این مقاله نخستین‌بار در وب‌سایت The Conversation منتشر شده و نسخه‌ای از آن در بخش “دیدگاه‌های کارشناسی” وب‌سایت Space.com نیز ارائه شده است.
جست‌وجو برای یافتن حیات در فراسوی زمین، یکی از محرک‌های اصلی در اخترشناسی و علوم سیاره‌ای مدرن است. ایالات متحده آمریکا در حال ساخت چندین تلسکوپ و کاوشگر سیاره‌ای بزرگ است تا این مسیر را پیش ببرد. با این حال، نشانه‌های احتمالی حیات — که «زیست‌امضا» (biosignatures) نامیده می‌شوند — احتمالاً تفسیر دشواری خواهند داشت و انتخاب مکان دقیق برای جست‌وجو نیز همچنان چالشی مهم باقی مانده است.
من یک اخترفیزیک‌دان و زیست‌اخترشناس هستم و بیش از ۲۰ سال تجربه در مطالعه سیارات فراخورشیدی (سیارات خارج از منظومه شمسی) دارم.
من و همکارانم رویکردی جدید توسعه داده‌ایم که می‌تواند سیارات یا قمرهای دارای بیشترین پتانسیل برای میزبانی حیات را شناسایی کند و در تفسیر زیست‌امضاها کمک‌رسان باشد. این کار با شبیه‌سازی عملکرد موجودات زنده در محیط‌های گوناگون و با بهره‌گیری از داده‌هایی که درباره‌ی مرزهای زیستی در زمین داریم، انجام می‌شود.
تلسکوپ‌های جدید برای جست‌وجوی حیات
اخترشناسان در حال توسعه‌ی برنامه‌ها و فناوری‌های مربوط به تلسکوپ‌های فضایی قدرتمندتری هستند. برای مثال، ناسا در حال طراحی تلسکوپی به نام رصدخانه‌ی دنیای قابل سکونت (Habitable Worlds Observatory) است که تصاویر بسیار دقیقی از سیارات اطراف ستارگان نزدیک تهیه خواهد کرد.
ما نیز در حال توسعه مفهومی دیگر هستیم به نام صورت فلکی تلسکوپ فضایی ناتیلوس (Nautilus) که برای مطالعه صدها سیاره‌ی بالقوه شبیه زمین طراحی شده، به‌ویژه زمانی که این سیارات از برابر ستارگان میزبان‌شان عبور می‌کنند.
هدف این تلسکوپ‌ها و نمونه‌های مشابه در آینده، بررسی حساس‌تر و دقیق‌تر جهان‌های بیگانه است. اما توسعه آن‌ها دو پرسش اساسی را پیش می‌کشد:
۱. کجا را باید جست‌وجو کرد؟
۲. آیا محیطی که نشانه‌هایی از حیات در آن دیده می‌شود، واقعاً قابل زیست است؟
ادعاهای بحث‌برانگیز درباره نشانه‌های حیات در سیاره‌ی فراخورشیدی K2-18b که در آوریل ۲۰۲۵ اعلام شد، و نمونه‌های مشابه قبلی در زهره، نشان می‌دهند که تشخیص قطعی حیات تنها با داده‌های سنجش از دور، بسیار دشوار است.
چه زمانی یک جهان بیگانه قابل سکونت است؟
بر اساس تعریف فرهنگ لغت آکسفورد، «قابل سکونت» یعنی «مناسب یا به‌اندازه کافی خوب برای زندگی». اما دانشمندان از کجا بدانند چه چیزی برای زندگی فرازمینی «به اندازه کافی خوب» است؟ آیا میکروب‌های بیگانه می‌توانند در دریاچه‌های اسید جوشان یا متان مایع سرد زنده بمانند؟ آیا امکان دارد آن‌ها در قطرات آب جوّ بالایی زهره شناور شوند؟
برای ساده‌سازی، شعار ناسا همیشه این بوده: «به‌دنبال آب باشید». این منطق درستی دارد، چون آب برای همه اشکال شناخته‌شده‌ی حیات زمینی ضروری است. وجود آب مایع به‌طور ضمنی نشان‌دهنده‌ی دمای معتدل نیز هست — نه آن‌قدر سرد که واکنش‌های شیمیایی متوقف شوند، و نه آن‌قدر گرم که مولکول‌های پیچیده‌ی حیاتی از بین بروند.
با این حال، توانایی‌های روبه‌رشد اخترشناسان برای مطالعه‌ی دقیق سیارات بیگانه، زیست‌اخترشناسان را واداشته تا از یک رویکرد کمی‌تر و دقیق‌تر از دسته‌بندی ساده‌ی «آب یا بی‌آب» بهره ببرند.
یک تلاش جمعی
در قالب پروژه‌ی «زمین‌های بیگانه» که با حمایت ناسا انجام می‌شود، من به همراه زیست‌اخترشناس روری بارنز و گروهی از دانشمندان متشکل از زیست‌اخترشناسان، سیاره‌شناسان، متخصصان سیارات فراخورشیدی، بوم‌شناسان، زیست‌شناسان و شیمی‌دان‌ها — که عضو شبکه‌ی NExSS ناسا هستند — روی این مسئله کار کردیم.
