سيقوم تلسكوب جيمس ويب التابع لناسا بالتحقيق في بدايات نظامنا الشمسي

وسيستخدم الباحثون التلسكوب الفضائي المخطط له لمراقبة الكويكبات البعيدة، وبعضها مع أقمار، للإضافة والتعرف على تكوين نظامنا الشمسي وتاريخه

بقلم: معهد علوم التلسكوب الفضائي، 21 مايو 2020، ترجمة: زيف أداكي

الملايين من الكويكبات تجوب نظامنا الشمسي. يتجمع الكثير منها بين المريخ والمشتري، في حزام الكويكبات الرئيسي، ويشكل العديد من الكويكبات الأخرى مجموعة أخرى، تُعرف باسم كويكبات طروادة، التي تقود كوكب المشتري وتتبعه. ماذا يمكن أن تخبرنا هذه الكتل الصخرية التي تسير بسرعة عبر نظامنا الشمسي وكأنها سيارة سباق، عن تكوين هذا النظام الكوكبي؟ إن الأبحاث التي ستبدأ قريبًا باستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي التابع لناسا، والتي يقودها أندرو س. ريفكين من مختبر الفيزياء التطبيقية في جامعة جونز هوبكنز، سوف تسفر عن معلومات جديدة من شأنها أن تساعد علماء الفلك على البدء في حل هذه الألغاز.

يقول ريفكين: "الأمر الرائع في الكويكبات هو أنها كثيرة جدًا". "المعنى هو أنه سيكون هناك دائمًا جسم ساطع بدرجة كافية في المكان المناسب تمامًا، حتى يتمكن ويب من مراقبته."

شركاء ريفكين هم كريستينا أ. توماس من جامعة شمال أريزونا، وستيفاني إن. ميلام من مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا، وهايدي هاميل، عالمة فلك الكواكب ونائبة رئيس رابطة الجامعات لأبحاث علم الفلك (AURA) في واشنطن العاصمة، معًا. وسيقومون برصد هذه الكويكبات بالأشعة تحت الحمراء في المدى القريب والمتوسط.

سيضيف عمل هذا الفريق العديد من الملاحظات الجديدة إلى مجموعة الأبحاث المتنامية التي تتناول الكويكبات، وسيساعدهم على إثراء المعرفة حول أصول وتكوين الكويكبات، وهي معلومات ستوفر أدلة حول تاريخ حركة الكواكب في النظام الشمسي الشاب. .

بداية النظام الشمسي

تخيل نظامنا الشمسي كما تشكل قبل 4.6 مليار سنة: حول الشمس الفتية، يحوم قرص من الغاز والغبار، ويتكثف ليشكل ختمًا ويشكل أجسامًا صغيرة. عندما بدأت الأجسام الأكبر حجمًا، مثل كوكب المشتري وزحل، في التشكل، جمعت كتلًا من الغاز ونمت بشكل أكبر وأكبر. وسرعان ما بدأ تأثير جاذبية هذه الأجسام الكبيرة في نحت اللوح وإحداث فجوات فيه.

تلسكوب جيمس ويب الفضائي التابع لناسا. الائتمان: مختبر الصور المفاهيمية في مركز غودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا
ولملايين السنين، رأت النظرية أن المشتري وزحل وأورانوس ونبتون بدأوا في التحرك من المكان الذي تشكلوا فيه في الأصل إلى ما هم عليه اليوم، واستمروا في تشكيل مركز النظام الشمسي، وفي النهاية حبسوا في مدارات صخرية ثابتة. بقايا بين المريخ والمشتري. ومع تحرك المشتري إلى الداخل، فإنه يجعل هذه الأجسام الصغيرة في حركة مستمرة، مما يجعل من الصعب عليها الاتحاد مع بعضها البعض لتكوين أجسام أكبر مثل الكواكب.

هذه البقايا الصخرية الفوضوية هي كويكبات. واليوم، يعرف العلماء أن الكويكبات كانت بمثابة "اللبنات الأساسية" للكواكب الداخلية الصخرية. تشكلت بعض الكويكبات بالقرب من الشمس والبعض الآخر بعيدًا عنها، وبالتالي فإن تركيبها متنوع للغاية. أحد الأشياء المثيرة للاهتمام التي تعلمها الباحثون بالفعل عن الكويكبات هو أن الكثير منها ربما لم يتشكل في المدارات التي تدور حولها الآن.

