نشرت مجلة Science، مقالة جديدة من كتابة دانيال كليري تحت عنوان "Could super-Earths or mini-Neptunes host life among the stars?". في مقالته شرح كليري أن العيش على إحدى الكواكب السبعة في نظام TRAPPIST-1 سيكون غريبًا جدًا. تظهر في السماء نجمة حمراء ضخمة، أكبر بعدة مرات من الشمس، تتسم بالانفجارات النارية. الكواكب مقيّدة جاذبيًا بحيث يكون جانب واحد دائمًا حارًا والآخر مجمدًا، فيما يكون الشريط الضيق بينهما هو المكان الوحيد القابل للسكن، حيث تهب الرياح باستمرار وتظل النجمة في الأفق في غروب دائم. لم يتمكن العلماء بعد من العثور على دليل مؤكد على وجود غلاف جوي حول كواكب TRAPPIST-1، مما يدفع البعض لتوسيع البحث ليشمل أنواعًا أخرى من الكواكب. يعزز تلسكوب JWST الأمل في اكتشاف كواكب صالحة للسكن، ولكن يواجه تحديات في الكشف عن الأغلفة الجوية بسبب الطبيعة العنيفة للنجوم الحمراء القزمة. وعلى الرغم من التقدم البطيء، فإن الاكتشافات المفاجئة تجعل العلماء متفائلين بالمستقبل، إذ يظل الهدف النهائي هو العثور على الحياة.
ترجمة المقال
إن العيش على أحد الكواكب السبعة بحجم الأرض في نظام TRAPPIST-1 سيكون أمرًا غريبًا بالفعل. يلوح في السماء نجم أحمر هائل، عرضة للانفجارات النارية ويظهر أكبر عدة مرات من الشمس. ساعات اليوم غير موجودة؛ كل كوكب مقيد مديًا بالنجم بحيث يكون أحد الجانبين ساخنًا للغاية إلى الأبد، والآخر متجمدًا إلى الأبد. على طول الحافة الفاصلة بين النهار والليل - المكان الوحيد الذي يتمتع بمناخ مقبول - تهب رياح متواصلة ويعلق النجم في الأفق في غروب الشمس الدائم.
نزهة قصيرة في الجانب المظلم ستجعل رفاقك الكوكبيين في الأفق. كل بضعة أيام يمر واحد أو أكثر فوق رؤوسنا مثل فانوس عائم، أكبر من القمر. قد يلاحظ المراقبون المتحمسون لسماء الليل أيضًا نجمًا أصفر ساطعًا، وهو أحد جيران النظام القريبين، ويتساءلون كيف قد تكون الحياة بالقرب مما يسميه البشر الشمس.
لكن بالنسبة لأولئك منا الذين يعيشون على بعد 41 سنة ضوئية في عالم يدفئه ذلك النجم الأصفر الحميد، فإن السعي لمعرفة ما إذا كان أحد كواكب TRAPPIST-1 يمكن أن يوفر منزلًا مريحًا لراصدنا الخيالي كان بمثابة تمرين في الإحباط.
عندما تم الكشف عن الكواكب السبعة المعروفة حول TRAPPIST-1 في عام 2017، كانت بمثابة هدية ليس فقط لكتاب الخيال العلمي، ولكن أيضًا لعلماء الفلك، الذين اعتبروا النظام أفضل مكان للبحث عن كوكب صالح للسكن باستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) التابع لناسا، والذي يبلغ عمره عامين. بدا الأمر وكأنه تطابق مثالي بين الأداة والهدف. إن قدرة تلسكوب جيمس ويب الفضائي على التعمق في أغلفة الكواكب الخارجية في نطاق الأشعة تحت الحمراء، حيث تترك الجزيئات الصديقة للحياة مثل الماء وثاني أكسيد الكربون بصماتها، فريدة من نوعها. بالإضافة إلى ذلك، فإن TRAPPIST-1، إلى جانب كونه قريبًا نسبيًا، هو قزم أحمر أكبر قليلًا من كوكب المشتري، بارد وخافت لدرجة أن ضوءه لا يغمر ضوء كواكبه. تدور العوالم الصخرية في مدارات أضيق بكثير من مدارات عطارد، مما يعني أنه على الرغم من ضعف النجم، يُعتقد أن أربعة من الكواكب السبعة تقع في منطقة صالحة للسكن حيث يمكن أن يتواجد الماء السائل على أسطحها. والمدارات السريعة، التي تبلغ 3 أسابيع أو أقل، تعني أيضًا أن الكواكب تعبر وجه النجم بانتظام من موقع الأرض وJWST.
