أفضل من الأرض

أفضل من الأرض^(*)

قد تكون الكواكب المختلفة تماما عن كوكبنا الأرض أفضل مواطن للحياة في الكون.

<R. هيلر>

 

باختصار    يعكف الفلكيون على البحث عن توائم كل منها مكون من أرض تدور في فلك حول نجم شبيه بشمسنا. إن اكتشاف مثل هذه التوائم يظل خارج نطاق قدراتنا التقنية. لكن الكواكب الأرضية الفائقة الكبيرة تدور حول نجوم صغيرة أسهل اكتشافا، وقد تكون أكثر أنماط الكواكب انتشارا. وثمة فكرة جديدة توحي أن هذه المنظومات، إضافة إلى الأقمار الكبيرة التي تدور في أفلاك حول كواكب غازية عملاقة، قد تكون أيضا فائقة الصلاحية للحياة superhabitable، أي إنها أكثر مؤاتاة للحياة من أرضنا، وهي الكوكب المألوف الذي نعيش عليه.

 

ترى، هل نقطن في أفضل جميع العوالم الممكنة؟ لقد كان الرياضياتي⁽¹⁾الألماني <G. لايبنتز> يعتقد ذلك؛ إذ كتب عام 1710 أن كوكبنا مع كل ما يتضمنه من بعض الظواهر غير البهيجة – الزلازل والبراكين وغيرها – لا بد أن يكون الكوكب الأمثل الذي يمكن تصوره. وعلى نطاق واسع، أدى كلام <لايبنتز> إلى وصف إيمانه بأنه فكرة غير علمية مبنية على الرغبة لا على الحقيقة والواقع، وكان أبرز منتقديها الكاتب الفرنسي <ڤولتير>⁽²⁾ في كتابه Candide الذي يعد من أروع التحف الأدبية التي أبدعها. بيد أن <لايبنتز> قد يجد تعاطفا من قبل مجموعة واحدة على الأقل، من العلماء – الفلكيين الذين ظلوا لعقودٍ يتعاملون مع الأرض بوصفها نموذجاً أساسياً عند البحث عن عوالم تتجاوز منظومتنا الشمسية.

ولما كان المهتمون بشؤون وجود حيوات أخرى لا يعرفون سوى عالم واحد يؤوي حياة – حياتنا الأرضية – فمن المنطقي أن يعتبروا الأرض نموذجا أساسيا عندما يجري البحث عن حياة في أمكنة أخرى، كمعظم المناطق الشبيهة بالأرض في كوكب المريخ أو القمر المائي يوروپا Europa الذي يدور حول المشتري. بيد أن اكتشاف كواكب تدور حول نجوم غير شمسنا، أي كواكب غير شمسية exoplanets، يتحدى النهج القائم على مركزية الأرض⁽³⁾.

وخلال العقدين المنصرمين وجد الفلكيون أكثر من 1800 كوكب غير شمسي؛ وتوحي الإحصائيات أن مجرتنا تؤوي 100 بليون على الأقل، من مثل هذه  الكواكب. ومن العوالم التي اكتشفت حتى الآن، ثمة قلة منها تشبه الأرض. إذ إنها تكوّن تنوعا هائلا حقا، فهي مختلفة في مداراتها وأحجامها وتركيباتها، ثم إنها تدور حول مجموعة واسعة التنوع من النجوم، من ضمنها نجوم أصغر من شمسنا وأبهت منها نورا بكثير. وهذه السمات المتنوعة لهذه الكواكب غير الشمسية، توحي إليّ وإلى كثيرين غيري أن الأرض قد لا تكون أفضل الأماكن في الكون لصلاحية الحياة. وفي الحقيقة، فربما تمتلك بعض الكواكب غير الشمسية، المختلفة تماما عن كوكبنا، فرصا أعلى بكثير لتكوين أغلفة حيوية والحفاظ عليها. وقد تكون هذه الكواكب التي يمكن تسميتها عوالم فائقة الصلاحية للحياة superhabitable worlds الهدف الأمثل للبحث عن حياة خارج الأرض extraterrestrial وخارج المنظومة الشمسية extrasolar.

كوكب غير تام^(**)

وبالطبع، فإن كوكبنا يمتلك عددا من الخاصيات التي تبدو، للوهلة الأولى، مثالية لوجود حياة. فالأرض تدور حول نجم رصين متوسط العمر ظلَّ يتلألأ دون انقطاع طوال بلايين السنين، مانحا الحياة ما يكفي من الوقت لتنشأ وتتطور. وللأرض محيطات مياه مانحة للحياة، ومردّ ذلك إلى حد بعيد إلى أنها تدور في فلك واقع ضمن «منطقة صالحة للحياة»⁽⁴⁾  محيطة بالشمس، وهي منطقة نحيلة لا يكون فيها ضوء هذا النجم بالغ الشدة ولا بالغ الضعف. وفي القسم الداخلي من هذه المنطقة يصل ماء الكوكب إلى درجة الغليان ويتحول إلى بخار، أما في قسمها الخارجي، فإنه يتجمد ويتحول إلى جليد. وللأرض أيضا حجم مؤات لوجود حياة عليها: فهو كبير بما يكفي لاحتفاظ الأرض بجو ضخم حولها بفعل حقلها الجاذبي، ولكنه صغير بما يكفي لضمان عدم جذب الأرض لحجاب كثيف ومعتم من الغاز المحيط بها. كما أن حجم الأرض وتركيبها الصخري هما معززان آخران لصلاحية الحياة، وتشهد على ذلك ألواح تكتونية plate tectonics تؤدي إلى انتظام الطقس، والحقل المغنطيسي الذي يقي الغلاف الحيوي⁽⁵⁾ للأرض من الإشعاعات الكونية الضارة.

