تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) با توان بینظیر خود تلاش کرده تا تا حد امکان جو این دنیاهای دوردست را مطالعه کند. با این حال، زمان رصد با قدرتمندترین تلسکوپ فضایی جهان بسیار ارزشمند و محدود است و برای بهدستآوردن تصویری کامل از یک جو سیارهای، به زمان طولانی و برنامهریزی دقیق نیاز است. همین مسئله باعث شده گروهی چندرشتهای از پژوهشگران به فکر طراحی مأموریتی جایگزین بیفتند؛ مأموریتی تخصصی که بتواند با هزینهای بسیار کمتر از پروژههای عظیمی مانند جیمز وب، اطلاعات گستردهای درباره جو سیارات فراخورشیدی جمعآوری کند. این مأموریت «تلسکوپ فروسرخ اقلیم سیارات فراخورشیدی» یا EXCITE نام دارد؛ و یک ویژگی دارد که جیمز وب ندارد: یک گوندولا.
علت این تفاوت آن است که EXCITE به یک بالن عظیم متصل است. این بالن طوری طراحی شده که در ارتفاع حدود ۴۰ کیلومتری از سطح زمین شناور شود؛ ارتفاعی که بالاتر از ۹۹.۵ درصد جو زمین قرار دارد. در شرایط دید سرد و پایدار، مانند آسمان صاف و پایدار بالای جنوبگان، این سامانه میتواند برای چندین روز بدون وقفه به یک هدف مشخص خیره بماند. چنین قابلیتی دقیقاً همان چیزی است که برای ثبت «منحنیهای فازی» سیاراتی از نوع مشتریهای داغ لازم است؛ سیاراتی که تنها طی چند روز یک بار به دور ستاره خود میچرخند.
در رسانهها معمولاً توجه به کشف سیارات فراخورشیدی بر دو پدیده متمرکز است: «گذر» و «گرفت ثانویه». در روش گذر، سیاره از مقابل ستاره میزبان عبور میکند و در آغاز و پایان این عبور، لبههای جو آن برای مدت کوتاهی قابل بررسی میشود. در گرفت ثانویه نیز سیاره پشت ستاره پنهان میشود و پیش و پس از این پنهانشدن، اطلاعات مختصری از آن به دست میآید. اما هر دو روش در واقع تصویری لحظهای و دوبعدی از جو سیاره ارائه میکنند؛ نوعی عکس فوری که اطلاعات محدودی در اختیار دانشمندان میگذارد.
در مقابل، منحنیهای فازی امکان بررسی کاملتری را فراهم میکنند. بسیاری از مشتریهای داغ آنقدر به ستاره خود نزدیکاند که بهصورت کشندی قفل شدهاند؛ یعنی همواره یک سمت آنها رو به ستاره است و سمت دیگر در تاریکی فضا قرار دارد. هنگامی که چنین سیارهای به دور ستاره میگردد، خط مرزی میان روز و شب (ترمیناتور) از دید ما بهتدریج روی سطح آن جابهجا میشود. این تغییر تدریجی طی چند روز، به پژوهشگران اجازه میدهد نقشهای سهبعدی از دما و ترکیب جوی سیاره تهیه کنند؛ چیزی که با تصاویر گذرا امکانپذیر نیست.
از این نقشههای سهبعدی میتوان نقشههای طولی وضعیت آبوهوا تهیه کرد و حتی داغترین نقطه سطح سیاره را مشخص نمود. همچنین میتوان فشار جو را تعیین کرد، زیرا طولموجهای مختلف نور در فشارهای متفاوت جذب میشوند. تلسکوپ EXCITE بهگونهای طراحی شده که طیفسنجی دقیقی انجام دهد و بتواند تفاوت میان طولموجهای مختلف را تشخیص دهد.
در مجموع، این قابلیتها EXCITE را به جایگزینی جذاب برای رصدخانههای بزرگ و پرهزینه سیارات فراخورشیدی تبدیل میکند. جالب آنکه حتی در برخی موارد نسبت به جیمز وب و هابل مزیت دارد. برای مثال، جیمز وب در حالت PRISM که برای ثبت منحنیهای فازی مناسب است، آنقدر حساس است که ستارههای بسیار درخشان میتوانند آشکارساز آن را اشباع کنند. از سوی دیگر، تلسکوپ هابل که در مدار پایین زمین قرار دارد، مرتب وارد سایه زمین میشود و دوباره خارج میگردد. این تغییرات شدید دمایی باعث میشود دستگاه برای رسیدن به پایداری حرارتی زمان زیادی نیاز داشته باشد و در نتیجه، در دادههای آن وقفه ایجاد شود؛ وقفههایی که برای ثبت کامل یک منحنی فازی مشکلساز هستند.
برای آزمایش کارایی این سامانه، پژوهشگران در اوت ۲۰۲۴ یک پرواز آزمایشی انجام دادند. در این آزمایش، EXCITE به مدت ۱۰ ساعت بر فراز فورت سامنر در ایالت نیومکزیکو شناور بود تا سامانههای مختلف آن آزمایش شوند. برخی نتایج بسیار موفقیتآمیز بودند: گوندولا توانست با دقتی کمتر از یک ثانیه قوسی تثبیت شود و سامانه سرمایش برودتی که برای خنککردن آشکارسازهای فروسرخ و تجهیزات نوری لازم است، بهخوبی کار کرد. با این حال، مانند بسیاری از آزمایشهای اولیه فناوریهای نو، مشکلاتی نیز پیش آمد. سامانه GPS از کار افتاد و محفظه آلومینیومی اطراف یاتاقانها در اثر انقباض حرارتی محدود شد، بهطوریکه توانایی تلسکوپ برای تغییر زاویه و رصد هدف مختل شد.
این مشکلات بخشی طبیعی از روند توسعه فناوریهای جدید است و مهندسان هماکنون در حال کار روی راهحلهای آن هستند. برنامهریزی شده که در تابستان ۲۰۲۶ تا ۲۰۲۷ یک پرواز بلندمدت در جنوبگان انجام شود. اگر این مأموریت موفقیتآمیز باشد، میتواند تعداد منحنیهای فازی شناختهشده سیارات فراخورشیدی را تقریباً دو برابر کند. دستاوردی چنین بزرگ، آن هم با بودجهای نسبتاً محدود، نشان میدهد که EXCITE میتواند نقشی مهم در آینده پژوهشهای مربوط به اقلیم و جو سیارات دوردست ایفا کند.