تُعد هذه العبور نعمة للمراقبين، لأن وجود غلاف جوي يعني أن جزءًا من ضوء النجم سيمر عبره. المكونات الكيميائية للغلاف الجوي يمكنها امتصاص الضوء بشكل انتقائي عند أطوال موجية محددة، مما يخلق انخفاضات في طيف ضوء النجم. استخدم علماء الفلك هذه التقنية للعثور على أدلة على وجود ثاني أكسيد الكربون والميثان والماء في أغلفة الكواكب الكبيرة والحارة وغير الصالحة للسكن. اكتشاف هذه الغازات حول كواكب TRAPPIST-1 سيساعد في بناء قضية أن هذه الكواكب يمكن أن تكون مناسبة للحياة.
لكن ذلك لن يكون سهلاً، لأن الأقزام الحمراء مثل TRAPPIST-1 تكون عنيفة، حيث تنفجر وتثور بطرق يمكن أن تدمر الأغلفة الجوية وتربك الإشارة الضعيفة للغلاف الجوي التي يحاول JWST اكتشافها. بحلول نهاية عامه الثالث، سيخصص JWST 175 ساعة من وقت المراقبة لـ TRAPPIST-1. ومع ذلك، لم يعثر JWST بعد على أي دليل قاطع على وجود غلاف جوي حول كواكب TRAPPIST-1.
لذلك، يرغب بعض علماء الفلك في توسيع نطاق البحث. تدعو مجموعة عمل تقدم المشورة لناسا ومعهد علوم تلسكوب الفضاء (STScI)، الذي يشغل JWST، إلى دراسة واسعة لمدة 500 ساعة لـ 15 إلى 20 كوكبًا صخريًا صغيرًا حول عدة أقزام حمراء، لحسم مسألة ما إذا كانت هذه الكواكب يمكن أن تحتوي على أغلفة جوية. يقول رئيس مجموعة العمل، سيث ريدفيلد من جامعة ويسليان: "إذا لم نجد شيئًا، فسيكون ذلك مخيبًا للآمال، لكنه سيشعرنا بالرضا للحصول على إجابة نهائية".
يعتقد البعض الآخر أن البحث عن الصلاحية للسكن يجب أن يتوسع ليشمل أنواعًا أخرى من الكواكب. هل يجب أن تكون صخرية وبحجم الأرض؟ ربما يجب أيضًا النظر في الكواكب العملاقة الفائقة، التي قد تكون مغطاة بمحيطات عالمية. أو ربما جسم أكبر مثل نبتون الصغير يمكن أن يحتوي على محيط مائي تحت غلاف جوي سميك من الهيدروجين يسمح بدخول كمية كافية من الضوء اللازم للحياة. يقول تشارلز كوكل، مدير مركز علم الأحياء الفلكي في جامعة إدنبرة: "هذه فرضيات أكثر تكهنًا ومختلفة تمامًا عن الجسم الكوكبي الذي نعرف أنه يحتوي على حياة، لكن أي كوكب بالظروف المناسبة يجب أن يتم التحقيق فيه".
نزهة قصيرة في الجانب المظلم ستجعل رفاقك الكوكبيين في الأفق. كل بضعة أيام يمر واحد أو أكثر فوق رؤوسنا مثل فانوس عائم، أكبر من القمر. قد يلاحظ المراقبون المتحمسون لسماء الليل أيضًا نجمًا أصفر ساطعًا، وهو أحد جيران النظام القريبين، ويتساءلون كيف قد تكون الحياة بالقرب مما يسميه البشر الشمس.
لكن بالنسبة لأولئك منا الذين يعيشون على بعد 41 سنة ضوئية في عالم يدفئه ذلك النجم الأصفر الحميد، فإن السعي لمعرفة ما إذا كان أحد كواكب TRAPPIST-1 يمكن أن يوفر منزلًا مريحًا لراصدنا الخيالي كان بمثابة تمرين في الإحباط.
