شاید اکسیژن بهترین نشانه حیات در دیگر سیاره ها نباشد!

همواره شنیده ایم که یافتن اکسیژن، آن هم در سیاره هایی که خارج از منظومه شمسی هستند، نشانه ای برای وجود حیات در آن سیاره است.

روی کره زمین، ارگان هایی که وظیفه فتوسنتز را انجام می دهند، کربن دی اکسید، نور خورشید و آب را جذب نموده و قند و نشاسته را تولید و جایگزین آن ها می کند. در این میان اکسیژن محصول جانبی چنین پروسه ای است؛ بنابراین ما انسان ها اگر بتوانیم اکسیژن را در مکان دیگری مشاهده کنیم، ما را هیجان زده می کند.

چنانچه بتوانیم سایر مسیرهایی که از طریق آن اکسیژن تولید می شود را نادیده بگیریم، آنچه که ذکر شد تنها نشانه حیات در سیارات خواهد بود؛ اما دانشمندان نمی توانند آن مسیرها را نادیده بگیرند.

همانگونه که از وجود حیات جانداران روی کره خاکی پیداست، سیاره زمین از اکسیژن اشباع شده است. به عبارت دقیق تر، 46 درصد از پوسته زمین و تقربباً با همین درصد از گوشته زمین را در بر گرفته است. همچنین 20 درصد از اتمسفر سیاره زمین نیز از اکسیژن تشکیل شده است.

حضور اکسیژن از رویداد بزرگ اکسیژنی ( GOE ) یا همان انقلاب اکسیژنی سرچشمه گرفته که قدمت آن به حدود دو میلیارد سال پیش باز می گردد. توضیح آن که سیانوباکتری های دوران کهن (شاخه ای از باکتری ها) رنگدانه هایی را در طول زمان تکامل داده اند که نور خورشید را جذب کرده و در فرآیند فتوسنتز استفاده می شود. در این فرآیند، اکسیژن ضایعات تولید شده فتوسنتز است و ارگان های حیاتی چند میلیارد سال زمان برای تولید اکسیژن در اتمسفر، پوسته و گوشته زمین داشته اند.

بنابر توضیحات بالا، دانشمندان معتقدند اگر اکسیژن در جوّی که خارج از منظومه شمسی است، وجود داشته باشد، این خود نشان می دهد که در آنجا حیات وجود دارد. ساده ترین نوع حیات شاید بتواند در حبابی که از اقیانوس خارج می شود باشد که نور خورشید را جذب کرده اکسیژن را به بیرون پرتاب می کند. اما تحقیقات اخیر منشائی از اکسیژن را شناسایی کرده است که الزاماً به معنای وجود حیات نیست. این مقاله تحقیقاتی با عنوان "تولید اکسیژن مولکولی غیر زنده با مسیر یونی از دی اکسید گوگرد" است که در مجله ساینس ادونسز منتشر شده که نویسنده اصلی آن مانس والنر، دانشجوی دکترای فیزیک در دانشگاه گوتنبرگ سوئد است.

دی اکسید گوگرد، منشائی از اکسیژن

محققان یک منشائی از اکسیژن کشف کرده اند که از دی اکسید گوگرد به دست می آید. گوگرد در اجرام آسمانی نادر است، و از آنجایی که آتشفشان ها گوگرد تولید کرده و آن را به درون جوّ پمپ می کنند، سیارات فراخورشیدی که دارای آتشفشان هستند ممکن است در خود اکسیژن داشته باشند؛ فلذا می توان نتیجه گرفت که وجود چنین اکسیژنی الزاما مفهومی به نام حیات و زندگی را در بر نمی گیرد.

با این حال، تابش پر انرژی از یک ستاره می تواند مولکول دی اکسید گوگرد را یونیزه کند. فرمول شیمیایی دی اکسید گوگرد SO2 است. زمانی که این مولکول یونیزه می شود، مجددا خود را از نو تنظیم می کند. پس از این پروسه، مولکول دی اکسید گوگرد حاوی «سیستم دارای بار مضاعف مثبت» می شود. پس از این اتفاق، همانگونه که در شکل زیر پیداست، مولکول دارای ساختار خطی می گردد، به این صورت که دو اتم اکسیژن در کنار یکدیگر و نیز اتم گوگرد در انتهای آن همگی در یک خط قرار می گیرند. به چنین حالتی رومینگ گفته می شود؛ یعنی حالتی که اتم های اکسیژن این قابلیت را پیدا می کنند که آزادانه در لایه های الکترونی واکنش پذیر وارد شده تا در ترکیبات جدید مستقر شوند. به عبارتی، طبق گفته والنر «یونیزه شدن مضاعف ساختار مولکول، موجب می شود الکترون های درون مولکول خارج شده و این پدیده منجر به تغییر زاویه بین اتم ها در مولکول می گردد.»

