في فبراير من عام 2017 ، أعلن فريق من علماء الفلك الأوروبيين عن اكتشاف نظام مكون من سبعة كواكب يدور حول النجم القريب TRAPPIST-1. بصرف النظر عن حقيقة أن جميع الكواكب السبعة كانت صخرية ، فقد كانت هناك مكافأة إضافية تتمثل في أن ثلاثة منها تدور في مدار داخل نظام TRAPPIST-1 منطقة صالحة للسكنى . منذ ذلك الوقت ، أجريت دراسات متعددة لتحديد ما إذا كان أي من هذه الكواكب يمكن أن يكون صالحًا للسكن أم لا.
وفقًا لهذا الهدف ، ركزت هذه الدراسات على ما إذا كانت هذه الكواكب لها غلاف جوي أم لا ، وتكوينها وتصميمها الداخلي. واحدة من أحدث الدراسات أجراه باحثان من جامعة كولومبيا معمل Cool Worlds ، الذي قرر أن أحد كواكب TRAPPIST-1 (TRAPPIST-1e) له قلب حديدي كبير - وهو اكتشاف قد يكون له آثار على قابلية العيش على هذا الكوكب.
الدراسة - بعنوان ' TRAPPIST-1e له قلب حديدي كبير '، الذي ظهر مؤخرًا على الإنترنت - أجرته غابرييل إنجلمن-سويسا وديفيد كيبينغ ، طالبة جامعية أولى وأستاذ مساعد في علم الفلك في جامعة كولومبيا ، على التوالي. من أجل دراستهم ، استفاد Englemenn-Suissa و Kipping من الدراسات الحديثة التي وضعت قيودًا على كتل وأنصاف أقطار كواكب TRAPPIST-1.
استفادت هذه الدراسات وغيرها من حقيقة أن TRAPPIST-1 هو نظام سبعة كواكب ، مما يجعله مناسبًا بشكل مثالي لدراسات الكواكب الخارجية. كما قال البروفيسور كيبينغ لـ Universe Today عبر البريد الإلكتروني:
'إنه مختبر رائع لعلوم الكواكب الخارجية لثلاثة أسباب. أولاً ، يحتوي النظام على سبعة كواكب عابرة ضخمة. يحدد عمق العبور حجم كل كوكب حتى نتمكن من قياس أحجامها بدقة تامة. ثانيًا ، تتفاعل الكواكب جاذبيًا مع بعضها البعض مما يؤدي إلى تغيرات في أوقات العبور وقد تم استخدامها لاستنتاج كتل كل كوكب ، مرة أخرى بدقة مذهلة. ثالثًا ، النجم صغير جدًا لكونه قزمًا متأخرًا ، حوالي ثُمن حجم الشمس ، وهذا يعني أن العبور يظهر 8 ^ 2 = 64 مرة أعمق مما لو كان النجم بحجم الشمس. لذلك لدينا الكثير من الأشياء التي تعمل لصالحنا هنا '.
استخدم إنجلمان-سويسا وكيبينج معًا قياسات الكتلة ونصف القطر لكواكب TRAPPIST-1 لاستنتاج الحد الأدنى والأقصى لكسر نصف القطر الأساسي (CRF) لكل كوكب. اعتمد هذا على دراسة أجروها سابقًا (جنبًا إلى جنب مع جينغجينغ تشين ، طالب دكتوراه في جامعة كولومبيا وعضو في Cool Worlds Lab) حيث طوروا طريقتهم في تحديد نموذج CRF لكوكب ما. كما وصف Kipping الطريقة:
'إذا كنت تعرف الكتلة ونصف القطر بدقة شديدة ، مثل نظام TRAPPIST-1 ، فيمكنك مقارنتها بتلك المتوقعة من نماذج الهيكل الداخلي النظرية. تكمن المشكلة في أن هذه النماذج تتكون عمومًا من أربع طبقات محتملة ، ولب حديدي ، وغطاء من السيليكات ، وطبقة مائية وغطاء خفيف متقلب (الأرض لديها فقط الطبقتان الأوليان ، وغلافها الجوي يساهم بشكل ضئيل في الكتلة ونصف القطر). لذا فإن أربعة مجاهيل وكميتين تم قياسهما هي من حيث المبدأ مشكلة غير مقيدة وغير قابلة للحل '.
يوضح مفهوم هذا الفنان الشكل الذي قد يبدو عليه كل كوكب من كواكب TRAPPIST-1 ، بناءً على البيانات المتاحة حول أحجامها وكتلها ومسافاتها المدارية. ائتمانات: NASA / JPL-Caltech
أخذت دراستهم أيضًا في الاعتبار العمل السابق لعلماء آخرين حاولوا وضع قيود على التركيب الكيميائي لنظام TRAPPIST-1. في هذه الدراسات ، افترض المؤلفون أن التركيبات الكيميائية للكواكب مرتبطة بتركيب النجم ، والذي يمكن قياسه. ومع ذلك ، فقد تبنى إنجلمان-سويسا وكيبينج نهجًا أكثر 'لا أدري' وفكروا ببساطة في الشروط الحدودية للمشكلة.
