حلم اكتشاف الحياة الغريبة يجد أملًا جديدًا

واحدة من عدة مرات ليزا كالتينيجراقترب الحلم من الواقع في صباح يوم بارد من نيسان (أبريل) قبل عقد من الزمن في مؤتمر علم الفلك. كانت تمسك بما تتذكره أنه فنجان فظيع من القهوة ، ليس لأنها كانت ستشرب المزيد منه ، ولكن لأنها انتظرت في الطابور وكان الجو دافئًا بين يديها. ثم انحرف بيل بوروكي في اتجاهها.

هيأت نفسها لتخبره أن يتجنب القهوة. لكن كان لدى بوروكي ، رئيس مهمة كبلر التابعة لوكالة ناسا ، وهو تلسكوب فضائي مصمم للبحث عن الكواكب التي تدور حول نجوم أخرى (أو "الكواكب الخارجية") ، شيئًا آخر لمناقشته. كان كبلر قد لمح أول اثنين من الكواكب الخارجية بحجم الأرض مع فرصة جيدة لوجود مياه سائلة على أسطحها. كانت هذه من نوع العوالم الجديدة الغريبة التي تخيلها الجميع في المؤتمر - وربما معظم الجنس البشري - مرة واحدة على الأقل. هل سيؤكد كالتينيجر أن الكواكب قد تكون صالحة للسكن؟

بدأ كالتينيجر ، الذي كان في ذلك الوقت عالمًا في الفيزياء الفلكية في معهد ماكس بلانك لعلم الفلك في هايدلبرغ بألمانيا ، في تشغيل نماذج مناخية جديدة قبل انتهاء المؤتمر ، تتضمن حقائق أساسية مثل أقطار الكواكب والتوهج الفاتر لنجمها. إجابتها النهائية: نعم مؤهل. قد تكون الكواكب مناسبة للحياة ، أو على الأقل للمياه السائلة ؛ يمكن أن تكون حتى عوالم مائية ، مغطاة في محيطات لا نهاية لها دون نتوء صخري واحد فوق الأمواج. كان التحذير هو أنها ستحتاج إلى مزيد من الملاحظات المتقدمة للتأكد.

منذ ذلك الحين ، ربما أصبح كالتينيجر مصمم الكمبيوتر الرائد في العالم للعوالم التي يحتمل أن تكون صالحة للسكن. في عام 2019 ، عندما وجدت مركبة فضائية ناسا أخرى تصطاد الكواكب الخارجية تدعى TESS ، مركبة فضائية خاصة بها أول عوالم صخرية معتدلة، تمت دعوتها مرة أخرى للعب دور مفتش المنزل الكوني. في الآونة الأخيرة ، توصل استطلاع SPECULOOS ومقره بلجيكا إلى فهم مساعدتها كوكب جديد بحجم الأرض يطلق عليها اسم SPECULOOS-2c وهو قريب بشكل غير مستقر من نجمه. أكملت هي وزملاؤها تحليلًا ، تم تحميله بتنسيق نسخة أولية في سبتمبر ، أظهر أن مياه SPECULOOS-2c يمكن أن تكون في طور التبخير بعيدًا مثل بخار الساونا ، كما فعلت أي بحار من كوكب الزهرة منذ فترة طويلة وكما ستبدأ محيطات الأرض في الظهور خلال نصف مليار سنة. يجب أن تكون ملاحظات التلسكوب قادرة على معرفة ما إذا كان هذا يحدث في غضون بضع سنوات ، مما سيساعد في الكشف عن مستقبل كوكبنا ويرسم مزيدًا من التمييز على حافة السكين بين العوالم المعادية والسكنية عبر المجرة.

في محاكاة الأرض المصطنعة والرؤى الأكثر تأملاً للكواكب الحية ، يستفيد كالتنيغر من الحياة الغريبة والجيولوجيا الموجودة على الأرض لتطوير مجموعة أكثر منهجية من التوقعات حول ما يمكن أن يكون ممكنًا في مكان آخر. أخبرتني خلال زيارة أخيرة إلى جامعة كورنيل ، "أحاول القيام بالأساسيات" ، حيث تقود معهدًا اسمه كارل ساجان ، وهو عالم فلك كاريزمي آخر مقره في إيثاكا ولديه أفكار كبيرة حول إنهاء إقامة الإنسانية المنعزلة في الكون.

سعيها الشامل - البحث عن حياة فضائية - يدخل مرحلة غير مسبوقة. باستثناء الوصول المفاجئ لشيء مثل البث الإذاعي خارج الأرض ، يعتقد معظم علماء الفلك أن أفضل فرصة على المدى القريب لمواجهة الحياة الأخرى في الكون هي اكتشاف الغازات ذات البصمة الحيوية - الغازات التي يمكن أن تأتي فقط من الحياة - تطفو في أجواء الكواكب الخارجية. هذا النوع من القياس عن بعد الضروري لإجراء هذا النوع من الاكتشاف قد أجهد قدرات حتى أكثر المراصد البشرية تقدمًا. ولكن مع وجود تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) الآن في الأشهر القليلة الأولى من عمليات الرصد ، أصبح هذا الاكتشاف ممكنًا.

