أحد المجالات "الأكثر سخونة" في علم الفلك في السنوات الأخيرة هو البحث عن كواكب خارج نظامنا الشمسي. في الماضي القريب، كان علماء الفلك الذين يبحثون عن هذه الكواكب يعتبرون من الوهم والحالمين، ولكن مع تقدم التكنولوجيا يتم اكتشاف المزيد والمزيد من الكواكب التي تدور حول شموس أخرى وتبعد عنا سنوات ضوئية عديدة.
طال عنبر، مجلة "جاليليو".
إن التحدي الذي يواجه الباحثين عن الكواكب خارج النظام الشمسي هائل، فالكوكب الشبيه بالأرض يعكس ضوءًا أضعف بـ 10 مليارات مرة من ضوء الشمس الذي يدور حوله. لكي تتخيل التحدي بنفسك، تخيل أنك تحاول مشاهدة ضوء يراعة تتحرك حول ضوء كاشف قوي، على بعد كيلومترين منا. العلماء المنخرطون حاليًا في البحث عن الكواكب خارج المجموعة الشمسية لديهم عدة طرق لتحديد مواقعها، والطريقتان الرئيسيتان غير مباشرتين (في هذا الصدد انظر أيضًا: ميشال صاف، "العدائون إلى الفضاء"، "جاليليو" 106):
* عبور الكواكب (عبور الكواكب). وبهذه الطريقة يمكن مراقبة النجم ومحاولة اكتشاف التغيرات الدورية الصغيرة في سطوعه، والتي تشير إلى وجود كوكب يتحرك حوله. وعندما يكون الكوكب بين النجم المرصود والأرض، فإن شدة الضوء القادم من النجم تنخفض قليلاً. هذه الطريقة بالطبع تصلح فقط للحالات التي يكون فيها مستوى مدار الكوكب حول النجم يضعه بيننا وبين النجم المرصود.
* تذبذبات النجم . وبما أن الكوكب الذي يدور حول النجم يمارس أيضًا قوة جاذبية على النجم، فهناك تذبذبات صغيرة للنجم حول مركز الكتلة يتقاسمها هو والكوكب. المشكلة هي أنه ليس من الممكن دائمًا ملاحظة هذه التقلبات، ولكن إن أمكن، تُترجم تقلبات النجم إلى تغيرات في الطول الموجي للضوء المنبعث منه، وذلك بسبب تأثير دوبلر. وهكذا، عندما يبتعد النجم عنا، ينزاح ضوءه إلى أطوال موجية أطول، وعندما يقترب منا، ينزاح ضوءه إلى أطوال موجية أقصر. وترجمة هذه التغيرات في الطول الموجي يمكن أن تشير إلى كتلة الجسم المتحرك حول النجم، وحتى بعده عنه.
وعيوب هاتين الطريقتين غير المباشرتين واضحة - في هذه المرحلة لا يمكننا سوى التعرف على الكواكب الضخمة، وهي أكبر من الأرض بعدة مرات، كما أننا لا نملك القدرة على مراقبة الكواكب بشكل مباشر، بل نتطرق إلى خصائصها بشكل غير مباشر وبشكل غير دقيق. ومن أجل مراقبتها بشكل مباشر، يجب علينا أن نبحث عن طرق جديدة ومبتكرة.
وللاستماع مباشرة إلى كيفية تعامل ناسا مع هذا التحدي - المراقبة المباشرة للكواكب الصغيرة الشبيهة بالأرض - أتيحت لي الفرصة في تكنود في جفعات أولغا (انظر الإطار) للاستماع إلى محاضرة الدكتور أمير جيفون، زميل باحث في مختبر الدفع النفاث التابع لناسا (JPL)، الموجود في باسادينا، كاليفورنيا.
الدكتور جيفون، إسرائيلي يعيش ويعمل في الولايات المتحدة، حصل على الدكتوراه من جامعة برينستون. وهو اليوم شريك في فريق تطوير الجيل القادم من التلسكوب الفضائي، المصمم لاكتشاف الكواكب الشبيهة بالأرض في الأنظمة الشمسية الأخرى. يعد عمل جيفون جزءًا من مشروع TPF (Terrestrial Planets Finder) التابع لناسا - وهو تطوير مجموعة من التلسكوبات في الفضاء والتي ستحدد مواقع الكواكب الشبيهة بالأرض داخل دائرة نصف قطرها 30 سنة ضوئية من الأرض. ومن المعروف في هذا النطاق (بعد الملاحظات) أن هناك مائتي نجم ذات أنظمة كوكبية.
