ناسا در آستانه پرتاب یک ماهواره جدید برای جستجوی سیارات فراخورشیدی

مردمان نسل‌های قبل وقتی در شب‌های تاریک به آسمان نگاه می‌کردند، از خودشان می پرسیدند که آیا سیاراتی مانند سیاره‌ی خودشان در آسمان وجود دارد یا خیر. نسل ما اولین نسل برای یافتن جواب است.

ما می‌دانیم که تقریبا همه‌ی ستاره‌ها، دارای سیاراتی دارند که به دورشان گردش می‌کنند و با پیشرفت فناوری، اطلاعات ما نیز در این خصوص بیشتر می‌شود. قرار است جدیدترین ماهواره‌ی ناسا به نام تس (TESS– ماهواره‌ی نقشه‌بردار فراخورشیدی گذران) در روز ۱۶ آوریل (۲۷ فروردین) ۲۰۱۸ به فضا پرتاب شود. هدف تس بررسی بیشتر سیارات کوچک و سنگی چرخش‌کننده به‌دور ستاره‌های درخشان اطراف منظومه شمسی است.

ما می‌خواهیم بزرگی سیارات، نوع چرخش و چگونگی تشکیل و تکامل آن‌ها را بررسی کنیم. آیا سیارات اتمسفر دارند؟ ابر چطور؟ آن‌ها از چه موادی تشکیل شده‌اند؟

در دهه‌های آتی سیارات زمین‌مانندی را خواهیم یافت که در فاصله‌ی مناسب با ستاره‌هایشان قرار داشته باشند و آب مایع نیز داشته باشند. امکان اینکه سیاره‌ای دارای اتمسفر حاوی مولکول‌هایی مثل اکسیژن آزادباشد و درنتیجه فعالیت‌های بیولوژیکی در آن موجود باشد، وجود دارد.

تس گامی مهم در راستای رسیدن‌ به این هدف است. سیارات در مقایسه با ستاره‌های میزبان‌شان بسیار ضعیف و کوچک‌اند و همین که ما می‌توانیم آن‌ها را بیابیم یا اتمسفر آن‌ها را مورد مطالعه قرار دهیم، درخور ستایش است.

با این حال، سیارات از دیدگاه ما می‌توانند با چرخش و حرکت خود در مسیری مشخص، جلوی قسمتی از نور ستاره‌ی خود را مسدود کنند وطیف نور خاصی به‌ وجود بیاورند.

تس ۲۰۰ هزار ستاره‌ی درخشان در فضا را بررسی خواهد کرد و به‌دنبال تغییرات کوچک در میزان درخشش آن‌ها برای یافتن سیاره متحرک خواهد بود. برای درک اتمسفر سیاره‌های فراخورشیدی باید نحوه‌ی تعامل آن‌ها با نور ستاره‌ها را بررسی کنیم. با عبور یک سیاره از مقابل ستاره، لایه‌ای نازک از اتمسفر سیاره توسط نور پس‌زمینه‌ی ستاره روشن می‌شود. برخی‌ از طول موج‌های نور ستاره توسط مولکول‌های اتمسفر جذب می‌شوند و بقیه‌ی طول‌ موج‌ها همچنان درخشان باقی می‌مانند.

بنابراین نگاهی‌ به طول موج‌هایی که به ما می‌رسد و همچنین آن‌هایی که نمی‌رسد، می‌تواند اطلاعاتی در خصوص مواد تشکیل‌دهنده‌ی اتمسفر در اختیار ما قرار دهد.

چنین مشاهداتی در محدوده‌ی توانایی‌های فعلی انجام می‌شود و به تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) که جایگزین هابل برای سال ۲۰۲۰ است، نیاز دارد. تلسکوپ فضایی جیمز وب با داشتن آینه‌ای با عرض ۶.۵ متر، نور بیشتری نسبت‌ به هابل جمع‌آوری می‌کند. این تلسکوپ با ابزار مخصوصی که دارد، برای مطالعه روی اتمسفر سیارات فراخورشیدیساخته شده است.

برای اینکه از تلسکوپ جیمز وب بهتر استفاده شود، ابتدا باید بدانیم کدام ستاره‌ها میزبان بهترین سیارات فراخورشیدی برای مطالعه هستند و برای همین منظور به تس نیاز داریم.

فضاپیمای قبل از تس یعنی کپلر، ۱۵۰ هزار ستاره را در  آسمان اطرافصورت فلکی ماکیان ارزیابی و بالغ‌ بر ۱۰۰۰ سیاره  پیدا کرد (از سیاره‌های گازی غول‌پیکری مثل مشتری گرفته تا سیارات سنگی کوچک مثل عطارد). اما کپلر تنها بخش کوچکی از آسمان را پوشش می‌داد.