على مدى السنوات القليلة المقبلة ، سيفحص التلسكوب الفضائي الضخم عن كثب حفنة من العوالم الصخرية التي يُنظر إليها على الأرجح على أنها صالحة للسكن ، ومن المحتمل أن تشمل SPECULOOS-2c الجديد. على الأقل ، يجب أن تحدد دراسات JWST ما إذا كانت هذه الكواكب لها غلاف جوي. قد تظهر أيضًا أن البعض يقطر بالماء السائل. الأكثر تفاؤلاً - إذا ازدهرت الغلاف الحيوي بسهولة من عوالم شبيهة بالأرض - قد يكتشف التلسكوب النسب الفردية ، على سبيل المثال ، لثاني أكسيد الكربون والأكسجين والميثان على أحد هذه الكواكب. بعد ذلك ، قد يميل علماء الفلك بشدة إلى عزو الاختلاط إلى وجود نظام بيئي خارج كوكب الأرض.

سيتطلب العثور على البصمات الحيوية كالتينيجر ومجموعة صغيرة من أقرانها للضغط على اليقين من عدد قليل جدًا من الفوتونات. لن تكون إشارات الغلاف الجوي التي يبحثون عنها ضعيفة فحسب ، بل يجب عليها هي وزملاؤها أن يصمموا تفاعلًا محتملًا على كوكب ما بين ضوء النجوم والصخور والهواء بدقة كافية للتأكد من أنه لا يوجد شيء غير الحياة يمكن أن يفسر وجود غاز معين في الغلاف الجوي. يجب أن يتنقل أي تحليل من هذا القبيل بين Scylla و Charybdis ، وتجنب كل من السلبيات الزائفة - كانت الحياة موجودة ولكنك فاتتك - والإيجابيات الكاذبة التي تجد الحياة حيث لا يوجد شيء.

إن ارتكابها بشكل خاطئ يحمل عواقب. على عكس معظم المساعي العلمية ، فإن البحث عن علامات وجود حياة خارج كوكب الأرض يحدث تحت أضواء كاشفة لا مفر منها ، وفي نظام إيكولوجي للمعلومات مزود بشاحن توربيني حيث يبكي أي عالم "الحياة!" يشوه نسيج التمويل والاهتمام وثقة الجمهور. شغلت كالتينيجر نفسها مؤخرًا مقعدًا في الصف الأمامي لمثل هذه الحلقة.

يواجه جيلها ضغوطًا أخرى ، كنت أنوي أن أضعها بدقة ، لكن انتهى بي الأمر بالتلاشي بعد ساعة فقط من لقائها. بدأت هي وزملاؤها حياتهم المهنية في فجر عصر الكواكب الخارجية. الآن هم في سباق لاكتشاف الحياة على أحدهم قبل أن يموت.

الحالمون الكوكبي

بدأ البحث الحديث عن البصمات الحيوية على الفور تقريبًا بعد اكتشاف عام 1995 لأول كوكب خارج المجموعة الشمسية - عملاق غازي - يدور حول نجم شبيه بالشمس. سرعان ما أصبح صيد الكواكب منقسماً وتنافسيًا ، وهو سباق على العناوين الرئيسية. شكك بعض كبار علماء الفلك في أن الحقل الفرعي اللامع المتعطش للموارد يمكن أن يقدم أكثر من قياسات لمرة واحدة لعدد قليل من الكواكب الفريدة. قال: "كان الناس متشككين بشكل علني ، وكان البعض غاضبًا ضده" سارة سيجر، عالم فلك كوكب خارج المجموعة الشمسية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. في هذه الأثناء ، بدأت مجموعات من الباحثين المتشابهين في التفكير بالتجمع في ورش العمل لاستكشاف أسئلة جديدة في السماء المفتوحة. قال سيجر ، الذي كان طالب دراسات عليا في ذلك الوقت: "لم نقل لا لأية فكرة".

