آیا فرازمینی‌های پیشرفته ممکن است در نزدیکی ما زندگی کنند؟

پژوهشی که در نشریه International Journal of Astrobiology به سرپرستی کریس دوتی (Chris Doughty)، استاد انفورماتیک زیستی در دانشگاه آریزونای شمالی منتشر شده، پیشنهاد می‌کند که تکامل حیات پیچیده در سیارات فراخورشیدی، بیشتر به انرژی انباشته‌شده از سوی گیاهان بستگی دارد تا صرفاً گذشت زمان. اگرچه بسیاری از سیاراتی که به دور ستارگان همسایه زمین می‌چرخند چند میلیارد سال مسن‌تر از جهان ما هستند، اما شرایط نامناسب‌تر برای فتوسنتز انباشته بدین معناست که حیات در آن سیارات احتمالاً بسیار کندتر تکامل یافته است!

در میان ۲۹ سیاره فراخورشیدی نزدیک — یعنی جهان‌های خارج از منظومه شمسی که پتانسیل داشتن آب مایع را دارند — این تیم تنها دو سیاره را شناسایی کرد که حیات در آن‌ها ممکن است از مرحله تکاملی زمین فراتر رفته باشد. آن سیارات شامل GJ 1061c و K2-3d، بزرگ‌تر، گرم‌تر، درخشان‌تر و مسن‌تر از بیشتر سیارات شبه‌زمین در همسایگی ستاره‌ای ما هستند. سه سیاره دیگر نیز می‌توانند به مرحله‌ای تقریباً قابل مقایسه با دوران مزوزوئیک (عصر دایناسورها) در زمین رسیده باشند.

فتوسنتز به عنوان یک ساعت تکاملی

مناطق گرم و مرطوب روی زمین عموماً از رشد گیاهی و تنوع گونه‌ای بیشتری نسبت به مناطق سرد و خشک پشتیبانی می‌کنند. دانشمندان بر این باورند که رشد بیشتر گیاهان، انرژی و فضای زیست‌محیطی بیشتری برای جانوران فراهم می‌کند و بدین ترتیب شرایط مساعد برای فتوسنتز را به فرصت‌هایی برای تنوع حیات پیوند می‌دهد. فتوسنتز نور را به انرژی شیمیایی تبدیل می‌کند و پژوهشگران این فرضیه را مطرح می‌کنند که مقدار انرژی جذب‌شده در کل تاریخ یک سیاره می‌تواند بر توسعه تکاملی آن تاثیر بگذارد. طبق این رابطه، یک سیاره جوان‌تر، گرم‌تر و مرطوب‌تر می‌تواند از رشد تکاملی بیشتری نسبت به یک سیاره مسن‌تر، سردتر و خشک‌تر پشتیبانی کند.

در طول ۳.۲ میلیارد سال قبل از تکامل گیاهان آوندی کارآمدتر روی زمین، فتوسنتز حدود 10²⁵ × 2.4 گرم کربن را تثبیت کرده و آن را وارد مواد ارگانیک نمود. پس از ظهور این گیاهان (که بافت‌های تخصصی برای انتقال آب و مواد مغذی دارند)، 10²⁵ × 7 گرم کربن دیگر نیز قبل از تکامل انسان‌ها تثبیت شد. این مقادیر معیاری به پژوهشگران داد تا تاریخ تکاملی زمین را با مقدار فتوسنتزی که سایر سیارات ممکن است پشتیبانی کرده باشند، مقایسه کنند.

جهان‌های مسن‌تر زیر ستارگان کم‌نورتر

سیاراتی که به دور کوتوله‌های سرخ (رایج‌ترین ستارگان کهکشان ما) می‌چرخند، از جمله محتمل‌ترین مکان‌ها برای یافتن حیات به شمار می‌روند، اما شرایط رشد در آن‌ها با زمین متفاوت است. بسیاری از آن‌ها دچار قفل جزرومدی هستند؛ به این معنی که همیشه یک سمت آن‌ها به طرف ستاره‌شان است و سمت دیگر پشت به آن قرار دارد.

مایکل گوانلاک (Michael Gowanlock)، یکی از نویسندگان مقاله و دانشیار انفورماتیک در دانشگاه آریزونای شمالی می‌گوید:

اگر حیات فتوسنتزی روی این سیارات تکامل یافته باشد، آن حیات پتانسیل این را داشته که میلیاردها سال بیشتر از زمین مشغول فتوسنتز بوده باشد. با این حال، مجموع فتوسنتز سالانه احتمالاً کمتر است زیرا نور کمتری وجود دارد و تنها نصف مساحت سطح سیاره برای فتوسنتز در دسترس است. حالا کدام‌یک جلوتر هستند؟ این همان معمایی است که ما سعی داریم به صورت کمی حل کنیم.

