوانين الفيزيائية التي هي نفسها في جميع أنحاء الكون.

لنأخذ الكربون على سبيل المثال. إنه قادر على إنشاء مجموعة متنوعة من الروابط مع نفسه ومع العناصر الأخرى، وبالتالي يتم تضمينه في عدد لا يصدق من المركبات الكيميائية - في هذا ليس له مثيل في الجدول الدوري بأكمله. يخلق الكربون جزيئات أكثر من جميع العناصر الأخرى مجتمعة (10 ملايين - ماذا عن ذلك؟). عادة، لإنشاء جزيء، تتشارك الذرات في واحد أو أكثر من الإلكترونات الخارجية، وتمسك بعضها البعض مثل مفاصل الكامات بين سيارات الشحن. كل ذرة كربون قادرة على تكوين مثل هذه الروابط مع ذرة واحدة أو اثنتين أو ثلاث أو أربع ذرات أخرى، ولكن ذرة الهيدروجين، على سبيل المثال، مع ذرة واحدة فقط، والأكسجين - مع ذرة أو اثنتين، والنيتروجين - مع ثلاث ذرات.

عندما يتحد الكربون مع نفسه، فإنه يخلق العديد من الجزيئات من جميع أنواع مجموعات السلاسل الطويلة، أو الحلقات المغلقة، أو الهياكل المتفرعة. هذه الجزيئات العضوية المعقدة قادرة على القيام بمآثر لا يمكن للجزيئات الصغيرة إلا أن تحلم بها. على سبيل المثال، فهي قادرة على أداء مهمة واحدة في نهاية واحدة، وأخرى في الطرف الآخر، والالتواء، والطي، والتشابك مع جزيئات أخرى، وإنشاء مواد ذات خصائص وصفات جديدة جديدة - لا توجد حواجز أمامها. ربما يكون الجزيء الكربوني الأكثر إثارة للدهشة هو الحمض النووي، وهو عبارة عن حلزون مزدوج يتم فيه تشفير المظهر الفردي لكل كائن حي. ماذا عن الماء؟ عندما يتعلق الأمر بضمان الحياة، يتمتع الماء بنوعية مفيدة للغاية - فهو يظل سائلاً على نطاق واسع جدًا من درجات الحرارة، وفقًا لمعظم علماء الأحياء. ولسوء الحظ، فإن معظم علماء الأحياء ينظرون إلى الأرض فقط، حيث يظل الماء سائلاً عند درجة حرارة 100 درجة مئوية. وفي الوقت نفسه، في بعض الأماكن على المريخ، يكون الضغط الجوي منخفضًا جدًا لدرجة أن الماء ليس سائلاً على الإطلاق - بمجرد أن تصب لنفسك كوبًا من الماء، سوف يغلي كل الماء ويتجمد في نفس الوقت! ومع ذلك، بغض النظر عن مدى سوء الوضع الحالي لجو المريخ، فقد سمح في الماضي بوجود احتياطيات ضخمة من الماء السائل. وإذا كانت الحياة موجودة في يوم من الأيام على سطح الكوكب الأحمر، فإنها كانت موجودة في ذلك الوقت فقط.

أما بالنسبة للأرض، فالمياه الموجودة على سطحها جيدة جدًا، وأحيانًا جيدة جدًا وحتى مميتة. حيث أنها لم تأتي من؟ كما رأينا بالفعل، فمن المنطقي أن نفترض أنه تم إحضاره جزئيًا إلى هنا عن طريق المذنبات: يمكن القول إنها مشبعة بالماء (متجمدة بالطبع)، وهناك المليارات منها في النظام الشمسي، وبعضها كبيرة جدًا، وعندما كان النظام الشمسي يتشكل للتو، كانوا يقصفون الأرض الفتية باستمرار. تثور البراكين ليس فقط لأن الصهارة شديدة الحرارة، ولكن أيضًا لأن الصهارة الساخنة المتصاعدة تحول المياه الجوفية إلى بخار، ويتوسع البخار بسرعة، مما يسبب انفجارًا. لم يعد البخار يتناسب مع الفراغات الموجودة تحت الأرض، وانفصل الغطاء عن البركان، مما تسبب في صعود H2O إلى السطح. بالنظر إلى كل هذا، لا ينبغي أن يكون من المستغرب أن يكون سطح كوكبنا مليئًا بالمياه. مع كل التنوع الذي تعيشه الكائنات الحية على الأرض، فإن جميعها لديها أجزاء مشتركة من الحمض النووي. عالم الأحياء الذي لم يسبق له رؤية أي شيء آخر غير الأرض في حياته يفرح فقط بتنوع الحياة، لكن عالم الأحياء الفلكي يحلم بالتنوع على نطاق أوسع: حياة تعتمد على حمض نووي غريب تمامًا أو أي شيء آخر تمامًا.

