چالش اصلی در جست‌وجوی جهان‌های قابل زیست روشن است: ما باید بتوانیم سیارات قابل زیست را شناسایی کرده و تفاوت بین فرآیندهای زیستی و غیرزیستی را تشخیص دهیم. ایده‌آل آن است که دانشمندان بتوانند این کار را نه برای تک‌تک سیارات، بلکه به‌صورت جمعی و آماری برای مجموعه‌ای از سیارات فراخورشیدی انجام دهند. در این میان، ترموستات‌های طبیعی سیارات ممکن است راهی برای این کار فراهم کنند.
نویسندگان یک پژوهش جدید می‌نویسند:
«در عرض چند دهه، جست‌وجوی سیارات قابل زیست یا حتی دارای حیات از دنیای علمی-تخیلی به یکی از اهداف اصلی جامعه علمی سیارات فراخورشیدی تبدیل شده است.»
اکنون که بیش از ۵۰۰۰ سیاره فراخورشیدی تأیید شده‌اند، تمرکز پژوهش‌ها از صرف کشف آن‌ها به سمت شناخت ویژگی‌هایشان تغییر یافته است. این پژوهش جدید نشان می‌دهد که دی‌اکسید کربن جو می‌تواند نقش محوری در درک این سیارات ایفا کند.
هدف پژوهش جدید چیست؟
این پژوهش با عنوان:
«شناسایی روندهای دی‌اکسید کربن به‌عنوان نشانه‌های جمعیتی برای وجود اقیانوس‌های پایدار و فعالیت زیستی در سیارات فراخورشیدی معتدل»
در ژورنال Astrophysical Journal منتشر خواهد شد و نویسنده اصلی آن «یانینا هانسن» از مؤسسه فیزیک ذرات و اخترفیزیک ETH زوریخ است. نسخه‌ی اولیه مقاله در arxiv.org در دسترس است.
چرخه کربنات-سیلیکات؛ ترموستات زمین
اعتبار تصویر: ناسا / خدمه آپولو ۱۷؛ گرفته‌شده توسط هریسون اشمیت یا ران ایوانز – در مالکیت عمومی، لینک به ویکی‌کامنز
سیارات سنگی مانند زمین یک «ترموستات طبیعی» به نام بازخورد فرسایش کربنات-سیلیکات (Cb-Si) دارند؛ یک چرخه ژئوشیمیایی که غلظت دی‌اکسیدکربن جو را در مقیاس‌های زمانی زمین‌شناختی تنظیم می‌کند.
هنگامی که CO₂ در جو افزایش می‌یابد، دما نیز بالا می‌رود. این گرما باعث تبخیر بیشتر و بارندگی بیشتر می‌شود. در جو، آب با CO₂ ترکیب شده و اسید کربنیک (یک اسید ضعیف) تشکیل می‌دهد. این اسید روی سطح سیاره می‌بارد و سنگ‌های سیلیکاتی را فرسایش داده و کربن را جذب می‌کند. سپس این کربن وارد دریاها می‌شود، در پوسته موجودات دریایی ته‌نشین شده و در نهایت به پوسته زمین بازمی‌گردد.
این فرآیند در جوهای گرم‌تر شدیدتر می‌شود و به‌مرور CO₂ بیشتری را حذف می‌کند تا سیاره خنک شده و چرخه آهسته‌تر شود. فعالیت‌های آتشفشانی هم می‌توانند دوباره کربن را وارد جو کنند و چرخه را کامل نمایند. به باور دانشمندان، این چرخه باعث شده زمین برای میلیاردها سال قابل زیست باقی بماند.
آیا این چرخه در سیارات دیگر هم قابل بررسی است؟
پژوهشگران می‌خواهند بدانند آیا می‌توان این چرخه را به‌صورت آماری در مجموعه‌ای از سیارات فراخورشیدی بررسی کرد یا نه. اگر این کار ممکن باشد، دانشمندان می‌توانند بدون نیاز به بررسی دقیق تک‌تک سیارات، درک بهتری از شرایط زیستی آن‌ها به دست آورند.
به‌ویژه با کمک تلسکوپ‌های آینده مانند مأموریت LIFE (مداخله‌گر بزرگ برای سیارات فراخورشیدی)، این کار امکان‌پذیر خواهد شد. این پژوهش نشان می‌دهد که می‌توان از روندهای CO₂ به‌عنوان نشانه‌های زیست‌پذیری در مقیاس جمعیتی استفاده کرد.
جزئیات شبیه‌سازی
دانشمندان با استفاده از شبیه‌سازی‌های اقلیمی-ژئوشیمیایی، مجموعه‌ای از سیارات فرضی شبیه زمین (Exo-Earth Candidates – EECs) را در اطراف ستارگان نوع F، G و K در فاصله حداکثر ۲۰ پارسک از خورشید مدل‌سازی کردند. آن‌ها این سیارات را در گروه‌های ۱۰، ۳۰، ۵۰ و ۱۰۰تایی بررسی کرده و شرایط جوی آن‌ها را شامل فشار جزئی CO₂ و شار ستاره‌ای متغیر در نظر گرفتند.
اعتبار تصویر: Hansen و همکاران، ۲۰۲۵، نشریه Astrophysical Journal (ApJ)
نتایج نشان داد که در جمعیت‌های حداقل ۳۰ سیاره‌ای، روندهای CO₂ قابل تشخیص هستند (با نسبت سیگنال به نویز ۱۰ یا ۲۰ و قدرت تفکیک طیفی ۵۰ یا ۱۰۰). این یعنی حتی با توان رصدی متوسط، می‌توان نشانه‌هایی از چرخه زیستی یا غیرزیستی شناسایی کرد.
اهمیت و محدودیت‌ها
این یافته‌ها نشان می‌دهد که می‌توان با بررسی آماری سیارات، مسیر جست‌وجوی حیات را هدفمندتر کرد. در نتیجه، دیگر نیازی نیست وقت و هزینه تلسکوپ‌های قدرتمند صرف بررسی جزئی هر سیاره شود.
اعتبار تصویر: مؤسسه فناوری زوریخ (ETH Zurich) / ابتکار LIFE.
با این حال، پژوهش محدودیت‌هایی دارد؛ مانند دقت پایین در اندازه‌گیری فشار جزئی CO₂، و ساده‌سازی مدل جوی که فقط شامل CO₂، H₂O و N₂ است. حضور گازهایی مثل متان (CH₄) یا ازن (O₃) می‌تواند ساختار گرمایی و شرایط سطحی را تغییر دهد.
نتیجه‌گیری
در نهایت، این پژوهش نشان می‌دهد که با بررسی آماری و جمعیتی سیارات، می‌توان به نشانه‌هایی از حیات دست یافت؛ حتی اگر این نشانه‌ها به‌صورت غیرمستقیم و در قالب الگوهای آماری ظاهر شوند.
نویسندگان می‌گویند:
«چنین تلاش‌هایی راه را برای بررسی فراگیر بودن دنیای قابل‌زیست یا حتی زیست‌کره‌های جهانی فراتر از منظومه شمسی هموار می‌سازد.»