كان كالتينيجر طالبًا جديدًا في الجامعة عندما تراجعت أخبار الكواكب الخارجية العملاقة الأولى. لقد نشأت في بلدة صغيرة في النمسا ، مع والديها الذين دعموا اهتماماتها في الرياضيات والفيزياء واللغات ؛ عرفها أمناء مكتبات البلدة جيدًا لدرجة أنهم كانوا سيعطونها الكتب الجديدة التي لم يصنفوها بعد. قالت عن نشأتها: "كان كل شيء ممكنًا". في جامعة غراتس ، انجذبت إلى البحث الجديد عن عوالم جديدة. سيجر ، الذي التقى كالتينيجر في برنامج مدرسي صيفي في عام 1997 ، يشيد الآن بالجرأة الرائعة التي قادت طالبًا جامعيًا للانضمام إلى حقل فرعي كان لا يزال هامشيًا وسريع الزوال. قال سيجر: "أن تكون هناك في البداية - لم تكن مجرد مصادفة". بحلول نهاية دراسات كالتينيجر الجامعية ، كانت قد استقطبت التمويل من الاتحاد الأوروبي ودعت نفسها إلى مكان مفتوح في مرصد في تينيريفي في جزر الكناري. هناك أمضت ليالي طويلة مليئة بالقهوة في صيد الكواكب الخارجية ، واستمعت إلى ألبوم Dire Straits لما بعد الدكتوراة قبل أن تتعثر في الخارج لترى شروق الشمس فوق منظر طبيعي مليء بالحمم البركانية.

في غضون ذلك ، كانت وكالات الفضاء تشارك في الحدث. في عام 1996 ، نشر مدير وكالة ناسا ، دان غولدن ، خطة من شأنها أن تنطلق بشكل فعال مباشرة من اكتشاف أول كواكب خارجية عملاقة للغاز وصولاً إلى منطقة النهاية. دعت خطته إلى إنشاء مراصد فضائية ضخمة ، يطلق عليها اسم Terrestrial Planet Finders ، والتي يمكن أن تأخذ قياسات طيفية مفصلة للأرض الغريبة ، وتكسر ضوءها إلى ألوان مكوناتها لفهم تركيبها الكيميائي.

والأفضل من ذلك ، أراد غولدن صورًا حقيقية للكواكب. في عام 1990 ، التقط مسبار فوييجر التابع لوكالة ناسا ، بناءً على طلب من ساجان ، صورة للمنزل من خارج مدار نبتون ، مما قلل من عالمنا الهش والمتنفس بأكمله إلى نقطة زرقاء شاحبة معلقة في فراغ. ماذا لو تمكنا من رؤية نقطة زرقاء شاحبة أخرى تتلألأ باللون الأسود؟

حددت وكالة الفضاء الأوروبية نسختها الخاصة من مهمة استكشاف الحياة المزدوجة لكشف الأرض ، والتي تسمى داروين. تقدم كالتينيجر ، الذي كان يبلغ من العمر 24 عامًا ، للعمل فيه وحصل على الوظيفة. "سألت نفسي: إذا كنت تعيش في وقت يمكنك فيه معرفة ما إذا كنا وحدنا في الكون ، وما إذا كان بإمكاني المساعدة؟" قالت في كورنيل ، وهي ترتدي عقدًا من الأحجار الكريمة الفيروزية يرمز إلى نقطة زرقاء شاحبة وتوازن فنجان شاي على ركبتها. "بالنظر إلى حياتي ، ربما كان هذا ما أريد القيام به." تم تكليفها بالنظر في مقايضات تصميم المهمة وصياغة قائمة النجوم التي يجب على أسطول داروين من التلسكوبات مسحها بحثًا عن الكواكب ؛ في موازاة ذلك ، تابعت الدكتوراه.

ولكن في العقد الأول من القرن الحادي والعشرين ، انهارت رؤى التلسكوبات الضخمة لصيد الفضائيين على جانبي المحيط الأطلسي. تعثرت دراسات داروين في عام 2000. أحد الأسباب كان جدول تطوير JWST المتدهور ، والذي استهلك الميزانيات وامتداد الانتباه. هناك شك علمي آخر: في ذلك الوقت ، لم يكن لدى علماء الفلك أدنى فكرة عن جزء نجوم مجرة ​​درب التبانة الذي يحتوي على كواكب صخرية مع إمكانية وجود مناخ مستقر ومعتدل.

سيصبح هذا الكسر حوالي واحد من كل خمسة ، كما كشف تلسكوب كبلر الفضائي ، الذي أطلق في عام 2009 واستمر في اكتشاف الآلاف من الكواكب الخارجية. إذا تم إحياء مهمة Terrestrial Planet Finder ، فسيكون لديها الكثير من الأماكن للإشارة إليها.

لكن منذ إطلاق كبلر ، أدت التنازلات البراغماتية إلى جعل علماء الأحياء الفلكية يحلمون بأحلام أصغر ، وتحويل مواردهم إلى مسار أكثر تواضعًا. كان بإمكان مرصد مثل داروين التقاط إشارة كوكب صخري بجوار نجم أكثر سطوعًا - وهو تحدٍ غالبًا ما يُقارن بالتقاط صورة لليراعة وهي تحلق حول كشاف ضوئي. ولكن الآن هناك طريقة أخرى أرخص.