عندما تم الكشف عن الكواكب السبعة المعروفة حول TRAPPIST-1 في عام 2017، كانت بمثابة هدية ليس فقط لكتاب الخيال العلمي، ولكن أيضًا لعلماء الفلك، الذين اعتبروا النظام أفضل مكان للبحث عن كوكب صالح للسكن باستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) التابع لناسا، والذي يبلغ عمره عامين. بدا الأمر وكأنه تطابق مثالي بين الأداة والهدف. إن قدرة تلسكوب جيمس ويب الفضائي على التعمق في أغلفة الكواكب الخارجية في نطاق الأشعة تحت الحمراء، حيث تترك الجزيئات الصديقة للحياة مثل الماء وثاني أكسيد الكربون بصماتها، فريدة من نوعها. بالإضافة إلى ذلك، فإن TRAPPIST-1، إلى جانب كونه قريبًا نسبيًا، هو قزم أحمر أكبر قليلًا من كوكب المشتري، بارد وخافت لدرجة أن ضوءه لا يغمر ضوء كواكبه. تدور العوالم الصخرية في مدارات أضيق بكثير من مدارات عطارد، مما يعني أنه على الرغم من ضعف النجم، يُعتقد أن أربعة من الكواكب السبعة تقع في منطقة صالحة للسكن حيث يمكن أن يتواجد الماء السائل على أسطحها. والمدارات السريعة، التي تبلغ 3 أسابيع أو أقل، تعني أيضًا أن الكواكب تعبر وجه النجم بانتظام من موقع الأرض وJWST.
تُعد هذه العبور نعمة للمراقبين، لأن وجود غلاف جوي يعني أن جزءًا من ضوء النجم سيمر عبره. المكونات الكيميائية للغلاف الجوي يمكنها امتصاص الضوء بشكل انتقائي عند أطوال موجية محددة، مما يخلق انخفاضات في طيف ضوء النجم. استخدم علماء الفلك هذه التقنية للعثور على أدلة على وجود ثاني أكسيد الكربون والميثان والماء في أغلفة الكواكب الكبيرة والحارة وغير الصالحة للسكن. اكتشاف هذه الغازات حول كواكب TRAPPIST-1 سيساعد في بناء قضية أن هذه الكواكب يمكن أن تكون مناسبة للحياة.
لكن ذلك لن يكون سهلاً، لأن الأقزام الحمراء مثل TRAPPIST-1 تكون عنيفة، حيث تنفجر وتثور بطرق يمكن أن تدمر الأغلفة الجوية وتربك الإشارة الضعيفة للغلاف الجوي التي يحاول JWST اكتشافها. بحلول نهاية عامه الثالث، سيخصص JWST 175 ساعة من وقت المراقبة لـ TRAPPIST-1. ومع ذلك، لم يعثر JWST بعد على أي دليل قاطع على وجود غلاف جوي حول كواكب TRAPPIST-1.
لذلك، يرغب بعض علماء الفلك في توسيع نطاق البحث. تدعو مجموعة عمل تقدم المشورة لناسا ومعهد علوم تلسكوب الفضاء (STScI)، الذي يشغل JWST، إلى دراسة واسعة لمدة 500 ساعة لـ 15 إلى 20 كوكبًا صخريًا صغيرًا حول عدة أقزام حمراء، لحسم مسألة ما إذا كانت هذه الكواكب يمكن أن تحتوي على أغلفة جوية. يقول رئيس مجموعة العمل، سيث ريدفيلد من جامعة ويسليان: "إذا لم نجد شيئًا، فسيكون ذلك مخيبًا للآمال، لكنه سيشعرنا بالرضا للحصول على إجابة نهائية".
يعتقد البعض الآخر أن البحث عن الصلاحية للسكن يجب أن يتوسع ليشمل أنواعًا أخرى من الكواكب. هل يجب أن تكون صخرية وبحجم الأرض؟ ربما يجب أيضًا النظر في الكواكب العملاقة الفائقة، التي قد تكون مغطاة بمحيطات عالمية. أو ربما جسم أكبر مثل نبتون الصغير يمكن أن يحتوي على محيط مائي تحت غلاف جوي سميك من الهيدروجين يسمح بدخول كمية كافية من الضوء اللازم للحياة. يقول تشارلز كوكل، مدير مركز علم الأحياء الفلكي في جامعة إدنبرة: "هذه فرضيات أكثر تكهنًا ومختلفة تمامًا عن الجسم الكوكبي الذي نعرف أنه يحتوي على حياة، لكن أي كوكب بالظروف المناسبة يجب أن يتم التحقيق فيه".
