لم يعثر علماء ويب على عالم صخري به هواء. لكن الآن لديهم خطة.

ولعل من المدهش أن غالبية النجوم في المجرة ليست كذلك شمس مستنسخة ولكنها أجرام سماوية أصغر من الغاز والبلازما تعرف باسم الأقزام الحمراء، أي حوالي نصف حجم نجم الأرض.

لقد وضع علماء الفلك أنظارهم على هذه النجوم كأماكن محيرة للبحث عن عوالم صالحة للسكن لفترة من الوقت الآن. فهي ليست فقط النجوم الأكثر اكتظاظًا بالسكان، ولكن من السهل دراسة كواكبها من الناحية العملية. تعمل طرق الكشف عن الغلاف الجوي الحالية بشكل أفضل عندما تدور الكواكب بالقرب من نجومها فضاء. توفر درجات الحرارة الباردة نسبيًا للنجوم القزمة الحمراء فرصة للعوالم لتكون أقرب دون أن تتعرض للاحتراق.

على الرغم من إمكانات الأقزام الحمراء، لا أحد يعرف على وجه اليقين ما إذا كان من الممكن أن يكون لعوالمها غلاف جوي، أو ما هي المواد الكيميائية التي يمكن أن تكون موجودة في الهواء.

سيبدأ العلماء قريبًا في الإجابة على هذه الأسئلة من خلال تلسكوب جيمس ويب الفضائي، شراكة ناسا ونظيراتها الأوروبية والكندية. سيخصص برنامج جديد واسع النطاق حوالي 500 ساعة لمراقبة الكواكب الصخرية الخارجية التي تدور حول نجوم حمراء صغيرة، وتحديدًا للبحث عن الغلاف الجوي.

وقال نيستور إسبينوزا، عالم الفلك الذي يرأس فريق تنفيذ البرنامج، إنه على الرغم من أن المسح مخصص لدورة ويب البحثية الرابعة، والتي تبدأ في يوليو المقبل، إلا أن عمليات الرصد قد تبدأ قريبًا.

وقال لموقع Mashable: “هذا أحد البرامج عالية المخاطر والمكافآت العالية”. “تخيل أنه بالنسبة لجميع الأهداف، قمنا باكتشاف الغلاف الجوي. ثم أجب على السؤال: “نعم، الغلاف الجوي شائع جدًا حول هذه النجوم. وهذا يعني أنه ربما يمكن أن تظهر الحياة”. ومن ناحية أخرى، إذا اكتشفت أن أيًا منها لا يمتلك غلافًا جويًا، فسيكون ذلك أمرًا محزنًا للغاية، ولكنه أيضًا مثير للاهتمام، وسيعني أن نظامنا الكوكبي مميز حقًا.”

يتفق معظم علماء الفلك على أن اكتشاف الأغلفة الجوية أمر بالغ الأهمية في البحث عن عوالم صالحة للحياة. لقد أطلقت وكالة ناسا على الغلاف الجوي للأرض اسم “الغطاء الأمني”: فبدونه، لن يكون هناك نوع من الحياة المزدهرة هنا. تحتوي هذه الشرنقة على الأكسجين في الهواء وتقوم بتصفية الأشعة فوق البنفسجية الضارة من الشمس، كل ذلك مع الحفاظ على دفء عالمنا. علاوة على ذلك، فإنه يخلق ضغطًا يسمح للمياه السائلة بالتجمع على السطح.

وقد وجد العلماء دلائل على وجود أجواء تحيط بالعديد من الكواكب 5700 تم اكتشاف الكواكب الخارجية حتى الآن، ولكن جميعها كانت موجودة الكواكب الغازية العملاقة، يحب كوكب المشتري، مع الهواء يتكون في الغالب من الهيدروجين. إن البحث عن عالم أكثر أرضيًا محاطًا بغلاف جوي وقائي قد استعصى على علماء الفلك حتى الآن، على الرغم من أن ويب ساعد العلماء مؤخرًا في العثور على بعض الرهانات المعقولة، مثل 55 كانكري إي, جي جي 486 ب، و إل إتش إس 1140 ب.

جنيفر لوتز، التي تدير عمليات ويب وهابل في معهد علوم التلسكوب الفضائي في بالتيمور، قررت مؤخرا البدء مسح الكواكب الصخرية خارج المجموعة الشمسية باستخدام الوقت التقديري للمخرج، بنفس الطريقة التي تتبعها الحملات العلمية الثورية مثل صور هابل للمجال العميق أتت بثمارها. بالإضافة إلى عمل ويب، سيشمل المسح الجديد حوالي 250 مدارًا من عمليات رصد الأشعة فوق البنفسجية بواسطة تلسكوب هابل للمساعدة في توصيف نشاط النجوم القزمة الحمراء.

وبالإضافة إلى ويب، سيشمل المسح الجديد حوالي 250 مدارًا من عمليات رصد الأشعة فوق البنفسجية بواسطة تلسكوب هابل.
الائتمان: أدريان مان / صور ستوكتريك / صور غيتي التوضيح

وسيلعب هابل دورًا محوريًا في الكشف عما إذا كان أحد هذه العوالم الأرضية يمكنه ذلك أم لا التمسك بالجو قريب جدًا من النجم الذي يقصفه بالإشعاع باستمرار.

قال إسبينوزا: “إنها رسالة جميلة يجب نشرها”. “يعتقد الناس أن ويب هو خليفة هابل، لكن هذا ليس صحيحًا حقًا. إنهم يكملون بعضهم البعض. إنه نوع من فريق الأحلام المثالي للقيام بهذه المهمة.”

“إنه نوع من فريق الأحلام المثالي للقيام بهذه المهمة.”