بيد أنه كلما ازداد اقترابنا، نحن العلماء، من كوكبنا لدراسة صلاحيته للحياة، انحدر مستوى المثالية التي يبدو عليها عالمنا. وفي أيامنا هذه، نرى أن صلاحية الحياة تختلف كثيرا على أرضنا، إذ إن ثمة بقاعا واسعة الأرجاء من سطح الأرض لا وجود لحياة عليها نسبيا – مثل الصحاري القاحلة الحارة، والمحيطات المفتوحة الفقيرة بالمواد المغذّية، والبقاع القطبية المتجمدة. وإن صلاحية الأرض للحياة تختلف أيضا مع الوقت. فمثلا، كان جو الأرض خلال مدة طويلة من العصر الكربوني the Carboniferous period – قبل 300 إلى 350مليون سنة تقريبا – أعلى حرارة وأشد رطوبة ومحتويا على قدر أكبر بكثير من الأكسجين مما هي عليه الحال الآن. وإذ ذاك ازدهرت القشريات⁽⁶⁾  والأسماك والمرجان الذي يسهم في بناء الحيد البحري⁽⁷⁾  في البحار، وكانت القارات مغطاة بغابات كبيرة، ثم نمت حشرات ومخلوقات أرضية أخرى وبلغت حجوما ضخمة. وربما دعمت الأرض في العصر الكربوني كتلة حيوية biomass أكبر بكثير من تلك التي توجد على كوكبنا حاليا، وهذا يعني أن الأرض في أيامنا هذه يمكن اعتبارها أقل صلاحية للحياة مما كانت عليه في ماضيها السحيق.

إن عالما كبيرا حجريا يتسم «بصلاحية فائقة للحياة» superhabitable عليه، ويدور حول نجم أصغر من شمسنا، قد يكون مألوفا وغريبا في آن واحد. وقد تكون أرضه مسطحة بفعل ثقالته gravity السطحية العالية، ثم إن الكواكب قد تكون أدكن لونا من الأرض، وذلك كي يكون امتصاصها للضوء النجمي الباهت أفضل.

 

ويُضاف إلى ذلك أننا على علم بأن الأرض ستصبح أقل مؤاتاة للحياة بكثير في المستقبل. فبعد قرابة خمسة بلايين سنة، ستكون شمسنا قد استنزفت قدرا كبيرا من وقودها الهدروجيني، وشرعت في دمج مزيد من الهليوم ذي الطاقة العالية في قلبها؛ وهذا ما يجعلها تنتفخ لتصبح نجما من عمالقة حمر redgiants يحرق الأرض ويحوّلها إلى جمرة حارة عديمة اللهب. بيد أنه قبل أن يحدث ذلك بوقت طويل، فلا بد أن يكون أجل الحياة على الأرض قد انتهى. وخلال إحراق الشمس لهدروجينها، ترتفع درجة حرارة قلبها تدريجيا، وهذا ما يجعل السطوع الكلي للنجم يزداد ببطء، وذلك بنسبة 10  في المئة كل بليون سنة. ويعني هذا التغير أن المنطقة الصالحة للحياة في المنظومة الشمسية ليست سكونية static بل دينامية dynamic، ومن ثم، وبمرور الوقت، فإنها ستبتعد أكثر فأكثر عن نجمنا الساطع مخلفة الأرض، في نهاية المطاف، وراءها. والأسوأ من ذلك، أن الحسابات الحديثة توحي أن الأرض لا تقع في وسط المنطقة الصالحة للحياة، إنما في الطرف الداخلي منها، وأنها غدت قريبة فعلا من أن تصبح مفرطة الحرارة.

لذا، فخلال نحو نصف بليون سنة، ستبلغ شمسنا درجة عالية من السطوع كافية لجعل طقس الأرض شديد الحرارة، وهذا يهدد استمرار وجود حياة معقدة متعددة الخلايا عليها. وبعد مرور 1.75 بليون سنة من الآن، سيجعل نجمنا الساطع عالمنا يصل إلى درجات عالية من الحرارة تكفي لتبخير المحيطات، ومن ثم لإفناء أي حياة بسيطة باقية على سطح الأرض. وفي الواقع، فإن الأرض تجاوزت الفترة التي شهدت ذروة صلاحيتها للحياة، ثم إن الغلاف الحيوي يقترب من نهايته بسرعة. وإذا أدخلنا في الحسبان جميع هذه الأمور، يبدو من المعقول القول إن صلاحية كوكبنا للحياة باتت الآن هامشية.

