سيناريو محتمل مُفضّل لحدث التأكسد العظيم على الكواكب الخارجية حول النجوم من الفئة M مع مثال TRAPPIST-1e

طريق أسرع إلى عوالم صالحة للتنفس

على الأرض استغرق تكوين غلاف جوي غني بالأكسجين مليارات السنين، مما مهد الطريق للحيوانات والحياة المعقدة. يسأل هذا البحث عما إذا كانت بعض الكواكب البعيدة قد تصل إلى هذه الحالة الصالحة للحياة في وقت أقرب بكثير. من خلال التركيز على TRAPPIST‑1e، كوكب بحجم الأرض يدور حول نجم أحمر صغير قريب، يستكشف المؤلفون كيف يمكن لضوء النجم وكيمياء الغلاف الجوي أن يسرّعا — أو يبطئا — ارتفاع مستوى الأكسجين، وكيف قد تتمكن التلسكوبات المستقبلية من رصد مثل هذا التحول من بعيد.

من تحول بطيء على الأرض إلى سماء غنية بالأكسجين

يمثل «حدث التأكسد العظيم» على الأرض قبل نحو 2.4 مليار سنة المرة الأولى التي تراكم فيها الأكسجين بشكل كبير في هوائنا. رغم أن الميكروبات التي تنتج الأكسجين عن طريق التمثيل الضوئي ظهرت سابقًا، ظل الأكسجين نادرًا لمئات الملايين من السنين. تُشير الأدلة الجيولوجية في الصخور القديمة، إلى جانب نماذج الحاسوب، إلى أن هذا التأخير كان مرتبطًا بتوازن حساس: كان يجب أن يُنتَج الأكسجين بسرعة كافية وأن يُزال ببطء كافٍ لكي ينتقل الغلاف الجوي من فقير إلى غني بالأكسجين. وكان المذنب الرئيسي في إزالة الأكسجين هو الميثان، وهو غاز بسيط يحتوي على الكربون يتفاعل مع الأكسجين عبر سلسلة من الخطوات الكيميائية السريعة.

كيف يغيّر النجم الأحمر الكيمياء

يدور TRAPPIST‑1e حول نجم قزم مِرِّي من فئة M — أصغر وأكثر برودة وحمرة مقارنةً بشمسنا. تصدر مثل هذه النجوم ضوءًا بمزيج مختلف جدًا من الأطوال الموجية، وخاصة في نطاق الأشعة فوق البنفسجية التي تقود كيمياء الغلاف الجوي. باستخدام نموذج مفصّل للمناخ والكيمياء، يعامل المؤلفون TRAPPIST‑1e كـ «أرض مبكرة في نظام آخر»، مانحينها غازات مشابهة لكنها مغمورة بضوء TRAPPIST‑1. يجدون أن إنتاج الأشعة فوق البنفسجية لهذا النجم الأحمر يفضّل تكوّن الأوزون، الجزيء المكوّن من ثلاث ذرات أكسجين والذي يشكل طبقة واقية عالية الارتفاع. على TRAPPIST‑1e تظهر هذه الطبقة الأوزونية عند مستويات أكسجين أقل بكثير مما كانت عليه على الأرض، وتصبح أكثر سمكًا بصورة عامة.

الأوزون كدرع ومُعزّز للأكسجين

يفعل الأوزون أكثر من حجب الأشعة فوق البنفسجية الضارة — إنه يعيد تشكيل سرعة تدمّر الأكسجين. على الأرض المبكرة، تفاعل الميثان مع الأكسجين عبر سلسلة تفاعلات تُغذّيها جذور حرة عالية التفاعل مثل OH. تُظهر المحاكاة الجديدة أنه على كوكبَي الأرض وTRAPPIST‑1e تتكوّن العديد من هذه الجذور الحرة عندما يكسر ضوء الشمس بيروكسيد الهيدروجين ومركبات أخرى عند أطوال موجية فوق بنفسجية محددة. مع تراكم الأوزون، يمتص نفس ضوء الأشعة فوق البنفسجية ذلك، قاطعًا الإمداد الرئيسي للجذور الحرة ومبطئًا تدمّر الميثان للأكسجين. هذا يخلق حلقة تغذية راجعة إيجابية: أوزون أكثر يعني جذورًا حرة أقل، ما يعني خسارة أكسجين أقل، مما يسمح للأكسجين — وبالتالي الأوزون — بالصعود إلى مستويات أعلى.