ولسوء الحظ، فإن كوكبنا هو المثال البيولوجي الوحيد حتى الآن. ومع ذلك، يستطيع عالم الأحياء الفلكية جمع فرضيات حول الكائنات الحية التي تعيش في مكان ما في أعماق الفضاء من خلال دراسة الكائنات الحية التي تعيش في بيئات قاسية هنا على الأرض. بمجرد أن تبدأ في البحث عن هذه الكائنات المتطرفة، يتبين أنها تعيش في كل مكان تقريبًا: في مقالب النفايات النووية، وفي السخانات الحمضية، وفي الأنهار الحمضية المشبعة بالحديد، وفي ينابيع أعماق البحار التي تقذف المعلقات الكيميائية، وبالقرب من البراكين تحت الماء، في التربة الصقيعية. ، في أكوام من الخبث، في برك الملح الصناعية، وفي جميع أنواع الأماكن التي ربما لن تذهب إليها لقضاء شهر العسل، ولكنها ربما تكون نموذجية تمامًا لمعظم الكواكب والأقمار الأخرى. اعتقد علماء الأحياء ذات مرة أن الحياة تبدأ في «بركة دافئة»، كما كتب داروين (Darwin 1959, p. 202)؛ ومع ذلك، فإن الأدلة التي تراكمت في الآونة الأخيرة تجعلنا نميل إلى فكرة أن الكائنات الحية الأولى على الأرض كانت كائنات متطرفة.

وكما سنرى في الجزء التالي، خلال النصف مليار سنة الأولى من وجوده، لم يكن النظام الشمسي يشبه أكثر من مجرد ميدان للرماية. سقطت الصخور الكبيرة والصغيرة باستمرار على سطح الأرض، تاركة وراءها الحفر وسحق الصخور إلى الغبار. وأي محاولة لإطلاق مشروع «الحياة» ستتوقف فوراً. ولكن منذ حوالي أربعة مليارات سنة، خف القصف وبدأت درجة حرارة سطح الأرض في الانخفاض، مما سمح لنتائج التجارب الكيميائية المعقدة بالبقاء والازدهار. تحسب الكتب المدرسية القديمة الوقت التنازلي منذ ولادة النظام الشمسي، ويزعم مؤلفوها عادة أن تشكل الأرض استغرق ما بين 700 إلى 800 مليون سنة. لكن الأمر ليس كذلك: فالتجارب في المختبر الكيميائي للكوكب لا يمكن أن تبدأ قبل أن يهدأ القصف السماوي. لا تتردد في طرح 600 مليون سنة من "الحرب" - وسيتبين أن الآليات أحادية الخلية خرجت من السائل البدائي في 200 مليون سنة فقط. على الرغم من أن العلماء لا يزالون غير قادرين على فهم كيف بدأت الحياة بالضبط، إلا أنه لا يبدو أن الطبيعة تواجه أي صعوبات في ذلك.

لقد قطع علماء الكيمياء الفلكية شوطًا طويلًا في غضون بضعة عقود فقط: حتى وقت قريب لم يعرفوا شيئًا على الإطلاق عن الجزيئات الموجودة في الفضاء، لكنهم اكتشفوا اليوم بالفعل العديد من المركبات المختلفة في كل مكان تقريبًا. علاوة على ذلك، في السنوات العشر الأخيرة، أكد علماء الفيزياء الفلكية أن الكواكب تدور أيضًا حول نجوم أخرى وأن كل نظام نجمي، وليس فقط النظام الشمسي، مليء بنفس المكونات الأربعة الرئيسية للحياة مثل موطننا الكوني. وبطبيعة الحال، لا يتوقع أحد أن يجد الحياة على نجم، حتى على نجم "بارد"، حيث تبلغ درجة الحرارة فيه ألف درجة فقط، لكن الحياة على الأرض غالبا ما توجد في أماكن تصل درجة الحرارة فيها إلى عدة مئات من الدرجات. تؤدي كل هذه الاكتشافات مجتمعة إلى استنتاج مفاده أن الكون في الواقع ليس غريبًا وغير معروف بالنسبة لنا على الإطلاق - في الواقع، نحن على دراية به بالفعل على المستوى الأساسي. ولكن ما مدى قربنا من معرفة بعضنا البعض؟ ما هو احتمال أن تكون أي كائنات حية تشبه تلك الموجودة على الأرض - تعتمد على الكربون وتفضل الماء على جميع السوائل الأخرى؟ لنأخذ على سبيل المثال السيليكون، وهو أحد العناصر الأكثر وفرة في الكون. في الجدول الدوري، يقع السيليكون مباشرة تحت الكربون، مما يعني أن لديهم نفس تكوين الإلكترونات في غلافهم الخارجي. يمكن للسيليكون، مثل الكربون، تكوين روابط مع ذرة واحدة أو اثنتين أو ثلاث أو أربع ذرات أخرى. وفي ظل الظروف المناسبة، يمكنها أيضًا تكوين جزيئات متسلسلة. وبما أن السيليكون لديه نفس القدرة على تكوين مركبات كيميائية مثل الكربون، فمن المعقول افتراض أن الحياة يمكن أن تنشأ منه.