سيجر وعالم الفلك بجامعة هارفارد ديميتار ساسيلوف يريدهما الطريقة البديلة في عام 2000 - طريقة لاستنشاق الغلاف الجوي لكوكب خارج المجموعة الشمسية حتى لو تم مزج الضوء من الكوكب ونجمه معًا. أولاً ، تبحث التلسكوبات عن الكواكب التي "تعبر" ، وتعبر أمام نجمها كما يُرى من منظور الأرض ، مما يتسبب في انخفاض طفيف في ضوء النجوم. هذه العبور غنية بالمعلومات. أثناء العبور ، ينبت طيف النجم نتوءات وتذبذبات جديدة ، لأن بعض ضوء النجوم يضيء عبر حلقة الغلاف الجوي حول الكوكب والجزيئات الموجودة في الغلاف الجوي تمتص ضوء ترددات معينة. يكشف التحليل الدقيق للذبذبات الطيفية عن مسؤولية كيمياء الارتفاعات العالية. بدأ تلسكوب هابل الفضائي اختبار هذه التقنية في عام 2002 ، إيجاد بخار الصوديوم حول كوكب عملاق غازي بعيد ؛ إلى جانب التلسكوبات الأخرى ، كررت الحيلة منذ ذلك الحين على عشرات الأهداف.

الآن الكون بحاجة فقط إلى سعال بعض العوالم المناسبة الشبيهة بالأرض للنظر إليها.

يبدو أن استطلاعات الكواكب الخارجية واجهت الكثير من كواكب المشتري المفرطة الطهي ونبتون صغيرة الحجم حول النجوم الأخرى ، لكن الكواكب الصخرية التي لديها إمكانية لوجود مياه سائلة ظلت نادرة حتى عصر كبلر. بحلول منتصف عام 2010 ، أظهر كبلر أن عوالم بحجم الأرض شائعة ؛ حتى أنها رصدت بعض تلك التي يحتمل أن تكون صالحة للسكن تمر أمام نجومها ، مثل زوج Kaltenegger المصمم لبوروكي. ومع ذلك ، فإن الأمثلة المحددة التي توصل إليها كبلر كانت بعيدة جدًا عن دراسة متابعة جيدة. في غضون ذلك ، وجد علماء الفلك في عام 2016 أن أقرب نجم إلى الأرض ، وهو Proxima Centauri ، لديه كوكب يحتمل أن يكون بحجم الأرض صالحًا للسكن. لكن هذا الكوكب لا يعبر نجمه.

في عام 2009 ، أضافت كالتينيجر ، التي كانت وقتها في جامعة هارفارد وتشكل المجال في حد ذاتها ، والمتعاونة ويسلي تروب ، مؤهلًا آخر. لقد فكروا فيما قد تحتاجه حضارة غريبة الكشف عن غازات البصمة الحيوية على الأرض - كوكب به غلاف جوي ضيق نسبيًا ، يمر بنجم لامع. لقد أدركوا أن تلسكوبًا مثل JWST لن يرى سوى إشارات صغيرة من غازات الغلاف الجوي أثناء كل عبور ، لذلك من أجل تحقيق أي يقين إحصائي ، سيحتاج علماء الفلك إلى مراقبة العشرات أو حتى المئات من العبور ، الأمر الذي قد يستغرق سنوات. بناءً على هذه الرؤية ، بدأ علماء الفلك في البحث عن الأرض في مدارات قريبة حول نجوم قزم حمراء أكثر برودة وخافتة ، حيث ستكون إشارات الغلاف الجوي أقل غرقًا بضوء النجوم ويتكرر العبور بشكل متكرر.

جاء الكون. في عام 2017 ، أعلن علماء الفلك عن اكتشاف سبعة كواكب صخرية حول نجم قزم أحمر يسمى TRAPPIST-1. ثم في سبتمبر ، ظهر نظام SPECULOOS-2 كنسخة احتياطية. هذه النجوم قريبة. إنها قاتمة وحمراء. لكل منها عدة كواكب صخرية تمر. واعتبارًا من الصيف ، فإن JWST يعمل بشكل أفضل مما كان متوقعًا. سوف يقضي جزءًا كبيرًا من السنوات الخمس المقبلة يحدق بشدة في هذه الكرات الفوضوية من الصخور والمواد الكيميائية التي تدور حول نجومها الغريبة. بالنسبة للمنظرين مثل كالتينيجر ، الذين تحولوا من أحلام اليقظة للأرض البديلة إلى إصدار تنبؤات حول كيمياء الغلاف الجوي ، أفسحت عقود من الترقب الطريق أمام تلاشي بطيء للأطياف المتعرجة على شاشات الكمبيوتر.

