آیا تلسکوپ جیمز وب راهی به سوی کشف حیات فرازمینی خواهد گشود؟
به نقل از ایتنا و Live Science، فرض کنید سیاره‌ای با وسعتی دو برابر زمین وجود دارد که تمام سطح آن را اقیانوسی فرا گرفته و بویی شبیه به کلم تخمیرشده از آن به مشام می‌رسد. در این جهان اقیانوسی، هر روز ستاره‌ای سرخ و کم‌نور با گرمایش خود به زندگی توده‌های عظیم موجودات ریز و پلانکتون‌مانند کمک می‌کند. میلیاردها موجود زنده به سطح آب می‌آیند و در قاره‌ای زنده و شناور که بزرگ‌تر از استرالیا است، تجمع می‌کنند. آنها با تبدیل نور خورشید به انرژی، گازهای شدید و تند را به فضا می‌فرستند.
گاز گوگردی که از این تجمع زیستی فرازمینی حاصل شده، جو سیاره را به حدی پر می‌کند که حتی تلسکوپی در فاصله‌ای معادل ۷۰۰ تریلیون مایل (بیش از یک کوادریلیون کیلومتر) می‌تواند آن را شناسایی کند (به‌صورت ضعیف و تنها برای چند ساعت در هر ماه)، زمانی که این سیاره آبی از مقابل ستاره سرخ و کوچک خود عبور می‌کند. در این بازه کوتاه، جلبک‌های بیگانه ساکن این سیاره، گاز خود را به زمین معرفی می‌کنند.
شاید این سناریو بیشتر شبیه داستان‌های علمی – تخیلی به نظر بیاید. اما آیا به‌راستی چنین است؟
در دو سال اخیر، این سؤال به یکی از موضوعات داغ در میان اخترزیست‌شناسان تبدیل شده و تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) در مرکز این بحث واقع شده است. سیاره K2-18b که در فاصله‌ای حدود ۱۲۰ سال نوری از زمین قرار دارد، در حیطه رصدی این تلسکوپ پیشرفته قرار گرفته است. هرچند وجود این سیاره قابل تأیید است، اما شرایط سطحی آن و قابلیت میزبانی از حیات کماکان مورد مناقشه‌های علمی قرار دارد.
گروهی از محققانی که اخیراً به کمک جیمز وب این سیاره را مطالعه کرده‌اند، ادعا کرده‌اند که نشانه‌هایی از «دی‌متیل سولفید» (DMS) را در جو آن شناسایی کرده‌اند. این ترکیب که بویی مشابه کلم پخته دارد، عامل همان رایحه‌ای است که ما به آن «بوی دریا» می‌گوییم و به‌طور انحصاری توسط فیتوپلانکتون‌های زنده تولید می‌شود. این تیم برای نخستین بار در سال ۲۰۲۳ وجود DMS را در جو K2-18b اعلام کردند و از آن زمان چندین مقاله علمی در این خصوص منتشر شده است.
اما پژوهشگران مستقل هنوز در مورد صحت این کشف احتیاط دارند. آنها متذکر شده‌اند که استنباط این تیم مبتنی بر مدل‌سازی داده‌هایی با قطعیت پایین است و از سطح آماری لازم برای تأیید یک کشف علمی مستقل به دور است. تنها با رصدهای بیشتر از این سیاره می‌توان به پاسخی قاطع دست یافت.
اما هیچ شکی نیست که قابلیت‌های منحصر به فرد جیمز وب در بررسی طیف‌های فروسرخ، بی‌نظیرترین فرصت تاریخ بشریت برای کشف حیات فرازمینی را فراهم کرده است.
به نقل از ایتنا، دکتر ادی شویترمن، استادیار اخترزیست‌شناسی در دانشگاه کالیفرنیا، ریورساید، که با استفاده از جیمز وب به بررسی قابلیت سکونت سیارات فراخورشیدی می‌پردازد، به Live Science گفت: «ما به لطف جیمز وب، در چند سال اخیر نسبت به چند دهه گذشته، اطلاعات بسیار بیشتری درباره ترکیبات جوی سیارات خارج از منظومه شمسی به‌دست آورده‌ایم.»
در راستای جستجوی حیات فرازمینی، یک اصل کلیدی مطرح است: هرجا جو وجود داشته باشد، احتمال وجود آب مایع در سطح آن نیز به وجود می‌آید و هرگاه آب در جریان باشد، احتمال شکل‌گیری حیات وجود خواهد داشت. برای نخستین بار، جیمز وب امکان مطالعه این جوهای بیگانه را با دقتی بی‌سابقه فراهم آورده است.