الصخور النجمية

تخطط المجموعة البحثية لفحص خمسة كويكبات معروفة، ثلاثة في حزام الكويكبات الرئيسي واثنين من كويكبات طروادة (الكويكبات التي تشترك في مدارها مع كوكب المشتري)، وذلك باستخدام أطوال موجية قريبة ومتوسطة من الأشعة تحت الحمراء لتوسيع واستكمال مهام المراقبة الأخرى لناسا واختبار الجديد. طرق استخدام الويب.

وسوف يراقبون هذه الكويكبات، من بين أمور أخرى، باستخدام جهاز Webb Near Field Infrared Spectrograph، وهي أداة تفصل الضوء إلى الألوان المكونة له لإنشاء طيف، والذي سيقوم الباحثون بتحليله للتعرف على تركيبة كل جسم.

أحد الأهداف الرئيسية في حزام الكويكبات الرئيسي هو الكوكب القزم المعروف باسم سيريس، والذي زاره مسبار داون التابع لناسا في 2015-2018. توجد على سطح كريس معادن تحتوي على الأمونيا، مما دفع الباحثين إلى التساؤل عما إذا كانت قد تشكلت في مكان أبعد في النظام الشمسي أو ما إذا كان الكوكب القزم قد اندمج مع مادة من مصدر أبعد. ستوفر قياسات ويب بأطوال موجية أطول من تلك التي يقدمها مسبار داون بيانات فريدة وكاملة، ويمكن للفريق استخدامها لفحص ما إذا كانت الاستنتاجات السابقة المتعلقة بالمركبة على سطح كيريس صحيحة بالفعل. وفي الوقت نفسه، ستساعد الملاحظات في إنشاء طريقة لمراقبة الأهداف التي قد تكون ساطعة بعض الشيء بحيث لا يمكن مراقبتها عند هذه الأطوال الموجية باستخدام الويب. يقول ميلام: "سنستفيد من دراسة الأجسام المضيئة هذه على أفضل وجه لفتح الباب أمام فرص علمية جديدة يمكن للباحثين الآخرين إجراؤها باستخدام الويب".

سيريس هو كوكب قزم يقع في حزام الكويكبات الرئيسي، بين المريخ والمشتري. في عام 2021، بعد إطلاق تلسكوب جيمس ويب إلى الفضاء، سيساعد الباحثين على معرفة المزيد عن تكوين النظام الشمسي من خلال مراقبة كائنات مثل الخطاف باستخدام إمكانات ويب القوية للأشعة تحت الحمراء. الائتمان: تطبيقات تكنولوجيا التصور وتطويرها في وكالة ناسا

ويعد بالاس، ثاني أكبر كويكب في حزام الكويكبات الرئيسي، وهو مرشح لكوكب قزم، هدفًا مهمًا آخر. ونظرًا لمداره، سيكون من الصعب على مركبة فضائية زيارة بالاس. إن مشاهدته عبر الويب سيسمح للفريق بجمع البيانات حول سطحه وتكوينه، وهي بيانات يصعب الحصول عليها بأي طريقة أخرى. وسيقوم الفريق أيضًا بمقارنة قياسات بالاس وكويكب آخر، هيجيا، وهو أيضًا مرشح لكوكب قزم، مع بيانات عن سيريس؛ وستساعد المقارنة الباحثين على تحديد أوجه التشابه والاختلاف في هذه الأهداف. قد تقدم هذه المقارنات أدلة حول تاريخ تكوين هذه العناصر الأساسية للكواكب الداخلية.

تختلف أهداف طروادة، باتروكلس وهيكتور، كثيرًا عن الكويكبات الأخرى التي سيرصدها ويب، ليس فقط بسبب قربها من كوكب المشتري، ولكن لأن هذه الأهداف لها أقمار. هيكتور هو كويكب ثنائي، ويتحرك قمره في مدار قريب. ومن ناحية أخرى، فإن المساحة بين باتروكلوس وقمره أكبر. يوضح ريفكين: "سيسمح لنا الويب بدراسة كل من الكويكبات وأقمارها على حدة". "من خلال دراسة الأقمار، سنكون قادرين أيضًا على فحص كيفية تشكل كل من هذه الكويكبات الثنائية ومقارنة النظامين." ستساعد البيانات أيضًا علماء الفلك على معايرة النماذج التي تصف كيفية اكتشاف كويكبات طروادة في مداراتها الحالية.