متوهجة سيدة غريبة

لأكثر من عامين ، تم تجميد مكتب Kaltenegger - وهو نفس المكتب الذي كان يعمل فيه Sagan - في الوقت المناسب. جاء الوباء أولاً ، ثم التفرغ. في أغسطس ، عادت ، تتقدم على السبورة البيضاء بقلم حبر في يدها ، وتراجع قائمة الأفكار التي لن تبدو في غير محلها في غرفة الكاتب في ستار تريك سلسلة. (Gaia و SETI. المحيطات المظلمة. الأوزون. الأرض. المحيطات الضحلة. الحديد؟) "هذا هو الجزء الممتع ،" قالت ، مشيرة إلى موضوعات الأوراق التي نشرتها بالفعل.

أصبحت كالتينيجر المدير المؤسس لمعهد كارل ساجان في عام 2015 بعد فترات في جامعة هارفارد ، ثم في هايدلبرغ ، حيث أدارت مختبرها الأول. ذات يوم خلال فترة وجودها في هايدلبرغ ، وصل بريد إلكتروني من جوناثان لونين، رئيس قسم علم الفلك في كورنيل ، يسأل عما إذا كانت تريد التحدث عن الفرص المهمة. "أذهب ، يا إلهي ، إنه حدث" امرأة في العلم ". في مرحلة معينة ، تتلقى عددًا كبيرًا جدًا من هذه الدعوات ". بدلاً من ذلك ، كان لونين يتطلع إلى توظيف أستاذ جديد. ردت كالتينيجر بأنها تفضل العمل في معهد متعدد التخصصات يركز على علم الأحياء الفلكية. لذا اقترح قيادة واحدة هنا.

في صباح أحد الأيام ، جلسنا في حديقة في الحرم الجامعي ليس بعيدًا عن المعهد ، محاطًا بأشجار الرودودندرون. عندما كانت أشعة الشمس المرقطة تتسرب ، قفز طائر صغير على جذع شجرة ، وطنين الزيز ، وتحركت طائرة بدون طيار لجزازة العشب أقرب ، ثم بعيدًا. كان من الواضح أن هذا عالم مأهول.

إن مخزون كالتينيجر في التجارة هو الخيال: النوع الذي يثق به علماء الفلك عند تخطيط تلسكوب فضائي بقيمة 10 مليارات دولار مثل JWST ، والنوع الأكثر شاعرية الذي يثير الجماهير. إذن كيف كان شكل هذا المشهد بالنسبة لها؟

نظرت. كانت للأشجار أوراق خضراء ، مثلها مثل معظم الكائنات الحية المعروفة التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي. لقد تطوروا للاستفادة من شمسنا الصفراء وإشعاع الضوء المرئي الوافر ، باستخدام أصباغ تلتقط الفوتونات الزرقاء والحمراء بينما تترك الأطوال الموجية الخضراء ترتد بعيدًا. لكن النباتات حول النجوم الأكثر برودة ، الأكثر جشعًا للضوء ، قد تتخذ ألوانًا أغمق. قالت: "في رأيي ، إذا أردت ذلك ، فإنه يتحول تمامًا معنا في الحديقة ، جالسًا تحت شمس حمراء". "كل شيء أرجواني من حولك ، خلفك" ، بما في ذلك الأوراق.

ظهرت إصدارات الوادي الخارق للأرض بشكل كبير في تفكير كالتنيجر لمدة عقدين من الزمن ، بسبب الشك المزعج الذي طورته أثناء عملها في مهمة داروين في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين.

كان الهدف في ذلك الوقت هو مقارنة الأطياف المأخوذة من الكواكب الصخرية المعتدلة بما سيبدو عليه طيف الأرض من بعيد ، بحثًا عن إشارات واضحة مثل فائض الأكسجين بسبب التمثيل الضوئي على نطاق واسع. كان اعتراض كالتينيجر هو أنه خلال أول 2 مليار سنة من وجود الأرض ، لم يكن غلافها الجوي يحتوي على أكسجين. ثم استغرق الأمر مليار سنة أخرى حتى يصل الأكسجين إلى مستويات عالية. وقد وصل هذا التوقيع الحيوي إلى أعلى تركيز له ليس في طيف الأرض الحالي ، ولكن خلال نافذة قصيرة في أواخر العصر الطباشيري عندما طاردت الطيور الأولية الحشرات العملاقة عبر السماء.