پروفسور ویکتوریا مدوز، استاد نجوم در دانشگاه واشنگتن و مدیر برنامه تحصیلات تکمیلی اخترزیست‌شناسی، درباره این موضوع اظهار داشت: «ما در مقطع بسیار حساسی از جستجوی حیات قرار داریم، چرا که اکنون به فناوری لازم برای انجام این کار دست یافته‌ایم. پیش از جیمز وب، چنین امکانی به‌طور عملی وجود نداشت.»
نفسِ جهان‌های بیگانه
در جستجوی سیارات قابل سکونت (آن دسته از سیارات که در «منطقه گلدیلاک» ستاره میزبان خود واقع شده و امکان وجود آب مایع بر روی آنها وجود دارد)، جیمز وب در موقعیت بی‌نظیری قرار دارد.
برخلاف تلسکوپ هابل و سایر تلسکوپ‌های نوری، جیمز وب قادر به تصویربرداری مستقیم از سطح سیارات دور نمی‌باشد. همچنین قادر به شناسایی امواج رادیویی یا سایر «امضاهای فناورانه» ممکن ناشی از تمدن‌های پیشرفته فرازمینی نیست. نشانه‌های زیستی که جیمز وب به دنبالش می‌گردد، بسیار بنیادی‌ترند: این نشانه‌ها نه تصاویر مبهم از نشانه‌های موجودات فضایی بلکه نشانگر مولکول‌هایی هستند که به‌طور نامرئی در جو سیارات حرکت می‌کنند.
دکتر سباستین زیبا، پژوهشگر فوق‌دکترا در مرکز اخترفیزیک هاروارد–اسمیتسونین، به Live Science گفت: «نخستین گام در شناسایی حیات، یافتن جو است. برای حفظ آب مایع بر روی سطح، وجود جو ضروری است.»
زیبا خاطرنشان کرد که در مقایسه با نسل پیشین تلسکوپ‌های فروسرخ مانند تلسکوپ فضایی اسپیتزر ناسا که در سال ۲۰۰۳ پرتاب و در سال ۲۰۲۰ بازنشسته شد، جیمز وب «از هر منظر برتری دارد». این تلسکوپ قادر به رصد اعماق دوردست فضا و شناسایی طیف وسیعی از طول‌موج‌های فروسرخ است که پیش‌تر امکان‌پذیر نبود. تابش‌های فروسرخ در جستجوی حیات نقشی حیاتی ایفا می‌کنند، زیرا این طول‌موج‌ها اطلاعات ارزشمندی درباره گونه‌های مولکول‌های جاذب یا گسیل‌کننده نور در جو سیارات ارائه می‌دهند.
به نقل از ایتنا، برای اینکه جیمز وب بتواند نشانه‌ای از جو یک سیاره فراخورشیدی را شناسایی کند، محققان باید منتظر «گذر» آن سیاره باشند، زمانی که این سیاره از دید ناظر زمینی از مقابل ستاره میزبان خود عبور کرده و نور ستاره از لایه‌های جو سیاره عبور می‌کند. به‌عنوان مثال، در مورد K2-18b، این گذر هر ۳۳ روز یک‌بار اتفاق می‌افتد.
پروفسور مدوز در این زمینه توضیح داد: «هنگام گذر سیاره، جو آن نور ستاره را پردازش می‌کند و هاله‌ای کوچک اطراف سیاره تشکیل می‌دهد.»
این «هاله» شامل سرنخ‌های کلیدی از دنیای بیگانه است. با عبور نور از جو، مولکول‌های موجود در آن، طول‌موج‌های خاصی از نور را جذب یا منتشر می‌کنند و الگوی طیفیِ ثبت‌شده توسط جیمز وب را تغییر می‌دهند. این امضای نوری منحصر به فرد (که به آن «طیف» گفته می‌شود) به پژوهشگران این امکان را می‌دهد تا ترکیب مولکولی جو را استخراج کنند. این اطلاعات همچنین می‌تواند برای استنباط اندازه، شرایط سطح، ویژگی‌های جغرافیایی و قابلیت میزبانی از حیات به کار رود.
به‌عنوان مثال، طبق گفته مدوز، اگر جیمز وب طیفی از سیاره‌ای ثبت کند که نشان‌دهنده سطوح بالای متان و دی‌اکسید کربن در جو آن باشد، این می‌تواند نشانه‌ای از یک جهان قابل سکونت شبیه زمین در دوره آرکئن (حدود ۴ تا ۲.۵ میلیارد سال پیش) باشد؛ زمانی که میکروهای ابتدایی با تجزیه دی‌اکسید کربن، مقادیر قابل توجهی متان تولید می‌کردند.
اما اثبات وجود چنین شرایطی در سیاره‌ای در فاصله تریلیون‌ها مایل، چالشی بزرگ به شمار می‌رود.
