یافته غیرمنتظره: کمبود کربن ممکن است نشانه حیات فرازمینی باشد

پژوهشگران در مقاله‌ای استدلال می‌کنند که اگر می‌خواهیم شرایط لازم برای حیات را روی سطح سیاره‌ای دیگر پیدا کنیم، باید دست از جستجوی کربن در جو آن سیاره‌ها برداریم. در عوض، نبود یا کمبود کربن جوی می‌تواند علامتی باشد که یک قدم ما را به جستجوی حیات نزدیک‌تر کند.

کل حیات روی زمین به پنج عنصر وابسته است: کربن، هیدروژن، اکسیژن، نیتروژن و فسفر. از این میان کربن ضروری‌ترین عنصر است. در نتیجه عجیب نیست پژوهشگرها در جو سیاره‌های فراخورشیدی به دنبال این عنصر باشند. با این‌حال گروهی چندرشته‌ای از پژوهشگرها معتقدند باید به روش معکوس این جستجو را انجام دهیم؛ یعنی جو سیاره‌هایی با کربن بسیار کم می‌تواند سیگنالی بر وجود چشم‌انداز مناسب برای حیات در آن سیاره باشد.

آب که از هیدروژن و اکسیژن تشکیل شده، عنصر ضروری دیگر است که باید به آن توجه کنیم، البته صرفا در صورتی که به شکل مایع باشد. با این‌حال به باور پروفسور جولین د ویت از دانشگاه MIT، کربن جوی و آب مایع، میانه خوبی با یکدیگر ندارند.

سیاره‌ها در یک منظومه‌ی ستاره‌ای مشخص با مقادیر نسبتا یکسانی از کربن شکل می‌گیرند. به‌نقل از نویسندگان، اگر شاهد سیاره‌ای با کربن کم باشیم، قطعا این کربن جایی دیگر رفته است. ممکن است عناصر سنگین‌تر در هسته‌ی سیاره به دام افتاده باشند؛ اما کربن برای آن اتفاق بسیار سبک است. تنها فرآیندی که می‌تواند حجم زیادی از کربن را از جو حذف کند، چرخه‌ی آب قوی مثل اقیانوس‌های‌ آب مایع است.

بر اساس تصوری رایج، کربن جوی می‌تواند نشانه‌ی فراوانی این عنصر در سطح سیاره باشد که حیات به آن نیاز دارد. با این‌حال نگاهی گذرا به سیاره‌های اطرافمان می‌تواند نشانه‌هایی را آشکار کند. برای مثال سیاره‌ زهره دارای جوی ضخیم با ۹۶٫۵ درصد کربن است، اما قطعا سکونت‌پذیر نیست. کربن بیشترین تأثیر را بر اثر گریز گلخانه‌ای و میزان اسیدی‌بودن این سیاره دارد.

از سوی دیگر، بزرگ‌ترین مانع مریخ برای میزبانی حیات، جو رقیق آن است. بااین‌حال آنچه بیش از همه در این جو وجود دارد، کربن دی‌اکسید است؛ درنتیجه این‌طور نیست که هیچ سیگنال کربنی در آنجا یافت نمی‌شود.

درهمین‌حال، تا وقتی انسان در زمین به تکامل نرسیده بود، تراکم کربن‌دی‌اکسید و متان در جو زمین بسیار اندک بود. بخشی از این کربن دی‌اکسید گمشده در موجودات زنده مخفی شده بود. نویسندگان خاطرنشان می‌کنند که: «فرایندهای زیستی، آن‌طور که آن‌ها را می‌شناسیم، صرفا مواد شیمیایی را تولید نمی‌کنند، بلکه در مصرف آن‌ها نیز نقش دارند»

همچنین مقدار زیادی کربن در اقیانوس‌ها حل شده و در بستر دریا رسوب می‌کند؛ جایی که درنهایت به سنگ تبدیل می‌شود. پژوهشگران باور دارند که این مقدار کربن تقریبا معادل کربن موجود در جو سیاره زهره است. آن‌ها می‌نویسند: «ما بر این باوریم که اگر مقدار کمی کربن را کشف کنیم، نشانه‌ای قوی از وجود آب مایع یا حیات خواهد بود.» از سوی دیگر، کربن‌دی‌اکسید بیش از حد چیزی است که پژوهشگران آن را «ضد اثر زیستی» می‌نامند.

دانستن یافته‌های فوق وقتی نتوانیم سطح کربن جوی سیاره‌ای را اندازه‌گیری کنیم، عملا سودی دربر ندارد، اما تلسکوپ فضایی جیمز وب و تلسکوپ‌های آینده می‌توانند این کار را به‌ویژه برای سیاره‌هایی که ستاره‌شان از مقابل ما عبور می‌کنند، اندازه‌گیری کنند. کربن‌دی‌اکسید را می‌توان به راحتی در طیف فروسرخ در جو سیاره‌های فراخورشیدی شناسایی کرد. با ترکیب داده‌های ده‌ها گذار می‌توان به اطلاعات خوبی درباره‌ی سیاره‌های ستاره‌های نزدیک رسید.

اگر سیاره‌ای دارای کربن جوی اندکی باشد، می‌توان این کمبود کربن را به تغییرات ناگهانی ابرها نسبت داد. بااین‌حال درصورتی‌که جو بیش از یک سیاره را بتوان مقایسه کرد، تفاوت‌ها آشکار خواهند شد. دانشمندان امیدوارند برای منظومه‌ تراپیست ۱ این کار را انجام دهند.

با اینکه کمبود کربن‌دی‌اکسید می‌تواند نشانه‌ای بر وجود حیات باشد، اثباتی بر تکامل آن نیست. برای تکامل حیات نیاز به آثار زیستی دیگر داریم و اوزون در اولویت است. لایه‌ی اوزون نشان‌دهنده‌ی بازسازی مجدد جو با اکسیژن مولکولی است که توجیه آن بدون حیات فتوسنتز‌کننده‌ کار دشواری است. از سوی دیگر، مولکول‌های اکسیژن با وجود فراوان‌تر بودن در جو زمین، تابش‌ها را در بخش بسیار پرنویزتری از طیف ساطع می‌کنند.

یافته‌های مطالعه در Nature Astronomy منتشر شده است.