تلسكوب ويب لإلقاء نظرة غير مسبوقة على الكواكب الخارجية

قال جون ماثر ، كبير علماء مشروع ويب في مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا في جرينبيلت بولاية ماريلاند: “سننظر إلى جميع الأجسام الموجودة في النظام الشمسي ، بدءًا من المريخ ونذهب إلى الخارج”. وأشار إلى أن بعض الأهداف الرئيسية لـ Webb تشمل عوالم المحيطات في نظامنا الشمسي ، مثل قمر كوكب المشتري يوروبا وقمر زحل تيتان. ستقوم البعثات المستقبلية بالتحقيق فيما إذا كانت الحياة أو الكيمياء التي تؤدي إلى الحياة ممكنة في هذه العوالم.

التحديق داخل أجواء الكواكب

خارج نظامنا الشمسي ، تبقى أسئلة أكبر. يمكن أن يلقي Webb مزيدًا من الضوء على أنواع الكواكب الموجودة خارج ركننا الصغير من الكون. لكنها لن تبحث في الغلاف الجوي للكواكب الشبيهة بالأرض حول النجوم الشبيهة بالشمس.

وبدلاً من ذلك ، فإن الكواكب التي سيلاحظها ويب تقع حول نجوم أصغر بكثير وأكثر برودة ، وهي شائعة جدًا في مجرتنا. قال كلاوس بونتوبيدان ، عالم مشروع ويب في معهد علوم تلسكوب الفضاء في بالتيمور ، إنه من الممكن أن تظل تلك الكواكب صالحة للسكن.

بالإضافة إلى مراقبة الكواكب الخارجية وأسطحها ، سيكون ويب قادرًا في الواقع على النظر داخل غلافها الجوي ، إذا كانت هذه الكواكب بها. هناك ، قوس قزح حقيقي من المعلومات ينتظر. تمتص الغازات الموجودة داخل الغلاف الجوي للكوكب الضوء بألوان محددة ، مما سيسمح للعلماء بالتعرف عليها ورؤية تكوين الغلاف الجوي لكوكب خارج المجموعة الشمسية.

قال سيجر: “يعني الويب أشياء مختلفة لعلماء الكواكب الخارجية المختلفة ، ولكن بالنسبة لعدد كبير منهم يتعلق الأمر بدراسة الغلاف الجوي للكواكب الخارجية”. “وعندما يمر كوكب أمام نجمه المضيف ، يضيء بعض ضوء النجوم عبر الغلاف الجوي. ومن خلال رؤية الضوء الذي يمر عبره وما يتم حظره ، يمكننا تحديد الغازات في الغلاف الجوي.”

في حين أن تلسكوب هابل الفضائي سمح للعلماء بالقيام بذلك بالفعل ، فإن هذا التلسكوب الجديد “سينقلنا إلى المستوى التالي” ، كما قال سيجر.

تخيل رؤية الأرض من بعيد. من هذا المنظور ، سيبدو غلافنا الجوي كطبقة صغيرة من الضباب فوق الكوكب. هذا هو سبب صعوبة الشعور بالأجواء.

وقال سيجر “حلمنا دراسة الكواكب الصخرية ورؤية بخار الماء مما يدل على وجود مياه سائلة في المحيطات”. “إذا تمكنا من إثبات أن الكواكب الصخرية التي تحتوي على بخار الماء شائعة ، فهذا يشير إلى أن الكواكب الصخرية ذات المحيطات المائية شائعة. والماء ضروري لجميع أشكال الحياة كما نعرفها. لذلك سيكون هذا معلمًا كبيرًا.”

وقالت إن اكتشاف الغازات غير المتوقعة أو غير المفهومة قد يكون اكتشافًا أكثر إثارة للاهتمام ، مما يؤدي إلى أسئلة أكثر من الإجابات.