بنابراین، طبق مباحث پیش گفته رومینگ می تواند اتفاق بیافتد؛ یعنی اتم ها مکان خود را تغییر داده و در نهایت مولکول شکل کاملاً جدیدی به خود می گیرد.

نکته حائز اهمیت آن است که اجزاء تشکیل دهنده مولکول ممکن است دوباره به SO2 تبدیل نشود و در عوض، اتم گوگرد تجزیه شده و یک مولکول ساده اکسیژن با بار مثبت باقی می ماند. پس از این واقعه بار مثبت مولکول اکسیژن با جذب یک الکترون از مولکول دیگر خنثی شده و در نهایت اکسیژن مولکولی (O2) باقی می ماند؛ همان چیزی که برای ادامه حیات بر روی زمین ضروری است.

این نحوه تولید اکسیژن می تواند توضیحی بر دلیل وجود اکسیژن در مکان هایی که پدیده رومینگ در آن رخ می دهد، باشد. از جمله می توان به سه قمر سیاره مشتری یعنی آیو، جَنی مدِ و یوروپا اشاره نمود. هر سه قمر در جو خود دارای اکسیژن بوده و در همه آنها پدیده رومینگ می تواند دلیل وجود اکسیژن در آن باشد.

قمر آیو آتشفشانی ترین مکان در منظومه شمسی است؛ بنابراین حیات در آنجا منتفی است. از طرفی هرچند دو قمر جنی مد و یوروپا نیز دارای اقیانوس هایی هستند و بر اساس آن می توان احتمال حیات کنار آن اقیانوس ها را داد، اما باید توجه داشت که چنین حیاتی نمی تواند اکسیژنی که در زمین برای ادامه زندگی وجود دارد، در جو خود داشته باشد. البته توضیح دیگری نیز در رابطه با اکسیژن های موجود در سه قمر ذکر شده لازم می آید. لازم به ذکر است محققان، از جمله رایموند فایفل، معتقدند این نحوه تولید اکسیژن روی کره زمین نیز قابلیت تحقق دارد.

این نحوه تولید اکسیژن یونیزه شده می تواند برای سایر مولکول ها نیز اتفاق بیافتد؛ که این فرضیه مدنظر پژوهش های پیش روی محققین خواهد بود، چرا که محققان در صدد آن هستند که بدانند مولکول هایی مانند کربن دی سلنید به یونیزه شدن مضاعف نیازمند هستند یا خیر.

از سوی دیگر، محققان به منشائی از اکسیژن های غیربیولوژیک دست یافته اند. این موضوع در مقاله ای که در سال 2014 منتشر گردیده، اشاره شده است. به عنوان مثال این مقاله به این موضوع اشاره دارد که زمانی اکسیژن از دی اکسید کربن استخراج می شود که در معرض تابش فرابنفش قرار گیرد.

چنین یافته ای می تواند نشان دهد که چگونه زمین پیش از رویداد بزرگ اکسیژنی ( GOE ) حاوی اکسیژن در جو خود بوده است. به عبارتی، از آنجایی که اکسیژن بسیار واکنش پذیر است، باید منشائی که با آن واکنش دهد وجود داشته باشد؛ بنابراین نحوه های دیگر تولید اکسیژن که بخشی از آن در بالا گفته شد، پاسخگوی این واکنش پذیری هستند.

لازم به ذکر است تلسکوپ فضایی جیمز وب بخشی از پیش زمینه های این تحقیق است. بررسی جو سیارات خارج از سیاره منظومه شمسی بخشی از اهداف ساخت تلسکوپ بوده و بر همین اساس این تلسکوپ مجهز به ابزار قدرتمند مادون قرمز گردیده است تا به وسیله آن بتواند ترکیبات شیمیایی موجود در جو سیارات خارج از منظومه شمسی را آشکار سازد.

اگر تلسکوپ جیمز وب بتواند اکسیژن یافت کند، چنین چیزی برای محققین و مردم می تواند جذاب باشد، اما باید این موضوع را همواره در نظر داشت که شاید اکسیژن بهترین نشانه حیات در دیگر سیاره ها نباشد و بیش از آن که حیات در سایر سیارات باشد، اکسیژن وجود دارد.