آیا تلسکوپ جیمز وب ما را به سوی حیات بیگانه هدایت خواهد کرد؟

به گزارش دیتاسنتر من و به نقل از Live Science، سیاره‌ای را تصور کنید که دو برابر زمین وسعت دارد و سرتاسر آن را اقیانوسی پوشانده که بویی شبیه به کلم تخمیرشده از آن به مشام می‌رسد. هر روز، ستاره‌ای سرخ و کم‌نور این جهان اقیانوسی و توده‌های عظیمی از موجودات ریز و پلانکتون‌مانند گرسنه را گرم می‌کند. میلیاردها موجود زنده به سطح آب می‌آیند و در قاره‌ای زنده و شناور (بزرگ‌تر از استرالیا) گرد هم جمع می‌شوند. آنها با تبدیل نور خورشید به غذا، گازی تند و تیز در فضا منتشر می‌کنند.

گاز گوگرد حاصل از این تجمع زیستی فرازمینی در جو منتشر می‌شود و آنچنان فضای سیاره را انباشته می‌کند که حتی تلسکوپی در فاصله‌ای بالغ بر ۷۰۰ تریلیون مایل (معادل بیش از یک کوادریلیون کیلومتر) نیز قادر به تشخیص آن خواهد بود (به‌صورت ضعیف و تنها برای چند ساعت در ماه)، زمانی که این سیاره آبی از مقابل ستاره سرخ و کوچک خود عبور می‌کند. در همین بازه زمانی کوتاه، جلبک‌های فرازمینی ساکن این سیاره گازی خود را به زمین معرفی می‌کنند.

شاید این سناریو بیش از آنکه واقعی به نظر برسد، یادآور داستان‌های علمی – تخیلی باشد. اما آیا واقعاً چنین است؟

در دو سال گذشته، این پرسش به موضوعی داغ در میان اخترزیست‌شناسان بدل شده است و تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) در کانون این بحث قرار دارد. سیاره K2-18b که در فاصله حدود ۱۲۰ سال نوری از زمین واقع شده، در محدوده رصدی این تلسکوپ پیشرفته قرار دارد. اگرچه وجود خود سیاره قطعی است، اما شرایط سطحی آن و امکان میزبانی از حیات، کماکان موضوع مجادلات علمی است.

گروهی از پژوهشگران که در سال‌های اخیر این سیاره را با جیمز وب مطالعه کرده‌اند، ادعا می‌کنند که نشانه‌هایی از «دی‌متیل سولفید» (DMS) را در جو آن شناسایی کرده‌اند. این ترکیب که بویی مشابه کلم پخته دارد، عامل همان رایحه‌ای است که زمینی‌ها به آن «بوی دریا» می‌گویند و منحصراً 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 تاکنون چندین مقاله علمی در این زمینه منتشر کرده‌اند.

اما پژوهشگران مستقل همچنان نسبت به صحت این کشف محتاط هستند. آنها هشدار داده‌اند که استنباط این تیم مبتنی بر مدل‌سازی داده‌هایی با قطعیت پایین است و از سطح آماری لازم برای یک کشف علمی مستقل فاصله دارد. تنها با رصدهای بیشتر از این سیاره می‌توان به پاسخی قطعی دست یافت.

اما تردیدی نیست که توانمندی منحصر به فرد جیمز وب در مشاهده طیف فروسرخ، بهترین فرصت تاریخ بشر برای یافتن حیات فرازمینی فراهم کرده است.

به گزارش دیتاسنتر من، دکتر ادی شویترمن، استادیار اخترزیست‌شناسی در دانشگاه کالیفرنیا، ریورساید، که با جیمز وب به مطالعه سکونت‌پذیری سیارات فراخورشیدی می‌پردازد، به Live Science گفت: «به لطف جیمز وب، ما در چند سال گذشته بیش از چند دهه قبل درباره ترکیبات جوی خارج از منظومه شمسی آموخته‌ایم.»

در جستجوی حیات فرازمینی، یک اصل کلیدی وجود دارد: هرکجا جو وجود داشته باشد، امکان وجود آب مایع روی سطح نیز فراهم می‌شود و هرکجا آب جریان داشته باشد، احتمال شکل‌گیری حیات وجود دارد. برای نخستین بار، جیمز وب امکان مطالعه این جوهای بیگانه را با دقتی بی‌سابقه فراهم کرده است.