از آنجایی‌که رشد گیاهان به دما و بارندگی نیز بستگی دارد، برآورد فتوسنتز نیازمند چیزی بیش از دانستن میزان نور دریافتی سیاره بود. دنیس سرگیو (Denis Sergeev)، مدرس دانشگاه بریستول در بریتانیا و از همکاران این پژوهش، اقلیم‌های احتمالی سیارات فراخورشیدی را شبیه‌سازی کرد و نقشه داما، نور و بارش را به دست آورد. تیم پژوهشی از این نقشه‌ها — که متغیرهای اصلی مورد استفاده برای پیش‌بینی رشد گیاهان در زمین را توصیف می‌کنند — برای برآورد رشد بالقوه در طول عمر سیارات و استنتاج میزان پیشرفت تکامل استفاده کرد.

برای سیاره TRAPPIST-1e که در فاصله ۴۰ سال نوری از زمین قرار دارد، محاسبات نشان داد که تثبیت کربن در طول عمر آن تنها ۲۱ درصد از کل تثبیت کربن زمین است؛ با وجود اینکه این سیاره چند میلیارد سال مسن‌تر از زمین است.

کامرون هراباک (Cameron Hrabak)، فارغ‌التحصیل دانشگاه آریزونای شمالی و از همکاران مقاله می‌گوید:

از آنجایی‌که این میزان کمتر از کربنی است که زمین قبل از تکامل گیاهان آوندی کارآمدتر تثبیت کرده بود، برآورد کردیم که TRAPPIST-1e ممکن است تنها در مرحله تکامل میکروبی باشد. این یعنی فرسنگ‌ها عقب‌تر از زمین.

جوِ اطراف TRAPPIST-1e یا هر سیاره دیگری می‌تواند اقلیم و ظرفیت فتوسنتز آن را به شدت تغییر دهد و مرحله تکاملی پیش‌بینی‌شده توسط مدل را دستخوش تغییر کند. مشاهدات آینده با تلسکوپ فضایی جیمز وب می‌تواند داده‌های جوی لازم را برای بهبود این برآوردها (که فرض می‌کنند حیات همانند زمین وجود دارد و رشد می‌کند) فراهم کند. بنابراین این محاسبات امکان وجود حیات فرازمینی پیشرفته در نزدیکی ما را باز می‌گذارد، اما شرایطی را پیشنهاد می‌کند که وقوع آن را نامحتمل‌تر می‌سازد.

دوتی می‌گوید:

انریکو فرمیِ فیزیکدان پرسش مشهوری مطرح کرد که با توجه به احتمال بالای حیات هوشمند در کهکشان، “آن‌ها کجا هستند؟”. این مقاله پیشنهاد می‌کند همسایگی ستاره‌ای فراخورشیدی ما ممکن است ساکت باشد زیرا اکثر سیارات شبه‌زمین نزدیک ما احتمالاً از نظر تکاملی از ما عقب‌تر هستند و هنوز در مرحله میکروبی به سر می‌برند. این یعنی می‌توانیم با خیال راحت بخوابیم، زیرا اگر حیات در آن سیارات فراخورشیدی درست مثل زمین تکامل یافته باشد، اکثر آن‌ها فقط پر از میکروب خواهند بود نه فرازمینی‌های پیشرفته.

باران کمیاب می‌تواند شکل‌دهنده تمدن‌های بیگانه باشد!

بارندگی عموماً محدودیت اصلی رشد گیاهان در جهان‌هایی بود که بیشترین احتمال را برای پیشی گرفتن از مجموع تثبیت کربن و مرحله تکاملی زمین داشتند. روی زمین، رشد گیاهان می‌تواند توسط نور، دما یا بارش محدود شود؛ برای مثال یک کویر می‌تواند نور خورشید فراوانی دریافت کند اما به دلیل کمبود آب، رشد گیاهی بسیار کمی داشته باشد. چنین محدودیت‌هایی شکل‌دهنده جاندارانی هستند که رشد می‌کنند و به توضیح این نکته کمک می‌کنند که چرا حیات کویری شباهت کمی با حیات در جنگل‌های استوایی دارد.

پژوهشگران پیشنهاد می‌کنند اگر موجودات هوشمندی روی آن سیارات فراخورشیدی تکامل یافته باشند، اکوسیستم‌های شکل‌دهنده آن‌ها ممکن است شبیه به محیط‌های کویری یا معتدل باشد. انسان‌ها نیز می‌توانند یک الگوی مشابه باشند؛ چرا که احتمالاً در ساواناها و جنگل‌های کم‌تراکمی تکامل یافته‌اند که بارندگی، رشد گیاهان را در آن‌ها محدود می‌کرد.

دوتی در پایان می‌گوید:

اگر بخواهم از دو ارجاع به فرهنگ عامه استفاده کنم، ویژگی‌های اکولوژیکی که حیات پیشرفته را در آن سیارات فراخورشیدی شکل می‌دهند، ممکن است بیشتر شبیه به فیلم “تل‌ماسه” (Dune) باشند تا “آواتار” (Avatar)!

منبع: Scitechdaily