ومع ذلك، هناك صعوبة واحدة مع السيليكون: بالإضافة إلى كونه أقل شيوعًا بعشر مرات من الكربون، فإنه يخلق أيضًا روابط قوية جدًا. على وجه الخصوص، إذا قمت بدمج السيليكون والهيدروجين، فلن تحصل على أساسيات الكيمياء العضوية، بل الحجارة. على الأرض، تتمتع هذه المركبات الكيميائية بفترة صلاحية طويلة. ولكي يكون المركب الكيميائي مفيدًا للكائن الحي، فإنه يحتاج إلى روابط قوية بما يكفي لتحمل هجمات ليست قوية جدًا من البيئة، ولكنها ليست غير قابلة للتدمير بحيث تمنع إمكانية إجراء المزيد من التجارب. ما مدى ضرورة الماء السائل؟ هل هذا حقًا هو الوسيلة الوحيدة المناسبة للتجارب الكيميائية، الوسيلة الوحيدة القادرة على إيصال العناصر الغذائية من جزء من كائن حي إلى جزء آخر؟ ربما تحتاج الكائنات الحية فقط إلى أي سائل. الأمونيا، على سبيل المثال، شائعة جدًا في الطبيعة. والكحول الإيثيلي. وكلاهما مصنوع من العناصر الأكثر وفرة في الكون. تتجمد الأمونيا الممزوجة بالماء عند درجة حرارة أقل بكثير من الماء فقط (-73 درجة مئوية بدلاً من 0 درجة مئوية)، مما يوسع نطاق درجة الحرارة الذي توجد فيه فرصة للعثور على كائنات حية تحب السائل. هناك خيار آخر: على كوكب توجد فيه مصادر قليلة للحرارة الداخلية، على سبيل المثال، يدور بعيدًا عن نجمه ويتجمد حتى العظام، ويمكن للميثان، الذي عادة ما يكون في حالة غازية، أن يلعب أيضًا دور السائل اللازم. هذه المركبات لها مدة صلاحية طويلة. ولكي يكون المركب الكيميائي مفيدًا للكائن الحي، فإنه يحتاج إلى روابط قوية بما يكفي لتحمل هجمات ليست قوية جدًا من البيئة، ولكنها ليست غير قابلة للتدمير لدرجة قطع إمكانية إجراء المزيد من التجارب.

ما مدى ضرورة الماء السائل؟ هل هذا حقًا هو الوسيلة الوحيدة المناسبة للتجارب الكيميائية، الوسيلة الوحيدة القادرة على توصيل العناصر الغذائية من جزء من كائن حي إلى آخر؟ ربما تحتاج الكائنات الحية فقط إلى أي سائل. الأمونيا، على سبيل المثال، شائعة جدًا في الطبيعة. والكحول الإيثيلي. وكلاهما مصنوع من العناصر الأكثر وفرة في الكون. تتجمد الأمونيا الممزوجة بالماء عند درجة حرارة أقل بكثير من الماء فقط (-73 درجة مئوية بدلاً من 0 درجة مئوية)، مما يوسع نطاق درجة الحرارة الذي توجد فيه فرصة للعثور على كائنات حية تحب السائل. هناك خيار آخر: على كوكب توجد فيه مصادر قليلة للحرارة الداخلية، على سبيل المثال، يدور بعيدًا عن نجمه ويتجمد حتى العظام، ويمكن للميثان، الذي عادة ما يكون في حالة غازية، أن يلعب أيضًا دور السائل اللازم.

