يبحث علماء الفلك باستمرار عن السماء لما هو غير متوقع. إنهم على استعداد لتبني أفكار جديدة قد تحل محل حكمة السنوات الماضية.
ولكن هناك استثناء واحد للقاعدة: البحث عن Earth 2.0. هنا لا نريد أن نجد ما هو غير متوقع ، بل المتوقع. نريد إيجاد كوكب مشابه جدًا لكوكبنا ، يمكننا تقريبًا تسميته بالوطن.
بينما ، لا يمكننا أن نتصور هذه الكواكب بالضبط بتفاصيل كبيرة بما يكفي لمعرفة ما إذا كان المرء عالمًا مائيًا به نباتات وحضارات خضراء فاتنة ، يمكننا استخدام طرق غير مباشرة للعثور على كوكب "يشبه الأرض" - كوكب له كتلة مماثلة و نصف قطر الأرض.
هناك مشكلة واحدة فقط: التقنيات الحالية لقياس كتلة كوكب خارجي محدودة. حتى الآن ، يقيس علماء الفلك السرعة الشعاعية - أي تذبذب صغير في مدار النجم حيث يتم جره من خلال سحب الجاذبية لكوكبه الخارجي - لاشتقاق نسبة كتلة الكوكب إلى النجوم.
ولكن بالنظر إلى أن معظم الكواكب الخارجية يتم اكتشافها عبر إشارة العبور الخاصة بها - ينخفض في الضوء بينما يمر كوكب أمام نجمه المضيف - ألن يكون رائعًا إذا تمكنا من قياس كتلته بناءً على هذه الطريقة وحدها؟ حسنًا ، لقد وجد علماء الفلك في MIT طريقة.
طورت الخريجة جوليان دي فيت وزميلة ماك آرثر سارة سيجر تقنية جديدة لتحديد الكتلة باستخدام إشارة عبور كوكب خارج المجموعة الشمسية وحدها. عندما يمر كوكب ، يمر ضوء النجم من خلال طبقة رقيقة من الغلاف الجوي للكوكب ، والتي تمتص أطوال موجية معينة من ضوء النجم. بمجرد وصول ضوء النجوم إلى الأرض ، سيتم طباعته ببصمات الأصابع الكيميائية لتكوين الغلاف الجوي.
يسمح ما يسمى طيف الإرسال لعلماء الفلك بدراسة الغلاف الجوي لهذه العوالم الغريبة.
ولكن هذا هو المفتاح: يمكن لكوكب أكثر ضخامة أن يحافظ على جو أكثر كثافة. لذا من الناحية النظرية ، يمكن قياس كتلة الكوكب بناءً على الغلاف الجوي أو طيف الإرسال وحده.
بالطبع لا يوجد ارتباط واحد لواحد أو كنا قد اكتشفنا ذلك منذ فترة طويلة. يعتمد مدى الغلاف الجوي أيضًا على درجة حرارته ووزن جزيئاته. الهيدروجين خفيف جدًا لدرجة أنه ينزلق بعيدًا عن الغلاف الجوي بسهولة أكبر من الأكسجين مثلاً.
لذا فقد عمل دي ويت من معادلة قياسية تصف ارتفاع المقياس - المسافة العمودية التي ينخفض فيها ضغط الغلاف الجوي. يعتمد مدى انخفاض الضغط على درجة حرارة الكوكب ، وقوة الجاذبية للكوكب (كتلة الكتلة) وكثافة الغلاف الجوي.
وفقًا للجبر الأساسي: معرفة أي من هذه المعلمات ستتيح لنا حل المشكلة الرابعة. لذلك ، يمكن اشتقاق قوة الجاذبية ، أو كتلتها ، من درجة حرارة الغلاف الجوي ، ومظهر الضغط والكثافة - وهي المعلمات التي يمكن الحصول عليها في طيف الإرسال وحده.
مع العمل النظري وراءهم ، استخدم de Wit و Seager كوكب المشتري الساخن HD 189733b ، مع كتلة راسخة بالفعل ، كدراسة حالة. كشفت حساباتهم عن نفس قياس الكتلة (1.15 ضعف كتلة المشتري) التي تم الحصول عليها من خلال قياسات السرعة الشعاعية.
ستتمكن هذه التقنية الجديدة من وصف كتلة الكواكب الخارجية بناءً على بيانات النقل الخاصة بها وحدها. في حين أن كوكب المشتري الساخن لا يزال الهدف الرئيسي للتقنية الجديدة ، يهدف دي فيت وسيجر إلى وصف الكواكب الشبيهة بالأرض في المستقبل القريب. مع إطلاق تلسكوب جيمس ويب الفضائي المقرر في 2018 ، يجب أن يتمكن الفلكيون من الحصول على كتلة عوالم أصغر بكثير.
نُشرت الورقة في مجلة Science Magazine وهي متاحة الآن للتنزيل بشكل أطول هنا.
