يمكنك القول أن دراسة الكواكب خارج المجموعة الشمسية في مرحلة انتقالية مؤخرًا. حتى الآن، 4525 كوكب خارجي تم تأكيدها في 3357 نظامًا ، بينما ينتظر 7761 مرشحًا التأكيد. نتيجة لذلك ، كانت دراسات الكواكب الخارجية تبتعد عن عملية الاكتشاف وتتجه نحو التوصيف ، حيث يتم إجراء ملاحظات متابعة للكواكب الخارجية لمعرفة المزيد عن غلافها الجوي وبيئاتها.
في هذه العملية ، يأمل باحثو الكواكب الخارجية في معرفة ما إذا كان أي من هذه الكواكب يمتلك المكونات الضرورية للحياة كما نعرفها. في الآونة الأخيرة ، قام زوج من الباحثين من جامعة شمال أريزونا بدعم من مختبر الكواكب الافتراضي التابع لمعهد علم الأحياء الفلكي التابع لوكالة ناسا (VPL) ، تقنية لـ إيجاد المحيطات على الكواكب الخارجية . إن القدرة على العثور على الماء على الكواكب الأخرى ، وهو عنصر أساسي في الحياة على الأرض ، ستقطع شوطًا طويلاً نحو إيجاد حياة خارج كوكب الأرض.
أجرى البحث الباحث ما بعد الدكتوراه دومينيك ج. رايان ، باحث ما بعد الدكتوراه في جامعة شمال أريزونا (NAU) ، وتايلر د. الدراسة التي وصفت النتائج التي توصلوا إليها بعنوان ' الكشف عن المحيطات على الكواكب الخارجية باستخدام تحليل المكونات الطيفية المعتمدة على الطور ، 'ظهرت مؤخرًا على الإنترنت ويتم النظر في نشرها بواسطةمجلة علوم الكواكب.
رسم توضيحي لفنان لكوكب خارج المجموعة الشمسية HR8799e. جعلت أداة GRAVITY التابعة لـ ESO على مقياس التداخل التلسكوب الكبير جدًا أول مراقبة بصرية مباشرة لهذا الكوكب وغلافه الجوي. الائتمان: ESO / L. كالسادا
عندما يتعلق الأمر بتوصيف الكواكب الخارجية ، فإن التقنية الواعدة هي طريقة العبور (ويعرف أيضا باسم قياس الضوء العابر). يتكون هذا من مراقبة النجوم لانخفاضات دورية في السطوع ، وهي مؤشرات على مرور الكواكب أمام نجومها الأم (بالنسبة إلى الراصد). في بعض الأحيان ، يتمكن علماء الفلك أيضًا من الحصول على أطياف عندما يمر الضوء عبر الغلاف الجوي للكوكب العابر ، مما يكشف عن أشياء تتعلق بتركيبته الكيميائية. ولكن كما قال البروفيسور روبنسون لـ Universe Today عبر البريد الإلكتروني ، فإن هذه الطريقة لا تسمح بالمراقبة السطحية:
'في الوقت الحالي ، لا تخبرنا أفضل تقنياتنا لوصف الكواكب الخارجية الصخرية بالكثير عن البيئات السطحية لهذه العوالم (بما في ذلك ما إذا كانت المياه السائلة موجودة). بالنسبة إلى هابل (و JWST الذي سيتم إطلاقه قريبًا) ، نستخدم التحليل الطيفي العابر لتوصيف الغلاف الجوي للكواكب الخارجية - للبحث عن تغييرات طفيفة جدًا في سطوع ولون النجم المضيف عندما يجتاز الكوكب قرصه. في هذا الشكل الهندسي / الإعداد ، تعني المسارات الطويلة جدًا التي يسلكها الضوء عبر الغلاف الجوي (الأكثر تشابهًا مع عرض الشمس عند غروب الشمس على الأرض) أن الغلاف الجوي العميق (والسطح) محجوب. '
في المستقبل القريب ، من المتوقع أن يتغير هذا الوضع بشكل كبير ، وذلك بفضل أدوات الجيل القادم مثل ال تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) والمراصد الأرضية مثل تلسكوب كبير للغاية (ELT). بفضل البصريات المتطورة وأجهزة قياس الطيف ، ستكون هذه التلسكوبات قادرة على ذلك صورة مباشرة الكواكب الخارجية الأصغر التي تدور حول نجومها بشكل أقرب (حيث من المرجح أن توجد الكواكب الصخرية الصالحة للسكن).
