نظرة خاطفة على مستقبل كوكب خارجي العلم يقترح المستقبل التلسكوب الأوروبي الكبير للغاية (ELT) سيمنحنا أفضل فرصة لدينا في العقدين المقبلين لاكتشاف البصمات الحيوية في مكان قريب عوالم صخرية تدور حول نجوم أخرى. هذا هو الاستنتاج الذي توصلت إليه دراسة جديدة تحاكي ما يتطلبه الأمر لتوصيف عوالم خارج نظامنا الشمسي مع احتمال مثير لاستضافة الحياة، مثل بروكسيما سنتوري ب.
ستسمح هذه الدراسة لعلماء الفلك بوضع أنظارهم على الأهداف الرئيسية للكواكب الخارجية خلال ثلاثينيات القرن الحالي وما بعده.
إلى جانب قياس خصائص الكتلة خارج المجموعة الشمسية – الكتلة ونصف القطر والفترة المدارية – يتعرف علماء الفلك على هذه العوالم خارج المجموعة الشمسية من خلال دراسة غلافها الجوي. ال تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) يفعل ذلك عن طريق التحليل الطيفي العابر، على سبيل المثال. عندما يعبر الكوكب (بمعنى آخر، يتحرك أمام) نجمه في نقطة التلسكوب، فإن بعض ضوء النجم يرشح عبر الغلاف الجوي للكوكب. يمكن لأي جزيئات جوية موجودة في هذا الغلاف الجوي أن تمتص ضوء النجوم. والأهم من ذلك، أن الجزيئات المختلفة تمتص عند أطوال موجية معينة، مما يجعل كل طول موجي بمثابة توقيع لجزيء معين. هذه هي الطريقة التي اكتشف بها تلسكوب جيمس ويب الفضائي مؤخرًا إشارات لوجود الميثان وثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي الغلاف الجوي للكوكب الخارجي K2-18b، على سبيل المثال.
متعلق ب: التعلم الآلي يمكن أن يساعد في تعقب التكنولوجيا الفضائية إليك الطريقة
ومع ذلك، فإن أجهزتنا لا تتمكن إلا من رؤية جزء صغير من الكواكب التي تمر عبر نجومها، مما يعني أنه يتعين على العلماء استخدام وسيلة أخرى لتوصيف الأغلفة الجوية للكواكب الخارجية. وهذا ينطبق على العوالم التي لا تعبر على الإطلاق، وكذلك العوالم التي قد تمر دون أن نلاحظ.
أحد الخيارات هو التصوير المباشر، لكن التصوير المباشر للكواكب الخارجية يعد اقتراحًا صعبًا.
وبينما تم تصوير العشرات من الكواكب الخارجية حتى الآن، مثل HD 950086bكلهم شباب، عوالم كبيرة لا تزال ساخنة من عمليات تكوينها. ولذلك فهي تتألق بشكل ساطع في ضوء الأشعة تحت الحمراء بينما تكون على مسافة زاويّة كبيرة من نجمها الأم. بمعنى آخر، لا يمكننا رؤية أي تفاصيل عن هذه العوالم – فالكواكب تظهر وكأنها مجرد وخزات من الضوء – ولكن ضمن أنماطها الضوئية توجد خطوط امتصاص مخفية تتعلق بجزيئات الغلاف الجوي. ومع ذلك، لاستخلاص هذه التفاصيل الطيفية، يلزم استخدام تلسكوب كبير جدًا للحصول على نسبة إشارة إلى ضوضاء عالية بما يكفي لضوء الكوكب مقابل بيانات الخلفية.
لذلك، مع وجود ثلاثة مراصد أرضية عملاقة من المقرر أن ترى الضوء الأول بحلول العقد المقبل، أراد علماء الفلك هويهاو تشانغ وجي وانغ ومايكل بلامر، وجميعهم من جامعة ولاية أوهايو، اختبار مدى جودة وصف هذه العيون القادمة على الكون. الكواكب الخارجية عبر التصوير المباشر. كان الهدف هو معرفة مدى تحسن أدائهم للمهمة بالمقارنة مع التحليل الطيفي العابر الذي تم إجراؤه من خلال مرآة تلسكوب جيمس ويب الفضائي التي يبلغ طولها 6.5 متر (21 قدمًا).
هذه التلسكوبات الأرضية الثلاثة من الجيل التالي هي التلسكوب الأوروبي الكبير للغاية (ELT) الذي يبلغ طوله 39 مترًا (128 قدمًا)، والتلسكوب الذي يبلغ طوله 98 قدمًا (TMT) على مونا كيا، والتلسكوب الذي يبلغ طوله 24 مترًا (79 قدمًا). تلسكوب ماجلان العملاق (بتوقيت غرينيتش). يتم تشغيل ELT وGMT إنشاؤه وفي مواقع منفصلة في صحراء أتاكاما في تشيلي؛ وفي شهر ديسمبر الماضي فقط، تم شحن أول أجزاء مرآة لسيارة ELT إلى أمريكا الجنوبية.