البحث عن عالَم فائق الصلاحية للحياة^(***)

في عام 2002، بدأتُ بالتفكير في السمات التي قد تميز العوالم التي هي أكثر ملاءمة للحياة من غيرها، وذلك خلال بحثي الذي كان موضوعه دراسة احتمال صلاحية الحياة على الأقمار الضخمة التي تدور حول الكواكب الغازية العملاقة. وأكبر قمر في منظومتنا الشمسية هو قمر المشتري گانيميدGanymede، الذي تعادل كتلته 2.5 في المئة فقط من كتلة الأرض – وهذه الكتلة أصغر كثيرا مما ينبغي ليتمكن قمر المشتري ببساطة من الاحتفاظ بجو شبيه بجو الأرض. لكنني أدركت أن ثمة طرائق معقولة لكي تتكوّن أقمار، كتلها قريبة من كتلة الأرض، في منظومات كوكبية أخرى، ربما حول كواكب عملاقة ضمن المناطق الصالحة للحياة لنجومها، بحيث يمكن أن تمتلك تلك الأقمار أجواء شبيهة بجو كوكبنا.

إن مثل هذه الأقمار غير الشمسية exomoons الضخمة يمكن أن تكون فائقة الصلاحية للحياة لأنها توفر تنوعا غنيا لمصادر الطاقة لغلاف حيوي محتمل. وخلافا للحياة على الأرض، التي تعتبر الشمس أهم مزود لها بالطاقة، فإن الغلاف الحيوي لقمر خارجي فائق الصلاحية لحياة عليه قد يستجر أيضا طاقة من الضوء المنعكس عليه من كوكبه العملاق القريب منه، ومن الحرارة المنبعثة من الكوكب، أو حتى من الحقل الجاذبي لهذا الكوكب العملاق. وخلال دوران القمر حول كوكب عملاق، يمكن للقوى المدّيّة tidal forces أن تجعل قشرته تنثني جيئة وذهابا، وهذا يولد احتكاكا يسخن القمر من الداخل. ومن المحتمل أن تكون ظاهرة التسخين المدّيّ tidal heating هذه هي التي تولد المحيطات تحت السطحية والتي يعتقد أنها موجودة على قمر المشتري يوروپا Europa وقمر زحل إنسيلادوس Enceladus. ويترتب على ذلك أن هذا التنوع في الطاقة هو سيف ذو حدين لكثير من الأقمار الخارجية الضخمة؛ لأن الاختلالات التوازنية الطفيفة بين مصادر الطاقة المتشابكة يمكن أن تُحوِّل ببساطة عالما إلى آخر غير صالح للحياة.

وحتى الآن، لم يكتشف ما يمكن وصفه بأنه أقمار خارجية مؤكدة، سواء أكانت صالحة للحياة أم لا، مع أنه من الممكن عاجلا أم آجلا، اكتشاف بعض منها، بالإفادة من البيانات المؤرشفة المأخوذة من مراصد مثل مقراب كپلر الفضائي التابع للوكالة ناسا. وحتى الآن، فإن مثل هذه الأجسام إن وجدت، واحتمال صلاحيتها للحياة إن وجد، مسألة تحزرية وتأملية تماما.

أما الكواكب الفائقة الصلاحية للحياة؛ فقد تكون موجودة فعلا في كُتيّب الكواكب الخارجية التي ثبت وجودها، أو المرشحة لذلك. وأول الكواكب الخارجية التي عُثِر عليها في منتصف التسعينات، كانت جميعها عمالق غازيةgas giants، ولها كتل قريبة من كتل المشتري، ومدارات قريبة جدا من نجومها، ومن ثم يستحيل عليها إيواء أي حياة. بيد أنه مع التحسن المتواصل لتقنيات اصطياد الكواكب، بدأ الفلكيون تدريجيا باكتشاف كواكب أصغر في مدارات أوسع. وخلال السنوات القليلة الماضية أُطلق على معظم الكواكب المكتشفة اسم كواكب أرضية فائقة super-Earths، وهي كواكب تكبر الأرض بقدر قد يصل إلى عشر مرات، وأنصاف أقطار بين نصفي قطري الأرض ونپتون. وقد تبين أن هذه الكواكب شائعة جدا حول نجوم أخرى، بيد أنه لا توجد كواكب تشبهها وتدور في أفلاك حول الشمس، وهذا يجعل منظومتنا الشمسية تبدو شاذة، إلى حد ما، عن المنظومات النجومية الأخرى.