لماذا نبحث على وجه التحديد عن الكواكب الصغيرة الشبيهة بالأرض؟
إن الحياة كما نعرفها، ومن المفترض أيضًا حياة أخرى، لا يمكن أن تتطور إلا على الكواكب أو أقمار الكواكب. يحتوي نظامنا الشمسي على نجم واحد (الشمس) وتسعة كواكب (ثمانية، إذا أخذنا في الاعتبار "تخفيض" بلوتو إلى حالة الكوكب القزم).
وتنقسم الكواكب إلى نوعين: الكواكب الأرضية، المشابهة للأرض في تركيبها وحجمها، والكواكب الغازية العملاقة - المشتري وزحل وأورانوس ونبتون. على حد علمنا، لا يمكن أن توجد حياة مشابهة للحياة على الأرض على الكواكب العملاقة. فدرجة الحرارة وتركيبة الغلاف الجوي فيها (بسبب جاذبيتها العالية) لا تناسب الحياة كما نعرفها.
إن تركيب مواد الكواكب الأرضية - حماة والزهرة والمريخ - أكثر ملاءمة بكثير، ويجب افتراض أنه كان من الممكن أن تتشكل الحياة فيها جميعها، إذا كانت هناك ظروف مشابهة لتلك التي كانت موجودة آنذاك على الأرض، في الماضي البعيد. لكن درجات الحرارة على سطح كوكب حار وكوكب الزهرة أعلى من درجة حرارة غليان الماء (على كوكب حار بسبب قربه من الشمس، وعلى كوكب الزهرة بشكل أساسي بسبب تأثير الاحتباس الحراري القوي) ولا توجد فرصة لحدوث ذلك. الحياة الموجودة هناك.
أما على سطح المريخ فالوضع مختلف. وبسبب بعده الكبير عن الشمس وتركيبة غلافه الجوي، فإن الماء الموجود على سطح المريخ في حالة جليد، ولا يمكن أن توجد الحياة على سطحه. في نظامنا الشمسي يوجد كوكب واحد فقط "يدعم الحياة" - كوكبنا.
الكوكب الداعم للحياة هو الكوكب الذي تكون ظروف سطحه مناسبة لخلق الحياة. ولما كانت الحياة كما نعرفها مبنية على الماء، فإن درجة الحرارة على سطح الكوكب، وقت تكوين الحياة، يجب أن تكون بحيث يكون الماء الموجود فيه في حالة سائلة متجمعة.
وتعتمد درجة الحرارة على بعد الكوكب عن الشمس وتكوين غلافه الجوي. لكثافة الغلاف الجوي وتكوينه تأثير كبير على درجة حرارة سطح الكوكب، وذلك بسبب عمليات مثل ظاهرة الاحتباس الحراري وانتشار الأنهار الجليدية. فإذا توفرت الظروف الملائمة، وتوافرت المواد اللازمة على سطح الكوكب، فقد تتشكل الحياة عليه.
عندما أدرك علماء الفلك أنه يوجد في مجرتنا حوالي مائة مليار نجم وشمس، يمكن أن توجد بالقرب منها حياة وحتى حياة ذكية، كان من الواضح أن الأمر يستحق البحث عن هذه الكواكب. ولا يمكن أن يتم ذلك بإحدى الطريقتين غير المباشرتين المذكورتين. ومن أجل قياس وفحص الأجواء للكواكب الشبيهة بالأرض، من الضروري مراقبة الضوء القادم منها بشكل مباشر وتحليله والبحث عن خصائص الحياة - على سبيل المثال، وجود الأكسجين الحر في الغلاف الجوي.
