اكتشافات جديدة في غيوم كوكب الزهرة: الفوسفين والأمونيا

قبل أربع سنوات، واجه الاكتشاف غير المتوقع في غيوم كوكب الزهرة لغاز يدل على الحياة على الأرض - الفوسفين - جدلاً واسعاً، وتلقى توبيخاً في عمليات الرصد اللاحقة التي فشلت في مطابقة نتائجها.

دليل جديد على وجود الفوسفين في سحب كوكب الزهرة

والآن، عاد الفريق نفسه الذي كان وراء ذلك الاكتشاف بمزيد من الملاحظات التي عُرضت للمرة الأولى في 17 يوليو في اجتماع الجمعية الفلكية الملكية في هال بإنجلترا. وفي نهاية المطاف، ستشكل هذه الملاحظات أساساً لدراسة علمية أو أكثر، وقد بدأ هذا العمل بالفعل.

ويقول الباحثون إن هذه البيانات تحتوي على دليل أقوى على وجود الفوسفين في سحب كوكب الزهرة، أقرب جيراننا من الكواكب. هذا الكوكب الذي يطلق عليه أحياناً التوأم الشرير للأرض، وهو كوكب مشابه لكوكبنا من حيث الحجم، لكنه يتميز بدرجات حرارة سطحه التي يمكن أن تذيب الرصاص، وسحبه المصنوعة من حمض الكبريتيك المسبب للتآكل.

وقد استفاد هذا العمل من جهاز استقبال جديد تم تركيبه على أحد الأجهزة المستخدمة في عمليات الرصد، وهو تلسكوب جيمس كليرك ماكسويل في هاواي، مما أعطى الفريق ثقة أكبر في النتائج التي توصل إليها. وقال ديف كليمنتس، وهو قارئ في الفيزياء الفلكية في إمبريال كوليدج لندن: "هناك أيضًا المزيد من البيانات نفسها".

وأضاف: "لقد أجرينا ثلاث حملات رصد، وفي جولة واحدة فقط، حصلنا على 140 ضعف البيانات التي حصلنا عليها في الاكتشاف الأصلي". "وما حصلنا عليه حتى الآن يشير إلى أننا على اكتشافات الفوسفين."

اكتشاف الأمونيا وأهميتها

قدم فريق منفصل، والذي كان كليمنتس جزءًا منه أيضًا، دليلًا على وجود غاز آخر وهو الأمونيا.

وأضاف: "يمكن القول إن هذا أكثر أهمية من اكتشاف الفوسفين". "نحن بعيدون كل البعد عن قول ذلك، ولكن إذا كانت هناك حياة على كوكب الزهرة تنتج الفوسفين، فليس لدينا أي فكرة عن سبب إنتاجها له. ومع ذلك، إذا كانت هناك حياة على كوكب الزهرة تنتج الأمونيا، فلدينا فكرة عن سبب رغبتها في استنشاق الأمونيا."

علامة على الحياة؟

على الأرض، الفوسفين هو غاز سام كريه الرائحة ينتج عن تحلل المواد العضوية أو البكتيريا، أما الأمونيا فهو غاز ذو رائحة نفاذة يوجد بشكل طبيعي في البيئة وينتج أيضاً في الغالب عن طريق البكتيريا في نهاية عملية تحلل الفضلات النباتية والحيوانية.

"يقول كليمنتس: "لقد تم اكتشاف الفوسفين في الغلاف الجوي لزحل، لكن هذا ليس أمراً غير متوقع، لأن زحل عملاق غازي. "هناك الكثير من الهيدروجين في غلافه الجوي، لذا فإن أي مركبات قائمة على الهيدروجين، مثل الفوسفين أو الأمونيا، هي التي تهيمن هناك."

ومع ذلك، فإن الكواكب الصخرية مثل الأرض والزهرة والمريخ لها غلاف جوي يهيمن فيه الأكسجين على الكيمياء، لأنها لم يكن لديها كتلة كافية للاحتفاظ بالهيدروجين الذي كان لديها عندما تشكلت في الأصل، وقد هرب الهيدروجين.

لذلك فإن العثور على هذه الغازات على كوكب الزهرة أمر غير متوقع. قال كليمنتس: "وفقًا لجميع التوقعات العادية، لا ينبغي أن يكونا هناك". "لقد تم اقتراح كل من الفوسفين والأمونيا كمؤشرات حيوية، بما في ذلك على الكواكب الخارجية. لذا فإن العثور عليهما في الغلاف الجوي لكوكب الزهرة أمر مثير للاهتمام على هذا الأساس أيضاً. عندما نشرنا نتائج الفوسفين في عام 2020، كان ذلك مفاجئًا بشكل مفهوم تمامًا."

طعنت الدراسات اللاحقة في النتائج، مما يشير إلى أن الفوسفين كان في الواقع ثاني أكسيد الكبريت العادي. كما فشلت البيانات المستقاة من أجهزة أخرى غير تلك التي استخدمها فريق كليمنتس - مثل المركبة الفضائية فينوس إكسبريس، ومرفق تلسكوب الأشعة تحت الحمراء التابع لناسا، ومرصد SOFIA المحمول جواً الذي لم يعد موجوداً الآن - في تكرار نتائج الفوسفين.

