قابلیت سکونت سیارات فراخورشیدی به مجموعه‌ای از عوامل بستگی دارد که وجود آب مایع در صدر فهرست قرار دارد. اما تنها آب کافی نیست؛ یک جو پایدار، ترکیب شیمیایی مناسب و حتی عواملی مانند صفحات تکتونیکی یا فعالیت‌های زمین‌شناسی هم می‌توانند نقشی حیاتی ایفا کنند. میدان مغناطیسی سیارات نیز بخش مهمی از این معادله است. با این حال، آشکارسازی آن‌ها از سطح زمین بسیار دشوار است.
دلیل این دشواری یونوسفر زمین است. این لایه جوی همانند یک سد عمل می‌کند و بخشی از فرکانس‌های رادیویی را مسدود می‌سازد و اجازه نمی‌دهد به سطح زمین برسند. اخترشناسان بر این باورند که بهترین سیگنال‌ها برای شناسایی میدان‌های مغناطیسی سیارات فراخورشیدی در فرکانس‌های زیر ۱۰ مگاهرتز قرار دارند؛ اما این محدوده درست همان بخشی است که توسط یونوسفر زمین سد می‌شود.
ماه چنین مانعی ندارد. ماه فاقد یونوسفر است و تنها یک لایه بسیار نازک به نام اگزوسفر دارد که شامل تعدادی اندک از مولکول‌هاست و توسط گرانش ماه در جای خود نگه داشته می‌شوند. به همین دلیل است که گروهی از پژوهشگران به رهبری دکتر جیک ترنر از دانشگاه کرنل، در یک مقاله سفید (white paper) پیشنهاد داده‌اند که یک آرایه رادیویی بر سطح ماه ساخته شود تا ابزار کلیدی برای مطالعه میدان‌های مغناطیسی سیارات فراخورشیدی باشد. این مقاله با عنوان «مطالعه سیارات فراخورشیدی در باند رادیویی از سطح ماه» منتشر شده است.
چرا یونوسفر مانع است؟
اعتبار تصویر: ناسا گادرد – منبع، دامنه عمومی، ویکی‌مدیا
یونوسفر از یون‌ها یعنی اتم‌ها و مولکول‌های باردار تشکیل شده است. تابش فرابنفش و پرتو ایکس خورشید الکترون‌ها را از این ذرات جدا کرده و آن‌ها را از حالت خنثی خارج کرده است. یونوسفر یک لایه یکنواخت نیست؛ بلکه از لایه‌هایی با تراکم‌های متفاوت تشکیل شده است. این بخش در واقع درون مگنتوسفر زمین قرار دارد و حتی برای انتشار امواج رادیویی در مسافت‌های طولانی روی زمین هم استفاده می‌شود. اما همین ویژگی باعث می‌شود سیگنال‌های ضعیف ناشی از میدان‌های مغناطیسی سیارات دیگر هرگز به سطح زمین نرسند.
نخستین نشانه‌ها
تا امروز، هیچ آشکارسازی قطعی از میدان مغناطیسی یک سیاره فراخورشیدی انجام نشده است، هرچند نشانه‌های امیدوارکننده‌ای وجود دارد. در سال ۲۰۲۱، ترنر و همکارانش موفق شدند نشانه‌هایی از یک مگنتوسفر در سیاره تاو بوتیس b (Tau Bootis b) کشف کنند؛ سیاره‌ای فراخورشیدی در فاصله حدود ۵۱ سال نوری.
روش آشکارسازی: تابش‌های شفقی
جستجوی میدان‌های مغناطیسی سیارات به تابش‌های شفقی بستگی دارد. پژوهشگران توضیح می‌دهند:
«مشاهده تابش‌های رادیویی ناشی از شفق‌های سیاره‌ای یکی از امیدوارکننده‌ترین روش‌ها برای آشکارسازی میدان مغناطیسی سیارات فراخورشیدی است.»
