การศึกษาชั้นบรรยากาศของโลกยุคโบราณ อาจช่วยให้ค้นหาเบาะแสของสิ่งมีชีวิตนอกโลก

ย้อนกลับไปเมื่อ 3,000 ล้านปีก่อน หากมีมนุษย์ต่างดาวที่อยู่ไกลโพ้นหันกล้องโทรทรรศน์มาศึกษา “โลก” จะพบว่าโลกเป็นเพียงดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะดวงหนึ่ง ที่อาจจะไม่เอื้อให้เกิดสิ่งมีชีวิต ดังนั้น หากเราสามารถอธิบายได้ว่าในอดีตโลกมีสภาพแวดล้อมอย่างไร และวิวัฒนาการให้เกิดสภาพแวดล้อมปัจจุบันนี้ได้อย่างไร อาจกลายเป็นแนวทางใหม่ในการค้นหาดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะที่มีสภาพเหมาะสมต่อสิ่งมีชีวิต

งานวิจัยครั้งนี้เกิดขึ้นภายใต้โครงการ “Alternative Earths” นำทีมโดย Timothy Lyons ศาสตราจารย์ภาควิชาธรณีวิทยาและวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์ของมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียริเวอร์ไซด์ เป็นการศึกษาการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบของโลกในช่วง 4,500 ล้านปี โดยวิเคราะห์จากความสัมพันธ์ของสิ่งมีชีวิตกับสภาพแวดล้อมในช่วงเวลาต่าง ๆ และศึกษาตัวกลางสำคัญที่ช่วยให้ออกซิเจนเพียงพอต่อสิ่งมีชีวิต เพื่อใช้เป็นแนวทางในการค้นหาสัญญาณของสิ่งมีชีวิต (Biosignatures) ของดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ

การเปลี่ยนแปลงของโลก

นักวิจัยรวบรวมข้อมูลทางธรณีวิทยา เคมี และชีววิทยา ของพื้นทวีป มหาสมุทร และชั้นบรรยากาศของโลกในช่วงเวลาต่าง ๆ มาสร้างเป็นแบบจำลองชั้นบรรยากาศของโลกในยุคโบราณ เพื่อหาความสัมพันธ์เกี่ยวกับการกำเนิดสิ่งมีชีวิตในมหาสมุทร และการเปลี่ยนแปลงในช่วงเวลาต่าง ๆ ของโลก เพื่อนำไปเป็นข้อมูลพื้นฐานในการศึกษาดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ

นักวิจัยแบ่งการค้นคว้าและแบบจำลองเป็น 3 ช่วง คือ

• ช่วง 3,200 – 2,400 ล้านปี : สิ่งมีชีวิตรูปแบบแรกสุดเริ่มปล่อยออกซิเจนสู่ชั้นบรรยากาศผ่านการสังเคราะห์แสง
• ช่วง 2,400 – 2,000 ล้านปี : การสูญพันธุ์ครั้งแรกที่รู้จักกันในประวัติศาสตร์ของโลก เกิดจากการเพิ่มขึ้นของออกซิเจนในบรรยากาศโลกครั้งใหญ่ (Great Oxidation Event) สิ่งมีชีวิตหลายชนิดล้มตายลง และเริ่มต้นพัฒนาการเป็นสิ่งมีชีวิตที่ซับซ้อนขึ้น
• ช่วง 2,000 - 500 ล้านปี : เมื่อสิ่งมีชีวิตมีความซับซ้อนมากขึ้น และมีวิวัฒนาการมาเป็นสิ่งมีชีวิตในปัจจุบัน

พิมพ์เขียวการดำรงชีวิต

นักวิจัยนำข้อมูลต่าง ๆ มาเป็นตัวแปรในการสร้างแบบจำลองดาวเคราะห์ เช่น อัตราการหมุนรอบตัวเอง แกนเอียงในการหมุนรอบตัวเอง ตำแหน่งและความสูงของพื้นทวีป รวมไปถึงจำลองให้ดาวเคราะห์หันเข้าหาดาวฤกษ์ดวงแม่เพียงด้านเดียว เพื่อสร้าง “พิมพ์เขียว” ของดาวเคราะห์ที่สามารถพัฒนาไปเป็นดาวเคราะห์ที่เอื้อต่อการอยู่อาศัยของสิ่งมีชีวิต

ในปี พ.ศ. 2560 มีงานวิจัยตีพิมพ์อธิบายว่า แก๊สมีเทนและออกซิเจนในชั้นบรรยากาศถือเป็นเบาะแสสำคัญที่อาจบ่งชี้ถึงสิ่งมีชีวิต เนื่องจากแก๊สทั้งสองเกิดปฏิกิริยากันเองได้ไวมาก ดังนั้นหากพบแก๊สมีเทนและแก๊สออกซิเจนในปริมาณมาก แสดงว่าจะต้องมีแหล่งผลิตแก๊สทั้งสองชนิดนี้ นั่นคือ สิ่งมีชีวิต ซึ่งในอนาคตอันใกล้กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ ที่สามารถตรวจสอบองค์ประกอบของธาตุในชั้นบรรยากาศดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะได้ จะเป็นเครื่องมือสำคัญในการค้นหาสิ่งมีชีวิตนอกโลก

กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ สามารถตรวจสอบองค์ประกอบในชั้นบรรยากาศดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะได้ คาดว่าในอนาคตจะมีข้อมูลชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะที่แม่นยำยิ่งขึ้น

ตัวกลางสำหรับออกซิเจน

นอกจากนี้ นักวิจัยพบว่าแก๊สโอโซน (O3) ในชั้นบรรยากาศสามารถตรวจจับได้ง่ายกว่าแก๊สออกซิเจน (O2) ซึ่งหากพบแก๊สโอโซนก็สามารถบ่งบอกได้ว่าจะพบแก๊สออกซิเจนเช่นกัน ดังนั้น การศึกษาและค้นหาโอโซนจะเป็นตัวกลางสำคัญสำหรับการค้นหาแก๊สออกซิเจนในดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ

อย่างไรก็ตามนักชีวดาราศาสตร์ต้องวางแผนการสำรวจสำหรับภารกิจในอนาคตเพื่อค้นหาโอโซนในชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะต่อไป

เรียบเรียง : กฤษดา รุจิรานุกูล - เจ้าหน้าที่สารสนเทศดาราศาสตร์ สดร.