إن التحدي المتمثل في اكتشاف كوكب أرضي عن طريق المراقبة المباشرة هائل. الدكتور جيفون: "إذا كانت شدة الضوء الواصل إلينا من النجم تساوي ارتفاع جبل إفرست، فإن الضوء القادم من الكوكب (في الحقيقة هو الضوء المنعكس الصادر عن الشمس التي يحيط بها) يساوي ارتفاعه". نتوء على جبل إيفرست، على ارتفاع جزء من مائة من شعرة الإنسان." إن شدة الضوء المنعكس من الكوكب أصغر بـ 10 مليارات مرة من شدة ضوء الشمس التي تحيط به. سيعمل تلسكوب TPF في نطاق الضوء المرئي من الطيف الكهرومغناطيسي، حيث يمكن رؤية علامات الحياة في هذا النطاق بشكل أفضل من الأشعة تحت الحمراء أو المناطق الأخرى.
يستغل عمل جيفون وزملاؤه في مختبر الدفع النفاث خصائص الضوء كظاهرة موجية، وتحديدًا خاصية تداخل الضوء. ويهدف الباحثون إلى خلق موقف سيحدث فيه صراع مدمر، حيث سيتم القضاء على جزء كبير من ضوء النجم، وسيكون من الممكن إلقاء نظرة خاطفة على ضوء الكوكب. ويسمى مبدأ استخدام التداخل لأغراض مراقبة الأجرام السماوية ذات شدة الإضاءة المنخفضة بقياس التداخل (انظر: يورام أوريد، "رؤية وجوه الشموس"، "جاليليو" 107). وتُستخدم هذه الطريقة أيضًا في التلسكوبات الأرضية الكبيرة، مثل مرصد كيك في هاواي. يشارك جيفون في تطوير طريقة أخرى تسمى تصوير الإكليل، حيث يتم إنشاء التداخل بواسطة تلسكوب واحد.
ومع ذلك، في حين أن قياس التداخل في التلسكوبات الأرضية يستخدم مرايا متغيرة الشكل (في تقنية تسمى البصريات التكيفية)، فإن العمل الذي يتم تنفيذه في وكالة ناسا يستخدم هندسة متطورة لمفتاح التلسكوب (المعروف باسم "البؤبؤ")، من أجل إنشاء تداخلات ببنية متطورة للغاية، مما سيترك أجزاء مظلمة نسبيًا، حيث سيكون من الممكن تحديد موقع الضوء الخافت للكواكب التي يهمنا العثور عليها. هذه الطريقة تسمى تصوير التاج.
يقول الدكتور جيفون: "من المستحيل الحصول على مراقبة جيدة بما فيه الكفاية من الأرض، لأن الغلاف الجوي يتحرك بسرعة كبيرة جدًا بحيث لا تتمكن البصريات التكيفية من التكيف معها. يتناول بحثي مرايا تزييفها عند الطلب والتي سيتم تركيبها في التلسكوب الفضائي المستقبلي للبحث عن الكواكب. سيؤدي هذا البحث، إلى جانب البحث في التكوينات الهندسية المتقدمة لحدقات التلسكوب (شكل مفتاحه، T.E.)، إلى القدرة على مراقبة الضوء المنعكس مباشرة من الكواكب الشبيهة بالأرض خارج نظامنا الشمسي، وربما اكتشاف العلامات. الحياة عليهم."
مستقبل التلسكوب غير معروف
عندما يُسأل الدكتور جيفون "لماذا هو جيد"، ولماذا الاستثمار في مشروع من هذا النوع، يذكر عدة أسباب، مما يريح أيضًا رأي الساخرين في الجمهور المستمع. "السبب الأول علمي - لتحسين فهمنا للأرض والعمليات التي تمكن الحياة عليها. السبب الثاني هو نفعي على وجه التحديد - تطوير أنظمة التحكم للأنظمة البصرية المتطورة، وتعزيز موضوع البصريات التكيفية وحل المشكلات التي نواجهها في المجالات الأخرى.
السبب الثالث - المنفعة الطرفية: إن الجهود العلمية والتكنولوجية خلال البحث ستكون قادرة على أن تؤتي ثمارها في مجالات متنوعة، مثل القطع الدقيق وإنتاج المرايا الدقيقة وحتى اكتشاف مجالات جديدة في مجال البصريات. السبب الرابع: اكتشاف كواكب شبيهة بالأرض... في مرحلة ما، سيتعين علينا مغادرة الأرض"، يضيف مبتسما، "لذا يجب أن تكون لدينا فكرة أولية في أي اتجاه نتجه".