پروفسور ویکتوریا مدوز، استاد نجوم در دانشگاه واشنگتن و مدیر برنامه تحصیلات تکمیلی اخترزیست‌شناسی، در این باره گفت: «ما در برهه بسیار حساسی از جستجوی حیات قرار داریم، زیرا اکنون از توان فنی لازم برای انجام آن برخورداریم. پیش از جیمز وب، چنین امکانی عملاً وجود نداشت.»
 

نفسِ جهان‌های بیگانه

در کاوش سیارات قابل سکونت (آن دسته از سیارات که در «منطقه گلدیلاک» ستاره میزبان خود قرار دارند و امکان وجود آب مایع روی سطح آنها فراهم است) جیمز وب در جایگاه بی‌همتایی قرار دارد.

برخلاف 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 صادرشده از تمدن‌های پیشرفته فرازمینی را ندارد. نشانه‌های زیستی که جیمز وب به جستجوی آنها می‌پردازد، بسیار بنیادی‌تر هستند: این نشانه‌ها نه تصاویر محو از ردپای موجودات فضایی، که ردپای مولکول‌هایی هستند که به صورت نامرئی در لایه‌های جو سیارات در حرکتند.

دکتر سباستین زیبا، پژوهشگر فوق‌دکترا در مرکز اخترفیزیک هاروارد–اسمیتسونین، به Live Science گفت: «نخستین گام در یافتن حیات، شناسایی جو است. برای حفظ آب مایع روی سطح، وجود جو ضروری است.»

زیبا خاطرنشان کرد که در مقایسه با نسل پیشین تلسکوپ‌های فروسرخ، مانند تلسکوپ فضایی اسپیتزر ناسا که در سال ۲۰۰۳ پرتاب و در سال ۲۰۲۰ بازنشسته شد، جیمز وب «از هر نظر برتری دارد». این تلسکوپ قادر به رصد اعماق دوردست فضا و تشخیص طیف گسترده‌ای از طول‌موج‌های فروسرخ است که پیش از این امکان‌پذیر نبود. تابش فروسرخ برای جستجوی حیات اهمیت بالایی دارد، چرا که این طول‌موج‌ها حاوی اطلاعات ارزشمندی درباره انواع مولکول‌های جاذب یا گسیل‌کننده نور در جو سیارات هستند.

به گزارش دیتاسنتر من، برای آنکه جیمز وب بتواند نشانه‌ای از جو یک سیاره فراخورشیدی را شناسایی کند، اخترشناسان باید منتظر «گذر» سیاره بمانند، زمانی که سیاره از دید ناظر زمینی از مقابل ستاره میزبان خود عبور می‌کند و نور ستاره وادار به عبور از لایه‌های جو سیاره می‌شود. برای نمونه، در مورد K2-18b، این گذر هر ۳۳ روز یک‌بار رخ می‌دهد.

پروفسور مدوز در این زمینه توضیح داد: «هنگام گذر سیاره، جو آن نور ستاره را فراوری می‌کند و هاله‌ای کوچک پیرامون سیاره تشکیل می‌شود.»

این «هاله» حاوی سرنخ‌های کلیدی درباره دنیای بیگانه است. با عبور نور از جو، مولکول‌های موجود در آن طول‌موج‌های خاصی از نور را جذب یا منتشر می‌کنند و الگوی طیفیِ ثبت‌شده توسط جیمز وب را تغییر می‌دهند. این امضای نوری منحصر به فرد (که «طیف» نامیده می‌شود) به پژوهشگران امکان می‌دهد تا ترکیب مولکولی جو را استخراج کنند. این اطلاعات به نوبه خود برای استنباط اندازه، شرایط سطح، ویژگی‌های جغرافیایی و امکان میزبانی از حیات به کار می‌رود.

برای مثال، به گفته مدوز، اگر جیمز وب طیفی از یک سیاره ثبت کند که نشان‌دهنده سطوح بالای متان و دی‌اکسید کربن در جو باشد، این می‌تواند نشانه‌ای از یک جهان قابل سکونت مشابه زمین در دوره آرکئن (حدود ۴ تا ۲/۵ میلیارد سال پیش) باشد؛ زمانی که میکروب‌های نخستین با تجزیه دی‌اکسید کربن، مقادیر زیادی متان تولید می‌کردند.

اما اثبات وجود چنین شرایطی در سیاره‌ای در فاصله تریلیون‌ها مایل، چالشی بزرگ به شمار می‌رود.
 

پیچیدگی‌های داده‌های علمی

پس از شناسایی اولیه یک نشانه زیستی امیدوارکننده، گام بعدی اثبات این است که این نشانه با فرآیندهای غیرزیستی (مانند فعالیت آتشفشانی) توجیه‌پذیر نیست. در ادامه، پژوهشگران باید نشان دهند که کشف آنان از نظر آماری معنی‌دار است؛ فرآیندی دقیق که مستلزم رصدهای مکرر و تأیید توسط گروه‌های مستقل با استفاده از مدل‌های داده‌ای متفاوت است.