پیچیدگی‌های داده‌های علمی
پس از شناسایی اولیه یک نشانه زیستی امیدوارکننده، در گام بعدی باید اثبات شود که این نشانه با فرآیندهای غیر زیستی (مانند فعالیت آتشفشانی) قابل توجیه نیست. سپس پژوهشگران باید ثابت کنند که کشف آنها از نظر آماری معنی‌دار است؛ روندی دقیق که نیاز به رصدهای مکرر و تایید توسط گروه‌های مستقل با استفاده از مدل‌های داده‌ای متفاوت دارد.
به نقل از ایتنا، پروفسور رنه دویون، استاد دانشگاه مونترال و پژوهشگر اصلی ابزار NIRISS در تلسکوپ جیمز وب، به Live Science گفت: «داده‌های جیمز وب بسیار پیچیده هستند. گاهی اوقات نتایجی منتشر می‌شوند که پس از آن تأیید نمی‌شوند. بسته به اینکه چه کسی و چگونه داده‌ها را پردازش کرده است، ممکن است به نتایج متفاوتی برسید.»
ادعای شناسایی DMS در K2-18b نیز در چنین مرحله‌ای قرار دارد. اگرچه دو مطالعه مستقل از گروه دانشگاه کمبریج به رهبری پروفسور نیکو مادهوسودان وجود این مولکول را گزارش کرده‌اند، اما گروه‌های دیگر تا کنون نتوانسته‌اند با استفاده از مدل‌های پردازشی مختلف، همان نتیجه را تکرار کنند. به‌علاوه، سطح اطمینان آماری این کشف در حد «سه سیگما» باقی مانده که بسیار پایین‌تر از آستانه استاندارد «پنج سیگما» است که برای یک کشف علمی قطعی لازم است. (سطح سه سیگما نشان‌دهنده احتمال ۰.۳ درصدی خطا است، در حالی که پنج سیگما به معنای احتمال خطای ۰.۰۰۰۰۶ درصد می‌باشد.)
پروفسور مادهوسودان در پاسخ به این انتقادات بیان کرد که این موضوع دلیلی بر کنار گذاشتن K2-18b به عنوان گزینه‌ای قابل سکونت «میزبان حیات میکروبی» نیست. او به Live Science گفت: «ما در مراحل اولیه فرضیه‌سازی هستیم و ممکن است به خطا برویم. بنابراین باید نسبت به تصحیح نظریاتمان پذیرای تغییر باشیم و داده‌های بیشتری جمع‌آوری کنیم تا بتوانیم آنچه می‌بینیم تأیید کنیم.»
دکتر شویترمن نیز معتقد است که با توجه به سطح آماری فعلی، اعلام کشف DMS در K2-18b بسیار زودهنگام است. اما در عین حال، او نیز بر این نکته تأکید کرده که DMS نشانه زیستی امیدبخشی است و جیمز وب باید در جستجوی آن در دیگر جهان‌های اقیانوسی قابل سکونت ادامه دهد.
شویترمن در این باره پرسش کلیدی را مطرح کرد: «پرسش بزرگ این است که زیست‌کره‌های گسترده در کیهان تا چه اندازه وجود دارند؟ اگر اشکال پیچیده حیات (از جمله حیات هوشمند) وجود داشته باشند، آنگاه باید از خود بپرسیم که این زیست‌کره‌ها که بستری برای شکوفایی حیات هستند، چه میزان متداولند.»
هدف‌گیری دقیق تلسکوپ فضایی
حتی اگر در نهایت حیات در K2-18b شناسایی نشود، این سیاره تنها یکی از ده‌ها هدفی است که در مطالعات دقیق فروسرخ جیمز وب قرار دارد.
همچنین به نقل از ایتنا، فهرست اهداف این تلسکوپ شامل نامزدهای همیشگی (مانند سامانه TRAPPIST-1 – پرمطالعه‌ترین سامانه فراخورشیدی) نیز می‌شود. این سامانه دارای هفت سیاره سنگی است که حداقل سه مورد از آنها در منطقه گلدیلاک ستاره میزبان قرار دارند. باوجود این، تاکنون جیمز وب نتوانسته هیچ نشانه‌ای از وجود جو در این سیارات شناسایی کند؛ چیزی که احتمالاً نشان‌دهنده تابش شدید فرابنفش ستاره میزبان و فرسایش جو سیارات است.
پروفسور دویون به‌ویژه از پیگیری مطالعه سیاره LHS 1140 b حمایت می‌کند — عالمی فراخورشیدی که در فاصله ۵۰ سال نوری از زمین در صورت فلکی نهنگ واقع شده است. رصدهای اخیر او و تیمش با جیمز وب نشان می‌دهد که این سیاره (که پیش‌تر به عنوان یک «ابَرزمین» سنگی با جرم شش برابر زمین شناخته می‌شد) در واقع می‌تواند یک جهان اقیانوسی عظیم («مینی‌نپتون») یا سیاره‌ای با ساختاری کاملاً متفاوت باشد.
