في العقود القليلة الماضية ، نما عدد الكواكب المكتشفة خارج نظامنا الشمسي بشكل كبير. حتى الآن ، ما مجموعه 4158 كوكبًا خارجيًا تم تأكيدها في 3081 نظامًا ، مع وجود 5144 مرشحًا إضافيًا في انتظار التأكيد. بفضل وفرة الاكتشافات ، انتقل علماء الفلك في السنوات الأخيرة من عملية الاكتشاف إلى عملية التوصيف.
على وجه الخصوص ، يعمل علماء الفلك على تطوير أدوات لتقييم أي من هذه الكواكب يمكن أن تؤوي الحياة. في الآونة الأخيرة ، قام فريق من علماء الفلك من معهد كارل ساجان (CSI) في جامعة كورنيل صممت 'وحدة فك ترميز' بيئية بناءً على لون أسطح الكواكب الخارجية ونجوم مضيفيها. في المستقبل ، يمكن لعلماء الفلك استخدام هذه الأداة لتحديد الكواكب الخارجية التي يُحتمل أن تكون صالحة للسكن وتستحق دراسات المتابعة.
تم وصف هذه الطريقة الجديدة في دراسة ظهرت مؤخرًا فيالإخطارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكيةبعنوان ' كيف تشكل الأسطح مناخ الكواكب الخارجية الصالحة للسكن . ' أجرى الدراسة جاك مادن ، دكتوراه. طالب في معهد كارل ساجان (CSI) ، و ليزا كالتينيجر - أستاذ مشارك في علم الفلك بجامعة كورنيل ومدير CSI.
انطباع الفنان عن Kepler-1649c الذي يدور حول نجمه المضيف. الائتمان: مركز أبحاث أميس التابع لوكالة ناسا / دانيال روتر
كما أشاروا في دراستهم ، سيتمكن علماء الفلك من دراسة الكواكب الخارجية بالتفصيل في السنوات القادمة. بفضل التقدم في البصريات التكيفية ، وأجهزة قياس الطيف ، وقياس التداخل ، فإن التلسكوبات الفضائية والأرضية من الجيل التالي ستكون قادرة على تصوير الكواكب الخارجية الأصغر حجمًا والتي تدور بالقرب من نجومها - وهو المكان الذي تدور فيه الكواكب الصخرية داخل مدار النجوم الصالحة للحياة. المناطق.
لسوء الحظ ، لا يزال حجز الوقت باستخدام تلسكوب متقدم يمثل تحديًا ، ولا تزال موارد صائدي الكواكب الخارجية محدودة. على هذا النحو ، سيظل علماء الفلك بحاجة إلى طريقة لتضييق القائمة الطويلة من المرشحين حتى يعرفوا الكواكب التي من المرجح أن تسفر عن نتائج إيجابية. كما مادن شرح في الآونة الأخيرة كورنيل كرونيكل:
'لقد نظرنا في كيفية تأثير الأسطح الكوكبية المختلفة في المناطق الصالحة للسكن للأنظمة الشمسية البعيدة على المناخ على الكواكب الخارجية ... يلعب الضوء المنعكس على سطح الكواكب دورًا مهمًا ليس فقط في المناخ العام ، ولكن أيضًا على الأطياف القابلة للاكتشاف للأرض- مثل الكواكب. '
من أجل دراستهم ، نظروا في كيفية تأثير أسطح الكواكب المختلفة على المناخ وتكوين الغلاف الجوي والأطياف التي يمكن اكتشافها عن بُعد لكوكب صخري ، اعتمادًا على طبيعة النجم المضيف. بشكل عام ، اعتبروا النجوم التي تتراوح من فئات طيفية من F0V إلى K7V ، والتي هي كل شيء من التسلسل الرئيسي للأقزام الصفراء البيضاء إلى التسلسل الرئيسي للأقزام البرتقالية.
رسم الفنان لمخطط مورغان-كينان الطيفي ، يوضح كيف تختلف النجوم في الألوان وكذلك الحجم. الائتمان: ويكيبيديا كومنز
ثم قام مادن وكالتينيجر بدمج هذه المعلومات ليروا كيف يمكن للتفاعل بين ميزات السطح وأنواع النجوم المختلفة أن يؤثر على قابلية السكن. على سبيل المثال ، فإن كوكبًا أرضيًا به الكثير من الصخور البازلتية يمتص الضوء حتى من نجم أكثر برودة من النوع K ويصبح شديد الحرارة. لكن وجود الرمل (نتيجة التعرية بفعل الرياح والمياه) والسحب وأوراق الشجر سيكون له تأثير تبريد.
من هذا المنطلق ، تمكن Madden و Kaltenegger من إنشاء نسخة محدثة من نموذج الكيمياء الضوئية المناخ 1D الذي تم اختباره عبر الزمن. سيسمح هذا الإصدار الجديد لعلماء الفلك بتوصيف قابلية الكواكب الخارجية الصخرية للسكن بناءً على طول الموجة البياض السطحي. كما أوضح كالتنيجر:
'اعتمادًا على نوع النجم واللون الأساسي للكواكب الخارجية - أو البياض المنعكس - يمكن أن يخفف لون الكوكب بعض الطاقة المنبعثة من النجم. ما يشكل سطح كوكب خارج المجموعة الشمسية ، وكم عدد الغيوم التي تحيط بالكوكب ، ولون الشمس يمكن أن يغير مناخ كوكب خارج المجموعة الشمسية بشكل كبير.'
يشبهها مادن بشخص يرتدي قميصًا داكنًا أو فاتح اللون. في اليوم الحار ، يمتص القميص الأسود الحرارة ويجعل الشخص يشعر بالحرارة بينما القميص الأبيض يحرفها. وينطبق الشيء نفسه على النجوم والكواكب التي تدور حولها. وأضاف: 'هناك تفاعل مهم بين لون السطح والضوء الذي يسقط عليه'. 'التأثيرات التي وجدناها بناءً على خصائص سطح الكوكب يمكن أن تساعد في البحث عن الحياة.'
تصور فني لعالم صخري يدور حول نجم قزم أحمر. (الائتمان: ناسا / د.أغيلار / مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية).
يتطلع مادن وكالتينيجر وغيرهما من الباحثين في مجال الكواكب الخارجية إلى إتاحة تلسكوبات من الجيل التالي. يتضمن ذلك تلسكوب ESO الكبير للغاية (ELT) و تلسكوب ماجلان العملاق (GMT) في تشيلي والتلسكوب ذو الثلاثين مترًا (TMT) في مانوا كيا ، هاواي.
التلسكوبات الفضائية مثل تلسكوب نانسي جريس الروماني الفضائي (التي من المقرر إطلاقها بحلول منتصف عام 2020) ستكون أيضًا أحد الأصول الرئيسية لصائدي الكواكب الخارجية. بين أدواتها المتقدمة وحساسيتها البصرية ، ستكون هذه التلسكوبات قادرة على مراقبة الغلاف الجوي للكواكب الخارجية مباشرة والحصول على أطياف منها.
باستخدام هذا النموذج المحدث ، لن يتمكن علماء الفلك من تعلم التركيبات الكيميائية للأغلفة الجوية للكواكب الخارجية فحسب (والتي ستسمح لهم بتحديد البصمات الحيوية المحتملة) ، ولكن أيضًا وضع قيود على قابلية هذه الكواكب للسكن من خلال مراقبة الضوء المنعكس من السطح.
قراءة متعمقة: كورنيل كرونيكل