قال نيكول لويس ، عالم الفيزياء الفلكية والأستاذ المساعد في علم الفلك بجامعة كورنيل ، إن ويب سيساهم أيضًا بمزيد من البيانات التي تساعد العلماء على رؤية الكواكب ثلاثية الأبعاد. يتضمن ذلك درجة الحرارة وتكوين السحب وحتى القدرة على فهم الطقس الذي يحدث على الكواكب الأخرى لإنشاء صورة أفضل للمناخات خارج كوكب الأرض.

“هذا العقد سيكون حقًا عقد فهم الكواكب الصغيرة حول النجوم الصغيرة وبعد ذلك العقود التالية ، سنوجه أعيننا نحو الكواكب الصغيرة حول النجوم الشبيهة بالشمس.”

التكبير في TRAPPIST-1

تقع ثلاثة من الكواكب داخل المنطقة الصالحة للسكن للنجم ، حيث يمكن أن تتجمع المياه السائلة على سطح الكوكب وربما تدعم الحياة.

الخطوة الأولى هي تحديد ما إذا كانت الكواكب لها أغلفة جوية. تدور الكواكب حاليًا حول نجم قزم فائق البرودة ، لكنها لم تكن دائمًا في مثل هذه الظروف المناسبة. النجم نصف درجة الحرارة وعُشر كتلة الشمس. لكنها كانت أكثر سخونة في وقت مبكر من عمرها ، مما قد يتسبب في فقدان الكواكب القريبة للغلاف الجوي أو المحيطات أو الجليد.

قال سيجر: “هذه النجوم القزمة الحمراء الصغيرة ، عليك أن تفكر فيها كما لو كانت قد مرّت بمرحلة مراهقة طويلة جدًا ، سيئة التصرف للغاية”. “وخلال ذلك الوقت ، كانوا حرارًا جدًا وأطلقوا الكثير من الطاقة. لذلك تعرض كوكب موجود في المنطقة الصالحة للسكن اليوم للقصف بالحرارة والطاقة العالية ويعتقد الناس أنه ربما فقد غلافه الجوي خلال ذلك الوقت. لذا سواء أو لا يمكن تجديد الغلاف الجوي ، لسنا متأكدين “.

وجد الباحثون الذين اكتشفوا كواكب TRAPPIST أنها تستخدم طريقة العبور. رأى علماء الفلك الظلال ، مثل الكسوف الصغير ، تقطع بشكل دوري النمط الثابت لضوء النجوم أثناء ملاحظتهم للنجم من خلال التلسكوب. هذا يسمى العبور. أشارت الظلال إلى وجود كواكب ، وأكد ذلك المزيد من المراقبة.

نفس ضوء النجوم المستخدم للكشف عن الكواكب يمر عبر الغلاف الجوي للكوكب. عندما يحدث ذلك ، يمكن لعلماء الفلك اكتشاف تكوين الغلاف الجوي ، إذا كان موجودًا. تكشف هذه الطريقة أيضًا عن ألوان تمثل أطوال موجات مختلفة من الضوء.

أحد الأهداف المخطط لها لـ Webb هو TRAPPIST-1e ، والذي يحتمل أن يكون صالحًا للسكن. وقال لويس إن الباحثين سيبحثون عن إشارات للغلاف الجوي ، ومن ثم مكونات محددة ، مثل إشارات ثاني أكسيد الكربون أو الماء.

قال لويس: “أعطتنا الطبيعة عينة من سبعة كواكب بحجم الأرض تقريبًا في نظام واحد”. “في علم النظام الشمسي ، نقارن الكواكب ببعضها البعض وهذا يساعدنا على فهم كيفية تشكلها ولماذا الأرض هي الكوكب الوحيد المعروف حاليًا باستضافة الحياة في النظام الشمسي. ولذا فإن نظام TRAPPIST سيعطينا ذلك نفس الفرصة في نظام الكواكب الخارجية للنظر في كل من الكواكب “.

يمكن أن يلقي تلسكوب ويب نظرة خاطفة على الأجواء المحتملة لجميع كواكب TRAPPIST السبعة. قال سيجر إن مراقبة هذه العوالم يمكن أن تساعد العلماء على فهم تطور الكواكب بشكل أفضل.

