الميثان قد يكون علامة أكثر موثوقية للحياة الفضائية من الأكسجين!

ووفقا للباحثين في كاليفورنيا، يمكن اعتبار اكتشاف الميثان في الغلاف الجوي لكوكب آخر "علامة مقنعة للحياة". والميثان (CH4) هو أحد العلامات القليلة المحتملة للحياة، أو "البصمات الحيوية"، التي يمكن اكتشافها بسهولة باستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST).

ويمكن لـ JWST اكتشاف أطوال موجات الأشعة تحت الحمراء المختلفة التي تشير إلى وجود مواد كيميائية مثل الماء والميثان في الغلاف الجوي للكواكب الخارجية - الكواكب خارج نظامنا الشمسي.

ويمكن أن يساعد JWST في الكشف عما إذا كان الميثان يأتي من مصدر بيولوجي (كائن حي) أو مصدر غير بيولوجي (مثل البركان) على كوكب خارج المجموعة الشمسية.

وقاد الدراسة الجديدة باحثون في جامعة كاليفورنيا، سانتا كروز، بدعم من وكالة ناسا.

وقالت ماغي طومسون، طالبة الدراسات العليا في علم الفلك والفيزياء الفلكية في جامعة كاليفورنيا في سانتا كروز (UCSC): "غالبا ما يتم الحديث عن الأكسجين باعتباره أحد أفضل البصمات الحيوية، ولكن من المحتمل أن يكون من الصعب اكتشافه باستخدام JWST".

ويمتص الميثان بقوة أكبر عند الأطوال الموجية القريبة من الأشعة تحت الحمراء (1-3 ميكرومتر)، حيث يكون JWST أكثر حساسية.

وعلى كوكبنا، تترابط المواد الموجودة في غلاف الأرض (طبقتها التي تحدها نواة وما فوقها قشرة) مع الأكسجين الموجود في الغلاف الجوي، ما يسحبها من الغلاف الجوي.

وفي حالة وجود كواكب صخرية أخرى بعمليات مماثلة، فقد لا يكون لديها الكثير من الأكسجين الذي يمكن اكتشافه في غلافها الجوي ولكنها لا تزال تستضيف نوعا من الحياة البيولوجية.

وهذا هو أحد الأسباب التي جعلت علماء الكواكب يركزون بدلا من ذلك على الميثان عند البحث عن الحياة على الكواكب الأخرى.

وعلى الأرض، ينتج الميثان أيضا عن طريق التحلل البكتيري للمواد النباتية تحت البراكين المائية وفتحات التهوية في قاع المحيط.

ويشير الباحثون إلى الميثان على أنه "توقيع حيوي" - وهو عنصر يشير إلى الحياة الماضية أو الحالية. ومن المحتمل أن يكون الميثان هو الغاز الحيوي الوحيد الذي يمكن اكتشافه في أجواء الكواكب الصخرية باستخدام JWST، كما يقولون.

وعلى الرغم من أن العمليات غير البيولوجية يمكن أن تولد الميثان أيضا، إلا أنه يُعتقد أن النشاط البيولوجي يمكن أن يكون مصدر الميثان في الغلاف الجوي للكوكب الصخري، إذا تم تحديد بعض الصناديق الكيميائية والبيولوجية.

وعلى الرغم من بعض الدراسات السابقة حول البصمات الحيوية للميثان، لم يكن هناك تقييم محدث للظروف الكوكبية اللازمة للميثان ليكون توقيعا حيويا.

وقالت طومسون: "أردنا توفير إطار عمل لتفسير الملاحظات، لذلك إذا رأينا كوكبا صخريا به غاز الميثان، فإننا نعرف ما هي الملاحظات الأخرى اللازمة ليكون توقيعا حيويا مقنعا".

وبالنسبة للدراسة، قام الفريق بفحص مجموعة متنوعة من المصادر غير البيولوجية للميثان التي يمكن رؤيتها على الأرض - البراكين، والتفاعلات في التلال وسط المحيط، والفتحات الحرارية المائية، ومناطق الانغماس التكتوني، وتأثيرات المذنبات أو الكويكبات.

وبالنسبة لكل مصدر من مصادر الميثان، قام الفريق بتقييم قدرتها على الحفاظ على جو غني بالميثان على كوكب صخري.

ونظرا لأن التفاعلات الكيميائية الضوئية (تلك التي تبدأ عن طريق امتصاص الطاقة من الضوء) تدمر غاز الميثان في الغلاف الجوي، يجب إعادة ملئه بشكل ثابت للحفاظ على مستويات عالية.

وقال االمعد المشارك للدراسة جوشوا كريسانسن توتون، من جامعة كاليفورنيا في ساوث كارولينا: "إذا اكتشفت الكثير من الميثان على كوكب صخري، فأنت تحتاج عادة إلى مصدر ضخم لشرح ذلك''. ونحن نعلم أن النشاط البيولوجي ينتج كميات كبيرة من الميثان على الأرض، وربما حدث ذلك أيضا على الأرض في وقت مبكر أيضا لأن صنع الميثان هو أمر سهل إلى حد ما في التمثيل الغذائي.

ومع ذلك، لن تتمكن المصادر غير البيولوجية من إنتاج هذا القدر من الميثان دون الكشف أيضا عن وجود غازات أخرى، وبالتالي هويتها كمصادر غير بيولوجية.

وعلى سبيل المثال، قد يؤدي إطلاق الغازات من البركان (مصدر غير بيولوجي) إلى إضافة غاز الميثان وأول أكسيد الكربون إلى الغلاف الجوي؛ على العكس من ذلك، يميل النشاط البيولوجي إلى استهلاك أول أكسيد الكربون بسهولة.

وبشكل عام، وجد الباحثون أن العمليات غير البيولوجية لا يمكنها بسهولة إنتاج أجواء كوكب صالحة للحياة غنية بكل من الميثان وثاني أكسيد الكربون (CO2)، والتي تحتوي على القليل من أول أكسيد الكربون أو لا تحتوي على الإطلاق.

ولهذه الأسباب، يُرجح اعتبار الميثان الموجود في الغلاف الجوي مؤشرا قويا على الحياة على كوكب صخري إذا كان الغلاف الجوي يحتوي أيضا على ثاني أكسيد الكربون، وإذا كان الميثان أكثر وفرة من أول أكسيد الكربون.

ولتحديد ما إذا كانت هناك حياة على كوكب ما، عليك التفكير في الكيمياء الجيولوجية له، وكيفية تفاعله مع نجمه، والعديد من العمليات التي يمكن أن تؤثر على الغلاف الجوي للكوكب على فترات زمنية جيولوجية.

وتأخذ الدراسة في الاعتبار مجموعة متنوعة من الاحتمالات لـ "الإيجابيات الخاطئة" - النتائج التي يمكن أن تشير بشكل غير صحيح إلى الحياة الفضائية - وتوفر إرشادات لتقييم البصمات الحيوية للميثان.

ويجب أن يحاول العمل المستقبلي توقع وتحديد آليات أكثر غرابة لإنتاج الميثان غير البيولوجي.