خشي كالتنيغر من أنه بدون نموذج نظري جيد لكيفية تغير طيف الأرض نفسه ، فقد تفوت مهمات اكتشاف الكواكب الكبيرة بسهولة عالمًا حيًا لا يتطابق مع قالب زمني ضيق. كانت بحاجة إلى تصور الأرض على أنها كوكب خارجي يتطور عبر الزمن. للقيام بذلك ، قامت بتكييف أحد النماذج المناخية العالمية الأولى ، التي طورها عالم الجيولوجيا جيمس كاستينغ ، والتي لا تزال تتضمن إشارات إلى حقبة الشريط المغناطيسي في السبعينيات التي نشأت فيها. طورت كالتينيجر هذا الرمز إلى أداة مخصصة يمكنها تحليل ليس فقط الأرض عبر الزمن ولكن أيضًا سيناريوهات غريبة جذريًا ، ولا يزال العمود الفقري لمختبرها.

في اليوم التالي لدردشةنا في الحديقة ، جلست في المكتب المجاور لمدرسة كالتنيغر ، وأنا أنظر فوق كتف الباحثة ريبيكا باين بينما كنا نحدق في سطور ضيقة من النص على خلفية سوداء. قالت: "إذا لم أستخدم نظام اللون الأسود ، في نهاية اليوم تريد عيني أن تسقط من رأسي".

تغذي باين وزملاؤها الحقائق الأساسية لبرنامجهم عن كوكب ، مثل نصف قطره والمسافة المدارية ونوع نجمه. ثم يقومون بتخمينات حول تكوين الغلاف الجوي المحتمل ، ويقومون بتشغيل نماذجهم لمعرفة كيف سيظهر الغلاف الجوي للكوكب عبر الدهور. عندما فعلوا ذلك من أجل SPECULOOS-2c ، رأوا مواد كيميائية افتراضية تغمرها ضوء النجوم الافتراضي ، وتهبط وتفني بعضها البعض من خلال تفاعلات كيميائية محاكاة. استقر الجو التخيلي في النهاية في حالة توازن ، وبرز البرنامج على طاولة. سحب باين واحدة على الشاشة. حركت الماوس فوق صف بعد صف ، لتظهر تخمينات حول درجة حرارة الكوكب الجديد والكيمياء على ارتفاعات متفاوتة. باستخدام هذه المعلومات ، تمكنت هي وزملاؤها من تحديد المركبات الوفيرة بشكل خاص التي قد تتمكن JWST أو أي أداة أخرى من رؤيتها.

XNUMX. من قائمة دراسة الأرض عبر الزمن في ، تتبع العديد من أوراق Kaltenegger نفس النمط. تتمثل حيلتها في جمع ما نعرفه عن ثراء الأرض في راحة يدها النظرية ، ثم تدويرها مثل كرة السلة على محاور مختلفة. ماذا لو قمنا بلفها في الوقت المناسب؟ ماذا لو كان للأرض الغريبة جيولوجيا مختلفة؟ جو مختلف؟ كل سطح المحيط؟ ماذا لو كانت تدور حول شمس حمراء ، أو جمرة حارقة لقزم أبيض؟

في 2010 ، على سبيل المثال ، وجدت يجب أن يكون JWST القادم آنذاك قادرًا على استنتاج وجود غازات من ثوران بركاني مثل ثوران جبل بيناتوبو عام 1991 في الفلبين ، إذا حدث حدث مماثل على كوكب خارج المجموعة الشمسية. أو يمكنه تحديد العوالم التي لا يحكمها دوران الكربون بين السطح والغلاف الجوي (كما هو الحال على الأرض) ، ولكن بدلاً من ذلك بالكبريت تنطلق من البراكين ثم تتكسر بفعل ضوء النجوم. مثل هذه الدورات المناخية مهمة عندما تحاول تحديد غازات البصمة الحيوية ، وأيضًا لأنها جزء من فيزياء الكواكب الأكبر. قال ساسيلوف ، الذي تعاون مع كالتينيجر في هذه المشاريع ، "إن التوقيعات الحيوية موجودة هناك مثل الكرز فوق الكعكة ، ولكن في الأساس ، هناك الكثير من الكعك للأكل".

خارج نمذجة الغلاف الجوي الخاصة بها ، أمضت كالتينيجر أيضًا العقد الماضي في تجوب الأرض لتجميع شيء من خزانة الفضول لعالم الأحياء الفلكية: قاعدة بيانات عامة من الأطياف الغريبة. إذا نجح علماء الفلك في العثور على تذبذب شاذ في طيف كوكب خارج المجموعة الشمسية ، يمكن أن توفر قاعدة بياناتها المفتاح لفك تشفيره.

في رحلة إلى متنزه يلوستون الوطني ، على سبيل المثال ، تعجب كالتنيغر من البقع الميكروبية متعددة الألوان على أسطح البرك الساخنة. قادها ذلك وزملاؤها إلى زراعة 137 نوعًا من البكتيريا في أطباق بتري نشر أطيافهم. قال "ربما لا يوجد لون في قوس قزح لم تجده على الأرض الآن" لين روتشيلد، عالم الأحياء الاصطناعية في مركز أبحاث أميس التابع لناسا ومتعاون في المشروع. مستوحاة من عمل زميل آخر في حفر قلب الجليد في القطب الشمالي ، عزلت مجموعة كالتينيجر 80 ميكروبًا محبًا للبرد شبيهًا بما يمكن أن يتطور على كوكب جليدي ، نشر قاعدة بيانات مرجعية من هذه الأطياف في مارس.

