یکی از اهداف اصلی تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) این است که جوهای پیرامون سیارات خارجی را شناسایی کند تا از امکان وجود حیات در آنها اطمینان حاصل شود. اما برای این کار، دانشمندان باید بدانند که کجا بهدنبال جو بگردند و خود سیاره باید جو داشته باشد. در حالی که دانشمندان تاکنون مکان حدود ۶۰۰۰ سیارهٔ خارجی را شناسایی کردهاند، بر این باورند که بسیاری از آنها جو ندارند و حتی آنهایی که جو دارند، اغلب اندازهای نزدیک به زمین ندارند. علاوه بر این، اکثر این سیارات دور ستارگانی میچرخند که روشنایی آنها برای تلسکوپهای موجود کافی نیست تا جوهایشان تشخیص داده شود. این محدودیتها به این معنی است که با وجود ۶۰۰۰ کاندیدای احتمالی، تعداد سیارههای با اندازهٔ زمین که بتوان جوشان را شناسایی کرد، نسبتاً کم است. بنابراین، مقالهای جدید در arXiv توسط جاناتان بارینتوس از کالتک و همکارانش که دربارهٔ پنج سیارهٔ جدید اطراف ستارگان کوتولهٔ M است—دو تا از آنها ممکن است جو داشته باشند—خبر مهمی برای زیستشناسان فضایی و شکارچیان سیارات خارجی به شمار میرود.
ماهواره بررسی عبور سیارات خارجی (TESS) این پنج کاندید را کشف کرد، اما برای «تأیید» آنها نیاز به کارهای تکمیلی دارد که برای اولینبار در این مقاله جدید گزارش شده است. زمانی که TESS سیگنالی جالب شناسایی میکند، تیمعاملین آن هشدار «شیء مورد علاقه TESS» (TOI) را منتشر میکنند تا عموم را از کاندید جدید سیاره خارجی مطلع سازند. تأیید یک کاندید معمولاً مستلزم مشاهدات پیگیری است، مانند فتوکارد عبور یا حتی تصویربرداری با وضوح بالا.
انجام این کار برای این سیارات عملی تیمی بود که شامل دادههایی از حداقل نه تلسکوپ مختلف، از جمله رصدخانهٔ کیک دوم (Keck II) و تلسکوپ هیل (Hale) میشد. همهٔ این دادهها به تأیید وجود پنج سیاره در چهار سامانه جداگانه کمک کرد؛ یک سامانه شامل دو سیاره بود که در رزونانس با یکدیگر قرار داشتند. چهار سیاره از نوع «سوپرارت» بودند که اندازهٔ آنها بین ۱٫۲۸ تا ۱٫۵۶ برابر زمین متغیر بود، در حالیکه سیارهٔ دیگری به نام TOI‑5716b تقریباً همان اندازهٔ زمین داشت.
فریزر درباره جوهای سیارات خارجی با دکتر جوانا بارستو بحث میکند.
یکی از تفاوتهای اساسی بین سیارهٔ خودمان و سیاراتی که در اطراف ستارگان دوردست یافت میشوند، دورهٔ تناوب آنهاست. این دورهها از ۰٫۶ روز تا ۱۱٫۵ روز متغیر بود که به وضوح بسیار کوتاه است، اما برای اکثر کاندیدهای فعلی سیارات خارجی که زمان تلسکوپ محدود است، عادی بهنظر میرسد. اما مهمتر از همه این است که همهٔ این سیارات به دور ستارگان کوتولهٔ M میچرخند.
این مورد به دو دلیل مهم است. اول، کوتولههای M نسبتا کمنور هستند، به این معنا که تلسکوپی مانند تلسکوپ فضایی جیمز وب میتواند نور ستاره را بهتر فیلتر کند تا بتوان جو یک سیاره را تشخیص داد. اما از سوی دیگر، این ستارگان بهخاطر فعالیتهای اضطرابزا و فورانهای قدرتمند اشعهٔ ایکس و فرابنفش شهرت دارند؛ اگر سیارهای بهحدّی نزدیک باشد، این فورانها میتوانند جو آن را بهمثل شنیکوبی از بین ببرند.
