برخورد دنباله‌دارها با زمین؛ چرا این نظریه مشهور درباره پیدایش حیات زیر سؤال رفت؟

به گزارش مجله خبری نگار،  در شرایطی که دهه‌ها تصور می‌شد بذر حیات توسط گلوله‌های برفی کیهانی بر زمین باریده است، شبیه‌سازی‌های پیشرفته اخترفیزیکی از نادرستی این سناریوی بنیادین پرده برداشته‌اند.

فرضیه انتقال پیش‌ساز‌ها و بلوک‌های سازنده حیات از طریق برخورد دنباله‌دارها، برای دهه‌ها یکی از نظریه‌های پرطرفدار و کلیدی در میان اخترفیزیک‌دانان و کیهان‌شناسان بوده است. این فرضیه از آنجا تقویت می‌شد که بررسی‌های طیف‌سنجی همواره حضور مولکول‌های پیچیده کربنی و مواد آلی را در این گلوله‌های یخی فضایی تایید کرده‌اند. با این حال، نتایج یک مطالعه تازه که توسط پژوهشگران دانشگاه کمبریج انجام شده، این دیدگاه پذیرفته‌شده را با تردید‌هایی جدی روبه‌رو ساخته و نشان می‌دهد انتقال این مولکول‌ها به زمین در بهترین حالت یک «شانس تصادفی و تکرارنشدنی» بوده، نه بارش مداوم و مستمر مواد زیستی که دانشمندان در قرن اخیر تصور می‌کردند.

بر اساس این تحقیق نوین که در نشریه معتبر سایتنتیفیک ریپورتس (Scientific Reports) به چاپ رسیده است، داده‌های حاصل از مدل‌سازی‌های رایانه‌ای نشان می‌دهند دنباله‌دار‌ها با سرعتی فراتر از حد تحمل و با زاویه‌ای بسیار حاد وارد جو کره زمین شده‌اند. این شدت و زاویه تند موجب ایجاد اصطکاک شدید، افزایش تصاعدی دما و در نهایت نابودی ترکیبات آلی شکننده می‌شده است؛ به طوری که این ترکیبات در بدو ورود یا در لحظه اصابت به سطح سیاره، به احتمال قریب به یقین به طور کامل تبخیر و تجزیه شده‌اند.

دکتر ریچارد انزلو، پژوهشگر ارشد موسسه ستاره‌شناسی کمبریج و سرپرست این پروژه، در این رابطه تصریح می‌کند: «از لحاظ تاریخی، دانشمندان بر این باور بودند که دنباله‌دار‌ها نقشی اساسی در پیدایش حیات بر روی زمین داشته‌اند؛ زیرا حاوی ترکیبات حیاتی بر پایه کربن و نیتروژن بودند. بنابراین، این گلوله‌های برفی عظیم کیهانی همچون یک کارت برنده و معجزه‌آسا به نظر می‌رسیدند که تمام مواد مورد نیاز برای بذرپاشی حیات را به یک سیاره منتقل می‌کردند. این تصوری جذاب و تا حدی رمانتیک در علم نجوم بود، اما مدل‌سازی‌های دقیق ما نشان می‌دهد چنین رخدادی در عمل بسیار غیرمحتمل بوده است.»

آزمودن فرضیه جهش دنباله‌دار‌ها در منظومه شمسی

جرقه این ارزیابی جدید از ایده‌ای در سال ۲۰۲۳ میلادی آغاز شد. در آن دوره، انزلو و تیمی از پژوهشگران فرضیه‌ای را مطرح کردند که بر اساس آن، در منظومه‌هایی با سیارات فشرده و فاصله‌های مداری نزدیک، ممکن است دنباله‌دار‌ها حین عبور از نزدیکی سیاره‌ها اصطلاحاً دستخوش جهش گرانشی شوند؛ امری که می‌توانست سرعت حرکت آنها را به تدریج کاهش دهد تا بار مولکولی ظریف خود را سالم به مقصد برسانند.

تیم دانشگاه کمبریج با تکیه بر یافته‌های جدید، این پرسش را مطرح ساخت که آیا چنین سازوکاری در نخستین سده‌های شکل‌گیری منظومه شمسی ما نیز امکان‌پذیر بوده است. پژوهشگران با تجمیع پیشرفت‌های اخیر در شبیه‌سازی اثرات برخورد، فعل و انفعالات هیدرودینامیکی با جو زمین و مدل‌سازی دینامیکی مدارها، وضعیت اولیه کره زمین را با دقتی بی‌سابقه شبیه‌سازی کردند. نتیجه نهایی مشخص کرد اگرچه احتمال وقوع چنین رخدادی روی کاغذ به صفر مطلق نمی‌رسد، اما از منظر محاسباتی فوق‌العاده دور از ذهن است.

