غبار کیهانی می‌تواند حیات را بین سیاره ها انتقال دهد

طبق نظریه‌ای جدید، حیات می‌تواند به وسیله‌ی غبار کیهانی، بین سیارات جابه‌جا شود و برای میلیاردها سال در فضا زنده بماند؛ اما چگونه این اتفاق رخ می‌دهد؟

بد اساس فرضیه پانسپرمیا، بیان می‌کند که حیات می‌تواند در سرتاسر کیهان وجود داشته باشد و به‌وسیله‌ی سیارک‌ها، دنباله‌دارها و شهاب‌ها، بین سیاره‌ها، ستاره‌ها و حتی کهکشان‌ها پخش شود. طبق این فرضیه، حدود ۴ میلیارد سال پیش، پس از آن‌که یک سیارک به سطح زمین برخورد کرد، حیات روی زمین آغاز شد. برای نشان دادن بخش‌های مختلف این فرضیه، پژوهش‌های بسیاری انجام شده‌اند که تا حدودی موفق بوده‌اند.

جدیدترین پژوهش در این زمینه، توسط دانشگاه ادینبورگ انجام شده است. آریون بِررا از پژوهشگران این دانشگاه، روش احتمالی دیگری برای انتقال بذرهای زنده حیات در کیهان پیشنهاد داده است. با توجه به جدیدترین مطالعه‌ی انجام‌شده توسط آریون بِررا، غبار کیهانی که به‌صورت دوره‌ای با اتمسفر زمین تماس پیدا کرده، همان عاملی است که میلیاردها سال پیش، حیات را به این سیاره آورده است. اگر چنین فرضیه‌ای صحیح باشد، می‌توان گفت چنین سازوکاری نیز برای پراکندگی حیات در سرتاسر عالم وجود دارد. آریون بِررا در جریان پژوهش‌های خود، امکان تسهیل فرار ذرات از اتمسفر زمین توسط غبار کیهانی را نیز بررسی کرده است؛ اما چه ذراتی؟

آریون بِررا بر این باور است مولکول‌هایی که حضور حیات روی زمین را نشان می‌دهند، حیات میکروبی و مولکول‌هایی که برای حیات ضروری هستند، به وسیله‌ی غبار کیهانی از اتمسفر زمین به فضا رانده می‌شوند. غبار بین‌سیاره‌ای دائم با اتمسفر زمین برخورد می‌کند. به‌طور متوسط، روزانه حدود ۱۱۰ تُن غبار بین‌سیاره‌ای به اتمسفر زمین برخورد می‌کند که دانه‌های آن وزنی بین ۱۸-۱۰ تا ۱ گرم دارند. غبار بین‌سیاره‌ای به هنگام برخورد با اتمسفر زمین، سرعتی بین ۱۰ تا ۷۰ کیلومتر بر ثانیه دارد که به اندازه‌ی کافی سریع است. این غبار با انرژی بسیار زیادی به زمین برخورد می‌کند و می‌تواند برخی از مولکول‌های اتمسفر زمین را به سمت فضا پرتاب کند.

مولکول‌های موجود در گرم‌سپهر (ترموسفر) بیش از سایرین توسط غبار کیهانی به فضا رانده می‌شوند. ذرات گرم‌سپهر، از عناصری نظیر نیتروژن و اکسیژن که از نظر شیمیایی مجزا هستند، تشکیل شده‌اند. گرم‌سپهر، از ارتفاع ۸۵ کیلومتری سطح زمین آغاز می‌شود و تا ارتفاع ۶۰۰ کیلومتری ادامه دارد. در این ارتفاع، ذرات بزرگ‌تر (مانند آن‌هایی که می‌توانند پناهگاه مولکول‌های عالی و باکتری‌ها باشند) نیز حضور دارند. آریون بِررا در این خصوص می‌گوید:

اگر ذراتی که ذاتاً در گرم‌سپهر یا در ارتفاعات بالاتر هستند یا از سطح زمین به آن‌جا رفته‌اند با غبار فضایی برخوردی داشته باشند، احتمال جایگزین شدن آن‌ها وجود دارد. همچنین این امکان وجود دارد که توسط غبار فضایی واردشده به اتمسفر، تغییر شکل دهند یا به خارج از اتمسفر زمین منتقل شوند. این اتفاق ممکن است پیامدهایی در آب‌و‌هوا و وزش باد داشته باشد؛ اما تمرکز اصلی ما روی این موضوعات نیست. تمرکز اصلی پژوهش ما بر این است که احتمال فرار ذرات موجود در اتمسفر را بررسی کنیم. چنین برخوردی می‌تواند سرعت گریز بسیار زیادی به ذرات موجود در اتمسفر بدهد و آن‌ها را به‌سمت بالا هدایت و از گرانش زمین خارج کند.