هر شب یک میلیون ستاره

تلسکوپ‌های زمینی نسبت‌ به تلسکوپ‌های فضایی، قسمت‌های بیشتری از آسمان را جستجو کرده‌اند و ستاره‌های درخشان بیشتری را برای وجود سیارات فراخورشیدی مورد بررسی قرار داده‌اند. رصدگر واسپ(جستجوی گسترده برای یافتن سیارات) موفق‌ترین تلسکوپ زمینی در عرصه شناسایی سیارات فراخورشیدی است.

واسپ در دهه‌ی گذشته با استفاده از چندین لنز دوربین، هر شب صاف یک میلیون ستاره را رصد می‌کند و به‌ دنبال نشانی از سیارات فراخورشیدی می‌گردد و تا به حال ۲۰۰ سیاره‌ی فراخورشیدی پیدا کرده است که برخی‌ از آن‌ها تبدیل به اهداف واسپ شده‌اند.

اما ارزیابی‌های صورت‌گرفته توسط تلسکوپ‌های زمینی یک محدودیت بزرگ دارد: چون اتمسفر زمین در سر راه آن‌ها قرار دارد، داده‌های به‌دست‌آمده کیفیت بالایی ندارد.

تلسکوپ‌های زمینی می‌توانند مسدود شدن درخشش ۱ درصدی را هم شناسایی کنند که همین مقدار هم برای یافتن سیارات گازی غول‌پیکری مثل سیارات خودمان (مشتری و زحل) کافی است. اما سیارات کوچک سنگی، نور کمتری را مسدود می‌کنند؛ در نتیجه تشخیص آن‌ها سخت می‌شود. اگر درخشش سیاره‌ی زمین مقابل خورشید را بررسی کنیم، مسدود شدن درخشش ۰.۰۱ درصدی ایجاد می‌کند.

تس بهترین ویژگی‌های هر دو شیوه را با هم دارد و ستاره‌های درخشان کل آسمان را در خود فضا مشاهده و بررسی می‌کند. تس باید سیارات سنگی کوچکی را که طبق اثبات کپلر تعدادشان زیاد بود، پیدا کند؛ سپس از میان آن‌ها باید سیاراتی را انتخاب کند که به دور ستاره‌هایی با درخشش کافی می‌چرخند. منظور از درخشش کافی، مقداری است که بتوان با تلسکوپ فضایی جیمز وب، اتمسفر آن‌ها را مورد مطالعه قرار داد.

تس معمولا هر منطقه از آسمان را به‌ مدت ۳۰ روز مشاهده می‌کند؛ یعنی تنها سیاراتی را شناسایی می‌کند که چرخش آن‌ها به دور ستاره‌ها زیاد طول نمی‌کشد و می‌تواند چندین بار انتقال آن‌ها را مورد بررسی قرار دهد.

سیاراتی که مدار کوچکی دارند در نزدیک ستاره واقع هستند. بنابراین اکثر سیاراتی که تس می‌یابد بسیار داغ هستند و آب مایع در آن‌ها وجود ندارد. اما سیاراتی که به دور ستاره‌های خنک‌تر و کم‌نورتر کوتوله سرخ می‌چرخند، می‌توانند با وجود نزدیک بودن به ستاره، دمایی مناسب برای حیات داشته باشند.

ستاره‌ی کوتوله تراپیست-۱ هزار برابر کم‌نورتر از خورشید و میزبان هفت سیاره در اطراف خود است. تس از طریق فضا به‌ دنبال سیارات چرخش‌کننده به‌ دور ستاره‌های کوتوله می‌گردد؛ اما اسپکولوس از روی زمین ستاره‌های کم‌نورتر و کوچک‌تر را بررسی می‌کند. هر سیاره‌ای که اسپکولوس پیدا می‌کند، به هدف اصلی تلسکوپ فضایی جیمز وب تبدیل می‌شود.

کشف جدید گامی به‌سوی یافتن سیارات سنگی در مناطق قابل سکونت در اطراف ستاره‌هایی مثل خورشید خودمان است.

انتظار می‌رود آژانس فضایی اروپا درسال  ۲۰۲۶ فضاپیمای پلیتو(انتقال‌های سیاره‌ای و نوسانات ستارگان) را به فضا پرتاب کند. پلیتو ماهواره‌ای با پتانسیل کشف سیارات سنگی همانند زمین است که زمان چرخش آن‌ها به‌دور ستاره‌ها یک سال طول می‌کشد.

مسابقه‌ی یافت ملوکول‌های زیستی مثل اکسیژن آزاد در اتمسفر سیارات فراخورشیدی مانند زمین، تازه شروع شده است.