به گزارش دیتاسنتر من، پروفسور رنه دویون، استاد دانشگاه مونترال و پژوهشگر اصلی ابزار NIRISS در تلسکوپ جیمز وب، به Live Science گفت: «داده‌های جیمز وب بسیار پیچیده هستند. گاهی نتایجی منتشر می‌شوند که تأیید نمی‌شوند. بسته به اینکه چه کسی و با چه روشی داده‌ها را پردازش کرده، ممکن است به پاسخ‌های متفاوتی برسید.»

ادعای تشخیص DMS در K2-18b نیز درست در چنین مرحله‌ای قرار دارد. اگرچه دو مطالعه مستقل توسط تیمی از دانشگاه کمبریج به رهبری پروفسور نیکو مادهوسودان وجود این مولکول را گزارش کرده‌اند، اما گروه‌های دیگر تاکنون نتوانسته‌اند با استفاده از مدل‌های پردازشی متفاوت، همان نتیجه را تکرار کنند. افزون بر این، سطح اطمینان آماری این کشف در حد «سه سیگما» باقی مانده است. بسیار پایین‌تر از آستانه استاندارد «پنج سیگما» که برای یک کشف علمی قطعی لازم است. (سطح سه سیگما به معنی احتمال ۰/۳ درصدی خطا است، در حالی که پنج سیگما معادل احتمال خطای ۰/۰۰۰۰۶ درصد است.)

پروفسور مادهوسودان در پاسخ به این انتقادات گفت که این موضوع دلیلی برای کنار گذاشتن K2-18b به عنوان یک گزینه قابل سکونت «میزبان حیات میکروبی» نیست. وی به Live Science گفت: «ما در مراحل اولیه فرضیه‌سازی هستیم و ممکن است اشتباه کنیم. بنابراین باید پذیرای تصحیح تئوری‌ها باشیم و داده‌های بیشتری جمع‌آوری کنیم. تنها در این صورت می‌توانیم آنچه می‌بینیم تأیید کنیم.»

دکتر شویترمن نیز معتقد است که با توجه به سطح آماری فعلی، اعلام کشف DMS در K2-18b «زودرس» بوده است. با این حال، او نیز تأکید کرد که DMS یک نشانه زیستی امیدوارکننده است و جیمز وب باید به جستجوی آن در دیگر جهان‌های اقیانوسی قابل سکونت ادامه دهد.

شویترمن در این باره پرسش کلیدی را مطرح کرد: «پرسش بزرگ این است که زیست‌کره‌های سراسری در کیهان تا چه اندازه فراوان هستند؟ اگر اشکال پیچیده حیات (از جمله حیات هوشمند) وجود داشته باشند، آنگاه باید بپرسیم که چنین زیست‌کره‌هایی که بستر شکوفایی آن حیات هستند، چقدر متداول هستند.»

هدف‌گیری دقیق تلسکوپ فضایی

حتی اگر در نهایت حیاتی در K2-18b شناسایی نشود، این سیاره تنها یکی از ده‌ها هدفی است که در دید فروسرخ تیزبین جیمز وب قرار دارد.

به گزارش دیتاسنتر من، فهرست هدف‌های این تلسکوپ شامل برخی از نامزدهای همیشگی (مانند سامانه TRAPPIST-1 – مطالعه‌شده‌ترین سامانه فراخورشیدی) نیز می‌شود. این سامانه دارای هفت سیاره سنگی است که حداقل سه مورد از آنها در منطقه گلدیلاک ستاره میزبان قرار دارند. با این حال، تاکنون جیمز وب هیچ نشانه‌ای از وجود جو در این سیارات نیافته است؛ امری که احتمالاً نشان‌دهنده تابش شدید فرابنفش ستاره میزبان و فرسایش جو سیارات است.

پروفسور دویون خود از طرفداران مطالعه سیاره LHS 1140 b است — جهان فراخورشیدی واقع در فاصله ۵۰ سال نوری از زمین در صورت فلکی نهنگ. رصدهای اخیر وی و تیمش با جیمز وب نشان می‌دهد که این سیاره (که پیش از این یک «ابَرزمین» سنگی با جرمی شش برابر زمین پنداشته می‌شد) در واقع یا یک جهان اقیانوسی عظیم («مینی‌نپتون») است و یا سیاره‌ای کاملاً متفاوت با ساختاری نامتعارف.