أربعة من الكواكب السبعة لنظام TRAPPIST-1 - من d إلى g - تقع في المنطقة الصالحة للسكن لنجمها ويمكن أن تحتوي على مياه سائلة على أسطحها. هيرت وتي بايل/ناسا
مهما كان الحجم، فإن عددًا قليلاً فقط من الكواكب يقع في متناول تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) في الوقت الحالي. يعد رينيه دويون، عالم الفلك في جامعة مونتريال، أن هناك ستة كواكب فقط: أربعة كواكب معتدلة في نظام TRAPPIST-1 لم تُبحث بشكل كامل بعد، وكوكب عملاق مائي محتمل يُدعى LHS 1140b، وكوكب يشبه نبتون مغلف بالهيدروجين يُدعى K2-18b. يقول دويون: "لدينا فقط عدد قليل من الأجسام." مايكل غيلون من جامعة لييج، الذي اكتشف فريقه كواكب TRAPPIST-1، هو أيضًا متشائم. يقول: "قد نحصل على مفاجآت جيدة، لكن الكواكب الصالحة للسكن بعيدة المنال في الوقت الحالي".
الوقت أيضًا محدود. يُتوقع الآن أن يستمر JWST لمدة تصل إلى 20 عامًا، أي ضعف ما كان متوقعًا عند الإطلاق، لكن العثور على الأغلفة الجوية ودراستها، وهو ما يثبت أنه أصعب مما كان متوقعًا، قد يتعارض مع هذا الحد الزمني. يقول ريدفيلد: "الكواكب الخارجية الصغيرة صعبة حقًا. سيكون الأمر فوضويًا. نحن على حافة الاكتشاف، ولكن من الصعب تحديد مدى قربنا".
كان علماء الفلك دائمًا يعتقدون أن المنزل الأكثر احتمالًا للحياة بالقرب من نجم آخر هو كوكب صخري يشبه الأرض. يقول كوكل: "لا يمكننا البحث في كل مكان، وأفضل طريقة لتضييق نطاق البحث هي اتباع قيود الحياة التي نعرفها". الأكسجين الجوي ليس ضرورة لأن الحياة على الأرض كانت موجودة بدونه. ولكن في الحد الأدنى، يتفق معظم علماء الأحياء الفلكية على أنك تحتاج إلى الماء، ومصدر للطاقة، ومكان لتتركز الجزيئات السابقة للحياة وتتفاعل. يمكن أن يكون ذلك في برك صخرية على شاطئ مشمس، أو في الينابيع الحارة، أو حول الفتحات الحرارية المائية في المحيطات. وتحتاج إلى مناخ معتدل للحفاظ على الماء في حالته السائلة، وهو ما تساعد الغازات الدفيئة مثل ثاني أكسيد الكربون في الحفاظ عليه.
لكن التوائم الحقيقية للأرض - الكواكب ذات الحجم المماثل في مدارات شبيهة بالأرض حول نجوم شبيهة بالشمس - ليست سهلة الدراسة. من المستحيل التقاط صورة لكوكب كهذا باستخدام التلسكوبات الحالية، التي يمكنها تصوير أكبر الكواكب وأحرها فقط في مدارات واسعة تأخذها بعيدًا عن بريق النجم. حتى الحصول على بيانات عبور من توأم الأرض سيكون صعبًا: سيعبر نجمه مرة واحدة فقط كل 365 يومًا، وعندما يفعل ذلك، فإن الانخفاض في السطوع الذي سيسببه في نجم كبير ومشرق مثل الشمس سيكون صغيرًا جدًا بحيث يصعب قياسه.
