مع تحديد المزيد والمزيد من الكواكب الخارجية من خلال طرق الرصد المختلفة ، فإن "الكأس المقدسة" التي لا تزال بعيدة المنال هي اكتشاف عالم يشبه الأرض حقًا ... أحد السمات المميزة له هو وجود الماء السائل. وفي حين أنه تم تحديد الماء في الأجواء الكثيفة للكواكب الخارجية "المشتري الساخن" من قبل ، فقد تم استخدام تقنية جديدة الآن لاكتشاف توقيعها الطيفي في عالم عملاق آخر خارج نظامنا الشمسي - من المحتمل أن يمهد الطريق للمزيد مثل هذه الاكتشافات.
تعاون باحثون من كالتيك وجامعة ولاية بنسلفانيا ومختبر الأبحاث البحرية وجامعة أريزونا ومركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية في مشروع ممول من جبهة الخلاص الوطني لتطوير طريقة جديدة لتحديد وجود المياه في أجواء الكواكب الخارجية.
اعتمدت الأساليب السابقة على حالات محددة مثل عندما كانت الكواكب الخارجية - في هذه المرحلة جميع الكواكب الساخنة "الكواكب الغازية" التي تدور حول النجوم المضيفة بشكل وثيق - كانت في عملية نقل نجومها كما تُرى من الأرض.
للأسف ، هذا ليس هو الحال بالنسبة لكثير من الكواكب خارج المجموعة الشمسية ... خاصة تلك التي لم يتم اكتشافها (أو لن يتم اكتشافها) من خلال طريقة العبور التي تستخدمها المراصد مثل كيبلر.
شاهد: عالم كيبلر: المزيد من الكواكب في مجرتنا أكثر من النجوم
لذا لجأ الباحثون إلى طريقة أخرى للكشف عن الكواكب الخارجية: السرعة الشعاعية ، أو RV. تستخدم هذه التقنية الضوء المرئي لمشاهدة حركة النجم من أجل التمايل البسيط الذي تم إنشاؤه بواسطة "الجاذبية" لكوكب مدار. تشير تحولات دوبلر في ضوء النجم إلى الحركة بطريقة أو بأخرى ، على غرار الطريقة التي يرفع بها تأثير دوبلر ويخفض درجة بوق السيارة أثناء مروره.
ولكن بدلاً من استخدام الأطوال الموجية المرئية ، تغامر الفريق في طيف الأشعة تحت الحمراء ، وباستخدام جهاز التصوير الطيفي القريب من الأشعة تحت الحمراء (NIRSPEC) في مرصد WM Keck في هاواي ، حدد مدار كوكب المشتري الساخن نسبيًا القريب نسبيًا b… وفي هذه العملية استخدم التحليل الطيفي لتحديد جزيئات الماء في سمائه.
"المعلومات التي نحصل عليها من مطياف هي مثل الاستماع إلى أداء الأوركسترا. تسمع كل الموسيقى معًا ، ولكن إذا كنت تستمع بعناية ، يمكنك اختيار البوق أو الكمان أو التشيلو ، وتعلم أن هذه الآلات موجودة "، قالت ألكسندرا لوكوود ، طالبة الدراسات العليا في Caltech والمؤلفة الأولى لـ دراسة. "باستخدام التلسكوب ، يمكنك رؤية كل الضوء معًا ، لكن مقياس الطيف يسمح لك باختيار قطع مختلفة ؛ مثل هذا الطول الموجي للضوء يعني أن هناك صوديوم ، أو هذا يعني أن هناك ماء ".
الملاحظات السابقة لـ tau Boötis b مع VLT في شيلي حددت أول أكسيد الكربون وكذلك درجات الحرارة المرتفعة والباردة في الغلاف الجوي.
الآن ، باستخدام تقنية IR RV التي أثبتت جدواها ، يمكن أيضًا فحص أجواء الكواكب الخارجية التي لا تصادف أن تعبر أمام نجومها من وجهة نظرنا ، لوجود المياه ، بالإضافة إلى المركبات الأخرى المثيرة للاهتمام.
قال تشاد بندر ، الباحث البحثي في وزارة الفلك والفيزياء الفلكية في ولاية بنسلفانيا ، ومؤلف مشارك في البحث: "نحن نطبق الآن تقنية الأشعة تحت الحمراء الفعالة الجديدة على العديد من الكواكب الأخرى غير العابرة التي تدور حول النجوم حول الشمس". "هذه الكواكب أقرب إلينا بكثير من أقرب الكواكب العابرة ، ولكن تم تجاهلها إلى حد كبير من قبل علماء الفلك لأن القياس المباشر للغلاف الجوي باستخدام التقنيات الموجودة سابقًا كان صعبًا أو مستحيلًا".
بمجرد أن يتم تشغيل الجيل التالي من التلسكوبات عالية الطاقة - مثل تلسكوب جيمس ويب الفضائي ، المقرر إطلاقه في عام 2018 - يمكن ملاحظة حتى الكواكب الخارجية الأصغر والأكثر بعدًا باستخدام طريقة الأشعة تحت الحمراء ... ربما تساعد في اكتشاف اكتشاف رائد كوكب مثل كوكبنا.
"في حين أن الحالة الحالية للتقنية لا يمكنها اكتشاف الكواكب الشبيهة بالأرض حول النجوم مثل الشمس ، مع Keck ، سيكون من الممكن قريبًا دراسة الغلاف الجوي لما يسمى الكواكب" الأرض الفائقة "التي يتم اكتشافها حول النجوم ذات الكتلة المنخفضة القريبة ، قال أستاذ الكيمياء الكونية وعلوم الكواكب جيفري بليك: "إن التلسكوبات المستقبلية مثل تلسكوب جيمس ويب الفضائي وتليسكوب ذي الثلاثين مترًا (TMT) ستمكننا من فحص الكواكب الأكثر برودة البعيدة عن النجوم المضيفة وحيث من المرجح وجود الماء السائل."
تم وصف النتائج في ورقة نشرت في 24 فبراير 2014 النسخة الإلكترونية منرسائل مجلة الفيزياء الفلكية.
المصادر: نشرة صحفية Caltech و EurekAlert.