وقال: 'نقول بشكل أساسي أنه بالنظر إلى الكتلة ونصف القطر ، لا توجد نماذج ذات نوى أصغر من X يمكنها تفسير الكتلة ونصف القطر المرصودة'. 'قد يكون اللب أكبر من X ولكن يجب أن يكون X على الأقل لأنه لا توجد نماذج نظرية يمكن أن تفسرها بطريقة أخرى. وبالتالي ، فإن X تتوافق مع ما يمكن أن نسميه الحد الأدنى لكسر نصف قطر النواة. ثم نلعب نفس اللعبة للحد الأقصى '.
ما قرروه هو أن الحجم الأساسي الأدنى لستة من كواكب TRAPPIST-1 كان صفرًا أساسًا. هذا يعني أنه يمكن تفسير تركيباتها دون أن يكون لها بالضرورة قلب حديدي - على سبيل المثال ، يمكن أن يكون عباءة السيليكات النقية هي كل ما هو موجود هناك. لكن في حالة TRAPPIST-1e ، وجدوا أن لبه يجب أن يتكون على الأقل من 50٪ من الكوكب حسب نصف القطر ، و 78٪ على الأكثر.
قارن هذا بالأرض ، حيث يشكل اللب الداخلي الصلب للحديد والنيكل واللب الخارجي السائل لسبائك الحديد والنيكل المنصهر 55٪ من نصف قطر الكوكب. بين الحد الأعلى والأدنى من CRF لـ TRAPPIST-1e ، خلصوا إلى أنه يجب أن يكون له نواة كثيفة ، من المحتمل أن تكون قابلة للمقارنة مع الأرض. قد يعني هذا الاكتشاف أنه من بين جميع كواكب TRAPPIST-1 ، فإن e هي الأكثر 'شبيهة بالأرض' ومن المحتمل أن يكون لها غلاف مغناطيسي وقائي.
كما أشار كيبينغ ، قد يكون لهذا آثار هائلة عندما يتعلق الأمر بالبحث عن الكواكب الخارجية الصالحة للحياة ، وقد يدفع TRAPPIST-1e إلى أعلى القائمة:
'هذا يجعلني أكثر حماسة بشأن TRAPPIST-1e على وجه الخصوص. هذا الكوكب أصغر قليلاً من الأرض ، ويقع في المنطقة الصالحة للسكن ، والآن نعلم أن لديه قلبًا حديديًا كبيرًا مثل الأرض. نعلم أيضًا أنه لا يمتلك مظروفًا خفيفًا متطايرًا بفضل القياسات الأخرى. علاوة على ذلك ، يبدو أن TRAPPIST-1 نجم أكثر هدوءًا من Proxima لذا فأنا أكثر تفاؤلاً بشأن TRAPPIST-1e كمحيط حيوي محتمل من Proxima b في الوقت الحالي '.
هذه بالتأكيد أخبار جيدة في ضوء الدراسات الحديثة التي أشارت إلى أنه من غير المحتمل أن يكون Proxima b صالحًا للسكن. بين انبعاث نجمه مشاعل قوية يمكن رؤيتها بالعين المجردة لاحتمال أن يكون الغلاف الجوي و الماء السائل لن يعيش طويلاً على سطحه ، فإن أقرب كوكب خارج المجموعة الشمسية إلى نظامنا الشمسي لا يُعتبر حاليًا مرشحًا جيدًا للعثور على عالم صالح للسكن أو حياة خارج الأرض.
في السنوات الأخيرة ، كرس كيبينج وزملاؤه أنفسهم ومختبر Cool Worlds لدراسة الكواكب الخارجية المحتملة حولها بروكسيما سينتاوري . باستخدام وكالة الفضاء الكندية تقلب وتذبذب النجوم (معظم) القمر الصناعي Kipping وزملاؤه راقبوا Proxima Centauri في مايو 2014 ومرة أخرى في مايو 2015 للبحث عن علامات عابرة الكواكب .
بينما ال اكتشاف Proxima ب تم في النهاية بواسطة علماء الفلك في ESO باستخدام طريقة السرعة الشعاعية ، كانت هذه الحملة مهمة في لفت الانتباه إلى احتمالية العثور على كواكب أرضية يمكن أن تكون صالحة للسكن حول النجوم القريبة من النوع M (القزم الأحمر). في المستقبل ، يأمل كيبينغ وفريقه أيضًا في إجراء دراسات حول Proxima b لتحديد ما إذا كان له غلاف جوي وتحديد نموذج CRF الخاص به.
مرة أخرى ، يبدو أن أحد الكواكب الصخرية العديدة التي تدور حول نجم قزم أحمر (وهو أقرب إلى الأرض) قد يكون مجرد مرشح رئيسي لدراسات القابلية للسكن! المسوحات المستقبلية ، والتي ستستفيد من إدخال تلسكوبات الجيل التالي (مثل تلسكوب جيمس ويب الفضائي) سيكشف بلا شك المزيد عن هذا النظام وأي عوالم يحتمل أن تكون صالحة للسكن لديه.
قراءة متعمقة: arXiv