โลกเป็นที่พักพิงของสิ่งมีชีวิต การเปลี่ยนแปลงของชั้นบรรยากาศโลกในช่วงฤดูกาลต่าง ๆ จึงเป็นสิ่งสำคัญที่ส่งผลต่อสิ่งมีชีวิตบนโลก ปัจจุบันเราสามารถใช้การศึกษาฤดูกาลบนโลก เพื่อนำไปค้นหาสิ่งมีชีวิตบนดาวเคราะห์ดวงอื่น ๆ ได้หรือไม่?
ความเอียงของโลกเป็นสาเหตุของการเกิดฤดูกาลซึ่งมีการเปลี่ยนแปลงของก๊าซในบรรยากาศที่แตกต่างกัน ดังนั้นรูปแบบที่น่าสนใจคือสภาพอากาศส่งผลต่อการปรากฏตัวของสิ่งมีชีวิตบนดาวเคราะห์ที่อยู่นอกระบบสุริยะของเราหรือไม่ (ภาพโดย NASA)
การค้นหาสิ่งมีชีวิตนอกโลกของเราส่วนใหญ่มุ่งเน้นไปที่การระบุลักษณะทางชีวภาพ เช่น การพบก๊าซมีเทนหรือออกซิเจนปริมาณมากในบรรยากาศดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ ที่นำไปสู่การคาดเดาถึงลักษณะของสิ่งมีชีวิตบนดาวเคราะห์นั้น แต่วิธีการนี้ยังมีความไม่แน่นอนอยู่มาก เนื่องจากอาจถูกรบกวนด้วยกระบวนการอื่นๆได้ง่าย หนึ่งในนั้นคือกระบวนการทางเคมีจากภายในดาวเคราะห์ที่ปล่อยก๊าซเหล่านี้ออกมา และศักยภาพของเครื่องมือที่ยังไม่สามารถตรวจพบสิ่งมีชีวิตเหล่านั้นได้โดยตรง
ระดับคาร์บอนไดออกไซด์ (ด้านบน) และมีเทน (ด้านล่าง) ในบรรยากาศของโลกมีความแตกต่างกันตามช่วงฤดูกาลที่ได้จากข้อมูลจากห้องปฏิบัติการวิจัยของ NOAA ( โอลสันและคณะ ปี ค.ศ. 2018 )
แนวคิดเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงตามฤดูกาลในบรรยากาศของดาวเคราะห์ของเราเนื่องจากความเอียงของโลกมีความสัมพันธ์กับกระบวนการทางชีวภาพต่าง ๆ บนโลก เนื่องจากพืชพันธุ์บนโลกของเรามีการสังเคราะห์แสงอยู่จำนวนมาก ดังนั้นปริมาณแสงแดดที่มีอยู่ตามฤดูกาลจะควบคุมการเปลี่ยนก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ไปเป็นออกซิเจน ซึ่งทำให้ลักษณะเด่นในบรรยากาศของเราเปลี่ยนแปลงไปในทุก ๆ ปี และการสังเคราะห์แสงไม่ได้เป็นเพียงสาเหตุหลักเท่านั้น ลักษณะทางชีวภาพอื่น ๆ ก็มีการเปลี่ยนแปลงตามฤดูกาลเช่นกัน เนื่องจากอุณหภูมิพื้นผิวโลกของเราเปลี่ยนแปลงตลอดทั้งปี เช่น อัตราการเปลี่ยนแปลงทางชีวภาพ ความสามารถในการละลายน้ำของก๊าซ การควบแน่นของไอน้ำในชั้นบรรยากาศที่อยู่ภายใต้แรงโน้มถ่วง และประเด็นอื่น ๆ ทั้งหมดจึงช่วยสนับสนุนแนวคิดนี้
ถ้าเราตั้งคำถามง่าย ๆ ว่า “ถ้าบรรยากาศของเรามีความแตกต่างกันอย่างชัดเจนในลักษณะที่แสดงถึงพฤติกรรมของสิ่งมีชีวิตบนโลก เราสามารถค้นหารูปแบบที่คล้ายคลึงกันบนดาวเคราะห์ดวงอื่นได้หรือไม่?”
แผนผังนี้แสดงให้เห็นว่าระดับออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศมีความแตกต่างกันอย่างไรเมื่อเทียบกับช่วงฤดูกาลด้วยแสงแดดที่เพิ่มขึ้นในช่วงฤดูร้อนทำให้เกิดการเปลี่ยนก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เป็นออกซิเจนมากขึ้น (โอลสันและคณะ ปี ค.ศ. 2018)
เพื่อตอบคำถามนี้ทีมนักวิจัยได้ร่วมกันตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงของบรรยากาศในหลายๆ รูปแบบ ได้แก่ ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ มีเทน โมเลกุลออกซิเจน และโอโซน พบว่าสามารถตรวจวัดความเข้มของสเปกตรัมสารโอโซนในช่วงรังสีอัลตราไวโอเลต ซึ่งอาจแปรผันตามการเปลี่ยนแปลงของโมเลกุลออกซิเจนตามฤดูกาล รูปแบบนี้จะเป็นตัวบ่งชี้ถึงลักษณะเด่นของสิ่งมีชีวิต
ปริมาณของออกซิเจนตามฤดูกาลสร้างความแตกต่างที่สังเกตได้ในความลึกของเส้นสเปกตรัมโอโซนบนดาวเคราะห์ที่มีสภาวะที่เหมาะสม (โอลสันและคณะ ปี ค.ศ. 2018)
การค้นพบรูปแบบดังกล่าวในบรรยากาศของดาวเคราะห์ที่อยู่ห่างไกลเราอาจต้องใช้การถ่ายภาพสเปกตรัมจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์และนำมาวิเคราะห์ข้อมูลของดาวเคราะห์ในวงโคจรนั้นได้ ทีมวิจัยยืนยันว่าภารกิจการถ่ายภาพดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะด้วยเทคโนโลยีใหม่ที่กำลังจะมาถึง เช่น LUVOIR และ HabEx รวมถึงการสังเกตการณ์ในช่วงคลื่นรังสีอัลตราไวโอเลต แล้วนำมาสร้างแบบจำลองที่มีรายละเอียดมากขึ้น จะสามารถตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงตามฤดูกาลได้ และนำเสนอเทคนิคเพิ่มเติมที่น่าสนใจในการสำรวจต่อไปในอนาคต
เรียบเรียงโดย
วทัญญู แพทย์วงษ์
• Stephanie L. Olson et al 2018 ApJL 858 L14. doi:10.3847/2041-8213/aac171
• Identifying Planetary Biosignature Impostors: Spectral Features of CO and O4 Resulting from Abiotic O2/O3 Production doi: 10.3847/2041-8205/819/1/L13
• Abiotic O2 Levels on Planets around F, G, K, and M Stars: Possible False Positives for Life? doi: 10.1088/0004-637X/812/2/137
• Abiotic Ozone and Oxygen in Atmospheres Similar to Prebiotic Earth doi: 10.1088/0004-637X/792/2/90
• Pale Orange Dots: The Impact of Organic Haze on the Habitability and Detectability of Earthlike Exoplanets doi: 10.3847/1538-4357/836/1/49
• A Biomass-based Model to Estimate the Plausibility of Exoplanet Biosignature Gases doi: 10.1088/0004-637X/775/2/104
• Stability of CO2 Atmospheres on Desiccated M Dwarf Exoplanets doi: 10.1088/0004-637X/806/2/249