ويوجد كثير من الكواكب الأرضية الفائقة التي تتسم بضخامة حجومها وكتلها، وتوحي أقطارها أن لها أجواء سميكة منتفخة، وهذا يزيد من احتمال كونها نپتونات صغيرة⁽⁸⁾ بدلا من نسخ فائقة من كوكب الأرض. لكن بعض الكواكب الأرضية الفائقة الأصغر حجما والتي قد يصل حجمها إلى ضعف حجم الأرض، قد تكون لها مركبات مثل مركبات الأرض من حديد وصخور، وربما كانت تحتوي على مقادير وفيرة من الماء السائل على سطحها إذا كانت مداراتها واقعة ضمن المناطق الصالحة للحياة في منظوماتها النجمية. ونحن نعرف الآن أن ثمة عددا من الكواكب الأرضية الفائقة الصخرية المحتملة تدور حول نجوم تسمى أقزام Mا⁽⁹⁾ وأقزام Kا⁽¹⁰⁾، وهي أصغر وأعتم وأطول عمرا بكثير من شمسنا. ويعود ذلك جزئيا إلى أن الحيوات الطويلة لنجومها البالغة الصغر جعلت الكواكب الأرضية ذات الحجوم الفائقة أقوى الكواكب الحالية المرشحة لتكون عوالم فائقة الصلاحية للحياة، وهذا ما بيّنته في بحث حديث بالاشتراك مع مساعدي <J. آرمسترونگ> [الفيزيائي من جامعة Weber State].

فوائد طول العمر^(****)

لقد بدأنا بحثنا ونحن نفهم أن النجم المضيف الطويل العمر هو أهم المقومات الأساسية للصلاحية الفائقة للحياة؛ ومع ذلك، فمن غير المحتمل أن يظل غلاف حيوي كوكبي على قيد الحياة بعد موت نجمه. فعمر شمسنا يبلغ4.6 بليون سنة، وبهذا يكون قد انقضى نصف عمرها تقريبا، إذ إن عمرها يقدر بعشرة بلايين سنة. بيد أنها لو كانت أصغر قليلا لكانت نجما قزما K أطول عمرا. وللأقزام K مقدار كلي من الوقود النووي الذي تحرقه أقل كثيرا من وقود النجوم الأضخم منها، لكنها تستعمل وقودها بفعالية أعلى، وهذا يطيل من أعمارها. أما الأقزام K المتوسطة العمر التي نرصدها في هذه الأيام فهي أكبر ببلايين السنين من الشمس، وستظل مشرقة بلايين من السنين بعد أن يكون نجمنا قد انتهى أجله. ولدى أي محيط حيوي محتمل على كواكبها وقت طويل لتتطور وتتنوع.

ويبدو ضوء القزم K أشد احمرارا بقليل من نور الشمس، إذ إن انزياحه يكون أكثر نحو الضوء تحت الأحمر، لكن مداه الطيفي يمكن مع ذلك أن يدعم عملية تركيب ضوئي photosynthesis على سطح الكوكب. بيد أن الأقزام M أصغر وأضعف إضاءة، وبإمكانها مواصلة سطوعها مئات بلايين السنين، لكن هذا السطوع ضعيف جدا، وهذا يجعل مناطقها الصالحة للحياة محاطة بظلام دامس. ومن المحتمل أن تتعرض الكواكب هناك إلى أنوار نجمية شديدة السطوع وإلى آثار ضارة أخرى. ولما كانت الأقزام K تعمر أكثر من شمسنا مع أنها ليست شديدة الظلمة، فإنه يبدو أنها تقيم في البقعة المتميزة من المنطقة النجمية ذات الصلاحية الفائقة للحياة.

وفي هذه الأيام، قد تؤوي بعض هذه النجوم التي تعمر طويلا، كواكبَ أرضية فائقة صخرية أعمارها أكبر من عمر منظومتنا الشمسية ببلايين من السنين. ومن المحتمل أن تكون الحياة نشأت في هذه المنظومات الكوكبية قبل ولادة شمسنا بزمن طويل، وأنها ترعرعت وتطورت طوال بلايين السنين، وذلك حتى قبل بروز أول جزيء بيولوجي من السحابة البدائية على الأرض الفتية. إنني مفتون خاصة باحتمال أن يكون غلاف حيوي على هذه العوالم القديمة قادرا على تعديل بيئته الشاملة لتعزيز صلاحية الحياة، كما فعلت الحياة على الأرض. وأحد الأمثلة البارزة هو حدث الأكسجة العظيم the Great OxygenationEvent قبل نحو 2.4 بليون سنة، وذلك حين بدأت مقادير كبيرة من الأكسجين تتراكم في جو الأرض. ويحتمل أن يكون الأكسجين قد أتى من طحالب في المحيط، وأدى في النهاية إلى نشوء مزيد من عمليات استقلاب metabolismمكثفة الطاقة، وهذا يسمح للكائنات الحية بامتلاك أجسام أكثر فعالية وقدرة على التحمل. وقد مَثَّل هذا التقدم خطوة حاسمة باتجاه النشوء التدريجي للحياة انطلاقا من محيطات الأرض لتصل إلى القارات وتستعمرها. ولو أبدت أغلفة حيوية غريبة نزعات مشابهة باتجاه تعزيز البيئة، لتوقعنا أن تغدوالكواكب التي تدور حول نجوم معمرة أكثر صلاحية للحياة مع تقدمها في العمر.