عوالم أخرى قد يكون متوهجًا حيويًا. على الأرض ، تحمي الكائنات الحية ذات الفلورة الحيوية مثل الشعاب المرجانية نفسها من الأشعة فوق البنفسجية عن طريق امتصاصها وإعادة بثها كضوء مرئي. بالنظر إلى أن الكواكب في أنظمة النجوم القزمة الحمراء مثل TRAPPIST-1 تغمرها الأشعة فوق البنفسجية ، يجادل كالتينيجر بأن الحياة الفضائية هناك يمكن أن تطور عملية مماثلة. (يشار إليها منذ ذلك الحين باسم "تلك السيدة الغريبة المتوهجة".) كما أنها تخطط للحصول على سلسلة من الأطياف التي تمثل عوالم الحمم البركانية المحتملة ؛ سيبدأ قريبًا زميل من عالم الجيولوجيا وباحث ما بعد الدكتوراة الذي وصل حديثًا في إذابة الصخور.

مع نمو قائمة منشوراتها ، واجهت كالتينيجر الفرص والإهانات التي تتعرض لها عالمة نجمة صاعدة. ذات مرة ، عندما كانت تصور فيلمًا قصيرًا بتقنية IMAX في هاواي بحثًا عن الحياة ، ألبسها المنتجون شورتًا يناسب مفهومهم عن عالمة لورا ديرن الحديقة الجوراسية حرف؛ ثم استلزم القرار المزيد من المكياج لتغطية جميع لدغات البعوض.

قال المتعاونون إنه داخل حقل متماسك تم إجباره على مشاركة كميات محدودة من وقت التلسكوب ، فإنها تتمتع بحضور مفعم بالحيوية والاحترار. تنسج أصابعها في الهواء وهي تتحدث ؛ تميل الجمل والقصص إلى تصعيد دفعات كبيرة من الضحك. قال روتشيلد: "إنها توقع على كل نص لي" أحضان ". "ليس لدي أي زميل آخر يفعل ذلك."

النقاط الأولى على الخريطة

ستكون البصمات الحيوية الأولى عبارة عن إشارات صغيرة وغامضة تخضع لتفسيرات متحاربة. في الواقع ، ظهرت بالفعل بعض الادعاءات.

هزت دراسة الحالة الأكثر صلة عالم علم الفلك في خريف عام 2020. فريق بما في ذلك Seager أعلن أنهم اكتشفوا مركبًا غير عادي يسمى الفوسفين في الغلاف الجوي العلوي لكوكب الزهرة ، وهو كوكب شديد الحرارة ومغسول بالحمض ، وعادة ما يتم رفضه باعتباره معقمًا. على الأرض ، يتم إنتاج الفوسفين بشكل شائع بواسطة الميكروبات. في حين أن بعض العمليات اللاأحيائية يمكن أن تجعل المركب أيضًا في ظل ظروف معينة ، اقترح تحليل الفريق أن هذه العمليات من غير المحتمل أن تحدث على كوكب الزهرة. من وجهة نظرهم ، ترك ذلك كائنات فينوسية صغيرة عائمة كتفسير معقول. "الحياة على كوكب الزهرة؟" ال نيويورك تايمز عنوان رئيسي وتساءل.

شكلت الجماعات الخارجية معسكرات معارضة. بعض الخبراء ، بما في ذلك فيكتوريا ميدوز، مصمم نماذج الغلاف الجوي للكواكب الخارجية في جامعة واشنطن والذي يستخدم نهجًا مشابهًا لطريقة كالتنيجر ، أعاد تحليل بيانات كوكب الزهرة وخلص إلى أن إشارة الفوسفين كانت مجرد سراب: المادة الكيميائية ليست موجودة. جادل آخرون ، بما في ذلك Lunine في كورنيل ، أنه حتى لو كان الفوسفين موجودًا ، فقد يأتي في الواقع من مصادر جيولوجية.

يعتبر كالتينيجر أن هذه الانتقادات صحيحة. من وجهة نظرها ، تسلط ملحمة الفوسفين الضوء على حلقة تغذية مرتدة بين تمويل العلوم والعلوم التي قد تشابك البصمات الحيوية للمرشح في المستقبل أيضًا. في وقت إعلان الفوسفين ، كانت ناسا في المراحل النهائية للاختيار بين أربع بعثات صغيرة للنظام الشمسي ، اثنتان منها كانت مرتبطة بالزهرة. بحلول الصيف التالي ، أعلنت وكالة ناسا أنه تم اختيار هذين الشخصين للطيران. قال كالتينيجر ، وهو يضحك ، إن دراسة الفوسفين "كانت طريقة رائعة للحصول على الموافقة على البعثات إلى كوكب الزهرة". "هذا هو الموقف الساخر." (قالت جين جريفز ، المؤلفة الرئيسية لدراسة الفوسفين ، إن فريقها لم يعتبر عملية اختيار المهمة وأن توقيت الورقة كان مصادفة).

