كواكب تشبه الأرض: كيف نعثر على عوالم صالحة للحياة في مجرتنا

مقابلة مع ليزا كالتينجر، المديرة المؤسسة لمعهد كارل ساغان، حول السعي الحديث للإجابة على سؤال قديم: “هل نحن وحدنا في الكون؟”

هذا الأسبوع، يسعدني أن أشارككم حوارًا أجريته مع ليزا كالتينجر حول كتابها الجديد “كواكب أرضية غريبة: العلم الجديد لصيد الكواكب في الكون”. ليزا هي عالمة أحياء فلكية مشهورة عالميًا ومديرة معهد كارل ساغان في جامعة كورنيل. في وقت سابق من هذا العام، نشرنا مع سارة فانا بحثًا مشتركًا ناقشنا فيه استراتيجية جديدة لتحديد الكواكب التي تشترك في خصائص مشابهة للأرض في مراحل مختلفة من تطورها. الحياة تترك بصماتها على أجواء الكواكب، والبحث عن عوالم حية هو في الواقع بحث عن “البصمات الحيوية” التي نربطها بالحياة، على الأقل الحياة كما نعرفها. بالإضافة إلى كونها عالمة بارزة، ليزا هي واحدة من أكثر المحاضرين تشويقًا الذين أعرفهم، وحماسها المعدي يظهر بوضوح في كتابها، الذي يُعد قراءة ضرورية.

اشرحي لنا ما هو علم الأحياء الفلكي ولماذا هو مثير للغاية؟ وكيف دخلتِ هذا المجال؟
نحن نعيش في عصر استثنائي للاستكشاف. نحن لا نكتشف قارات جديدة فقط، كما فعل المستكشفون القدامى، بل عوالم كاملة تدور حول نجوم أخرى. منذ اكتشاف أول كوكب خارج المجموعة الشمسية في عام 1995، عثر علماء الفلك على أكثر من خمسة آلاف كوكب آخر في جوارنا الكوني. المذهل أن هذا يعني أننا نكتشف عالمًا جديدًا تقريبًا كل يومين منذ أن صنعنا أول جهاز حساس بما يكفي لاكتشافها. ولقد اكتشفنا فقط الكواكب السهلة الاكتشاف – وهي مجرد غيض من فيض.

الكواكب شائعة جدًا لدرجة أنها تدور حول معظم النجوم. ومجرتنا، درب التبانة، تحتضن حوالي مئتي مليار نجم. هذا الرقم المذهل يشير إلى أن هناك مليارات ومليارات من العوالم الجديدة التي يمكن استكشافها في مجرتنا وحدها.

حل لغز هذه العوالم الجديدة يتطلب استخدام مجموعة واسعة من الأدوات، مثل زراعة كائنات حية متنوعة في مختبرات الأحياء، ودراسة الحمم المنصهرة من عوالم صغيرة في مختبرات الجيولوجيا، وتطوير أكواد برمجية على جهاز الكمبيوتر، والاستعانة بتاريخ تطور الأرض الطويل للحصول على أدلة حول ما نبحث عنه. باستخدام الأرض كمختبر، يمكننا اختبار أفكار جديدة ومواجهة التحديات بالبيانات، والفضول الملهم، والرؤية. هذا التفاعل بين الفوتونات المتلألئة، والغازات الدوامة، والسحب، والأسطح الديناميكية التي تتحكم بها الأكواد البرمجية في جهاز الكمبيوتر الخاص بي، يخلق سيمفونية من العوالم المحتملة – بعضها مليء بتنوع هائل من الحياة، والبعض الآخر قاحل ومهجور.

حتى الآن، وبالرغم من الادعاءات المضادة، لم نعثر على أي دليل قاطع على وجود حياة على كواكب أخرى. حتى ذلك الحين، سنستمر في تحسين أدواتنا ونبحث عن علامات الحياة الغريبة بالطريقة الصعبة: كوكبًا تلو الآخر وقمرًا تلو الآخر. المرحلة الأكثر إثارة على وشك البدء.

كيف يمكننا العثور على علامات الحياة (أو النشاط البيولوجي) من خلال قراءة الأطياف الضوئية من أجواء الكواكب؟
علامات الحياة مكتوبة في ضوء الكوكب – إذا كنت تعرف كيف تقرأها. الضوء يحمل الطاقة، وإذا اصطدمت الطاقة المناسبة بجزيء، فإنه يتأرجح ويدور. تمامًا كما تخبرك الأختام في جواز السفر بالدول التي زارها المسافر، التركيب الكيميائي لغلاف كوكب غريب مشفر في الضوء الذي يصل إلى تلسكوبي من هناك – بما في ذلك أي علامات على الحياة في ذلك العالم الآخر.

تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) هو أول تلسكوب قادر على جمع ما يكفي من الضوء بمرآته التي يبلغ قطرها 21.3 قدمًا (6.5 أمتار) لاستكشاف التركيب الكيميائي لأجواء الكواكب الصخرية الأخرى. الحجم هو المفتاح لجمع الضوء. تخيل دلوًا – كلما كان أكبر، زادت كمية مياه الأمطار التي يمكنه جمعها أثناء هطول المطر. يعمل مرآة التلسكوب بنفس الطريقة – كلما كانت أكبر، زاد الضوء الذي يمكنها جمعه.

هل يمكنك سرد النقاط الرئيسية الثلاث لكتابك؟
في كتاب “كواكب أرضية غريبة”، آخذك في رحلة مثيرة ومفاجئة بينما نبحث عن الحياة في الكون.

1. مليارات الاحتمالات: واحد من كل خمسة نجوم لديه كوكب يمكن أن يكون مشابهًا لكوكبنا، أي ليس شديد الحرارة ولا شديد البرودة، وصغير بما يكفي ليكون صخريًا مثل الأرض وبالتالي يمكن أن يحتوي على ماء سائل على سطحه. مجرتنا، درب التبانة، موطن لحوالي 200 مليار نجم، مما يعني أن هناك مليارات ومليارات من الاحتمالات لعوالم مشابهة لعالمنا في الكون. نحن نعيش في عصر ذهبي للاستكشاف الآن، نستكشف هذه العوالم لأول مرة باستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي.
2. التنوع المذهل للعوالم التي تدور حول نجوم أخرى: بعض الكواكب الخارجية التي اكتشفناها هزت نظرتنا للعالم. كانت غير متوقعة تمامًا – بعضها مغطى بمحيطات من الصهارة، وبعضها كرات غازية منتفخة تدور بالقرب من نجومها الأم، بينما البعض الآخر يتجول وحيدًا في الفضاء. عند الغوص في عوالم خيالية في كتاب “كواكب أرضية غريبة”، ستجد أن بعض هذه الكواكب الخارجية أغرب حتى من العوالم التي تخيلها الخيال العلمي. ومع ذلك، بدأ بعضها يبدو قليلًا مثل وطننا.
3. مفتاح العثور على الحياة في الكون يكمن في تاريخ الأرض، وتنوع الكائنات الحية، والإبداع: كوكبنا تغير بشكل كبير عبر تطوره. هل يمكن لمسافر عبر الزمن أن يتعرف على كوكبنا في شبابه؟ لا جبال هملايا، ولا جبال الألب، ولا معالم يمكن البحث عنها، والقارات انفصلت وتشكلت مرارًا وتكرارًا عبر تاريخ الأرض. ولا حتى النجوم المألوفة في سماء الليل، التي كانت ستبدو مختلفة بشكل غريب لأن النجوم تتحرك في رحلتها الخاصة عبر الكون. تغيرات الأرض وتنوعها البيولوجي الواسع يعطينا أول تلميح عن كيفية البحث عن مجموعة واسعة من الحياة على عوالم أخرى.

العثور على هذه الأدلة يتطلب شبكة من المفكرين عبر التخصصات يعملون معًا، والكثير من الأفكار والإبداع. اليوم، حل لغز هذه العوالم الجديدة يتطلب استخدام مجموعة واسعة من الأدوات من علم الأحياء، والجيولوجيا، ومحاكاة الكمبيوتر، والاستعانة بتاريخ تطور الأرض الطويل للحصول على أدلة حول ما نبحث عنه. باستخدام الأرض كدليل، يمكننا اختبار أفكار جديدة ومواجهة التحديات بالبيانات، والفضول الملهم، والرؤية.

لقد أسست معهد كارل ساغان لربط الأفكار من مجموعة متنوعة من المفكرين في تخصصات مختلفة بطريقة إبداعية جديدة. هذا، إلى جانب استخدام تاريخ كوكبنا كحجر رشيد، أمر بالغ الأهمية لإعطائنا أفضل فرصة لعدم تفويت علامات الحياة على عوالم أخرى.