تقنية الكسوف الثانوي

منذ أن افتتح ويب أعماله، استخدم الباحثون بشكل متكرر تقنية تسمى التحليل الطيفي للإرسال لدراسة الكواكب الخارجية. عندما تعبر هذه العوالم أمام نجمها المضيف، يتم ترشيح ضوء النجوم عبر أغلفتها الجوية. تمتص الجزيئات الموجودة داخل الغلاف الجوي أطوال موجية أو ألوان معينة من الضوء، لذلك من خلال تقسيم الضوء إلى أجزائه الأساسية – مثل قوس قزح – يمكن لعلماء الفلك اكتشاف أجزاء الضوء المفقودة لتمييز التركيب الجزيئي للغلاف الجوي.

لكن هذه الطريقة كانت لها عيوبها. إذا كان ضوء النجوم منتظمًا تمامًا، فسيكون هذا أمرًا واحدًا، لكن النجوم القزمة الحمراء، المعروفة أيضًا باسم الأقزام M، يمكن أن تحصل على البقع النجمية تمامًا مثل الشمس، مما يسبب تباينًا في الإشارات. هذه المشكلة، التي تسمى التلوث النجمي، دفعت علماء ويب مؤخرًا إلى تبني تقنية أخرى، تُعرف باسم ملاحظات الكسوف الثانوية.

التحليل الطيفي للكسوف الثانوي، الموضح في الرسم البياني أعلاه، يزيل ما يسمى بمشكلة “التلوث النجمي”.
الائتمان: ناسا / وكالة الفضاء الأوروبية / وكالة الفضاء الكندية / داني بلاير / أندي جيمس / مخطط جريج بيكون

مع كسوف ثانوي، إنها لعبة الغميضة. يقيس العلماء إشارات القزم الأحمر والكوكب عندما يكون الكوكب بجانب النجم. ومن ثم، عندما يأخذ مدار الكوكب العالم خلف النجم، يقوم العلماء بجمع الإشارة الضوئية للنجم وحده. ومن خلال طرح النجم من المجموع، يمكن للباحثين بعد ذلك عزل الضوء القادم من الكوكب فقط. وستستخدم الفرق مرشحًا خاصًا بطول موجي يمكنه اكتشاف ثاني أكسيد الكربون، الذي يُعتقد أنه مكون محتمل في الغلاف الجوي.

وسيقوم العلماء أيضًا بإجراء قياسات حرارية للحصول على فكرة مبكرة عما إذا كان من الممكن وجود غلاف جوي. إذا كانت درجة الحرارة أقل من المتوقع، فهذا مؤشر قوي على أن الغلاف الجوي السميك يوزع الطاقة من الجانب النهاري للكوكب – نصف الكرة الأرضية المواجه للنجم – إلى الجانب الليلي.

مسح ويب للعوالم الصخرية

ستسمح الحملة الجديدة للعلماء بالمسح 10 إلى 20 عوالم صخريةمع التركيز على الكواكب التي تتراوح حرارتها بين 200 و450 كلفن. وللمقارنة، تبلغ درجة حرارة الأرض 288 كلفن، أو في المتوسط ​​59 درجة فهرنهايت. وستكون معظم الأهداف أقل من ضعف حجم الأرض. سيوجه معهد علوم التلسكوب الفضائي دعوة للمستشارين للمساعدة في تحديد القائمة المستهدفة.

اكتشف علماء الفلك نظام TRAPPIST-1، وهو عائلة من الكواكب المكتظة بإحكام والتي تعج بنجم قزم أحمر، منذ حوالي سبع سنوات.
الائتمان: مارك جارليك / مكتبة الصور العلمية / صور غيتي التوضيح

بالنسبة لكيفن ستيفنسون، عالم الفيزياء الفلكية في مختبر جونز هوبكنز للفيزياء التطبيقية، فإن قائمة الأمنيات ستشمل GJ 486 b، وهو عالم سبق أن درسه، و إل تي تي 1445 أ ب، وهي من أقرب الحالات القوية لوجود الهواء. وهو يعتقد أن حملة ويب ستعمل على تعزيز فهم البشر للعوالم الصخرية لمدة عقد من الزمن.

وقال ستيفنسون في رسالة بالبريد الإلكتروني: “سيكون برنامج الاستطلاع هذا هو الخطوة الرئيسية التالية نحو الإجابة على السؤال: هل نحن وحدنا؟”. “بدون غلاف جوي، من الصعب أن نرى كيف يمكن للحياة، على الأقل كما نعرفها، أن تستمر على كوكب ما.”

“سيكون برنامج الاستطلاع هذا هو الخطوة الرئيسية التالية نحو الإجابة على السؤال: هل نحن وحدنا؟”

وقال إنه إذا تبين أن معظم الكواكب التي تدور حول القزم M ليس لديها غلاف جوي، فإن الأداة المستقبلية، مرصد العوالم الصالحة للسكن، تصبح أكثر أهمية في البحث عن الحياة خارج هذا النظام الشمسي. ومن المتوقع أن يركز تلسكوب هابل على العوالم الأرضية التي تدور حول نجوم تشبه الشمس.

قالت سارة موران، عالمة الكواكب الخارجية في مختبر الكواكب القمرية والكواكب بجامعة أريزونا، إن الاختراق يمكن أن يكون له تأثير كبير على كيفية استخدام ويب والمراصد الرئيسية الأخرى في المستقبل.

وقالت في رسالة بالبريد الإلكتروني: “إذا كان البرنامج قادرًا على التحديد بشكل قاطع أن أحد هذه العوالم الصخرية المحيطة بنجم قزم من النوع M له غلاف جوي، فقد يمهد الطريق حقًا ليس فقط لبقية عمر التشغيل العلمي لـ JWST، بل أيضًا وربما أيضًا المرصد العظيم التالي.”