چگونه قرار است مأموریت آینده‌ی ناسا با نام رصدخانه‌ی جهان‌های زیست‌پذیر (Habitable Worlds Observatory – HWO) سیاره‌های فراخورشیدی هم‌اندازه‌ی زمین را از دیگر سیاره‌های فراخورشیدی متمایز کند؟ به‌ویژه آن دسته از سیاره‌های هم‌اندازه زمین که در ناحیه‌ی قابل سکونت ستاره‌ی میزبان خود قرار دارند و به آن‌ها «زمین‌های فراخورشیدی» یا exoEarths گفته می‌شود؟
این پرسشی است که یک پژوهش تازه ـ که به‌تازگی برای انتشار در نشریه‌ی معتبر The Astronomical Journal پذیرفته شده ـ تلاش کرده به آن پاسخ دهد. در این مطالعه، تیمی بین‌المللی از پژوهشگران توانایی‌های احتمالی HWO را در آینده بررسی کرده‌اند و همچنین کاستی‌ها و نیازهایی را که باید برطرف شوند تا این رصدخانه بتواند علم انقلابی انجام دهد، به‌ویژه در کشف زمین‌های فراخورشیدی، مورد بحث قرار داده‌اند.
شبیه‌سازی با مدل Bioverse
برای این پژوهش، دانشمندان از مجموعه‌ای از مدل‌های رایانه‌ای با نام Bioverse استفاده کردند تا شبیه‌سازی کنند HWO چگونه قادر خواهد بود زمین‌های فراخورشیدی را بر اساس «آلبدو» شناسایی کند.
آلبدو به‌طور ساده توانایی یک جرم سیاره‌ای در بازتاب دادن تابش خورشیدی است که بین ۰ تا ۱ اندازه‌گیری می‌شود. هدف این مطالعه آن بود که دریابند HWO چگونه می‌تواند آلبدوهای ضعیف‌تر را مشاهده و شناسایی کند؛ چرا که سیاره‌های هم‌اندازه زمین بسیار کوچک‌تر از غول‌های گازی‌اند و همین امر سبب می‌شود آلبدوی آن‌ها سخت‌تر شناسایی شود. در حالی که آلبدوهای سیارات بزرگ‌تر مانند مشتری یا زحل معمولاً روشن‌تر و آشکارترند.
در پایان، پژوهشگران نتیجه گرفتند که یک تلسکوپ آینده‌محور که مأموریت آن شناسایی زمین‌های فراخورشیدی باشد، باید از توانایی‌ها و قدرتی فراتر از الزامات تعریف‌شده در گزارش Astro2020 Decadal Survey برخوردار باشد.
آن‌ها در جمع‌بندی مطالعه نوشتند:
«در این پژوهش، توانایی چارچوب Bioverse را برای شبیه‌سازی قابلیت مأموریت‌های تصویربرداری مستقیم آینده در آزمون فرضیه‌هایی همچون رابطه‌ی آلبدو ـ تابش خورشیدی نشان دادیم. در پژوهش‌های آتی، قصد داریم روش توسعه‌یافته در این مطالعه را برای بررسی قابلیت کشف دیگر روندهای جمعیتی با استفاده از تلسکوپ‌های آینده مانند HWO به کار گیریم. با بهره‌گیری از یک شاخص کارایی بر اساس تعداد زمین‌های فراخورشیدی موردنیاز برای آزمون این فرضیه‌ها، مطالعات تجاری آینده می‌توانند تعیین کنند آیا طراحی‌های خاص HWO قادر به دستیابی به این اندازه‌ی نمونه خواهد بود یا نه، و بدین ترتیب بسنجند که آیا یک هدف علمی مشخص واقع‌بینانه است یا خیر.»
اهمیت آلبدو در سنجش زیست‌پذیری
همان‌گونه که اشاره شد، آلبدو شاخصی برای سنجش توان یک سیاره در بازتاب نور ستاره‌ی میزبان است. در مورد سیارات فراخورشیدی، آلبدو می‌تواند سرنخ‌هایی درباره‌ی وجود ابرها، آب مایع و ترکیب جو به ما بدهد. همه‌ی این عوامل برای برآورد زیست‌پذیری احتمالی یک سیاره به کار می‌روند.