تتوقف المرحلة التالية في البحث عن البصمات الحيوية للكواكب الخارجية على ما يكشفه JWST عن كواكب TRAPPIST-1. قد يكون من غير المحتمل رؤية بصمات حيوية فعلية في سمائهم. لكن التلسكوب يمكن أن يكتشف ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء بأنواع النسب التي تتنبأ بها النماذج القائمة على الأرض والزهرة. وهذا من شأنه أن يؤكد أن صانعي النماذج لديهم قدرة جيدة على التعامل مع الدورات الجيوكيميائية التي تهم عبر المجرة ، وأي العوالم قد تكون صالحة للسكن حقًا. من شأن رؤية شيء غير متوقع أن يساعد الباحثين على تصحيح نماذجهم.

الاحتمال الأكثر كآبة هو أن هذه الكواكب ليس لها غلاف جوي على الإطلاق. من المعروف أن النجوم القزمة الحمراء مثل TRAPPIST-1 تنبعث منها توهجات شمسية يمكن أن تجرد كل شيء ما عدا الصخور العارية. (يشك كالتينيجر في ذلك ، بحجة أن الانبعاثات الغازية للكواكب يجب أن تستمر في تجديد سمائها).

بحلول النصف الثاني من هذا العقد ، ستكون البيانات من عبور الكواكب المتعددة قد تراكمت ، وهو ما يكفي لعلماء الفلك ليس فقط للبحث عن الكيمياء في هذه العوالم ، ولكن أيضًا لفحص كيف تتضاءل جزيئات معينة من موسم إلى آخر. بحلول ذلك الوقت يمكن أن تضيف الملاحظات التكميلية إلى البيانات. من المقرر أن تفتح عدة مراصد جديدة كبيرة بشكل مذهل مرايا بحجم الحوض للكون ابتداء من عام 2027 - بما في ذلك الأكبر على الإطلاق ، التلسكوب الكبير للغاية في تشيلي. ستكون هذه التلسكوبات حساسة لأطوال موجية مختلفة من الضوء مقارنةً بأطوال موجية مختلفة عن تلسكوبات JWST ، حيث تبحث في مجموعة بديلة من الميزات الطيفية ، ويجب أن تكون أيضًا قادرة على دراسة الكواكب خارج العبور.

كل هذه الأدوات لا تزال أقل مما يريده صيادو البصمة الحيوية حقًا ، وما أرادوه دائمًا: أحد هؤلاء الباحثين عن الكواكب الأرضية العملاقة القائمة على الفضاء. في وقت سابق من هذا العام ، عندما أصدرت الأكاديمية الوطنية للعلوم تقريرًا مؤثرًا لوضع جدول الأعمال يسمى المسح العقدى ، والذي يلخص أفكار مجتمع علم الفلك حول ما يجب أن تحدده وكالة ناسا ، فقد أرجأوا بشكل فعال دفعة كبيرة بشأن هذه القضية إلى 2030.

"لقد كنت أفكر في هذا: ماذا لو لم نكن نحن؟" قال كالتينيجر. "ماذا لو لم يكن جيلنا؟" استنادًا إلى أقرب تلسكوب حقيقي من الجيل التالي يمكن أن يطير ، تعتقد أن المرشح الأكثر احتمالًا لقيادة مثل هذه المهمة هو على الأرجح في مدرسة الدراسات العليا الآن.

ومرة أخرى ، كانت مجموعتها من علماء الكواكب الخارجية الأوائل دائمًا حالمين. وكان العلم دائمًا نشاطًا متوارثًا بين الأجيال.

جلست في مكتبها الذي كان ساجان ، ورسمت مشهدًا محددًا. مسافر بعيد المدى يصعد جسر مركبة فضائية غادرت مثل مشروع، على استعداد للسفر إلى عالم جديد. كالتنيغر متأكدة من أنها لن تكون على متن السفينة بنفسها ، لكنها قالت ، "في عيني ، أراهم مع خريطة النجوم القديمة هذه." ستحدد الخريطة العتيقة مواقع الكواكب الحية المرشحة. من المحتمل أن تكون قديمة ، وقد تم إحضارها فقط لأسباب عاطفية. "لكني أريد أن أكون الشخص الذي وضع النقاط الأولى على هذه الخريطة."