این تابش‌ها ناشی از ناپایداری مِیزر الکترون-سیکلوترون (CMI) هستند. در منظومه شمسی نیز همه سیارات و قمرهای دارای میدان مغناطیسی، از همین مکانیزم تابش‌های رادیویی منتشر می‌کنند. با این حال، تنها تابش‌های مشتری آن‌قدر قوی‌اند که بتوان آن‌ها را از سطح زمین آشکار کرد. برای سیارات فراخورشیدی که بسیار دورتر هستند، چنین چیزی عملاً غیرممکن است. به همین دلیل است که آرایه‌ای از آنتن‌های رادیویی روی ماه می‌تواند انقلابی در این حوزه ایجاد کند.
اعتبار تصویر: Turner و همکاران، ۲۰۲۵
مأموریت‌های پیشگام
پیش‌تر مأموریت‌هایی به‌عنوان گام‌های آزمایشی آغاز شده‌اند:
- تجربه الکترومغناطیس سطح ماه (LuSEE-Night): یک تلسکوپ رادیویی روباتیک که قرار است در سمت پنهان ماه فرود آید (احتمالاً در سال ۲۰۲۶). این تلسکوپ با استفاده از خود ماه برای مسدود کردن نویزهای رادیویی زمین، به رصد تمام آسمان در باند رادیویی خواهد پرداخت.
- ابزار ROLSES-1: این ابزار در فوریه ۲۰۲۴ با فضاپیمای اودیسئوس به ماه فرستاده شد. هرچند فضاپیما پس از فرود واژگون شد، ROLSES-1 توانست مقدار اندکی داده جمع‌آوری کند. همین داده اندک برای طراحی نسل‌های بعدی تلسکوپ‌های رادیویی قمری ارزشمند بود.
طرح‌های آینده: FarView و FARSIDE
پژوهشگران در مقاله خود توضیح می‌دهند که دو مأموریت پیشنهادی می‌توانند مطالعه میدان‌های مغناطیسی فراخورشیدی را متحول کنند:
- رصدخانه FarView:
- آرایه‌ای متشکل از ۱۰۰ هزار آنتن دوقطبی که در مساحتی حدود ۲۰۰ کیلومتر مربع در سمت پنهان ماه ساخته خواهد شد.
- قرار است با استفاده از منابع فلزی موجود در خاک ماه (رگولیت) به‌طور بومی ساخته شود.
- FarView قادر خواهد بود میدان‌های مغناطیسی سیارات از زمین‌مانندها تا غول‌های گازی را آشکار کند.
- طرح FARSIDE:
- آرایه‌ای شامل ۱۲۸ آنتن دو قطبی با قطبش دوگانه، در مساحت ۱۰ کیلومتر مربع.
- هر دقیقه کل آسمان قابل دید را تصویر می‌کند.
- این سامانه قادر خواهد بود میدان مغناطیسی ده‌ها سیاره فراخورشیدی نزدیک را مطالعه کند.
پژوهشگران تأکید می‌کنند: «FarView و FARSIDE انقلابی در مطالعه مگنتوسفر سیارات فراخورشیدی ایجاد خواهند کرد.»
فراتر از ناحیه قابل سکونت
مفهوم «منطقه قابل سکونت» بیش از هر چیز به فاصله سیاره از ستاره‌اش و امکان وجود آب مایع مربوط است. اما زمین نشان می‌دهد که عوامل دیگری هم حیاتی‌اند: سپر مغناطیسی زمین، صفحات تکتونیکی و فعالیت‌های زمین‌شناسی. هرچند ما هنوز قادر به آشکارسازی فعالیت زمین‌شناسی سیارات دور نیستیم، اما میدان مغناطیسی آن‌ها را می‌توانیم با فناوری‌های نوین ردیابی کنیم.
جمع‌بندی
نویسندگان مقاله در پایان می‌گویند:
«به‌طور خلاصه، FarView و FARSIDE دریچه‌ای تازه به علم رادیویی آماری سیارات فراخورشیدی و سیاره‌شناسی تطبیقی خواهند گشود.»