جالب آنکه آلبدو و دما رابطه‌ای متقابل دارند. مثلاً ابرها به‌طور طبیعی سردتر هستند و بنابراین آلبدوی روشن‌تر و درخشان‌تری منتشر می‌کنند. همچنین ترکیب جو می‌تواند به ما کمک کند تشخیص دهیم آیا یک سیاره سنگی است یا گازی.
نمونه‌های واقعی از آلبدو
یک نمونه‌ی شاخص از سیاره‌ی فراخورشیدی با آلبدوی بسیار بالا، سیاره‌ای به‌اندازه نپتون به نام LTT 9779 b است. این سیاره حدود ۲۶۴ سال نوری از زمین فاصله دارد و آلبدوی آن حدود ۰.۸ (یا ۸۰ درصد) اندازه‌گیری شده است. اخترشناسان گمان می‌کنند دلیل این بازتابش شدید، وجود سیلیکات‌هایی آغشته به تیتانیوم در جو این سیاره باشد.
دمای این سیاره حدود ۲۰۰۰ درجه سلسیوس (معادل ۳۶۳۲ درجه فارنهایت) است؛ چرا که در مداری بسیار نزدیک به ستاره‌ی خود قرار دارد و هر ۰.۸ روز یک بار به دور آن می‌چرخد.
در منظومه‌ی شمسی نیز مثال‌هایی از آلبدو وجود دارد:
- زمین با آلبدوی ۰.۳،
- مشتری با ۰.۵،
- زهره با ۰.۷۶،
- و قمر انسلادوسِ زحل با ۰.۸۱.
روشنی زیاد زهره و مشتری ناشی از ابرهای بسیار بازتابنده‌ی آن‌هاست، در حالی که انسلادوس سراسر پوشیده از یخ است و همین یخ دلیل آلبدوی بسیار بالای آن است.
مأموریت HWO در دهه ۲۰۴۰
برنامه‌ریزی فعلی ناسا نشان می‌دهد که HWO در دهه‌ی ۲۰۴۰ به فضا پرتاب خواهد شد. هدف اصلی آن شناسایی مستقیم ۲۵ زمین فراخورشیدی است. پس از شناسایی، این رصدخانه با بهره‌گیری از طیف‌سنجی به بررسی جو آن‌ها خواهد پرداخت. طیف‌سنجی علمی استوار و دیرینه در اخترشناسی است که بر اساس تحلیل نور عبوری از جو سیارات انجام می‌شود.
تلسکوپ قدرتمند جیمز وب ناسا نیز هم‌اکنون از این روش بهره می‌برد و توانسته است مولکول‌هایی چون آب، دی‌اکسیدکربن و دی‌اکسید گوگرد را شناسایی کند. انتظار می‌رود HWO بتواند به‌طور مستقیم از این زمین‌های فراخورشیدی تصویربرداری کند. برای این کار از ابزاری به نام کرونوگراف استفاده خواهد شد که نور شدید ستاره‌ی میزبان را مسدود می‌کند تا سیارات پنهان‌شده در درخشش ستاره آشکار شوند. این روش امروزه یکی از رایج‌ترین تکنیک‌ها برای کشف سیارات جدید است.
آینده‌ی شناسایی زمین‌های فراخورشیدی
اینکه HWO تا چه اندازه در سال‌ها و دهه‌های پیش‌رو بتواند زمین‌های فراخورشیدی را شناسایی کند، پرسشی است که تنها زمان به آن پاسخ خواهد داد. اما همین اکنون نیز پژوهشگران امیدوارند این رصدخانه گامی انقلابی در مسیر یافتن نشانه‌هایی از حیات فرازمینی باشد.
🔭 در پایان، آنچه روشن است این است که علم در حال برداشتن گام‌هایی جدی و رو به جلو است. هر مأموریت فضایی نه‌تنها پرسش‌های تازه‌ای مطرح می‌کند، بلکه مسیرهای تازه‌ای را برای جست‌وجوی پاسخ باز می‌کند. بنابراین باید همچنان علم را دنبال کنیم و نگاه‌مان را به آسمان بدوزیم.