رسم توضيحي لمجموعات الكويكبات في النظام الشمسي. يمتد حزام الكويكبات المركزي بين المريخ والمشتري، وكويكبات طروادة تقود وتتبع كوكب المشتري. يعرف الباحثون الآن أن الكويكبات كانت بمثابة "اللبنات الأساسية" للكواكب الداخلية. أما تلك المتبقية فهي صخور خالية من الهواء، فشلت في الالتصاق ببعضها البعض لتصبح أجسامًا أكبر، أثناء تكوين النظام الشمسي قبل 4.6 مليار سنة. مصدر الصورة: ناسا، وكالة الفضاء الأوروبية، وج. أولمستيد (STScI)

بيانات لمجتمع علوم الكواكب بأكمله

اختار الفريق أهدافه للبرنامج بعناية، مع التأكد من أن البيانات المنتجة ستوسع بيانات المهمات والملاحظات الحالية والمستقبلية. يقول توماس: "باتروكلوس، على سبيل المثال، هو هدف مهمة مستقبلية لناسا تسمى لوسي". "سنكون قادرين على مقارنة بيانات ويب مع البيانات السابقة، والتي تنشأ من الملاحظات من الأرض. سيكون هناك الكثير من البيانات الإضافية التي يجب فحصها."

ومن خلال الكشف عن تاريخ هذه الكويكبات تحديدًا، يأمل فريق البحث في معرفة المزيد عن ماضي نظامنا الشمسي. ويؤكدون أن ويب يوفر فرصة فريدة، ليس فقط بسبب خبرته في مجال الأشعة تحت الحمراء، ولكن أيضًا لأن بعض هذه الأهداف يصعب مراقبتها باستخدام منشآت أخرى. يقول ريفكين: "تسمح لنا شبكة الإنترنت بزيارة العديد من الكويكبات من خلال عمليات رصد عالية الجودة لا يمكننا تحقيقها باستخدام التلسكوبات الأرضية".

يوفر المرصد أيضًا فرصًا بحثية جديدة. يوضح ميلام قائلاً: "ستفتح شبكة الإنترنت جبهة جديدة أمام جميع العلماء". "ستؤدي بياناتنا إلى أسئلة جديدة وستثير العديد من الأفكار العلمية الجديدة التي يمكن لعلماء الفلك الذين يفكرون في استخدام الويب في المستقبل متابعتها."

يعد هذا البحث جزءًا من برنامج Webb للملاحظات الزمنية المضمونة (GTO)، والذي تقوده الباحثة متعددة التخصصات في Webb Heidi Amell. تم منح الباحثين الذين عملوا مع وكالة ناسا لإنشاء القدرات العلمية للويب أثناء تطويره وقتًا للبحث في هذا البرنامج.

تقول أمل: "الهدف من هذه الدراسات هو التأكد من أننا لا نقدم أفضل العلوم التي يمكننا القيام بها فحسب، بل أيضًا بناء البنية التحتية اللازمة للبحث الذي سيتم إجراؤه باستخدام الويب في المستقبل".
عند إطلاقه إلى الفضاء في عام 2021، سيكون تلسكوب جيمس ويب الفضائي أول مرصد علمي على الإطلاق. سوف يحل ويب الألغاز في نظامنا الشمسي، ويراقب العوالم البعيدة ويستكشف الهياكل والأصول الغامضة لكوننا ومكاننا فيه. WEB هي مهمة دولية تقودها وكالة ناسا مع شركائها وكالة الفضاء الأوروبية ووكالة الفضاء الكندية.

وفي نفس الموضوع على موقع العلوم :

• الحياة عند التماس بين الجانب المشرق والجانب المظلم: سيكون تلسكوب جيمس ويب الفضائي قادرًا على فحص تكوين الغلاف الجوي لكوكب بروكسيما سنتوري ب
• كيريس - ملخص النتائج
• قد توجد كائنات فضائية تتنفس الهيدروجين على كواكب مختلفة تمامًا عن الأرض