لقد تجاوزت الأرض ريعان شبابها، وغلافها الحيوي يقترب من نهايته. وإذا أدخلنا في اعتبارنا كل شيء يتعلق بها، فإنها قريبة من الحد الأدنى لصلاحية الحياة عليها.

 

وحتى تصبح الكواكب الخارجية حول نجوم صغيرة معمرة فائقة الصلاحية للحياة، فلا بد لها أن تكون أضخم من الأرض. وهذا الحجم الإضافي لهذه الكواكب يسبق حدوث كارثتين غالبا ما تحلّان بالكواكب الصخرية عندما تهرم. فلو كانت أرضنا موجودة في المنطقة الصالحة للحياة لقزم K صغير، لبرد القسم الداخلي من الكوكب قبل وقت طويل من انتهاء أجل النجم، مؤديا إلى تثبيط صلاحية الحياة. وعلى سبيل المثال، فإن حرارة القسم الداخلي لكوكب تثير الاندفاعات البركانية وتكتونيات الألواح، وهما عمليتان تسدان النقص في المستويات الجوية لغاز الاحتباس الحراري greenhouse gas – ثنائي أكسيد الكربون وإعادة تدويرها recycling. ومن دون هاتين العمليتين، فإن ثنائي أكسيد الكربون الجوي لكوكب سوف يتناقص باستمرار كلما أخذ المطرُ الغازَ من الهواء إلى الصخور. وفي النهاية، فإن مفعول الاحتباس الحراري greenhouseeffect الشامل المتعلق بثنائي أكسيد الكربون، يتوقف. وهذا يزيد من احتمال دخول كوكب شبيه بالأرض حالة كرة ثلجية غير صالحة للحياة، بحيث تصبح جميع المياه السطحية الموجودة عليها متجمدة.

[الأرض مقابل الكواكب الأرضية الفائقة] فوائد جليلة توفرها الكواكب الأرضية الفائقة للحياة(*****)    إن الفلكيين الذين يبحثون عن وجود حياة حول نجوم أخرى، يزيدون من تركيزهم على الكواكب الأرضية الفائقة، وهي كواكب أكبر من كوكبنا بقدر يصل إلى عشرة أمثال كتلة الأرض، لكنها أصغر من العمالقة الغازية، ومن ثم فمن المحتمل أن تكون صخرية. هذا وإن الكواكب الأرضية الفائقة التي تقارب كتلها ضعف كتلة أرضنا هي أهداف واعدة بوجه خاص، لأنها تمتلك خاصيات معينة (الشكل السفلي) قد تجعلها فائقة الصلاحية للحياة superhabitable، بمعنى أنها أكثر صداقة للحياة من صداقة كوكبنا لها.    (1)  الحياة على الأرض لدى كوكبنا الكثير من الخاصيات التي تثير فضول الفلكيين لدراستها. فدوران الأرض في المنطقة «المؤاتية تماما» حول نجم هادئ في أواسط عمره يجعلها تمتلك محيطا شاملا يتسم – على الرغم من عمقه – بضحالة تكفي للسماح بتكون أرض جافة تؤوي حياة فيها. وأرضنا كبيرة بما يكفي لوجود جو ضخم يحيط بها، لكنها صغيرة كفاية لتفادي تراكم طبقات من الغاز المؤذي للحياة. فالأرض المكونة في معظمها من الصخور تؤوي أيضا قدرا كافيا من الحرارة الداخلية للحفاظ على الألواح التكتونية التي ترسّخ المناخ وتمنعه من التقلبات الشديدة، ثم إن لها حقلا مغنطيسيا يحميها.    (2)  الحياة على عالم فائق الصلاحية للحياة للأرض الفائقة super-Earth والفائقة الصلاحية للحياة superhabitable كتلة أكبر من كتلة أرضنا بمرتين تقريبا، وهي قابلة لأن تحاط بجو سميك، وطقس حاتٍ لسطحها، وتمتلك طبوغرافيا مسطحة. وقد تكون النتيجة عالما مكونا من مجموعات من الجزر وبحارا ضحلة تغشاها سلاسل من الجزر بدلا من عالم مألوف ذي محيطات عميقة وقارات ضخمة. ومثل هذه الجغرافيا قد تساعد على وجود حياة، علما بأن مجموعات الجزر المتناثرة على أرضنا هي من بين أكثر بقاع كوكبنا كثافة وتنوعا بيولوجيّا. ومع ذلك، فإن المعضلة المحيرة للصلاحية الفائقة للحياة على الأراضي الفائقة تتجاوز كثيرا هذه التفصيلات السطحية، إذ إنها موجودة في داخل الكوكب (في الأسفل).    (3)  قلب لن يرحل يتعين على أرض فائقة صخرية، كتلتها تعادل قرابة ضعف كتلة أرضنا، أن تحتفظ بقدر جوهري من الحرارة في قسمها الداخلي بدءا من وقت تكونها الأولي، وأن يتواصل اضمحلال نظائرها المشعة. وقد يُوِّلد هذا المستودع الحراري قلبا منصهرا مدوما شبيها بما يحدث في أرضنا، لكن ديمومته ستكون أطول، وهذا يُطلق العنان لوجود حقل مغنطيسي قوي حول الكوكب لوقاية جوِّه وسطحه من الأشعة الكونية الهدامة.    (4)  استعادة متواصلة للكربون إن الحرارة الحملية the convective heat الشديدة (الأسهم البرتقالية) داخل أرض فائقة قد تساعدها على استدامة نشاطها البركاني وتكتونية ألواحها مدة أطول من ديمومتها على الأرض. وهذه العملية حيوية لضبط استعادة كربون الكوكب، ومن ثم مناخه. وتنفث البراكين في الجو ثنائي أكسيد الكربون الذي يحبس الحرارة، والذي تتساقط أمطاره على الصخور ببطء. وتقوم تكتونية الألواح بنقل هذه الصخور إلى داخل الكوكب، حيث يختلط بمركبات أخرى، ثم يعود أدراجه في النهاية إلى الهواء عن طريق البراكين. وتوحي النماذج النظرية أن الكواكب الأرضية الفائقة الصغيرة التي تكبر كتلتها كتلة الأرض بثلاث إلى خمس مرات قد تكون أكبر من أن تحدث فيها تكتونية الألواح، وهذا يجعل الأراضي التي تعادل كتلها زهاء ضعف كتلة أرضنا هي الأفضل ترشيحا للصلاحية الفائقة للحياة.    (5)  سطوع شمس مستقر بصرف النظر عن خاصيات أي كوكب، فإن صلاحيته للحياة تتوقف، في المقام الأول، على النجم الذي يدور الكوكب حوله. فالنجوم التي هي أصغر من الشمس تحرق وقودها النووي بفعالية أكبر، وقد تعيش دهورا أكثر، وهذا يمنح كواكبها وقتا أطول بكثير لتوليد محيطات حيوية نشطة. ويمكن للنجوم الصغيرة الباهتة الضوء، التي تُسمى أقزام K، أن تتلألأ طوال عدة عشرات من بلايين السنين، خلافا لشمسنا التي يقدر عمرها بعشرة بلايين سنة، وفي هذا توازن مثير للدهشة بين توفير قدر كاف من الضوء النجمي وطول عمر النجم. هذا وإن أرضا فائقة صغيرة، تدور في فلك واقع في المنطقة الصالحة للحياة لقزم K، قد تقيم في البقعة اللطيفة من المنطقة الفائقة الصلاحية للحياة على هذا النجم.