استكشاف عوالم غامضة

مجموعة الكواكب التي سيشاهدها ويب متنوعة بشكل رائع ، بما في ذلك “كوكب المشتري الحار” و “نبتون الدافئ” ، وهي كواكب تنفجر بالحرارة أثناء دورانها حول نجمها وحتى العوالم التي تدور حول النجوم القزمة البيضاء الميتة.

قالت ناتالي باتالها ، أستاذة علم الفلك والفيزياء الفلكية في جامعة كاليفورنيا ، سانتا كروز ، إن ويب يمكن أن يكشف عن العمليات الفيزيائية التي تؤدي إلى تنوع الكواكب الخارجية. عملت باتالها أيضًا كمحقق مشارك وعالم بعثة كبلر في مهمة كبلر ، والتي ساعدت في العثور على الآلاف من الكواكب الخارجية.

قال باتالها: “أحد الأمور المستقاة من كبلر هو أن تنوع الكواكب في المجرة يفوق بكثير تنوع الكواكب في نظامنا الشمسي”. “لذا أعتقد أن هذا له تأثيرات كبيرة جدًا على دراسة قابلية الكواكب للسكنى والمكان الذي ستكون فيه أكثر أماكن الحياة احتمالية. آمل أن يفرز Webb ذلك ويعطينا هذه العدسة الجديدة على التنوع.”

أحد الغموض هو ما يسمى بالكواكب ذات النواة المجردة. تخيل كوكبًا تشكل مثل العملاق الجليدي نبتون ، ولكنه قريب من نجمه. قال باتلحة إنه بمرور الوقت ، تم تجريد غلاف الكوكب الهيدروجين ، تاركًا نواة صخرية تشبه الأرض ، لكن يجب أن تكون مختلفة تمامًا في الداخل.

قال باتالها: “هل هذا الجوهر المجرد يساعد على الحياة؟ هل هذا عقار إضافي لإمكانية الحياة؟ لا أعرف”.

هذه تختلف عن كيفية تشكل الغلاف الجوي للأرض. يمكن أن يكشف تحديد متتبعات الغلاف الجوي باستخدام Webb المزيد عن هذه العوالم المجردة من النواة.

لغز آخر اكتشفه كبلر هو وجود كواكب بين حجم الأرض ونبتون. قالت جوانا تيسك ، عالمة مختبر الأرض والكواكب في معهد كارنيجي للعلوم في واشنطن العاصمة ، إنه بناءً على حجمها الدقيق ، يُشار إليها باسم الأرض الفائقة أو نبتون الفرعية.

ساعد كبلر العلماء على إدراك أن “النوع الأكثر شيوعًا من الكواكب (هناك) هو كوكب لا نملكه حتى في نظامنا الشمسي ، وهو نوع من الجسور بين الكواكب الأرضية الصغيرة التي تدور بالقرب من نجومها وكواكب الغاز العملاقة الموجودة قالت ناتالي باتالها “بعيدًا بعض الشيء”.

قال تيسكي إن هذه الكواكب شائعة حول النجوم الشبيهة بالشمس ، وغالبًا ما تظهر في أنظمة متعددة الكواكب ويبدو أنها نتيجة شائعة جدًا لتشكيل الكواكب.

قال تيسكي إن العلماء يريدون فهم ما إذا كانت هذه العوالم أكثر تشابهًا مع الأرض أو نبتون – أو ما إذا كانت شيئًا مختلفًا تمامًا. تم تصميم مشروعهم لمعالجة كيفية تشكل هذه الكواكب بالإضافة إلى تكوينها والأغلفة الجوية المحتملة.

من المحتمل أن تكون الكواكب غازية أو أرضية أو حتى عوالم مائية ، لذلك سيبحث الفريق لمعرفة ما إذا كان الماء في غلافها الجوي.

قال تيسكي إن تلسكوب جيمس ويب الفضائي “سوف يفتح مجال توصيف الغلاف الجوي للكواكب الخارجية”.