هل يمكنك إعطاءنا نظرة سريعة على احتمالات العثور على الحياة في النظام الشمسي؟
الإجابة المضحكة هي أن الاحتمالات هي 50% – زائد أو ناقص 50%. هذا يعني أن كل شيء ممكن من العثور على الحياة في كل مكان إلى عدم العثور عليها في أي مكان، لأننا لا نعرف مدى سهولة بدء الحياة في أي مكان. هذا ما يجعل البحث مثيرًا للغاية. لكن لدينا مليارات الأماكن المحتملة حيث يمكن أن تبدأ الحياة – ألن تكون المفاجأة الأكبر هي إذا لم نعثر على شيء؟

ماذا تقصدين بـ “كواكب أرضية غريبة” كما نرى في عنوان كتابك؟
“كواكب أرضية غريبة” تشير إلى عوالم يمكن أن تكون مشابهة لعالمنا، تدور حول نجوم أخرى. لكنها تشير أيضًا إلى كوكبنا. الأرض تغيرت بشكل جذري عبر تطورها لدرجة أنها في ماضيها كانت ستكون عالمًا غريبًا بالنسبة لنا – لم يكن لديها حتى غلاف جوي يمكننا التنفس فيه لمعظم تاريخها. كوكبنا تحول من عالم شاب وعدائي مغطى بالحمم البركانية إلى كوكب به محيطات شاسعة، وسحب بيضاء، وضوء أزرق مبعثر في غلافه الجوي، وهو كوكب حي جميل بشكل مذهل، هش، وزرق باهت. بقعة لامعة على لوحة الفضاء السوداء الشاسعة.

تاريخ الأرض يسجل تحولها العميق ويقدم لمحة أولى عن تنوع عالم صخري واحد والحياة التي يحتضنها، مما يلمح إلى ما نبحث عنه في فضاء الكون الواسع.

أعلم أن هذا سؤال لا يمكن الإجابة عليه كميًا، ولكن هل تعتقدين أن الحضارات التكنولوجية شائعة في المجرة؟ وما هي إجابتك المفضلة على مفارقة فيرمي؟ (ملاحظة: مفارقة فيرمي تسأل لماذا لم نتلق اتصالًا من حضارات فضائية حتى الآن، مع أن مجرتنا يبلغ عمرها 10 مليارات سنة.)
إجابتي الشخصية هي أنه حتى لو كانت هناك العديد من الحضارات هناك، لماذا قد يرغب أي منها في الاتصال بنا؟ نحن لسنا ممتعين إلى هذا الحد بعد. الافتراض الأساسي لمفارقة فيرمي هو أن الحضارات الأخرى قد ترغب في الزيارة أو التواصل، وأن الأنواع الأخرى، إذا كانت موجودة، ستكون فضولية بما يكفي للتواصل. دعونا نضع جانبًا مسألة الغلاف الجوي والبيئة التي قد يحتاجها الزوار الفضائيون المحتملون للبقاء على قيد الحياة؛ كم ستكون الأرض مثيرة للاهتمام كوجهة؟ الأرض هي كوكبي المفضل، ولكن من الناحية التكنولوجية، نحن ما زلنا في البداية. صحيح أن اثني عشر رائد فضاء زاروا سطح القمر، ولكن حتى الآن، لم يصل البشر حتى إلى أقرب كوكب، ناهيك عن أقرب نجم مجاور. إذا أتيحت لهم الخيارات، هل ستكون الأرض هي الكوكب المختار – حتى الآن؟ في الحالة المتفائلة لكون مليء بالعوالم الصديقة، الأرض ليست بعد على طاولة الكبار.

الافتراض بأن أي شخص يمكنه الاتصال بنا سيفعل ذلك على الفور، يبدو معيبًا، مما يجعل الصمت العظيم وإجابة مفارقة فيرمي أقل غرابة.

بالنظر إلى المهمات الحالية (مثل تلسكوب جيمس ويب) والمستقبلية، ما هي الملاحظة أو الملاحظات القادمة التي ستكون الأكثر إثارة بالنسبة لك؟
بينما أكتب هذا، تلسكوب جيمس ويب الفضائي يراقب نظام ترابيست-1 وسبعة كواكب بحجم الأرض، ثلاثة منها تقع في المنطقة الصالحة للحياة حول نجمها. سيستغرق الأمر وقتًا لجمع ما يكفي من الضوء وتحليل البيانات، لكننا نعيش حقًا في وقت مذهل، حيث يمكننا لأول مرة على الإطلاق جمع الضوء من عالم صخري صغير في المنطقة الصالحة للحياة حول نجم آخر وتحليله بحثًا عن علامات الحياة. لهذا كتبت هذا الكتاب الآن، لأننا على وشك اكتشاف الإجابة على السؤال الذي يبلغ عمره ألف عام: هل هناك كواكب أرضية غريبة أخرى هناك؟

انظر إلى السماء المذهلة، اعثر على نجمك المفضل، وامنح نفسك حرية التساؤل. ماذا لو لم نكن وحدنا في الكون؟