في هذه المرحلة، يكون مستقبل تلسكوب TPF غير واضح، حيث من المقرر أن يتم تخفيض وإلغاء أجزاء من المشروع، بسبب تخفيضات ميزانية وكالة ناسا. على أية حال، من غير المتوقع إطلاق التلسكوب إلى الفضاء في السنوات القادمة، وبالتالي لا يزال أمام مجموعات الباحثين الوقت الكافي للتعامل مع التحديات التكنولوجية الكبيرة التي تتطلب حلاً قبل أن يتمكن هذا التلسكوب من الإقلاع من حواسيب الباحثين. إلى أعماق الفضاء.
طال عنبار هو رئيس مركز أبحاث الفضاء، ومعهد فيشر لأبحاث الطيران والفضاء الاستراتيجية، ورئيس جمعية الفضاء الإسرائيلية.
نشرت في مجلة "جاليليو".
تعليقات 14
هل يستطيع أحد أن يكتب قليلاً عن الكواكب؟
شكرا لك =)
تحية وبعد،
أنا الباحث المذكور في المقال وسأكون سعيدًا بالإجابة على أي سؤال ذي صلة.
أفضل التحايا
المستعمرات في الفضاء جيدة
سلامي -
واحدا تلو الآخر. أولًا القمر، ثم المريخ، ومن هناك إلى حزام الكويكبات... ونأمل يومًا ما أن نتمكن أيضًا من الوصول إلى النجوم الشبيهة بالأرض.
التقنيات تتطور باستمرار، ونأمل أن نصل إلى هذه النقطة أيضًا. من الأفضل أن تحاول بدلاً من الاستسلام مقدمًا.
هل تعرف صيغة فرانك دريك من الستينيات أو السبعينيات قبل أن تقفز وتبدأ في التشهير بالعلماء هنا؟ كان فرانك دريك عالم فيزياء قام بحساب الظروف المناسبة لوجود الحياة. وبالمناسبة، ادعى أن هناك العديد من النجوم الشبيهة بالأرض في الفضاء. وهذا صحيح بالمناسبة، الفرق هو المسافة وبالطبع هناك اختلاف آخر - تكنولوجيا الثقافة التي سنواجهها. هل تجاوزت هذه الثقافة عتبة تكنولوجية معينة؟ كما أدرج الفيزيائي هذا المتغير في صيغته... وبالمناسبة، نظرا لحالة الأرض المؤلمة، فإن ذلك ليس مضيعة للمال. لاحظ أن كوكبنا يسخن ويتلوث ويجب علينا إيجاد بديل. لذلك، يجب تطوير التقنيات المناسبة، وإلا فلن يتمكن الجنس البشري والأنواع الأخرى من البقاء هنا. والأكثر من ذلك، في كلتا الحالتين، في حوالي خمسة مليارات سنة، سوف ينفد وقود شمسنا، وحتى مع ذلك، سيتعين علينا التحرك من هنا... لأنها ستتحول إلى عملاق أحمر سيصل إلى حجم المريخ . صحيح أن الأمر لا يحترق على المدى القصير، ولكن على المدى الطويل عليك أن تفكر في الأمر أيضًا.
علاوة على ذلك، فإن المستعمرات الموجودة في الفضاء جيدة على أي حال، خاصة عندما يتعلق الأمر بعدد كبير من السكان، فأنت لا ترغب في مراقبة السكان عن كثب كما كان الحال في الصين في ذلك الوقت.... قتل الأطفال بالفورمالين وأساليب شنيعة أخرى... لذا فإن استكشاف الفضاء ليس من خيال العلماء المجانين.
دعنا نواصل خط تفكيرك:
لقد وجدنا أخيرًا كوكبًا يشبه الأرض. ص-ششششششششششه!!!
ويبعد عنا 30 يومًا ضوئيًا فقط. ربما تعرف مقدارها بالكيلومتر: 777,600,000,000(!) الآن نحن بحاجة إلى تطوير طائرات تطير بالسرعة المناسبة.