في عام 2005، هبط مسبار هويجنز الفضائي (الذي سمي على اسم "تعرف من") على تيتان، أكبر أقمار زحل، الغني بالمركبات العضوية وله غلاف جوي أكثر سمكًا بعشر مرات من غلاف الأرض. وبصرف النظر عن الكواكب المشتري وزحل وأورانوس ونبتون، والتي يتكون كل منها بالكامل من الغاز وليس لها سطح صلب، فإن أربعة أجرام سماوية فقط في نظامنا الشمسي تتمتع بغلاف جوي جدير بالملاحظة: الزهرة والأرض والمريخ وتيتان. تيتان ليس بأي حال من الأحوال موضوعًا عشوائيًا للدراسة. قائمة الجزيئات التي يمكن العثور عليها هناك تثير الاحترام: وهذا يشمل الماء والأمونيا والميثان والإيثان، بالإضافة إلى ما يسمى بالهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات - وهي جزيئات من حلقات عديدة. الجليد المائي على تيتان بارد جدًا لدرجة أنه صلب مثل الأسمنت. ومع ذلك، فإن مزيجًا من درجة الحرارة والضغط يؤدي إلى تسييل الميثان، وتظهر صور هيغنز الأولى تيارات وأنهار وبحيرات من الميثان السائل. تذكرنا البيئة الكيميائية على سطح تيتان في بعض النواحي بالبيئة على الأرض الفتية، ولهذا السبب يعتبر العديد من علماء الأحياء الفلكية تيتان مختبرًا "حيًا" لدراسة الماضي البعيد للأرض. وفي الواقع، أظهرت التجارب التي أجريت منذ عقدين من الزمن أنه إذا أضفنا الماء والقليل من الحمض إلى المعلق العضوي الذي يتم الحصول عليه عن طريق تشعيع الغازات التي تشكل الغلاف الجوي العكر لتيتان، فإن هذا سيعطينا ستة عشر حمضًا أمينيًا.

اكتشف علماء الأحياء مؤخرًا أن الكتلة الحيوية الإجمالية تحت سطح كوكب الأرض ربما تكون أكبر منها على السطح. تُظهر الأبحاث الحالية المتعلقة بالكائنات الحية شديدة التحمل مرارًا وتكرارًا أن الحياة لا تعرف حواجز أو حدود. لم يعد الباحثون الذين يدرسون ظروف أصل الحياة "أساتذة مجانين" يبحثون عن رجال خضر صغار على الكواكب القريبة، بل أصبحوا علماء عموميين يمتلكون مجموعة واسعة من الأدوات: يجب أن يكونوا متخصصين ليس فقط في الفيزياء الفلكية والكيمياء والأحياء، ولكن أيضًا في الجيولوجيا وعلم الكواكب، حيث يتعين عليهم البحث عن الحياة في أي مكان.

مثال لنظام إيجاد المنطقة الصالحة للسكن حسب نوع النجوم.

في علم الفلك، منطقة صالحة للسكن, منطقة صالحة للسكن, منطقة الحياة (المنطقة الصالحة للسكن، هرتز) هي منطقة شرطية في الفضاء، تحدد من الحساب أن الظروف الموجودة على سطح تلك الموجودة فيها ستكون قريبة من الظروف الموجودة فيها، وسوف تضمن وجود الماء في الطور السائل. وبناء على ذلك، فإن مثل هذه الكواكب (أو كواكبها) ستكون مواتية لظهور حياة مشابهة لتلك الموجودة على الأرض. يكون احتمال نشوء الحياة أكبر في المنطقة الصالحة للسكن في المنطقة المجاورة ( المنطقة الصالحة للسكن حول النجمية، CHZ ) ، وتقع في المنطقة الصالحة للسكن ( المنطقة المجرية الصالحة للسكن، GHZ)، على الرغم من أن البحث في هذا الأخير لا يزال في بداياته.

تجدر الإشارة إلى أن موقع الكوكب في المنطقة الصالحة للسكن وملاءمته للحياة لا يرتبطان بالضرورة: السمة الأولى تصف الظروف في نظام الكواكب ككل، والثانية - مباشرة على سطح الجسم السماوي .

في الأدب الإنجليزي، تسمى المنطقة الصالحة للسكن أيضًا منطقة المعتدل (منطقة المعتدل). هذا العنوان هو إشارة إلى حكاية خرافية الإنجليزية المعتدل والدببة الثلاثةالمعروفة باللغة الروسية باسم "الدببة الثلاثة". في الحكاية الخيالية، يحاول Goldilocks استخدام عدة مجموعات من ثلاثة أشياء متشابهة، في كل منها يتبين أن أحد العناصر كبير جدًا (صلب، ساخن، وما إلى ذلك)، والآخر صغير جدًا (ناعم، بارد .. .) والثالث، الوسيط بينهما، يتبين أن العنصر "صحيح تمامًا". وبالمثل، لكي يكون الكوكب في المنطقة الصالحة للسكن، يجب ألا يكون بعيدًا جدًا عن النجم ولا قريبًا جدًا منه، ولكن على المسافة "الصحيحة".

