آیا مأموریت PLATO آژانس فضایی اروپا می‌تواند زمین ۲.۰ را پیدا کند؟

بیشتر این سیاره‌ها شامل غول‌های گازی (۳۸۲۶) یا ابرزمین‌ها (۱۷۳۵) بوده‌اند و تنها ۲۱۰ مورد به عنوان سیاره‌های «زمین‌مانند» – به معنای سیاره‌های سنگی با اندازه و جرمی مشابه زمین – شناسایی شده‌اند. علاوه بر این، بیشتر این سیارات در مدار ستاره‌های نوع M (کوتوله‌های قرمز) کشف شده‌اند و تنها تعداد کمی در اطراف ستاره‌هایی مشابه خورشید مشاهده شده‌اند. با این حال، تاکنون هیچ سیاره زمین‌مانندی که در منطقه قابل سکونت (HZ) ستاره‌ای شبیه خورشید قرار داشته باشد، کشف نشده است.

این موضوع عمدتاً به دلیل محدودیت‌های رصدخانه‌های موجود است که قادر به شناسایی سیاره‌های هم‌اندازه زمین با دوره‌های مداری بلندتر (۲۰۰ تا ۵۰۰ روز) نیستند. اینجا است که ابزارهای نسل جدید مانند مأموریت PLAnetary Transits and Oscillations of stars (PLATO) آژانس فضایی اروپا وارد میدان می‌شوند. این مأموریت که برای پرتاب در سال ۱۴۰۵ برنامه‌ریزی شده، به مدت چهار سال تا یک میلیون ستاره را برای یافتن نشانه‌های گذر سیاره‌های سنگی بررسی خواهد کرد. در مطالعه‌ای اخیر، گروهی از دانشمندان بین‌المللی بررسی کردند که اگر PLATO منظومه شمسی را رصد می‌کرد، احتمالاً چه چیزهایی می‌دید.

مطالعه و تیم پژوهشی این مطالعه توسط «آندریاس اف. کرن»، دانشجوی دکترای مؤسسه تحقیقات فضایی در آکادمی علوم اتریش، هدایت شد. وی با پژوهشگرانی از دانشگاه ژنو، دانشگاه ایکس مارسی، آزمایشگاه اخترفیزیک کلمبیا، مؤسسه اخترفیزیک پوتسدام، مؤسسه نجوم KU Leuven، مرکز ملی تحقیقات جوی، و رصدخانه کانزل‌هوهه همکاری کرد. مقاله‌ای که توصیف پژوهش آن‌ها را ارائه می‌دهد، به‌تازگی در مجله Astronomy & Astrophysics منتشر شده است.

به گفته آن‌ها، سیاره‌ای زمین‌مانند که در منطقه قابل سکونت یک ستاره نوع G (شبیه خورشید) قرار دارد، هدف اصلی برای جستجوی نشانه‌های زیستی است. این نشانه‌ها شامل گاز اکسیژن، دی‌اکسید کربن، متان، آمونیاک، و بخار آب در اتمسفر و همچنین نشانه‌های فتوسنتز روی سطح – مثلاً «لبه قرمز پوشش گیاهی» – هستند. این امر تاکنون برای تلسکوپ‌ها بسیار دشوار بوده است، زیرا سیاره‌های زمین‌مانند معمولاً در مدار نزدیک‌تری به ستاره‌های شبیه خورشید قرار دارند و دستیابی به داده‌های جوی آن‌ها با روش‌هایی مانند تصویربرداری مستقیم یا طیف‌نگاری گذری دشوار است.

روش گذر و چالش‌های آن در روش گذر، اخترشناسان منحنی نوری ستاره‌های دوردست را برای یافتن کاهش‌های دوره‌ای در روشنایی بررسی می‌کنند که معمولاً نتیجه عبور یک سیاره از جلوی ستاره نسبت به ناظر است. تاکنون، بیش از ۴۳۰۰ سیاره فراخورشیدی – حدود ۷۴.۵٪ – با این روش تأیید شده‌اند. در شرایط مناسب، اخترشناسان می‌توانند نور عبوری از جو سیاره را مشاهده کرده و ترکیب شیمیایی آن را با استفاده از طیف‌سنج‌ها تحلیل کنند.

اما به گفته کرن، این کار برای اخترشناسان چالشی جدی ایجاد کرده است: «مشکل اصلی سیگنال‌های کوچک است که این سیاره‌ها تولید می‌کنند. برای مثال، دامنه سرعت شعاعی زمین تقریباً ۰.۱ متر بر ثانیه است که معادل سرعت یک لاک‌پشت غول‌پیکر گالاپاگوس است. این بدان معناست که اگر یک ناظر دوردست بخواهد حرکت خورشید را به دور مرکز جرم مشترک سامانه زمین-خورشید مشاهده کند، باید حرکتی با سرعت یک لاک‌پشت غول‌پیکر را از سال‌های نوری دور ببیند.»

نقش PLATO این چالش‌ها با تلسکوپ فضایی نسل بعدی PLATO آژانس فضایی اروپا به طور قابل توجهی تغییر خواهند کرد. این مأموریت با استفاده از رویکرد چندتلسکوپی متشکل از ۲۶ دوربین، از جمله ۲۴ دوربین «عادی» و ۲ دوربین «سریع» برای ستاره‌های درخشان، منطقه‌ای از آسمان را به مدت حداقل دو سال به طور مداوم رصد خواهد کرد. کرن می‌گوید: «ابزار فوتومتریک PLATO به اندازه‌ای دقیق خواهد بود که بتواند گذر یک سیاره زمین‌مانند در حال گردش به دور ستاره‌ای شبیه خورشید را تنها با یک رویداد گذر شناسایی کند.»

نتایج مطالعه تیم پژوهشی با استفاده از داده‌های مأموریت Helioseismic and Magnetic Imager (HMI) از رصدخانه دینامیک خورشیدی ناسا، تأثیر تغییرات کوتاه‌مدت خورشیدی را با استفاده از خورشید به عنوان نماینده بررسی کردند. نتایج نشان داد که سیگنال‌های گذر با نسبت سیگنال به نویز بالا برای اهداف درخشان قابل شناسایی هستند و برای اهداف کم‌نور نیز بسیار محتمل است. آن‌ها همچنین دریافتند که مأموریت PLATO شانس خوبی برای اندازه‌گیری دقیق و صحیح اندازه سیاره‌های زمین‌مانند دارد.