محور تمرکز این مدل‌سازی بر ماده «هیدروژن سیانید» (HCN) قرار داشت؛ مولکولی که نقشی حیاتی در شیمی پری‌بیوتیک (پیشازیستی) بازی می‌کند و به وفور در ساختار دنباله‌دار‌های منظومه خورشیدی رصد می‌شود. نتایج شبیه‌سازی نشان داد حتی اگر فرض کنیم بخشی از این مولکول‌ها از آتش برخورد با جو و سطح زمین جان سالم به در می‌بردند، رساندن مقادیری با غلظت کافی برای کلید زدن فرآیند‌های شیمیایی اولیه عملاً ناممکن بوده است.

در ۵۰۰ میلیون سال نخست حیات منظومه شمسی، آهنگ اصابت این اجرام به زمین با شیبی تند کاهش یافت و در این بازه، فرصت‌های محدودی برای انتقال هیدروژن سیانید وجود داشت. افزون بر این، حتی در صورت نشست این ماده بر سطح سیاره، غلظت لازم در محیط دوام نمی‌آورد و هر واکنش بیوشیمیایی باید با سرعتی غیرعادی رخ می‌داد که از نظر فیزیوشیمی بسیار نامحتمل ارزیابی می‌شود.

دکتر انزلو می‌افزاید: «این رویداد به یک شانس یک در میلیونی شبیه است. شما نه تنها به برخوردی با زاویه و سرعتی کاملاً محاسبه شده و دقیق نیاز دارید، بلکه باید تمام شرایط پس از برخورد نیز، از حیث غلظت لازم و سرعت شکل‌گیری زنجیره شیمیایی، بدون کوچک‌ترین اختلالی مهیا باشد. ما نمی‌توانیم این سناریو را به طور مطلق رد کنیم، اما وقوع آن بیشتر شبیه به یک پدیده استثنایی و یک‌باره بوده است.»

خاستگاه واقعی بذر حیات کجاست؟

با کم‌رنگ شدن نقش دنباله‌دارها، این معما مطرح می‌شود که سنگ‌بنای شکل‌گیری نخستین موجودات زنده از کجا سرچشمه گرفته است. دانشمندان کمبریج در پاسخ به چند سناریوی محتمل‌تر اشاره می‌کنند. از یک سو، ممکن است سیارک‌ها منبع اصلی این مواد بوده باشند؛ اجرامی سنگی که با سرعتی کمتر و به تعداد بسیار بیشتری نسبت به دنباله‌دار‌ها با زمین اولیه برخورد می‌کردند.

از سوی دیگر، این فرضیه قوت می‌گیرد که مواد آلی اولیه نه از اعماق فضا، بلکه بر اثر فرآیند‌های درون‌زای جوی و زمین‌شناختی در بستر اقیانوس‌ها، آتشفشان‌ها یا دهانه‌های گرمابی خود زمین تولید شده باشند. با وجود رد این مکانیسم برای زمین، محققان متوجه نکته جالب دیگری شدند: مریخ گزینه‌ای به مراتب مساعدتر برای دریافت این محموله‌های کیهانی بوده است. سیاره سرخ به دلیل جرم کمتر، گرانش پایین‌تر و داشتن اتمسفری نازک‌تر، مقاومت و گرمای اصطکاکی کمتری ایجاد می‌کرده است.

در دوران اوج رفت‌وآمد دنباله‌دارها، مواد شیمیایی می‌توانستند بدون تخریب کامل به سطح مریخ برسند. انزلو در این باره خاطرنشان می‌کند که احتمال این رخداد در مریخ بیشتر از زمین است، هرچند احتمال ناکامی این فرآیند در هر دو سیاره همچنان سناریوی قوی‌تری تلقی می‌شود.

یافته‌های این پژوهش نقشه راه ارزشمندی برای ستاره‌شناسان در جست‌وجوی نشانه‌های زیستی در سیارات فراخورشیدی فراهم می‌سازد. در آینده نزدیک و با آغاز فعالیت تلسکوپ‌های نسل بعد، نظیر «رصدخانه عوالم زیست‌پذیر» که جایگزین جیمز وب خواهد شد، دانشمندان می‌توانند بررسی‌های خود را مستقیماً بر منظومه‌هایی متمرکز کنند که ساختار فشرده مداری آنها امکان آرام‌سازی سرعت دنباله‌دار‌ها و فرود امن مولکول‌های آلی را در عمل فراهم می‌آورد.