قل لي: هل هذا عملي؟ حقيقي؟
برأيي وأنا جاهل ومع البلد خيال لطيف وهذا كل شيء
السيد بيرتس -
هناك أسباب كثيرة لمغادرة الأرض. إحداها موت الشمس خلال مئات الملايين من السنين. أنت على حق في قولك إن التفكير في الأمر أمر بعيد للغاية، ولكن هناك أيضًا أسباب أخرى أكثر إلحاحًا.
1. الكوارث "المحلية" التي يمكن أن تعرض وجود الجنس البشري للخطر (زلزال على نطاق واسع، تغيرات مناخية حادة مثل عصر جليدي آخر، وما إلى ذلك). إذا كان الإنسان قد أنشأ بالفعل مستعمرات على نجوم شبيهة بالأرض، فإن مثل هذا الحدث لن يمحو الجنس البشري بأكمله.
2. الكوارث نتيجة اصطدام كويكب أو مذنب كبير للغاية أو غيرهما.
3. الأوبئة القاتلة التي قد تؤدي إلى القضاء على معظم أو كل سكان الأرض.
4. الكوارث ذات المنشأ البشري - على سبيل المثال الحرب النووية، أو التلوث البيئي الذي سيؤدي إلى تقويض النظام البيئي بأكمله.
باختصار، نحن لسنا بعيدين جداً عن الأيام التي كان فيها العالم كله مذعوراً ويعتقد أن البشر على وشك إبادة أنفسهم في حرب نووية. إذا كنت ترغب في الحفاظ على هذا النوع، فإن إحدى طرق "التأمين الذاتي" هي العثور على نجوم أخرى واستعمارها - ولهذا من الضروري العثور على نجوم شبيهة بالأرض.
مرة أخرى هدر المال سدى؟... الحياة لا يمكن خلقها بشكل عشوائي.ليس هناك ما يمكن القيام به...لماذا؟إجابة بسيطة - حتى لو خلقت الخلية بأعضائها وأجزائها العديدة، فلا يوجد من يتنفسها الحياة فيه، والجزيء في حد ذاته خامل وبدون وعي.
"في مرحلة ما سيتعين علينا مغادرة الأرض"... "لذلك يجب أن تكون لدينا فكرة أولية إلى أين نتجه" !!
مثل عدد لا بأس به من العلماء، هؤلاء يعيشون في أوهام.. لمن لم يفهم، يقصد متى ستختفي الشمس من الوجود أو في الواقع قبل بضعة آلاف من السنين.. مما يعني خلال مليار أو عامين!!
بعض العلماء يأخذون أنفسهم على محمل الجد في هذا الأمر! يعني فعلا قلقانين ماذا سيحدث بعد مليار سنة !! إنه أمر غبي ومثير للسخرية أن يؤدي الاحتباس الحراري والشرور الأخرى إلى إنهاء كل شيء في غضون سنوات!
لذلك أريد أن أقول للسيد جيفون.. ليست لدي حاجة ملحة لمغادرة الأرض خلال المليون سنة القادمة!! بعد ذلك سيعود إلي وسوف نتفحص الوضع مرة أخرى!
دعونا نفكر احتماليا..
كمية النجوم هائلة، حتى أنه يمكنك استخدام كلمة "زمن محدود"، فلماذا لا يكون هناك كوكب واحد على الأقل به حياة، فكلما زاد عدد النجوم، زادت فرص وجود حياة عليه. واحد منهم.
فإذا قلنا أن الكمية "لا نهائية" فمن المؤكد أن هناك كوكبًا آخر عليه حياة.
أين تقع سابدارمش؟
عندما يتم إطلاق TPF ويبدأ عمله مرة أخرى، سيصاب الجميع بالصدمة عندما يجدونه في دائرة نصف قطرها 30 سنة ضوئية فقط
عشرات النجوم الشبيهة بالأرض تعج بالحياة البدائية
توقف عن الصدمة، استخدم خيالك
واعتقدت أن الله خلق السماء حيث لا يوجد سوى النجوم وأرضنا الوحيدة.
🙁