لكن كليمنتس قال إن بياناته الجديدة، القادمة من مصفوفة أتاكاما المليمترية الكبيرة/المقياس المليمتري الفرعي الكبير أو ALMA، تستبعد أن ثاني أكسيد الكبريت قد يكون ملوثاً وأن عدم وجود الفوسفين من عمليات الرصد الأخرى يرجع إلى التوقيت. وقال: "اتضح أن جميع عمليات الرصد التي رصدت الفوسفين تم التقاطها أثناء انتقال الغلاف الجوي لكوكب الزهرة من الليل إلى النهار"، "وجميع عمليات الرصد التي لم تعثر على الفوسفين تم التقاطها أثناء انتقال الغلاف الجوي من النهار إلى الليل."

خلال النهار، يمكن للأشعة فوق البنفسجية الصادرة من الشمس أن تفكك الجزيئات في الغلاف الجوي العلوي لكوكب الزهرة. وقال كليمنتس: "كل الفوسفين مخبوز بالكامل، ولهذا السبب لا تراه"، مضيفاً أن الاستثناء الوحيد كان مرصد الغلاف الجوي لطبقات الغلاف الجوي لعلم الفلك بالأشعة تحت الحمراء، الذي قام بالمراقبة ليلاً. لكن التحليل الإضافي لتلك البيانات من قبل فريق كليمنتس كشف عن آثار ضعيفة للجزيء، مما يعزز النظرية.

أشار كليمنتس أيضًا إلى بحث غير ذي صلة أجراه فريق بقيادة راكيش موغول، أستاذ الكيمياء الحيوية في جامعة ولاية كاليفورنيا للفنون التطبيقية في بومونا. قام موغول بإعادة تحليل بيانات قديمة من مسبار ناسا الرائد الكبير لكوكب الزهرة، الذي دخل الغلاف الجوي للكوكب في عام 1978.

قال كليمنتس: "لقد أظهر الفوسفين داخل غيوم الزهرة عند مستوى جزء من المليون تقريبًا، وهو بالضبط ما كنا نكتشفه إلى حد كبير". "لذا فقد بدأ الأمر في التماسك، لكننا ما زلنا لا نعرف ما الذي ينتجه."

أكد موغول في رسالة بالبريد الإلكتروني أنه باستخدام بيانات مسبار كوكب الزهرة الكبير بايونيروس، نشر الفريق الذي يقوده موغول في عام 2021 "حالة مقنعة للفوسفين في أعماق طبقة السحب (لكوكب الزهرة)". وقال موغول، الذي لم يشارك في بحث فريق كليمنتس: "حتى الآن، لا تزال تحليلاتنا غير متداولة في الأدبيات". "وهذا يتناقض بشكل حاد مع الملاحظات التلسكوبية، التي لا تزال مثيرة للجدل."

دور الأمونيا في الحياة الميكروبية

قد تكون الأمونيا على كوكب الزهرة اكتشافًا أكثر إثارة للدهشة. قدمت جين جريفز، أستاذة علم الفلك في جامعة كارديف في المملكة المتحدة، هذه النتائج في المحادثات التي جرت في هال في هال، وستكون النتائج أساسًا لورقة علمية منفصلة، باستخدام بيانات من تلسكوب جرين بانك في غرب فيرجينيا.

قال كليمنتس إن غيوم الزهرة مصنوعة من قطرات، لكنها ليست قطرات ماء. يوجد ماء فيها ولكن يوجد فيها أيضًا الكثير من ثاني أكسيد الكبريت المذاب لدرجة أنها تصبح حمض الكبريتيك شديد التركيز - وهي مادة شديدة التآكل يمكن أن تكون مميتة للبشر عند التعرض الشديد لها. وقال: "إنها مركزة للغاية لدرجة أنها، على حد علمنا، لن تكون متوافقة مع أي حياة نعرفها على الأرض، بما في ذلك البكتيريا المتطرفة التي تحب البيئات الحمضية للغاية"، في إشارة إلى الكائنات الحية القادرة على البقاء على قيد الحياة في ظل ظروف بيئية قاسية.

وأضاف كليمنتس أن الأمونيا داخل هذه القطرات من الحمض يمكن أن تعمل كمخفف للحموضة وتخفضها إلى مستوى منخفض بما يكفي لتتمكن بعض البكتيريا الأرضية المعروفة من البقاء على قيد الحياة فيها.

وقال غريفز في محادثات الجمعية الفلكية الملكية: "الشيء المثير وراء ذلك هو إذا كان هناك نوع من الحياة الميكروبية التي تصنع الأمونيا، لأن ذلك سيكون طريقة رائعة لها لتنظيم بيئتها الخاصة". "سيجعل ذلك بيئتها أقل حمضية بكثير وأكثر قابلية للبقاء على قيد الحياة، إلى درجة أنها لن تكون حمضية إلا بقدر حمضية بعض الأماكن الأكثر تطرفاً على الأرض - لذا فهي ليست مجنونة تماماً."