 

وفيما بعد الانهيار المحتمل لمفعول الاحتباس الحراري الذي يسخن كوكبا، فإن تَبَرُّد القسم الداخلي من عالم صخري هرم قد يتسبب أيضا في انهيار أي حقل مغنطيسي واق للكوكب. والأرض محاطة بحقل مغنطيسي يولده قلب مدوم حملي convective مكون من الحديد المصهور ويقوم مقام دينامو dynamo. ويظل القلب مسيّلا بفعل الحرارة المتبقية من عملية تكوّن الكواكب، وأيضا من اضمحلال النظائر المشعة. وحالما يصبح خزان صخري للحرارة الداخلية لكوكب مستنفدا، فإن قلبه يتصلب ويتوقف الدينامو ويسقط درعه المغنطيسي، وهذا يسمح للإشعاع الكوني والتوهجات النجمية بتعرية الجو العلوي للكوكب والارتطام بسطحه. ومن ثم، فإنه يتوقع للكواكب القديمة الشبيهة بالأرض أن تفقد أجزاء لا يستهان بها من أجوائها التي تتناثر في الفضاء، ثم إن مستويات عالية من الإشعاعات المؤذية قد تلحق الضرر بالحياة السطحية.

[لحظة الحياة في الشمس] مع تقدم النجوم في السن، فإنها ترفع درجة حرارة الكواكب الصالحة للحياة(******)    في المقاييس الزمنية التي تستعمل على النطاق البشري، تبدو المنطقة الصالحة للحياة في منظومة نجم أنها سكونية static. لكن، لما كانت النجوم تزداد سطوعا مع تقدمها في السن على المدى الزمني الطويل، فإن هذه المنطقة تتمدد مخلفة في النهاية وراءها العوالم التي كانت صالحة للحياة. إن أرضنا واقعة قرب الحافة الداخلية للمنطقة الصالحة للحياة في المنظومة الشمسية، وهي ستصبح أيضا حارة جدا، وهذا لا يسمح لها بأن تؤوي ماء سائلا بعد قرابة 1.75  بليون سنة. أما النجوم التي هي أصغر من الشمس، فإن سطوعها أضعف وأطول من الشمس، وهي نادرا ما تزحزح مناطقها الصالحة للحياة على مدى عشرات بلايين السنين، وهذا قد يطيل من أعمار كواكبها.

