هل توجد أرض أخرى في مكان ما في مجرتنا؟ مع اقتراب المركبة الفضائية كيبلر الأخيرة ، يقترب الفلكيون من العثور على كوكب بحجم الأرض في مدار يشبه الأرض. ولكن بمجرد نجاح هذا البحث ، ستكون الأسئلة التالية التي تقود البحث هي: هل هذا الكوكب صالح للسكن؟ هل لها جو شبيه بالأرض؟ لن تكون الإجابة على هذه الأسئلة سهلة. لكن التلسكوب المطلوب لهذه المهمة هو تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) ، والمزمع إطلاقه في عام 2013. قام باحثان مؤخرًا بفحص قدرة JWST على توصيف أجواء الكواكب الشبيهة بالأرض ، ووجدوا أن هذا هو التلسكوب يمكن أن يكتشف غازات معينة تسمى المرقمات الحيوية ، مثل الأوزون والميثان ، لعوالم قريبة من حجم الأرض. (راجع مقالتنا ذات الصلة: سؤال وجواب مع الدكتور جون ماثر على JWST.)
نظرًا لمرآته الكبيرة وموقعه عند النقطة L2 في الفضاء الخارجي ، سيوفر تلسكوب جيمس ويب الفلكي للفلكيين أول إمكانية حقيقية للعثور على إجابات حول قابلية العيش في عوالم شبيهة بالأرض القريبة ، كما تقول ليزا كالتنجر من مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية وويزلي تراوب من مختبر الدفع النفاث. قال كالتنجر "يجب أن نكون محظوظين حقًا لفك شفرة الغلاف الجوي لكوكب شبيه بالأرض خلال حدث العبور حتى نتمكن من معرفة أنه يشبه الأرض". "سنحتاج إلى إضافة العديد من الترانزيت للقيام بذلك - مئات منها ، حتى بالنسبة للنجوم التي تبعد مسافة 20 سنة ضوئية."
وأضافت: "على الرغم من أن الأمر صعب ، إلا أنه سيكون محاولة مثيرة للغاية لتمييز جو كوكب بعيد".
في حدث العبور ، يعبر كوكب بعيد خارج المجموعة الشمسية أمام نجمه كما يظهر من الأرض. أثناء عبور الكوكب ، تمتص الغازات الموجودة في الغلاف الجوي جزءًا صغيرًا من ضوء النجم ، تاركة بصمات الأصابع الخاصة بكل غاز. من خلال تقسيم ضوء النجم إلى قوس قزح من الألوان أو الطيف ، يمكن للفلكيين البحث عن بصمات الأصابع. درس كالتنجر وتراوب ما إذا كانت بصمات الأصابع هذه يمكن اكتشافها بواسطة JWST.
تقنية العبور صعبة للغاية. إذا كانت الأرض بحجم كرة السلة ، فسيكون الغلاف الجوي رقيقًا مثل ورقة ، وبالتالي فإن الإشارة الناتجة صغيرة جدًا. علاوة على ذلك ، تعمل هذه الطريقة فقط عندما يكون الكوكب أمام نجمه ، ويستمر كل عبور لبضع ساعات على الأكثر.
اعتبر كالتينيغر وتراوب لأول مرة عالمًا يشبه الأرض يدور حول نجم يشبه الشمس. للحصول على إشارة قابلة للكشف من عبور واحد ، يجب أن يكون النجم والكوكب قريبين جدًا من الأرض. النجم الوحيد المشابه للشمس فقط هو Alpha Centauri A. لم يتم العثور على مثل هذا العالم حتى الآن ، لكن التكنولوجيا أصبحت الآن قادرة على اكتشاف عوالم بحجم الأرض.
كما تناولت الدراسة الكواكب التي تدور حول النجوم القزمة الحمراء. هذه النجوم ، تسمى النوع M ، هي الأكثر وفرة في درب التبانة - أكثر شيوعًا بكثير من النجوم الصفراء من النوع G مثل الشمس. كما أنها أكثر برودة وأخف من الشمس ، بالإضافة إلى أنها أصغر حجمًا ، مما يجعل العثور على كوكب شبيه بالأرض يعبر نجمة M أسهل.
سيتعين على العالم الشبيه بالأرض أن يدور بالقرب من قزم أحمر ليكون دافئًا بما يكفي للماء السائل. ونتيجة لذلك ، يدور الكوكب بشكل أسرع وستستمر كل عملية عبور بضع ساعات إلى مجرد دقائق. لكنها ستخضع لمزيد من الترانزيت في فترة زمنية معينة. يمكن لعلماء الفلك تحسين فرصهم في اكتشاف الغلاف الجوي عن طريق إضافة الإشارة من العديد من الترانزيت ، مما يجعل النجوم القزمة الحمراء جذابة الأهداف بسبب عمليات العبور المتكررة.
سيخضع عالم شبيه بالأرض يدور حول نجم مثل الشمس لعبور لمدة 10 ساعات مرة واحدة كل عام. يستغرق تجميع 100 ساعة من مراقبة العبور 10 سنوات. في المقابل ، ستخضع الأرض التي تدور حول نجم قزم أحمر متوسط الحجم لعبور لمدة ساعة واحدة مرة واحدة كل 10 أيام. سيستغرق تجميع 100 ساعة من مراقبة العبور أقل من ثلاث سنوات.
قال كالتنجر "إن النجوم القزمة الحمراء القريبة تقدم أفضل إمكانية للكشف عن المؤشرات الحيوية في الغلاف الجوي للأرض العابرة".
قال تراوب: "في نهاية المطاف ، قد يثبت التصوير المباشر - دراسة فوتونات الضوء من الكوكب نفسه - طريقة أكثر قوة لوصف جو العوالم الشبيهة بالأرض من تقنية العبور".
وقد تم بالفعل استخدام الدراسات المباشرة لإنشاء خرائط درجة حرارة الخام للكواكب العملاقة خارج النظام الشمسي شديدة الحرارة. باستخدام أجهزة الجيل التالي ، قد يتمكن الفلكيون من دراسة التركيبات الجوية ، وليس فقط درجات الحرارة. إن توصيف "نقطة زرقاء شاحبة" هو الخطوة التالية من هناك ، سواء عن طريق إضافة مئات من عبور كوكب واحد أو عن طريق حجب ضوء النجوم وتحليل ضوء الكوكب مباشرة.
في أفضل السيناريوهات ، قد يتضح أن ألفا سنتوري A لديها كوكب شبيه بالأرض عابر لم يكتشفه أحد حتى الآن. بعد ذلك ، سيحتاج الفلكيون فقط إلى عدد قليل من عمليات العبور لفك تشفير الغلاف الجوي لهذا الكوكب وربما تأكيد وجود أول توأم للأرض.
المصدر: مركز هارفارد للفيزياء الفلكية