قفزة أسرع إلى عالم غني بالأكسجين

لأن طيف TRAPPIST‑1 يعزّز تكوّن الأوزون بكفاءة، تبدأ هذه التغذية الراجعة الموجبة عند مستويات أكسجين أقل مما حدث على الأرض. في السيناريو النموذجي، إذا احتضنت TRAPPIST‑1e حياة شبيهة بالأرض تُنتج الأكسجين بمعدلات مماثلة، فإن غلاف الكوكب الجوي قد «ينقلب» إلى حالة غنية بالأكسجين قبل نحو مليار سنة تقريبًا من زمن انقلاب غلاف الأرض. تُظهر الدراسة أيضًا أن مصادر أكسجين غير حيوية متواضعة — مثل الفقد البطيء للماء إلى الفضاء في فترات مبكرة من تاريخ الكوكب — قد تكون كافية لإطلاق هذا الصعود الذاتي على TRAPPIST‑1e، رغم أن نفس التدفق لم يكن ليكفي على الأرض. جوهريًا، حول بعض النجوم الحمراء قد تكون الغلافات الجوية مُميّلة طبيعيًا نحو التأكسد.

رصد الأكسجين البعيد مع تلسكوب جيمس ويب

إذا شهدت TRAPPIST‑1e مثل هذا التأكسد السريع، هل يمكننا اكتشافه من هنا؟ يستخدم الفريق نماذجهم الجوية لمحاكاة ما سيراه تلسكوب جيمس ويب (JWST) عندما يمر الكوكب أمام نجمه. لأن الأوزون أكثر وفرة في سيناريو TRAPPIST‑1e لديهم مقارنةً بحالة شبيهة بالأرض، تبرز بصماته الطيفية — انخفاضات طفيفة في ضوء النجم عند أطوال موجية تحتحمر محددة — بشكل أقوى. يجدون أن أحد خطوط الأوزون قرب 4.6 ميكرومتراً، القابل للرصد بواسطة جهاز NIRSpec على متن JWST، قد يُكتشف بعد بضعة عشرات من العبور المتكرر، وهو عدد أقل بكثير من التقديرات السابقة التي اعتمدت على سمة أضعف عند 9.7 ميكرومتراً.

ماذا يعني هذا للحياة حول النجوم الحمراء

بالنسبة لغير المختصين، الخلاصة أن ليس كل الكواكب الصالحة للسكن متساوية. حول بعض الأقزام الحمراء، يمكن للون النجم وقوته أن يجعل من الأسهل لعالم أن يبني طبقة أوزون سميكة ويحتفظ بالأكسجين، قبل أن تتمكن الأرض من تحقيق نفس الإنجاز. ذلك قد يمنح الحياة المعقدة التي تتنفس الأكسجين أفضلية زمنية على مثل هذه الكواكب. في الوقت نفسه، يمكن للأوزون القوي أن يكون واقيًا لكنه قد يكون مضراً على السطح أيضًا، وما تزال احتمالات التمثيل الضوئي تحت شموسٍ حمراء غير مؤكدة. مع ذلك، يقترح هذا العمل أن أنظمة قريبة مثل TRAPPIST‑1 تُعد أهدافًا واعدة في البحث عن عوالم بعيدة ربما تكون قد اتخذت بالفعل الخطوة الحاسمة نحو غلاف جوي غني بالأكسجين وملائم للحياة.

الاستشهاد: Jaziri, A.Y., Carrasco, N. & Charnay, B. Possible favored great oxidation event scenario on exoplanets around M-stars with the example of TRAPPIST-1e. Sci Rep 16, 6322 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37144-3

الكلمات المفتاحية: TRAPPIST-1e, الأوزون, حدث التأكسد العظيم, نجوم قزمة حمراء (M), غلافات جوية للكواكب الخارجية