المنطقة الصالحة للسكن من النجم

يتم تحديد حدود المنطقة الصالحة للسكن بناءً على متطلبات وجود الماء السائل على الكواكب الموجودة فيها، حيث أنه مذيب ضروري في العديد من التفاعلات الكيميائية الحيوية.

وبعيدًا عن الحافة الخارجية للمنطقة الصالحة للسكن، لا يتلقى الكوكب ما يكفي من الإشعاع الشمسي للتعويض عن الخسائر الإشعاعية، وستنخفض درجة حرارته إلى ما دون نقطة تجمد الماء. الكوكب الذي يقع بالقرب من النجم من الحدود الداخلية للمنطقة الصالحة للسكن سوف يتعرض لسخونة مفرطة بسبب إشعاعه، مما يؤدي إلى تبخر الماء.

يتم حساب المسافة من النجم حيث تكون هذه الظاهرة ممكنة من حجم النجم ولمعانه. يتم وصف مركز المنطقة الصالحة للسكن لنجم معين بالمعادلة:

منطقة صالحة للسكن في النظام الشمسي

هناك تقديرات مختلفة لمكان امتداد المنطقة الصالحة للسكن:

منطقة المجرة الصالحة للسكن

أدت الاعتبارات القائلة بأن موقع النظام الكوكبي داخل المجرة يجب أن يؤثر على إمكانية تطور الحياة إلى مفهوم ما يسمى ب. "المنطقة المجرية الصالحة للسكن" ( غيغاهيرتزالمنطقة المجرية الصالحة للسكن ). تم تطوير هذا المفهوم في عام 1995 غييرمو جونزاليس، رغم تحديها.

المنطقة المجرية الصالحة للسكن هي، وفقًا للأفكار المتاحة حاليًا، منطقة على شكل حلقة تقع في مستوى القرص المجري. وتشير التقديرات إلى أن المنطقة الصالحة للسكن تقع في منطقة تبعد 7 إلى 9 كيلو فرسخ فلكي عن مركز المجرة، وتتوسع مع مرور الوقت وتحتوي على نجوم عمرها من 4 إلى 8 مليارات سنة. ومن بين هذه النجوم 75% أقدم من الشمس.

في عام 2008، نشرت مجموعة من العلماء عمليات محاكاة حاسوبية واسعة النطاق تشير إلى أنه، على الأقل في المجرات مثل درب التبانة، يمكن للنجوم مثل الشمس أن تهاجر لمسافات طويلة. وهذا يتناقض مع مفهوم أن بعض مناطق المجرة أكثر ملاءمة لتكوين الحياة من غيرها.

البحث عن الكواكب في المنطقة الصالحة للسكن

تعتبر الكواكب الموجودة في المناطق الصالحة للسكن مثيرة للاهتمام للغاية للعلماء الذين يبحثون عن حياة خارج كوكب الأرض ومنازل مستقبلية للبشرية.

تتضمن معادلة دريك، التي تحاول تحديد احتمالية وجود حياة ذكية خارج كوكب الأرض، متغيرًا ( ن ه) كعدد الكواكب الصالحة للسكن في الأنظمة النجمية التي تحتوي على كواكب. يساعد العثور على المعتدلات في توضيح القيم الخاصة بهذا المتغير. وقد تدعم القيم المنخفضة للغاية فرضية الأرض الفريدة، والتي تنص على أن سلسلة من الأحداث غير المتوقعة للغاية أدت إلى أصل الحياة على الأرض. يمكن للقيم العالية أن تعزز المبدأ الكوبرنيكي المتمثل في الرداءة في الموضع: وجود عدد كبير من الكواكب المعتدلة يعني أن الأرض ليست فريدة من نوعها.

يعد البحث عن كواكب بحجم الأرض في المناطق الصالحة للحياة من النجوم جزءًا أساسيًا من المهمة، والتي تستخدم (تم إطلاقها في 7 مارس 2009، بالتوقيت العالمي المنسق) لمسح وجمع خصائص الكواكب في المناطق الصالحة للسكن. اعتبارًا من أبريل 2011، تم اكتشاف 1235 كوكبًا محتملاً، منها 54 تقع في مناطق صالحة للحياة.

تم اكتشاف أول كوكب خارجي مؤكد في المنطقة الصالحة للسكن، كيبلر-22 ب، في عام 2011. اعتبارًا من 3 فبراير 2012، من المعروف أن أربعة كواكب مؤكدة بشكل موثوق موجودة في المناطق الصالحة للسكن لنجومها.