وبدلاً من ذلك، تحول الاهتمام إلى النجوم القزمة الحمراء الصغيرة، أو النجوم M، التي تتراوح بين 10% و60% من حجم الشمس وأقل من 7% من سطوعها. وجدت مسوحات الكواكب الخارجية أن النجوم M مليئة بالكواكب الصخرية الصغيرة في مدارات ضيقة، يعبر بعضها نجومها كل بضع ساعات. وفي الجوار المجري، هناك الكثير منها. من بين 60 نجمًا الأقرب إلى الأرض، 50 منها هي نجوم M. يقول ريدفيلد: "النجوم M جذابة جدًا لنا من وجهة نظر المراقبة".
لكن نتائج العبور للكواكب حول TRAPPIST-1، النموذج الرئيسي للنجوم M، لم تظهر أي علامات واضحة على وجود أغلفة جوية. نتائج تقنية تسمى فوتومتريا الكسوف - قياس السطوع قبل وبعد اختفاء الكوكب خلف نجمه - كانت أيضًا محبطة. من خلال طرح سطوع النجم وحده من سطوع النجم والكوكب معًا، يمكن للباحثين تحديد مدى سطوع جانب الكوكب النهاري - وهو مؤشر على درجة الحرارة. الكوكب الذي يكون أكثر برودة مما هو متوقع عند إضاءته من قبل النجم من المحتمل أن يكون له غلاف جوي يحمل الحرارة إلى جانبه الليلي.
أظهرت دراسة في مارس 2023 عن TRAPPIST-1b، الكوكب الأعمق في النظام والذي يتلقى أربعة أضعاف الإشعاع الذي تتلقاه الأرض، عدم وجود دليل على غلاف جوي معتدل. في يوليو 2023، تحول الباحثون إلى جاره TRAPPIST-1c، الذي يتشابه مع كوكب الزهرة في الحجم والإشعاع المستلم من نجمه، مما أدى إلى آمال في وجود غلاف جوي كثيف. وجدوا أنه أيضًا شديد السخونة، مما يشير إلى وجود قليل جدًا من الهواء لنقل الحرارة إلى الجانب الليلي. ومع ذلك، لم يستبعد الفريق وجود طبقة رقيقة من الغاز، وأشارت نماذج لاحقة إلى أن نفحة من الأكسجين أو بخار الماء قد تتوافق مع البيانات.
كان العثور على أغلفة جوية حول TRAPPIST-1b وc دائمًا أمرًا صعبًا نظرًا لقربهما من النجم. لكن هناك قلقًا أكثر جوهرية: أن كواكب TRAPPIST-1 عرضة لفقدان الغلاف الجوي بسبب نجمها، كما تقول لورا كريدبرج من معهد ماكس بلانك لعلم الفلك. النجوم القزمة M تكون عنيفة بشكل خاص في شبابها، حيث تطلق رشقات من الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية التي يمكن أن تجرد الكواكب من أغلفتها الجوية. حتى لو نجا الغلاف الجوي للكوكب من شباب النجم العاصف، فإن النجوم القزمة M تستمر في التوهج طوال حياتها الطويلة. من المتوقع أن تستمر هذه النجوم البطيئة الاحتراق لمليارات السنين، مئات المرات أطول من الشمس، وTRAPPIST-1 بالفعل تقريبًا ضعف عمر الشمس.
على الرغم من النكسات، يحرص الباحثون على التوسع من TRAPPIST-1b وc إلى الكواكب الأبرد في النظام، الأبعد عن النجم والأكثر احتمالاً للاحتفاظ بأي غلاف جوي. لكن ذلك يأتي بتكلفة من حيث وقت التلسكوب، لأن الكواكب الأبرد تصدر أشعة تحت الحمراء أقل، مما يجعل فوتومتريا الكسوف أكثر صعوبة. علاوة على ذلك، فإن الغلاف الجوي الأبرد سيقلص أقرب إلى الكوكب، مما يضعف أي إشارة عبور. على سبيل المثال، يُقدر أن JWST سيحتاج إلى أكثر من 100 ساعة من وقت المراقبة للكشف عن ثاني أكسيد الكربون حول أحد كواكب TRAPPIST-1 الأبرد. تقول كريدبرج: "هناك صدمة بسبب عدد الساعات التي تحتاجها لكل كوكب".