تُظهر وجهة نظر هذا الفنان 'كوكب المشتري الساخن' 51 Pegasi b (Bellerophon) ، وهو أول كوكب خارج المجموعة الشمسية يدور حول نجم عادي وأول كوكب خارجي يتم تصويره مباشرةً. الائتمان: ESO / M. كورنميسر / نيك رايزنجر (skysurvey.org)
تتكون هذه الطريقة من مراقبة الضوء المنعكس مباشرة عن طريق الغلاف الجوي لكوكب خارجي أو سطحه ، والتي يمكن أن تسفر عن رؤية قيمة لمناخ الكوكب وبيئة سطحه. بالإضافة إلى JWST و ELT ، هناك العديد من المهام المقترحة التي سيكون لها الدقة والحساسية اللازمتان لاكتشاف ميزات السطح على أساس تكوين الغلاف الجوي و تحديد الغطاء النباتي ، دليل على البناء الضوئي ، وربما حتى تمييز وجود أضواء اصطناعية !
من أجل دراستهم ، نظر رايان والدكتور روبنسون في كيفية قيام أدوات الجيل التالي بإجراء دراسات تصوير مباشرة للكواكب الخارجية التي من شأنها أن تكشف عن وجود المياه السطحية. قال الدكتور روبنسون إن مفتاح ذلك هو البحث عن 'الهلال الأحمر':
'مفاهيم المهمة قيد الدراسة حاليًا والتي من شأنها أن توفر هذه الأنواع من البيانات - HabEx و LUVOIR هما المثالان الأساسيان. بنفس الطريقة التي يبدو بها ضوء الشمس المتلألئ من المحيط عند مشاهدة غروب الشمس من شاطئ على الأرض أحمر تمامًا ، اقترحنا أن المحيطات المتلألئة على الكواكب الخارجية يمكن أن تتسبب في ظهور الكوكب بأكمله باللون الأحمر للغاية في مراحل الهلال.
'إذا تم التقاط صورة Pale Blue Dot الشهيرة للأرض عندما كان هلالًا ضيقًا ، فلن تكون زرقاء على الإطلاق - لكانت حمراء! لذلك ، من خلال البحث عن علامات تدل على أن كوكبًا خارجيًا شبيهًا بالأرض يصبح عاكسًا للغاية ولونه أحمر في مراحل الهلال ، قد نتمكن من الكشف عن محيط في هذا العالم '.
TOI 1338 b هو كوكب دائري يدور حول نجميه. تم اكتشافه بواسطة TESS. الائتمان: مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا / كريس سميث
نظرًا لعدم وجود عمليات رصد للمركبات الفضائية للأرض لمراحل الهلال وأطوال الموجات اللازمة لاختبار هذه الطريقة ، اعتمد رايان والدكتور روبنسون على سلسلة من عمليات محاكاة سطوع الأرض. تمثل هذه المحاكاة جميع التأثيرات الواقعية الناجمة عن انعكاس ضوء الشمس عن طريق المياه السطحية - من لمعان المحيط والغيوم إلى انعكاس الغلاف الجوي والسطحي.
قال الدكتور روبنسون: 'أظهرت هذه المحاكاة أنه عندما يُنظر إلى الأرض في مراحل أكثر شبيهة بالهلال ، فإنها تصبح بالفعل حمراء وعاكسة'. 'باستخدام الأدوات التي تحاكي كيفية ظهور الأرض البعيدة لمهمة شبيهة بـ HabEx- أو LUVOIR ، أظهرنا أن عددًا قليلاً فقط من الملاحظات لعالم شبيه بالأرض تم التقاطها على عدة مراحل مختلفة (تمتد شبه كاملة إلى مراحل الهلال) سيكشف عن احمرار في طور الهلال مما يدل على المحيطات '.
كما أوضح الدكتور روبنسون ، لن يتم تطبيق هذه التقنية علىJWSTولكن سيكون ممكنًا مع المهام المستقبلية. وتشمل هذه ما سبق ذكره مرصد الكواكب الخارجية الصالحة للسكن (HabEx) ، وهو تلسكوب فضائي مصمم لدراسات الصور المباشرة للكواكب الشبيهة بالأرض حول النجوم الشبيهة بالشمس ؛ و ال مساح كبير للأشعة فوق البنفسجية / البصرية / الأشعة تحت الحمراء (LUVOIR) ، وهو مرصد ذو فتحة كبيرة ومتعدد الأطوال الموجية من شأنه أن يحقق مجموعة واسعة من الأهداف العلمية.
قال الدكتور روبنسون ، في النهاية ، توفر هذه الدراسة 'طريقًا محددًا جيدًا' لدراسات التصوير المباشر المستقبلية التي تهدف إلى توصيف الكواكب الخارجية. قال الدكتور روبنسون: 'جزء من البحث عن حياة خارج كوكب الأرض هو فهم مدى شيوع وجود ظروف صالحة للسكن في العوالم الصخرية (المحيطات السطحية ، على الأقل بالنسبة للكواكب الخارجية) - لأن العوالم الصالحة للسكن هي أيضًا أفضل أهدافنا للبحث عن البصمات الحيوية'. 'لذا ، فقد ساعدنا في حل قطعة من اللغز حول كيفية اكتشاف عوالم حيث نعتقد أن الحياة يمكن أن تنشأ!'
قراءة متعمقة: arXiv
