این پرسشی است که مطالعه‌ای جدید در مجله نجوم به آن پرداخته است. گروهی از پژوهشگران به سرپرستی مرکز پرواز فضایی گادرد ناسا بررسی کرده‌اند که چگونه می‌توان از روش BARBIE (تحلیل بیزی برای شناسایی زیست‌نشانه‌های دور در زمینهای فراخورشیدی) در یک مأموریت فضایی آینده برای شناسایی متان (CH4) در سیارات فراخورشیدی شبیه زمین در طول‌موج‌های نوری (مرئی) و نزدیک به فروسرخ (NIR) استفاده کرد.
این مطالعه بر پایه پژوهش‌های قبلی مربوط به BARBIE (معروف به BARBIE 1 و BARBIE 2) بنا شده و می‌تواند به دانشمندان و مهندسان در توسعه روش‌های جدید برای یافتن حیات فراتر از زمین و در سراسر کیهان کمک کند.
هدف از این مطالعه چه بود؟
یونیورس تودی درباره این تحقیق با ناتاشا لَتوف، دانشجوی دکتری فیزیک و نجوم در دانشگاه جورج میسون و نویسنده اصلی مقاله، گفت‌وگو کرده است. لتوف درباره انگیزه این پژوهش، نتایج مهم، مطالعات پیگیری، گام‌های بعدی BARBIE، اهمیت شناسایی متان در سیارات فراخورشیدی مشابه زمین، و احتمال کشف حیات در چنین سیاراتی صحبت کرده است.
او می‌گوید:
“ما روش BARBIE را توسعه دادیم تا بتوانیم به‌سرعت مجموعه گسترده‌ای از پارامترها را بررسی کنیم و تصمیمات آگاهانه‌ای درباره ملاحظات رصدی بگیریم. متان یک زیست‌نشانه کلیدی است که شناسایی آن، به‌ویژه همراه با سایر زیست‌نشانه‌ها مانند اکسیژن (O2)، بسیار مهم خواهد بود.”
روش BARBIE چگونه کار می‌کند؟
همان‌طور که از نام آن پیداست، BARBIE از استنتاج بیزی استفاده می‌کند؛ روشی آماری که بر اساس داده‌های ورودی، احتمال وقوع داده‌های جدید را تعیین می‌کند. این احتمال با افزودن داده‌های بیشتر تغییر می‌کند. در مطالعات قبلی، BARBIE بررسی‌هایی در طول‌موج نوری انجام داده بود که شامل پارامترهایی مانند فشار سطحی، آلبدوی سطحی، گرانش، و میزان آب (H2O)، اکسیژن (O2)، و اوزون (O3) بود. اما نتایج نشان دادند که در طول‌موج‌های نوری، تنها جوهای غنی از اکسیژن قابل مشاهده هستند و مجموعه پارامترهای در نظر گرفته‌شده محدود بودند.
در این پژوهش جدید، معروف به BARBIE 3، پژوهشگران طول‌موج‌های نزدیک به فروسرخ (NIR) و متان (CH4) را به تحلیل خود اضافه کردند تا نتایج دقیق‌تری به دست آورند.
نتایج کلیدی این مطالعه چه بودند؟
لتوف می‌گوید:
“مهم‌ترین نتیجه این مطالعه، تعامل جالب بین H2O و CH4 در طول‌موج‌های نزدیک به فروسرخ است. ما می‌دانستیم که ویژگی‌های طیفی آب و متان در این طیف همپوشانی زیادی دارند و ممکن است مشکلاتی در شناسایی ایجاد کنند، اما تصور نمی‌کردیم این اثر تا این حد مهم باشد. در واقع، متوجه شدیم که اگر میزان متان بالا باشد، نسبت سیگنال به نویز (SNR) مورد نیاز برای شناسایی قوی آب افزایش می‌یابد و برعکس. به بیان ساده، باید بسیار محتاط باشیم که اگر یک سیاره فاقد H2O یا CH4 به نظر برسد، ممکن است در واقع هر دو را داشته باشد، اما یکی را از دست داده باشیم!”
این پژوهش همچنین به پروژه رصدخانه جهان‌های قابل سکونت (HWO) ناسا کمک می‌کند که برای دهه ۲۰۴۰ برنامه‌ریزی شده است. هدف این مأموریت بررسی ۲۵ سیاره فراخورشیدی بالقوه زیست‌پذیر است. بر خلاف مأموریت‌های پیشین مانند کپلر و TESS که تنها به شناسایی سیارات فراخورشیدی می‌پرداختند، HWO با استفاده از روش تصویربرداری مستقیم و طیف‌سنجی، ترکیب جو سیارات را بررسی خواهد کرد.