وقت JWST ثمين. يخصص معهد علوم تلسكوب الفضاء (STScI) أكثر من 10,000 ساعة سنويًا بين مئات فرق المراقبة، وفقط حوالي 30% من هذا الوقت يذهب لدراسات الكواكب الخارجية. في عام 2023، قدمت نانسي ليفنسون، مديرة STScI بالوكالة، وعيًا بالوقت الطويل الذي يستغرقه فحص الكواكب الخارجية الصخرية الباردة، 500 ساعة من "الوقت التقديري الخاص بالمدير" لعلماء الفلك المختصين بالكواكب الخارجية في الدورة الثالثة، السنة الثالثة من المراقبة التي تبدأ في 1 يوليو. تقول: "هذا شيء لن يحدث من خلال عمليات تخصيص الوقت العادية لدينا".
أنشأ STScI مجموعة عمل بقيادة ريدفيلد لتوصية بكيفية استخدام الوقت. على مدار العام الماضي، عقدت المجموعة ثلاث اجتماعات عامة وتلقت 42 ورقة بيضاء تقترح برامج. في 1 أبريل، أوصت المجموعة بأن يتم تخصيص 500 ساعة لدراسة 15 إلى 20 كوكبًا صخريًا حول النجوم القزمة M للإجابة بشكل قاطع على السؤال حول ما إذا كانت هذه العوالم يمكن أن تحتوي على أغلفة جوية. يقول ريدفيلد: "سنحاول استكشاف عينة واسعة بما يكفي لنعرف بشكل أو بآخر".
لا تدعو الاقتراحات إلى تحديد خصائص الأغلفة الجوية من خلال جمع أطياف العبور بدقة. بدلاً من ذلك، تقول إن علماء الفلك يجب أن يستخدموا فوتومتريا الكسوف ببساطة للكشف عن وجود الغلاف الجوي. يرى البعض أن نقص الأطياف - والانتقال بعيدًا عن TRAPPIST-1 - يمثل فرصة ضائعة. يقول دويون: "أود برنامجًا أكثر توازنًا".
مشكلة إضافية لمؤيدي TRAPPIST-1 هي أنه تم الموافقة على برنامج واحد فقط للنظام في الدورة الثالثة. هذه الدراسة، التي تستغرق 129 ساعة موزعة على الدورتين الثالثة والرابعة، ستختبر استراتيجية جديدة لإزالة تأثيرات النشاط النجمي، التي يمكن أن تختلف يومًا بعد يوم. في 15 مناسبة، سيلاحظ JWST النجم بينما يعبر كل من TRAPPIST-1b وe بشكل متتابع. سيعطي عبور b للمراقبين طيفًا بدون غلاف جوي. عندما يعبر e، قبل أو بعد ذلك بقليل، يجب أن يكون النجم في حالة مشابهة جدًا، لذلك إذا كانت هناك أي اختلافات بين الطيفين، يجب أن تكون بسبب امتصاص غلاف e وحده.
على الرغم من أن التكتيك سيكون ذا قيمة كبيرة إذا نجح، كان البعض يأمل في فحص منهجي أكثر لكواكب TRAPPIST-1، كما يقول جوليان دي ويت، عالم الكواكب في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. يقول: "أملنا أن لا يتم تعليق استكشاف النظام حتى يتم الانتهاء من هذا البرنامج".
على الرغم من أن النجوم القزمة M قد تكون النوع الأكثر شيوعًا من النجوم، إلا أن العوالم الصخرية مثل الأرض ليست النوع الأكثر شيوعًا من الكواكب. من بين أكثر من 5600 كوكب خارج المجموعة الشمسية تم تأكيدها حتى الآن، يقع الغالبية العظمى منها في حجم بين الكواكب الصخرية مثل الأرض والعمالقة الغازية - وهي نطاقات غير موجودة في النظام الشمسي. لا يزال الغموض يحيط تمامًا بما يشبه الكوكب الذي يقع في منتصف الطريق بين الكواكب الصخرية والغازية، وما إذا كان يمكن أن يكون صالحًا للسكن، على الرغم من أن كثافته قد تقدم دليلًا.