وقال تشانغ في مقالة له: “من الصعب القول ما إذا كانت التلسكوبات الفضائية أفضل من التلسكوبات الأرضية، لأنها مختلفة”. بيان صحفي. “لديهم بيئات مختلفة، ومواقع مختلفة، وملاحظاتهم لها تأثيرات مختلفة.”
قام تشانغ ووانغ وبلامر بمحاكاة أداء أداتين على ELT – جهاز تصوير ومطياف ELT بالأشعة تحت الحمراء المتوسطة (METIS) ومطياف المجال البصري المتجانس عالي الدقة الزاوي والأشعة تحت الحمراء القريبة من الأشعة تحت الحمراء (HARMONI). لقد صمموا هذه الأدوات على أساس 10 كواكب خارجية حقيقية تدور في مكان قريب القزم الأحمر النجوم، لاختبار مدى قدرتها على اكتشاف البصمات الحيوية المحتملة مثل الأكسجين الجزيئي وثاني أكسيد الكربون والميثان والماء من خلال التصوير المباشر.
وقال تشانغ: “ليس كل الكواكب مناسبة للتصوير المباشر”. “ولكن هذا هو السبب في أن عمليات المحاكاة تعطينا فكرة تقريبية عما كان من الممكن أن يحققه ELT والوعود التي من المفترض أن تفي بها عند بنائها.”
وكانت النتائج مختلطة. عالم يسمى جي جي 887 ب، وهي أرض عملاقة أكبر بأربع مرات من كوكبنا الذي يدور حول ألمع قزم أحمر في سمائنا على بعد حوالي 11 سنة ضوئية منا، وقد حقق أفضل أداء في عمليات المحاكاة. أثبت METIS على وجه الخصوص قدرته على اكتشاف غازات البصمة الحيوية المذكورة أعلاه في غلافه الجوي. في عمليات المحاكاة، تمكنت METIS أيضًا من اكتشاف نفس البصمات الحيوية على الكواكب الخارجية Proxima b وWolf 1061c، في حين تمكنت HARMONI من إجراء نفس الاكتشافات ولكنها تطلبت أوقات تعرض أطول للقيام بذلك.
ومع ذلك، من المحتمل أن يواجه ELT صعوبة عند محاولته تصوير وتوصيف العوالم السبعة بشكل مباشر ترابيست-1 يقول الفريق، بسبب “قيود رؤية الغلاف الجوي” التي تعيق محاولات حل قياسات الفصل الزاوي الصغيرة الرئيسية للكواكب عن نجمها. في هذه الحالة، يعمل التحليل الطيفي العابر لـ JWST بشكل أفضل هنا، ولكن حتى المرصد الذي تبلغ تكلفته 10 مليارات دولار يجد الأمر صعبًا.
نتائج اولية تشير نتائج تلسكوب جيمس ويب الفضائي إلى أن الكواكب الأعمق في نظام TRAPPIST-1، أي العالمين b وc، لا تمتلك غلافًا جويًا. قد يستغرق الأمر سنوات حتى يتمكن تلسكوب جيمس ويب الفضائي من جمع بيانات كافية لاستخلاص استنتاجات حول عوالم TRAPPIST-1 الخمسة الأخرى، بما في ذلك الكواكب d وe وf الموجودة في المجرة. منطقة صالحة للسكن.
إن قدرات وحدود ELT وJWST لن تمثل الكلمة الأخيرة في توصيف الكواكب الخارجية. الأحدث المسح العقدي لعلم الفلك من الأكاديمية الوطنية للعلوم أوصت بتطوير نظام جديد، التلسكوب الفضائي العملاق مع مرآة يبلغ طولها ثمانية أمتار على الأقل سيتم تسريعها نحو تاريخ الإطلاق في أربعينيات القرن الحادي والعشرين. سيتم تحسين مثل هذا التلسكوب لاكتشاف وتصوير وتوصيف العوالم الصخرية في المناطق الصالحة للسكن حول النجوم القريبة، بما في ذلك بروكسيما بي.
قصص ذات الصلة:
– قد يكون اكتشاف الحياة الغريبة أسهل إذا بحثنا عن “العوالم الجوراسية”. هذا هو السبب
– تطلق الأرض “بصمات حيوية” في الفضاء، مما يشير إلى أن عوالم أخرى حاملة للحياة قد تفعل الشيء نفسه
– قد تتشكل الحياة خارج الأرض في أبرد أعماق الفضاء، حسبما تكشف عينات كويكب ريوجو
وحتى ذلك الحين، يعتقد تشانج ووانج وبلامر أن الجيل التالي من التلسكوبات الأرضية الكبيرة، ومسبار جيمس ويب الفضائي، يمكنه حشد علماء الفلك للبدء في استكشاف الكواكب الخارجية والبدء في معرفة ما إذا كان بعضها يمكنه دعم الحياة حقًا، كما نعرفها، على الأقل.
تم نشر نتائجهم في ديسمبر 2023 في المجلة الفلكية.