 

إن الكواكب الأرضية الفائقة الصخرية التي يعادل حجمها ضعف حجم أرضنا تقريبا، تهرم بوقار أعلى من الأرض وتحتفظ بحرارتها الداخلية مدة أطول بكثير، وذلك بفضل حجومها الكبيرة. لكن الكواكب التي تزيد كتلتها على كتلة الأرض نحو ثلاث إلى خمس مرات تقريبا قد لا تسمح لها حجومها الكبيرة بتكتونية الألواح، لأن الضغوط واللزوجات في وشاحاتها mantles تصبح عالية جدا، وهذا يمنع حدوث التدفق المطلوب للحرارة نحو الخارج. هذا وإن كوكبا صخريا كتلته تعادل ضعف كتلة الأرض يجب أن يظل ممتلكا لتكتونية الألواح، ويمكن أن يستديم دوراته الجيولوجية وحقله المغنطيسي مدة أطول من استدامة الأرض لها بعدة بلايين من السنين. وسيكون قطر مثل هذا الكوكب أيضا أكبر بنحو 25 في المئة من قطر الأرض؛ مما يوفر للعضويات سطحا مساحته أكبر بنحو 56 في المئة مما يوفره عالمنا للحياة عليه.

الحياة على أرض فائقة وفائقة الصلاحية للحياة^(*******)

كيف يبدو شكل الكوكب الفائق الصلاحية للحياة؟ الجواب هو أن الثقالة السطحية الكبيرة تميل إلى منح كوكب بضخامة أرض فائقة متوسطة الحجم قدرا أكبر قليلا من الجو مما تمنحه الأرض، ثم إن جباله ستتآكل بسرعة أعلى. وبعبارة أخرى، سيكون لهذا الكوكب هواء أكثف نسبيا وسطح أكثر انبساطا. وإذا وجدت محيطات عليه، فإن سطحه الكوكبي المنبسط يمكن أن يجعل الماء يتجمع في أعداد كبيرة من البحار الضحلة التي تبرز منها سلاسل من الجزر، بدلا من أن يتجمع الماء في أحواض مائية كبيرة يفصلها عدد قليل من القارات الضخمة [انظر للإطار “الأرض مقابل الكواكب الأرضية الفائقة”]. ومثلما يكون التنوّع الحيوي في محيطات الأرض أغنى في المياه الضحلة قرب الخطوط الساحلية، فإن «عالما مكونا من مجموعات من الجزر» ”archipelago world“ قد يكون عظيم الفائدة للحياة. هذا وإن نشوء التطور قد يسير أيضا بسرعة أعلى في أنظمة بيئية تسود جزرا منعزلة، ومن المحتمل أن يعزز هذا النشوء التنوع الحيوي.

وبالطبع، فإن عالما مكونا من مجموعات من الجزر ويفتقر إلى قارات كبيرة قد يوفر مساحة كلية أقل مما يوفره عالَم قارات⁽¹¹⁾، وذلك فيما يتعلق بالحياة على الأرض، وهذا ربما يخفض الصلاحية الشاملة للحياة. لكن ليس من الضروري أن يصح ذلك، وبخاصة إذا أدخلنا في اعتبارنا أن المناطق المركزية من قارة قد تصبح بسهولة صحراء قاحلة نتيجة كونها بعيدة عن هواء المحيط الرطب والمعتدل. إضافة إلى ذلك، فإن مساحة السطح الصالح للحياة على كوكب يمكن أن تتأثر كثيرا بتوجيه محور دورانه بالنسبة إلى المستوى المداري حول نجمه. فمحور دوران الأرض مثلا يميل بالنسبة إلى مستويها المداري حول الشمس 23.4 درجة، مسبباً الفصول الأربعة ومخلصاً الأرض من الاختلافات المفرطة⁽¹²⁾ في درجات الحرارة بين المناطق الاستوائية الحارة والمناطق القطبية الباردة. ومقارنة بالأرض، فإن عالَما مكونا من مجموعات من الجزر ويتسم بتوجيه مؤاتٍ لمحور دورانه؛ قد تكون له منطقة استوائية دافئة ومنطقتان قطبيتان من الجليد، وذلك بفضل حجمه الكبير ومساحة سطحه الكبيرة، ومن المحتمل أن يوفر أرضا أكثر صلاحية للحياة مما لو كان هذا العالَم مكونا من قارات كبيرة.

وإذا أخذنا بالاعتبار كل ما جاء ذكره حتى الآن، فيمكننا القول إن جميع هذه الأفكار المتعلقة بالسمات المهمة لصلاحية وجود حياة توحي أن العوالم الفائقة الصلاحية للحياة أكبر قليلا من الأرض، ولها نجوم إلى حد ما أصغر وأعتم من الشمس. ولو صحَّ ذلك، لكانت هذه النتيجة بالغة الإثارة للفلكيين لأن اكتشاف ودراسة الكواكب الأرضية الفائقة التي تبعد عنا مسافات بين نجمية، والتي تدور حول نجوم صغيرة، أسهل من اكتشاف ودراسة توائم لمنظومتنا، المؤلفة من الأرض والشمس. وحتى الآن، توحي الإحصائيات المستنتجة من عمليات مسح الكواكب الخارجية أن الكواكب الأرضية الفائقة التي تدور حول نجوم صغيرة، أغزر بكثير في مجرتنا من نظائر توأم الأرض-الشمس. ويبدو أن لدى الفلكيين عددا أكبر بكثير مما كانوا يظنون من البقاع المتعبة التي سيبحثون فيها عن كواكب صالحة للحياة.