إذا كانت كثافة الكوكب عالية، فمن المحتمل أن يكون له تكوين مشابه للأرض: نواة حديدية محاطة بالصخور وغلاف جوي رقيق. إذا كانت الكثافة أقل، فإن كل أنواع الاحتمالات تنفتح: يمكن أن يكون له نواة صخرية محاطة بغلاف جوي عميق وسميك من الهيدروجين، أو يمكن أن يكون له غلاف جوي أرق بعض الشيء ومحيط مائي عالمي أو طبقة من الجليد. لفك تلك الاحتمالات، يحتاج الباحثون إلى فحص الغلاف الجوي للكوكب ومعرفة ما إذا كانت نتائجهم تتطابق مع نماذج المناخ بناءً على تكوين الكوكب.
أحد هذه الكواكب التي يدرسها تلسكوب جيمس ويب الفضائي هو LHS 1140b، وهو عالم يقع تمامًا في المنطقة الصالحة للسكن من نجمه القزم M، على بعد 49 سنة ضوئية من الأرض. في يناير، أبلغ فريق دويون عن قياسات دقيقة لكتلته (5.6 مرات كتلة الأرض) وحجمه (1.73 مرة حجم الأرض)، مما يجعله أقل كثافة من الأرض المكبرة.
في مارس، وصف باحثون آخرون أول طيف عبور لكوكب LHS 1140b باستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST)، والذي تم الحصول عليه في يوليو 2023. البيانات، التي تم الإبلاغ عنها في مسودة أولية على arXiv، هي مبدئية، لكنها تظهر تلميحات لوجود غلاف جوي يهيمن عليه النيتروجين مثل غلاف الأرض، دون أي علامات على وجود الهيدروجين، مما يجعل الماء أو الجليد التفسير المفضل لكثافته المنخفضة. يقول عضو الفريق رينيو هو من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا: "لهذا نحن متحمسون بشأن هذا الكوكب".
في عمل غير منشور يستند إلى ملاحظتين لعبور كوكب LHS 1140b تم أخذهما في ديسمبر 2023، أكد دويون وزملاؤه عدم وجود الهيدروجين. هذا يترك سيناريوهين محتملين وفقًا لنماذجهم المناخية: أن الكوكب قد يكون صخرة بلا جو ملفوفة بالجليد المائي، مثل قمر المشتري يوروبا؛ أو إذا كان غلافه الجوي أكثر سمكًا ويتم تسخينه بواسطة ثاني أكسيد الكربون، فإن الجليد قد يتخلله محيط دافئ في وسط الجانب المواجه للنجم، نصف حجم المحيط الأطلسي.
من قائمته القصيرة لستة عوالم يحتمل أن تكون صالحة للسكن، يقول دويون إن LHS 1140b هو الأكثر احتمالاً للاحتفاظ بغلاف جوي. "نحتاج إلى المزيد من الملاحظات باستخدام JWST!" لكن هذا سيكون تحديًا. موضع LHS 1140b في السماء يعني أنه غالبًا ما يكون خارج رؤية JWST، الذي يمكنه رؤيته يعبر نجمه أربع مرات فقط في السنة. يقول دويون إن ما يصل إلى عشر عمليات عبور قد تكون مطلوبة لتأكيد الغلاف الجوي ورؤية ما إذا كان يحتوي على ثاني أكسيد الكربون - مؤشر على وجود سطح مائي.
الأكثر مضاربة هو فكرة أن شيئًا أقرب إلى نبتون في الحجم يمكن أن يحتوي على حياة تحت غلاف جوي غني بالهيدروجين. أحد المرشحين هو الكوكب K2-18b، بكتلة تعادل 8.6 مرات كتلة الأرض وعلى بعد 124 سنة ضوئية. قام فريق بقيادة نيكو مادوسودهان من جامعة كامبريدج بفحص طيف للكوكب مأخوذ بواسطة تلسكوب هابل الفضائي في عام 2019 ورأى أدلة على وجود الهيدروجين، المتوقع للكواكب الغازية الكبيرة. نمذج الفريق نوع المناخ الذي قد يوجد حول نبتون صغير تحت هذا الغلاف الجوي. وجدوا عددًا قليلًا من الحلول التي يمكن أن يوجد فيها محيط مائي سائل، حيث يتم الحفاظ على درجة الحرارة عند المستوى الصحيح بواسطة الاحترار الناتج عن الغلاف الجوي السميك.