البته فرآیند خروج مولکول‌ها از اتمسفر زمین، بسیار دشوار است و مشکلات خاص خود را دارد. نخستین نیاز برای خروج مولکول‌ها از اتمسفر زمین، نیروی بالابر است. این نیرو باید به‌اندازه‌ای باشد که بتواند به ذرات سرعت خروج زیادی بدهد و آن‌ها را از گرانش زمین خارج کند. دومین عامل برای خروج، ارتفاع است. اگر این ذرات در پوشَن‌سپهر (استراتوسفر) یا ارتفاعات پایین‌تر که چگالی اتمسفری در سطح بالایی است، قرار گرفته باشند و بخواهند به سمت بالا شتاب بگیرند، نیروی پَسا (درگ) مانع می‌شود و از سرعت حرکت آن‌ها می‌کاهد. علاوه بر این عوامل، حرکت با سرعت زیاد به‌ سمت ارتفاعات بالا، این ذرات را تحت تأثیر حرارت قرار می‌دهد و می‌تواند آن‌ها را به نقطه تبخیر ببرد.

مولکول‌های ارتفاعات پایین‌تر، برای خروج از زمین با مشکلاتی مواجه هستند

از این‌ها نتیجه می‌گیریم ذراتی که در بخش‌های پایین‌تر گرم‌سپهر هستند یا به‌طور کامل در پوشَن‌سپهر و ارتفاعات پایین‌تر از آن قرار دارند، شانسی برای خروج از اتمسفر ندارند؛ زیرا نیروی بالابرنده قدرتمندی وجود ندارد که بتواند بر نیروی پَسا غلبه کند. حتی اگر چنین نیرویی وجود داشته باشد، سرعت زیاد خروج باعث می‌شود که ذرات بسیار گرم و تبخیر شوند. حتی بادها، آتشفشان‌ها، آذرخش و سایر مواردی که نیروهای عظیمی در ارتفاعات پایین اعمال می‌کنند، نمی‌توانند ذراتی را که با آن‌ها تماس داشته‌اند شتاب دهند و به ارتفاعات بالاتر برسانند که بتوانند از زمین خارج شوند.

اما در آن سوی ماجرا، ذراتی که در ارتفاعات بالاتر میان‌سپهر (مزوسفر) و گرم‌سپهر قرار دارند، تحت تأثیر حرارت و نیروی پَسا نیستند یا اگر هم باشند، تأثیر اندکی از آن‌ها می‌پذیرند. به این ترتیب، آریون بِررا می‌گوید که صرفاً اتم‌ها و مولکول‌هایی که در لایه‌های بالاتر اتمسفر هستند می‌توانند به وسیله‌ی برخورد با غبار کیهانی به فضا رانده شوند و شتاب بگیرند.

به احتمال زیاد، سازوکار پرتاب ذرات به فضا، دومرحله‌ای است. ابتدا این ذرات به ارتفاعات پایین‌تر یا بالاتر گرم‌سپهر منتقل می‌شوند و سپس در اثر برخورد سریع با غبار کیهانی، مجدداً به‌شدت شتاب می‌گیرند. آریون بِررا پس از اندازه‌گیری سرعت برخورد غبار کیهانی با اتمسفر زمین، تخمین زد مولکول‌هایی که در ارتفاع ۱۵۰ کیلومتری یا بالاتر سطح زمین هستند، به‌راحتی توسط این غبار به فضا رانده و از محدودیت‌های گرانش زمین رها می‌شوند؛ اما چه اتفاقی برای این مولکول‌ها رخ می‌دهد؟

مولکول‌هایی که به فضا رانده می‌شوند، همچنان در فضای اطراف زمین وجود دارند تا این‌که بالاخره یک سیارک، دنباله‌دار یا شهاب به آن‌ها برخورد کند و آن‌ها را به دیگر سیارات حمل کند. این فرآیند، باعث می‌شود که یک پرسش مهم دیگر ایجاد شود: آیا این مولکول‌ها یا ارگانیسم‌ها می‌توانند در فضا زنده بمانند؟ آن‌طور که آریون بِررا می‌گوید، پیش‌تر مطالعاتی انجام شدند تا امکان زنده ماندن میکروب‌ها را در فضا بررسی کنند. وی در این خصوص می‌گوید:

شاید برخی از این ذرات میکروبی بتوانند به هنگام خروج از زمین زنده بمانند؛ اما پرسش اصلی این است که چگونه آن‌ها می‌توانند در محیط خشن و بی‌رحم فضا زنده بمانند. دانشمندان پیش‌تر اسپورهای باکتری را در قسمت بیرونی ایستگاه فضایی بین‌المللی در ارتفاع ۴۰۰ کیلومتری سطح زمین که در مجاورت فضای خلأ است و تقریباً هیچ آبی وجود ندارد، قرار دادند. در این قسمت، تابش فضایی وجود دارد و دما بین ۱۶۶ درجه سلسیوس (به هنگام حرکت ایستگاه در قسمت روز زمین) و ۱۲۲ درجه سلسیوس (به هنگام حرکت ایستگاه در قسمت شب زمین) متغیر است. تحت این شرایط، اسپورها برای ۱۸ ماه زنده ماندند.

مورد دیگری که آریون بِررا به آن اشاره کرد، کُندروتباران بود. این جانوران هشت‌پای بسیار کوچک آبزی که بسیار سرسخت هستند، با نام خرس آبی نیز شناخته می‌شوند. آزمایش‌هایی که پیش‌تر انجام شده‌اند، نشان دادند که این نمونه‌های خاص، می‌توانند در محیط خشن فضا زنده بمانند و در مقابل تابش و خشکی، به‌شدت مقاوم هستند. با توجه به این تفاسیر، این امکان وجود دارد که چنین ارگانسیم‌هایی در صورت خروج از زمین، بتوانند تا زمانی که به سیاره‌ای دیگر منتقل می‌شوند، همچنان زنده بمانند.

هدف کلی پژوهش انجام‌شده، این است که نشان دهد برخوردهای سیارکی تنها روشی نیست که می‌تواند حیات را بین سیارات منتقل کند. پیش‌تر تنها سازوکاری که می‌توانست فرضیه‌ی پانسپرمیا را توضیح دهد، برخورد سیارکی بود؛ اما اکنون متوجه شده‌ایم که روش‌های دیگری نیز برای انتقال حیات وجود دارند. آریون بِررا در بیانیه‌‌ای رسمی که از سوی دانشگاه ادینبورگ منتشر شد، این چنین گفت:

پیشنهادی که ما ارائه کردیم می‌گوید که غبار فضایی می‌تواند ارگانسیم‌ها را بین فضای میان سیارات حرکت دهد و چشم‌انداز جدیدی از چگونگی سرآغاز حیات و اتمسفر سیارات را ارائه کند. جریانی بسیار سریع از غبار فضایی که بین سیارات وجود دارد، می‌تواند عامل اصلی در تکثیر حیات باشد.

مطالعه‌ی انجام‌شده از سوی آریون بِررا یک چشم‌انداز تازه از فرضیه پانسپرمیا ارائه می‌دهد؛ علاوه بر آن وقتی می‌خواهیم در مورد چگونگی تکامل حیات روی زمین مطالعه کنیم، کمک شایانی به ما می‌کند. اگر مولکول‌های زنده و باکتری به‌طور مداوم از اتمسفر زمین به سمت فضا فرار کنند، آن‌گاه می‌توان گفت که هم اکنون این مولکول‌ها و باکتری‌ها در سرتاسر منظومه‌ی شمسی شناور هستند و حرکت می‌کنند و حتی این امکان وجود دارد که در دنباله‌دارها و سیارک‌ها نیز وجود داشته باشند.

اگر این نمونه‌های بیولوژیکی در دسترس قرار بگیرند و روی آن‌ها مطالعه شود، می‌توانند نقش جدول زمانی تکامل حیات میکروبی روی زمین را ایفا کنند. این امکان وجود دارد باکتری‌هایی که از روزگاری از اتمسفر زمین گریخته‌اند، اکنون در سیاره‌ای دیگر نظیر مریخ باشند. این سیاره‌ها اکنون مستعمره‌هایی هستند که همچون کپسول زمانی عمل می‌کنند و حیاتی را در خود دارند که تاریخچه وجود آن‌ به میلیاردها سال پیش بازمی‌گردد.