العوالم الفائقة الصلاحية للحياة أكبر قليلا من الأرض، وتدور حول نجوم أصغر إلى حد ما من الشمس وأعتم منها.

 

وفي هذا السياق، يخطر بالبال الكوكب Kepler-186f – وهو أحد الاكتشافات التي حظيت بجائزة كپلر. وقطر هذا الكوكب، الذي أعلن عنه في الشهر 4/2014، أكبر بنسبة 11 في المئة من قطر الأرض، وربما كان صخريا، وهو يدور في المنطقة الصالحة للحياة حول نجمه الذي هو قزم M، ومن المحتمل أن يكون عمره عدة بلايين من السنين، وربما كان أكبر سنا من الأرض. وهو يبعد عنا نحو 500 سنة ضوئية، وهذا يجعله واقعا خارج نطاق الأرصاد التي تُجرى في الوقت الحاضر والمستقبل القريب، والتي يمكنها أن تحكم بوجه أفضل على التنبؤات بصلاحية هذا الكوكب للحياة، لكن كل ما نعرفه هو أنه قد يكون عالما مكونا من مجموعة جزر فائقة الصلاحية للحياة.

وثمة كواكب أقرب مرشحة لتكون فائقة الصلاحية للحياة، وهي تدور حول نجوم صغيرة قريبة. وقد تُكتشف قريبا من قبل مشروعات عديدة، أشهرها بعثة پلاتو التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية⁽¹³⁾، التي ستحدد موعد إطلاقها بحلول عام 2024. ويحتمل أن تكون هذه المنظومات النجمية القريبة أهدافا رئيسية لمقراب جيمس وِب الفضائي⁽¹⁴⁾، وهو مرصد حُدد موعد إطلاقه عام 2018، ومهمته البحث عن أمارات على وجود حياة ضمن أجواء عدد صغير من العوالم التي يحتمل أن تكون فائقة الصلاحية للحياة. وإذا حالفنا الحظ، فقد يغدو بمقدورنا جميعا في وقت قريب، تعيين موقع في السماء حيث توجد حياة أكثر كمالا.

 

المؤلف

	René Heller
<هيلر> زميل يجري بحوث ما بعد درجة الدكتوراه في Origins Institute بجامعة ماك ماستر في أونتاريو، وهو عضو في برنامج التدريب الكندي على البيولوجيا الفلكية (CATP)ا(15). وتتركز بحوثه على تكوّن الأقمار خارج المنظومة الشمسية وعلى تطورها المداري، والبحث عنها، وصلاحيتها للحياة. وقد اشتهر بين معارفه بأنه أفضل طاهٍ في العالم لحلوى المهلبية pudding الألمانية بالأرز.

  مراجع للاستزادة

 

Habitable Climates: The Influence of Obliquity. David S. Spiegel, Kristen Menou and CalebA. Scharf in Astrophysical Journal, Vol. 691, No. 1, pages 596–610; January 20, 2009. http://iopscience.iop.org/0004-637X/691/1/596/article
Exomoon Habitability Constrained by Illumination and Tidal Heating. René Heller and RoryBarnes in Astrobiology, Vol. 13, No. 1, pages 18–46; 2013. http://arxiv.org/abs/1209.5323
Habitable Zone Lifetimes of Exoplanets around Main Sequence Stars. Andrew J. Rushby,Mark W. Claire, Hugh Osborn and Andrew J. Watson in Astrobiology, Vol. 13, No. 9, pages 833–849; September 18, 2013.
Superhabitable Worlds. René Heller and John Armstrong in Astrobiology, Vol. 14, No. 1,pages 50–66; January 16, 2014. http://arxiv.org/abs/1401.2392

(*)BETTER THAN EARTH

(**)AN IMPERFECT PLANET

(***)SEEKING A SUPERHABITABLE WORLD

(****)THE BENEFITS OF LONGEVITY

(*****)Super-Earths’ Big Benefits for Life

(******)As Stars Age, They Turn Up the Heat on Habitable Planets

(*******)LIFE ON A SUPERHABITABLE SUPER-EARTH

 

(1) عالم الرياضيات.

(2) Voltaire

(3) geocentric approach

(4) habitable zone

(5) the biosphere: ذلك الجزء من العالم الصالح لوجود حياة.

(6) crustaceans: رتبة من الحيوانات المائية تشمل السراطين وجراد البحر والروبيان.

(7) reef: سلسلة صخور قرب سطح البحر.

(8) mini Neptunes

(9) M dwarfs

(10) K dwarfs

(11) continental world

(12) extreme differences

(13) the European Space Agency’s PLATO mission

(14) the James Webb Space Telescope

(15) the Canadian Astrobiology Training Program