نظر الفريق مرة أخرى إلى K2-18b العام الماضي باستخدام JWST. في النظام الشمسي، الكواكب ذات الأغلفة الجوية الغنية بالهيدروجين، مثل زحل، تحتوي أيضًا على كميات صغيرة من الأمونيا والميثان. يقوم ضوء الشمس بتفكيك هذه المركبات في الغلاف الجوي العلوي ولكنها تتجدد في الأسفل. على K2-18b، قد يتداخل الغلاف الجوي الأرق والمحيط المائي مع هذه الدورة، خاصة بالنسبة للأمونيا، وفقًا لنماذج فريق مادوسودهان. تطابق طيف عبور JWST مع هذا التوقع، مما أظهر أدلة على وجود الميثان وثاني أكسيد الكربون ولكن دون أمونيا، وهو علامة، يقول مادوسودهان، على وجود المحيط المائي. يسمي K2-18b عالم "هايسين" (مزيج من الهيدروجين والمحيط). يقول: "لا توجد فرضيات أخرى تطابق البيانات حتى الآن". يدرس الفريق حاليًا بيانات JWST المأخوذة من عدة عوالم مرشحة أخرى كعالم هايسين.
ليس الجميع مستعدين لتقبل فكرة عوالم هايسين الصالحة للسكن. يقول غيلون: "معظم النموذجين متشائمون بشأن وجود الماء السائل على سطح نبتون الصغير". يجب أن تكون درجة الاحترار الناتجة عن الغلاف الجوي مضبوطة بدقة لتحقيق الظروف المعتدلة، لأن الأغلفة الجوية السميكة حول هذه الكواكب يمكن أن تولد بسرعة تأثيرات هاربة، مما يرفع درجة الحرارة إلى ما فوق نقطة الغليان. يمكن أن تكون سميكة جدًا بحيث تكون معتمة للضوء. يقول: "هل يمكن أن تكون هناك حياة؟ تحتاج إلى فوتونات فوق بنفسجية للوصول إلى إنشاء الكيمياء المعقدة".
بشكل عام، تشك كريدبرج في أن الحياة يمكن أن تنشأ على عوالم ذات محيطات عميقة، لأن أي لبنات جزيئية ستكون مخففة جدًا. تقول: "لن تلتقي أبدًا" بجزيئات معقدة أخرى. كوكل ليس سريعًا في رفض مثل هذه المواقع غير المألوفة للحياة. يقول: "إنها مختلفة ولكن لها ظروف فيزيائية وكيميائية مشابهة لأماكن نعرفها. إنها فرضية مثيرة للاختبار".
على الرغم من التقدم البطيء، يأخذ الباحثون عن العوالم الصالحة للسكن عزاءً من المفاجآت التي يجدها JWST بصمت وثبات في العوالم الأكبر والأكثر حرارة. لقد وجد رقائق كوارتز تشبه الثلج تملأ سماء WASP-17 b. لقد حدد الرياح الأسرع من الصوت التي تنقل الحرارة إلى الجانب الليلي المليء بالغيوم على WASP-43 b. ووجد سحبًا مليئة بالرمل والطمي عاليًا في الغلاف الجوي لـ VHS 1256 b. يقول غيلون: "إنه بالفعل معجزة ما نتعلمه".
البحث عن كواكب أكثر برودة ورطوبة وقابلة للسكن من المؤكد أن يأخذ منعطفات مفاجئة أيضًا. الشهر الماضي فقط، اكتشف القمر الصناعي لاستطلاع الكواكب الخارجية العابرة التابع لناسا، المصمم لاكتشاف الكواكب الخارجية من خلال مراقبة النجوم للعبور، كوكبًا قد يصبح هدفًا واعدًا آخر لـ JWST: عالم بحجم الأرض ومعتدل حول القزم الأحمر Gliese 12، وهو أقرب إلى الأرض من TRAPPIST-1. تقول كريدبرج: "هذه هي خطواتنا الأولى في تعلم الكواكب الصخرية. إنه موقف استثنائي لنكون فيه". يتفق غيلون: "إنه وقت مثير للغاية. الحياة هي الهدف، بالطبع، لكن علينا أن نتحلى بالصبر".