بیش از صد نفر از همکاران ما ایده‌هایی مطرح کردند، اما دو سؤال اصلی بیش از همه تکرار شد:
۱. اگر هنوز درک کاملی از انواع احتمالی حیات فرازمینی نداریم، از کجا بفهمیم چه شرایطی برای آن‌ها مناسب است؟
۲. این رویکرد چگونه می‌تواند با داده‌های ناقص کار کند؟
زیستگاه‌های فراخورشیدی یا حتی بخش‌هایی از منظومه شمسی (مانند زیرسطح مریخ، اقیانوس‌های یخ‌زده‌ی قمر اروپا یا انسِلدوس) عملاً قابل‌دسترس نیستند. بیشتر اوقات تنها اطلاعات غیرمستقیم و داده‌های رصدی داریم، آن هم با سطحی از عدم‌قطعیت. مثلاً ممکن است فقط ۸۸٪ مطمئن باشیم که بخار آب در جوّ یک سیاره وجود دارد.
بنابراین، چارچوبی که طراحی می‌کنیم باید بتواند با داده‌های کم و نامطمئن کار کند و بپذیرد که پاسخ‌ها همیشه قطعی یا سیاه‌وسفید نخواهند بود.
رویکردی نو به مفهوم قابل سکونت بودن
چارچوب جدیدی که ما توسعه داده‌ایم، چارچوب کمی سکونت‌پذیری (Quantitative Habitability Framework) نام دارد و دو ویژگی برجسته دارد:
۱. به‌جای پاسخ دادن به این پرسش مبهم که «آیا این محیط قابل سکونت است یا نه؟»، سؤالی مشخص‌تر مطرح می‌کنیم: «آیا شرایط موجود در یک زیستگاه خاص، برای بقای یک گونه یا زیست‌بوم معین (شناخته‌شده یا فرضی) مناسب است؟»
حتی روی زمین هم موجودات مختلف، نیازهای متفاوتی دارند — برای مثال شترها در قطب جنوب زنده نمی‌مانند. بنابراین، بررسی شرایط برای یک گونه خاص، پرسش را عملی‌تر و قابل‌پاسخ‌تر می‌کند.
۲. این چارچوب، برخلاف روش‌های پیشین، به‌دنبال پاسخ‌های بله یا خیر نیست، بلکه به‌صورت احتمالاتی عمل می‌کند. ما مدل رایانه‌ای شرایط لازم برای زیست یک گونه (مدل موجود زنده) را با مدل شرایط محیط (مدل زیستگاه) مقایسه می‌کنیم. هر دو مدل با عدم‌قطعیت‌هایی همراه‌اند، اما می‌توان آن‌ها را به‌صورت ریاضی بررسی و مقایسه کرد تا احتمال سازگاری میان آن موجود و آن محیط را به‌دست آورد.
برای مثال، اگر مدل زیستگاه ما برای قطب جنوب نشان دهد که دما معمولاً زیر صفر است، و مدل زیستی ما برای شتر بگوید که در دمای سرد دوام نمی‌آورد، به‌راحتی می‌توان نتیجه گرفت که احتمال سازگاری آن‌جا برای شتر تقریباً صفر است.
ما برای توسعه این مدل‌ها، از داده‌های متنوعی درباره موجودات زنده‌ی مقاوم بهره گرفتیم — از حشراتی که در ارتفاعات هیمالیا و دمای پایین زندگی می‌کنند، تا میکروب‌هایی که در منافذ گرمایی اعماق اقیانوس‌ها از انرژی شیمیایی تغذیه می‌کنند.
سپس مدل کردیم که آیا آن‌ها ممکن است در زیرسطح مریخ یا در اقیانوس‌های اروپا زنده بمانند؟ یا آیا باکتری‌های دریایی تولیدکننده اکسیژن در اقیانوس‌های زمین می‌توانند در سیارات فراخورشیدی خاصی زنده بمانند؟
البته این روش، با وجود جامع بودن، همچنان ساده‌سازی‌هایی دارد: هنوز مدل نمی‌کند که زندگی چگونه می‌تواند خود سیاره را تغییر دهد یا به همه‌ی مواد مغذی موردنیاز برای حیات توجه ندارد — این ساده‌سازی‌ها عمدی هستند، چراکه ما فعلاً اطلاعات کافی از محیط بیشتر این دنیاها نداریم.
مسیر آینده
چارچوب کمی سکونت‌پذیری به تیم ما اجازه می‌دهد به سؤالاتی مانند «آیا زیست‌اخترشناسان باید روی یک مکان زیرسطحی خاص در مریخ تمرکز کنند؟» یا «در جست‌وجوی حیات، کدام سیاره برای رصد مناسب‌تر است؟» پاسخ دهند.
این چارچوب به‌صورت یک مدل رایانه‌ای متن‌باز در دسترس عموم است و زیست‌اخترشناسان می‌توانند از آن استفاده کرده یا آن را توسعه دهند.
اگر روزی نشانه‌ای از حیات کشف شود، این مدل می‌تواند کمک کند تا بررسی شود آیا محیط مربوطه واقعاً قادر به پشتیبانی از آن نوع خاص از حیات هست یا نه.
گام بعدی ما، ساخت یک پایگاه‌داده جامع از موجودات زمینی ساکن در محیط‌های بسیار سخت است — نمایندگان مرزهای زیستی. سپس می‌توانیم مدل‌هایی از حیات بیگانه‌ی فرضی نیز به این داده‌ها اضافه کنیم. با ادغام آن‌ها در چارچوب کمی سکونت‌پذیری، می‌توانیم سناریوهای گوناگونی را بررسی کنیم، داده‌های جدید را تفسیر کنیم و جست‌وجو برای حیات در درون و بیرون منظومه شمسی را هدایت کنیم.
