عندما يندفع أفراد طاقم المركبة الفضائية Enterprise إلى مدار حول كوكب جديد ، فإن أول ما يفعلونه هو المسح بحثًا عن أشكال الحياة. هنا في العالم الحقيقي ، يحاول الباحثون منذ فترة طويلة اكتشاف كيفية اكتشاف علامات الحياة بشكل لا لبس فيه على الكواكب الخارجية البعيدة.
وهي الآن أقرب خطوة واحدة إلى هذا الهدف ، بفضل تقنية الاستشعار عن بعد الجديدة التي تعتمد على غرابة في الكيمياء الحيوية مما يتسبب في انبعاث الضوء في اتجاه معين وإنتاج إشارة لا لبس فيها إلى حد ما. يمكن استخدام هذه الطريقة ، الموصوفة في ورقة حديثة نُشرت في مجلة Astrobiology ، على متن مراصد فضائية ومساعدة العلماء على معرفة ما إذا كان الكون يحتوي على كائنات حية مثلنا.
في السنوات الأخيرة ، أصبح الكشف عن الحياة عن بعد موضوعًا محط اهتمام كبير حيث بدأ علماء الفلك في التقاط الضوء من الكواكب التي تدور حول النجوم الأخرى ، والتي يمكن تحليلها لتحديد نوع المواد الكيميائية التي تحتوي عليها هذه العوالم. يرغب الباحثون في معرفة بعض المؤشرات التي يمكن أن تخبرهم بشكل قاطع ما إذا كانوا ينظرون إلى المحيط الحيوي الحي أم لا.
على سبيل المثال ، قد يكون وجود الأكسجين المفرط في الغلاف الجوي لكوكب خارجي بمثابة تلميح جيد لشيء ما يتنفس على سطحه. ولكن هناك الكثير من الطرق التي يمكن من خلالها للعمليات غير الحية أن تولد جزيئات الأكسجين وتخدع المراقبين البعيدين للاعتقاد بأن العالم يعج بالحياة.
لذلك ، اقترح بعض الباحثين البحث عن سلاسل الجزيئات العضوية. تأتي هذه المواد الكيميائية الحية في ترتيبين - نسخة باليد اليمنى والنسخة اليسرى تشبه الصور المعكوسة لبعضها البعض. في الطبيعة ، تنتج الطبيعة كميات متساوية من هذه الجزيئات اليمنى واليسرى.
وقال فرانز سنيك ، عالم الفلك بجامعة ليدن في هولندا والمؤلف المشارك في إعداد الورقة الجديدة ، لـ "لايف ساينس": "علم الأحياء يكسر هذا التناظر". "هذا هو الفرق بين الكيمياء وعلم الأحياء."
على الأرض ، تختار الكائنات الحية "يد" جزيئية واحدة وتلتصق بها. الأحماض الأمينية التي تتكون منها البروتينات في جسمك كلها نسخ من اليسار جزيئاتها.
عندما يتفاعل الضوء مع سلاسل طويلة من هذه الترتيبات المختلفة اليد ، فإنه يصبح مستقطبًا دائريًا ، مما يعني أن موجاته الكهرومغناطيسية ستنتقل إما في اتجاه عقارب الساعة أو دوامات عكس اتجاه عقارب الساعة. لن تنقل الجزيئات غير العضوية هذه الخاصية بشكل عام إلى أشعة الضوء.
في العمل السابق المنشور في مجلة التحليل الطيفي الكمي والانتقال الإشعاعي ، نظر سنيك وزملاؤه في أوراق اللبلاب الإنجليزية المختارة حديثًا في مختبرهم وشاهدوا أن الكلوروفيل (صبغة خضراء) خلقت ضوءًا مستقطبًا دائريًا. مع انحلال الأوراق ، أصبحت إشارة الاستقطاب الدائري أضعف وأضعف ، حتى اختفت تمامًا.
كانت الخطوة التالية هي اختبار التقنية في هذا المجال ، لذا أخذ الباحثون أداة تكتشف مثل هذه القطبية على سطح المبنى في جامعة Free University Amsterdam وتوجيهها إلى ملعب رياضي قريب. وقال سنيك أنهم كانوا في حيرة من أمرهم لعدم رؤية أي ضوء مستقطب دائريًا ، حتى أدركوا أن هذا هو أحد الملاعب الرياضية القليلة في هولندا التي تستخدم العشب الاصطناعي. عندما صوب الباحثون كاشفهم على غابة على بعد أميال قليلة ، جاءت الإشارة المستقطبة دائرية بصوت عال وواضح.
وقال سنيك إن سؤال المليون دولار هو ما إذا كانت الكائنات الحية في عالم آخر ستظهر تفضيلًا مشابهًا للجزيئات بيد واحدة. يعتقد أنه رهان جيد إلى حد ما ، حيث أن المواد الكيميائية القائمة على الكربون تناسب بشكل أفضل عندما تشترك جميعها في نفس اليد.
يعمل فريقه الآن على تصميم أداة يمكن نقلها إلى محطة الفضاء الدولية وتعيين إشارة الاستقطاب الدائري للأرض لفهم أفضل لكيفية ظهور التوقيع المماثل في ضوء كوكب بعيد.
وقال إدوارد شفيترمان ، عالم الفلك وعلم الأحياء الفلكي في جامعة كاليفورنيا ، ريفرسايد ، الذي لم يشارك في العمل ، لـ Live Science ، إن ذلك سيكون تحديًا كبيرًا ولكنه جدير بالاهتمام. وأضاف أن التقاط ضوء كوكب خارج المجموعة الشمسية يعني حجب الضوء عن نجمه الأم ، والذي يكون عادة أكثر سطوعًا بنحو 10 مليارات مرة. إذا كان العالم على قيد الحياة ، فلن يحتوي سوى جزء ضئيل من ضوءه على إشارة الاستقطاب الدائري.
وقال شويترمان "إن الإشارة صغيرة ، ولكن مستوى الغموض صغير أيضًا" ، مما يجعل الطريقة مفيدة على الرغم من الصعوبة التي تواجهها.
قد تكون التلسكوبات الفضائية المستقبلية الهائلة ، مثل مرصد الأشعة تحت الحمراء الضوئية الكبيرة (LUVOIR) ، قادرة على إثارة هذا التوقيع الخافت. ويقدر المسؤولون أن LUVOIR لا تزال مجرد مفهوم ، ولكن سيكون لها قطر مرآة أكبر بستة أضعاف من تلك الموجودة في تلسكوب هابل الفضائي ويمكن أن تطير على الأرجح في منتصف 2030.
يعتقد سنيك أن تقنية الاستقطاب الدائري يمكن تقريبها من المنزل ، على جهاز يتم نقله إلى أقمار يمكن أن تكون صالحة للسكن في النظام الشمسي الخارجي مثل يوروبا أو إنسيلادوس. من خلال توجيه مثل هذا الكاشف إلى هذه العوالم المجمدة ، قد يرى العلماء إشارة المخلوقات الحية.
قال سنيك: "ربما يكون اكتشافنا الأول لحياة خارج كوكب الأرض في حديقتنا الخلفية".
ملاحظة المحرر: تم تصحيح هذه القصة للإشارة إلى أن فريق بحث Snik أجرى تجاربه الميدانية في Free University Amsterdam ، وليس جامعة Leiden. تم تحديثه أيضًا ليشمل رابطًا إلى النسخة النهائية المنشورة من بحث Snik في مجلة التحليل الطيفي الكمي والتحويل الإشعاعي.