دانشمندان برای در نظر گرفتن اثر شنیکوبی، مفهوم «خط ساحلی کیهانی» را برآورد میکنند. این خط نشاندهندهٔ رابطهٔ بین «نورگیری» (یعنی مقدار نور و تشعشع خورشیدی که سیاره دریافت میکند) و گرانش سیاره است. تابش بیشتر باعث میشود جو سریعتر از سیارهها جدا شود، در حالی که جرم بالاتر به سیاره این امکان را میدهد که جو خود را بهتر نگه دارد. نمودار تابش در مقابل گرانش خط مستقیم واضحی را ترسیم میکند که دانشمندان آن را «خط ساحلی کیهانی» مینامند.
فریزر درباره فناوریهای مورد نیاز برای مشاهدهٔ سیارات خارجی واقعی شبیه به زمین بحث میکند.
در این مقاله، پنج سیاره به سه دسته تقسیم میشوند. سه سیاره بهوضوح «بالای» خط ساحلی کیهانی قرار دارند؛ به این معنا که انرژی ستارگانشان احتمالاً جوهایشان را از بین برده است. سیارهٔ چهارم، TOI‑5736b، که کوتاهترین دوره تناوب را دارد، بهتنهایی در یک دسته قرار میگیرد؛ اگرچه تابش زیادی دریافت میکند، اما قطر و جرم بزرگ آن امکان نگهداری یک جو غنی از فرارها (یعنی جو سنگین) را، حداقل بهصورت نظری، فراهم میکند، چرا که اندازهاش بسیار بزرگ است.
در این میان، یک سیارهٔ ویژه به نام TOI‑5728b برجسته است. علیرغم اینکه به دور یک ستارهٔ کوتولهٔ M فعال میچرخد، به نظر میرسد این سیاره جو قابلتوجهی داشته باشد که بتواند آن را حفظ کند. ترکیب این ویژگی با کمنور بودن کوتولههای M، این سیاره را بهعنوان یک نامزد عالی برای پیگیری توسط تلسکوپ جیمز وب (JWST) جهت تلاش برای تشخیص مستقیم جو تبدیل میکند.
در واقع، با دورهٔ مدار ۱۱٫۵ روزه، احتمال وجود حیات پیچیده روی این سیاره تازه تأیید شده بسیار کم است. اما برخی میکروارگانیسمهای افراطدوست میتوانند اگر بهدرستی حفاظت شوند، به سختی از سرزندگی بیدارند. ما تا زمانی که بهطور مستقیم نگاهی نکنیم، نمیتوانیم این را بدانیم؛ و این مسیر از کشف TOI تا تأیید و شناسایی، سپس مشاهده توسط برخی از پرتقاضاترین رصدخانههای جهان، دقیقاً همان شیوهای است که علم باید پیش برود.
ممکن است مدتی طول بکشد تا JWST، که بهوضوح بسیار مشغول است، بتواند توجه خود را به این سیارهٔ خاص معطوف کند. در نهایت، انتظار میرود که برخی دادهها دربارهٔ جو آن بهدست آید، که برای هر دو جامعهٔ دانشمندان سیارهای و زیستشناسان فضایی هیجانانگیز خواهد بود. آنها فقط باید کمی صبر بیشتری داشته باشند، در حالی که چرخهای علم بهسروصدا میچرخند.
برای اطلاعات بیشتر:
J. G. Barrientos و همکاران – از زمینها تا سوپرارتها: پنج سیارهٔ کوچک جدید عبوری از اطراف ستارگان کوتولهٔ M
UT – اکسوتایتهای گرم به عنوان آزمونی برای تنوع جوی سیارات
UT – GJ 12 b: سیارهای بهاندازهٔ زمین که به دور یک ستارهٔ کوتولهٔ M آرام میچرخد
UT – دانشمندان قویترین شواهد موجود برای وجود جو بر روی یک سیارهٔ صخرهای مذاب را یافتند