یک مطالعه جدید زمینه سیاره ای را ارزیابی می کند که در آن تشخیص متان در جو یک سیاره فراخورشیدی می تواند نشانه قانع کننده ای از حیات فرازمینی در نظر گرفته شود.
اگر حیات فرازینی در کیهان فراوان باشد، متان اتمسفر ممکن است اولین نشانه حیات فرازمینی باشد که توسط ستاره شناسان قابل تشخیص است. اگرچه فرآیندهای غیربیولوژیکی می‌توانند متان تولید کنند، اما مطالعه جدیدی که توسط دانشمندان دانشگاه کالیفرنیا سانتا کروز انجام شده، مجموعه‌ای از شرایط را ایجاد می‌کند که در آن می‌توان یک مورد متقاعدکننده برای فعالیت بیولوژیکی به عنوان منبع متان در جو یک سیاره سنگی ایجاد کرد.
این امر به ویژه قابل توجه است زیرا متان یکی از معدود نشانه‌های بالقوه حیات فرازمینی یا «امضاهای زیستی» است که می‌توان آن را به آسانی با تلسکوپ فضایی جیمز وب، قابل تشخیص است.
مگی تامپسون، دانشجوی فارغ التحصیل در نجوم و اخترفیزیک در UC سانتا کروز و نویسنده اصلی مطالعه جدید، گفت:
اغلب از اکسیژن به عنوان یکی از بهترین امضاهای زیستی صحبت می شود، اما احتمالاً تشخیص آن با تلسکوپ جیمزوب دشوار خواهد بود.
علیرغم برخی مطالعات قبلی در مورد امضاهای زیستی متان، ارزیابی اختصاصی و به روزی از شرایط سیاره ای مورد نیاز برای اینکه متان یک امضای زیستی خوب باشد، وجود نداشته است.
تامپسون می‌گوید:
ما می‌خواستیم چارچوبی برای تفسیر مشاهدات ارائه دهیم، بنابراین اگر سیاره‌ای سنگی با متان ببینیم، می‌دانیم چه مشاهدات دیگری لازم است تا یک امضای زیستی متقاعدکننده باشد.
این مطالعه که 28 مارس 2022 در مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم منتشر شد، انواع منابع غیر بیولوژیکی متان را بررسی می کند و پتانسیل آنها را برای حفظ جوی غنی از متان ارزیابی می نماید. این شامل آتشفشان ها می شود. واکنش‌ها در موقعیت‌هایی مانند پشته‌های میانی اقیانوس، دریچه‌های گرمابی، و مناطق فرورانش تکتونیکی. و برخورد دنباله دار یا سیارک.
مورد متان به عنوان یک علامت زیستی ناشی از ناپایداری آن در جو است. از آنجایی که واکنش‌های فتوشیمیایی متان اتمسفر را از بین می‌برد، برای حفظ سطوح بالا باید به‌طور پیوسته دوباره پر شود.
Joshua Krissansen-Totton، یکی از همکاران Sagan در UCSC، می گوید:
اگر مقدار زیادی متان را در یک سیاره سنگی شناسایی کنید، معمولاً به یک منبع عظیم برای توضیح آن نیاز دارید. ما می‌دانیم که فعالیت‌های بیولوژیکی مقادیر زیادی متان روی زمین ایجاد می‌کند و احتمالاً در زمین اولیه نیز چنین بوده است، زیرا ساخت متان از نظر متابولیکی کار نسبتاً آسانی است.
با این حال، منابع غیربیولوژیکی قادر به تولید این مقدار متان بدون ایجاد سرنخ های قابل مشاهده برای منشاء آن نیستند. برای مثال، خروج گاز از آتشفشان‌ها، هم متان و هم مونوکسید کربن را به جو اضافه می‌کند، در حالی که فعالیت‌های بیولوژیکی تمایل دارند به راحتی مونوکسید کربن را مصرف کنند. محققان دریافتند که فرآیندهای غیربیولوژیکی نمی توانند به راحتی جو سیاره های قابل سکونت غنی از متان و دی اکسید کربن و بدون مونوکسید کربن تولید کنند.
تلسکوپ جیمزوب
این مطالعه بر نیاز به در نظر گرفتن زمینه کامل سیاره ای در ارزیابی نشانه های زیستی بالقوه تاکید می کند. محققان به این نتیجه رسیدند که برای سیاره‌ای سنگی که به دور ستاره‌ای شبیه به خورشید می‌چرخد، اگر جو دارای دی‌اکسید کربن باشد، متان اتمسفر بیشتر به عنوان نشانه‌ای قوی از حیات فرازمینی در نظر گرفته می‌شود، متان فراوان‌تر از مونوکسید کربن و بسیار غنی از آب است.
تامپسون گفت:
یک مولکول به شما پاسخی نمی دهد – شما باید بافت کامل سیاره را در نظر بگیرید. متان یک تکه از این پازل است، اما برای تعیین اینکه آیا حیات در یک سیاره وجود دارد یا خیر، باید ژئوشیمی آن، نحوه برهمکنش آن با ستاره‌اش و فرآیندهای زیادی که می‌توانند بر جو سیاره در مقیاس‌های زمانی زمین‌شناسی تأثیر بگذارند، را در نظر بگیرید.
این مطالعه احتمالات مختلفی را برای “مثبت های کاذب” در نظر می گیرد و دستورالعمل هایی برای ارزیابی امضاهای زیستی متان ارائه می دهد.
کریسانسن-توتون گفت:
دو چیز ممکن است اشتباه پیش برود: می‌توانید چیزی را به‌عنوان یک امضای زیستی اشتباه تفسیر کنید و یک مثبت کاذب دریافت کنید، یا می‌توانید چیزی را که یک امضای زیستی واقعی است نادیده بگیرید. با این مقاله، ما می‌خواستیم چارچوبی ایجاد کنیم که به جلوگیری از هر دوی این خطاهای احتمالی با متان کمک کند.
وی افزود که:
هنوز کارهای زیادی برای انجام دادن برای درک کامل هرگونه کشف متان در آینده وجود دارد. این مطالعه بر روی آشکارترین موارد مثبت کاذب متان به عنوان یک علامت زیستی در جهت اثبات حیات فرازمینی متمرکز شده است. اتمسفر سیارات فراخورشیدی سنگی احتمالاً ما را غافلگیر خواهد کرد و ما باید در تفسیر خود محتاط باشیم. کار آینده باید سعی کند مکانیسم‌های غیرعادی‌تری را برای تولید متان غیربیولوژیکی پیش‌بینی و فاکتور گیری کند.
مرجع: “مورد و زمینه برای متان اتمسفر به عنوان یک علامت زیستی سیاره فراخورشیدی” 28 مارس 2022، مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم.
DOI: 10.1073/pnas.2117933119
علاوه بر تامپسون و کریسانسن-توتون، نویسندگان همکار این مقاله عبارتند از: جاناتان فورتنی، استاد نجوم و اخترفیزیک در UCSC، میریام تلوس، استادیار علوم زمین و سیاره در UCSC، و نیکلاس ووگان در دانشگاه واشنگتن، سیاتل. این کار توسط ناساپشتیبانی شد.