وبعبارة أخرى، فإن دور الأمونيا، بعبارة أخرى، أسهل في التفسير من الفوسفين. قال كليمنتس: "نحن نفهم لماذا قد تكون الأمونيا مفيدة للحياة". "نحن لا نفهم كيف يتم إنتاج الأمونيا، تمامًا مثلما لا نفهم كيف يتم إنتاج الفوسفين، ولكن إذا كان هناك أمونيا، فسيكون لها غرض وظيفي يمكننا فهمه."

ومع ذلك، حذر غريفز من أنه حتى وجود كل من الفوسفين والأمونيا لن يكون دليلاً على وجود حياة ميكروبية على كوكب الزهرة، لأن هناك الكثير من المعلومات المفقودة عن حالة الكوكب. وقالت: "هناك الكثير من العمليات الأخرى التي يمكن أن تحدث، وليس لدينا أي حقيقة على الأرض لنقول ما إذا كانت هذه العملية ممكنة أم لا"، في إشارة إلى الأدلة الدامغة التي لا يمكن أن تأتي إلا من الملاحظات المباشرة من داخل الغلاف الجوي للكوكب.

وتتمثل إحدى طرق إجراء مثل هذه الملاحظات في إقناع وكالة الفضاء الأوروبية بتشغيل بعض الأجهزة على متن مسبار "مستكشف أقمار المشتري الجليدية" - وهو مسبار في طريقه إلى نظام المشتري - عندما يحلق بجوار كوكب الزهرة في وقت ما من العام المقبل. ولكن حتى البيانات الأفضل ستأتي من مسبار دافينسي، وهو مسبار مداري ومسبار للغلاف الجوي تخطط ناسا لإطلاقه إلى كوكب الزهرة في أوائل ثلاثينيات القرن العشرين.

تفاؤل حذر حول الاكتشافات الجديدة

قال غافيير مارتن-توريس، أستاذ علوم الكواكب في جامعة أبردين في المملكة المتحدة، إن البيانات الجديدة حول الفوسفين والأمونيا مثيرة للاهتمام من منظور علمي، لكنها تدعو إلى التفاؤل الحذر. وقد قاد دراسة نُشرت في عام 2021 طعنت في نتائج الفوسفين وافترضت أن الحياة غير ممكنة في سحب كوكب الزهرة.

وقال مارتين-توريس في رسالة بالبريد الإلكتروني: "أكدت ورقتنا البحثية على الظروف القاسية وغير المضيافة على ما يبدو في الغلاف الجوي لكوكب الزهرة". "إن اكتشاف الأمونيا، التي يمكن أن تعادل سحب حمض الكبريتيك، والفوسفين، وهو علامة حيوية محتملة، يتحدى فهمنا ويشير إلى أن العمليات الكيميائية الأكثر تعقيدًا قد تكون في اللعب. من المهم أن نتعامل مع هذه النتائج من خلال تحقيق علمي دقيق وشامل."

وأضاف أن هذه النتائج تفتح آفاقًا جديدة للبحث، ولكن من الضروري التعامل معها بجرعة صحية من الشك. وقال إنه في حين أن اكتشاف الفوسفين والأمونيا في سحب كوكب الزهرة أمر مثير، إلا أنه مجرد بداية لرحلة أطول لكشف ألغاز الغلاف الجوي لهذا الكوكب.

وقالت الدكتورة كيت باتل، المحاضرة في قسم الفيزياء وعلم الفلك في كلية لندن الجامعية، إن فهم العلماء الحالي لكيمياء الغلاف الجوي لكوكب الزهرة لا يمكن أن يفسر وجود الفوسفين. وقالت باتل في رسالة بالبريد الإلكتروني: "من المهم أن نلاحظ أن الفريق الذي يقف وراء قياسات الفوسفين لا يدعي أنه وجد حياة على كوكب الزهرة". "إذا كان الفوسفين موجودًا بالفعل على كوكب الزهرة، فقد يشير ذلك إلى وجود حياة، أو قد يشير إلى وجود كيمياء في الغلاف الجوي لكوكب الزهرة لم نفهمها بعد."

وأضافت باتل أن اكتشاف الأمونيا سيكون مثيرًا إذا تم تأكيده، لأن الأمونيا وحمض الكبريتيك لا ينبغي أن يكونا قادرين على التعايش دون أن تكون هناك عملية ما - سواء كانت بركانية أو بيولوجية أو شيء لم يتم النظر فيه بعد - تقود إنتاج الأمونيا نفسها.

وشددت على أن كلتا هاتين النتيجتين أولية فقط وستتطلبان تأكيداً مستقلاً، لكنها تجعل البعثات القادمة إلى كوكب الزهرة مثل مستكشف أقمار المشتري الجليدية ودافينسي مثيرة للاهتمام، كما ختمت حديثها.

وقالت باتل: "قد تقدم هذه البعثات إجابات على الأسئلة التي أثارتها الملاحظات الأخيرة"، وأضافت: "ستعطينا بالتأكيد رؤى جديدة رائعة حول الغلاف الجوي لأقرب جار لنا وقدرته على إيواء الحياة".