اهمیت شناسایی متان در سیارات مشابه زمین چیست؟
لتوف توضیح می‌دهد:
“متان یک زیست‌نشانه زمینهای است. اگر مقدار قابل توجهی متان و اکسیژن را در یک جو با هم پیدا کنیم، این به معنای عدم تعادل شیمیایی در جو است. این نشان می‌دهد که چیزی در حال تولید این سطوح از CH4 و O2 است و بسته به مقدار هر یک، این می‌تواند نشانه‌ای از وجود نوعی حیات باشد.”
آیا امکان یافتن حیات در سیارات فراخورشیدی وجود دارد؟
در حال حاضر، ۵,۸۳۲ سیاره فراخورشیدی تأیید شده‌اند که ۲۱۲ مورد از آن‌ها به‌عنوان سیارات سنگی (مشابه زمین) شناخته می‌شوند. از جمله این سیارات، سیستم TRAPPIST-1 در فاصله ۴۰ سال نوری از زمین است که دارای هفت سیاره مشابه زمین است که دست‌کم سه مورد آن‌ها در منطقه قابل سکونت ستاره خود قرار دارند. نزدیک‌ترین سیاره فراخورشیدی سنگی به زمین، Proxima Centauri b است که ۴.۲۴ سال نوری از ما فاصله دارد، اما به دلیل تابش شدید فرابنفش، ممکن است شرایط مناسبی برای حیات نداشته باشد.
لتوف در پاسخ به این پرسش که آیا ما در نهایت حیات را در سیارات فراخورشیدی پیدا خواهیم کرد، می‌گوید:
“به نظر من، بله، ما روزی حیات را پیدا خواهیم کرد. آیا این اتفاق در طول زندگی من رخ خواهد داد؟ مطمئن نیستم – اما باور دارم که در نهایت به این کشف خواهیم رسید! البته، شاید کلیشه‌ای به نظر برسد، اما زمین همچنان جالب‌ترین سیاره شبیه زمین برای من است. ما این هدیه شگفت‌انگیز را داریم که شرایط کاملاً مناسبی برای زندگی دارد. باید مطمئن شویم که در حفظ آن کوشا هستیم و پیش از جست‌وجوی حیات در دیگر سیارات، درک بهتری از سیاره خودمان پیدا کنیم.”
آینده پروژه BARBIE
در حال حاضر، BARBIE همچنان در مرحله طراحی قرار دارد، اما نشان‌دهنده تعهد بی‌وقفه جامعه علمی به بهبود روش‌های قبلی با هدف پاسخ به این پرسش است که آیا در جایی دیگر از کیهان حیات وجود دارد یا نه. محققان در آینده تلاش خواهند کرد قابلیت‌های BARBIE را گسترش دهند تا بتواند تمام مولکول‌های قابل شناسایی در محدوده طیفی HWO، از جمله فرابنفش، را نیز پوشش دهد. همچنین، برنامه‌ریزی شده است که آزمایش‌هایی برای بررسی کارایی کروناگراف‌ها در شناسایی مولکول‌ها در جو سیارات فراخورشیدی انجام شود.
(اعتبار تصویر: آزمایشگاه تصویرسازی مفهومی مرکز پروازهای فضایی گادرد ناسا)
لتوف در پایان به دانشجویان و پژوهشگران جوان توصیه می‌کند:
“دیدن یک مقاله علمی تکمیل‌شده ممکن است دلهره‌آور باشد، اما باید بدانید که این کار نتیجه همکاری یک تیم است. این پروژه حدود ۳.۵ سال زمان برد و با چالش‌های زیادی همراه بود. کار علمی سخت است، اما هیچ‌کس در ابتدا در آن متخصص نیست. پس اگر در حال کار روی چیزی هستید و فکر می‌کنید که دیگران بهتر از شما عمل می‌کنند، بدانید که آن‌ها هم در حال یادگیری و رشد هستند!”
آیا متان واقعاً بهترین زیست‌نشانه برای شناسایی حیات در سیارات فراخورشیدی است؟ و BARBIE چگونه می‌تواند به جست‌وجوی حیات در دهه‌های آینده کمک کند؟ زمان پاسخ این پرسش‌ها را خواهد داد، و این همان دلیلی است که ما علم را ادامه می‌دهیم!
