בשנת 2021, המצפה הדור הבא של נאס"א, ה- טלסקופ החלל ג'יימס ווב (JWST), ייקח לחלל. לאחר ביצוע הפעולה, משימת הדגל הזו תעלה למקום שבו טלסקופי חלל אחרים - כמו האבל, קפלר, ו שפיצר - עזוב. המשמעות היא שבנוסף לחקירת כמה מהתעלומות הקוסמיות הגדולות ביותר, היא גם תחפש אחר Exoplanets פוטנציאליות למגורים ותנסה לאפיין את האטמוספירה שלהם.
זה חלק ממה שמבדיל את JWST מקודמיו. בין רגישות גבוהה ויכולות הדמיה אינפרא-אדום, היא תוכל לאסוף נתונים על אטמוספירות אקסופלאנטיות שלא היו מעולם. עם זאת, כפי שהראה לאחרונה מחקר שתומך בנאס"א, כוכבי לכת שיש להם אטמוספרות עשויים להיות בעלי כיסוי ענן נרחב, מה שעלול לסבך את הניסיונות לאסוף כמה מהנתונים החשובים מכולם.
במשך שנים, אסטרונומים השתמשו בטרנזיט פוטומטריה (המכונה גם שיטת הטרנזיט) כדי לאתר exoplanets על ידי ניטור כוכבים מרוחקים אחר מטבלים בבהירות. שיטה זו הוכיחה גם כמועילה בקביעת ההרכב האטמוספרי של כוכבי לכת מסוימים. כאשר גופים אלה עוברים מול הכוכבים שלהם, אור עובר באטמוספירה שלהם, כאשר הספקטרום שלהם מנותח כדי לראות אילו יסודות כימיים יש שם.
עד כה, שיטה זו שימשה בעת התבוננות בכוכבי לכת מאסיביים (ענקי גז ו"סופר צדקנים ") המקיפים את השמש שלהם במרחקים גדולים. עם זאת, התבוננות בכוכבי לכת קטנים יותר, סלעיים (כלומר "דמויי אדמה") שמקיפים את השמש שלהם - מה שיכניס אותם לאזור המגורים של הכוכב - הייתה מעבר ליכולותיהם של טלסקופי החלל.
מסיבה זו, הקהילה האסטרונומית ציפתה ליום בו יהיה ניתן להשיג טלסקופים מהדור הבא כמו JWST. על ידי בחינת ספקטרומי האור העוברים באטמוספירה של כוכב לכת סלעי (שיטה המכונה ספקטרוסקופיה העברה) מדענים יוכלו לחפש את האינדיקטורים המעידים על גז חמצן, פחמן דו חמצני, מתאן וסימנים אחרים הקשורים לחיים (aka. "ביו-חתימות ”).
אלמנט קריטי נוסף לחיים (כידוע) הוא מים, ולכן חתימות על אדי מים באטמוספירה של כוכב לכת הם יעד מרכזי לסקרים עתידיים. אך במחקר חדש שהובל על ידי תאדאוס קומצ'ק, עמית פוסט-דוקטורט במחלקה למדעים הגיאופיזיים באוניברסיטת שיקגו, יתכן שלכל כוכב לכת שיש בו מים רבים יש הרבה עננים (חלקיקים של קרח מתעבה) באטמוספרה שלו. .
לצורך מחקר זה, קומצ'ק ועמיתיו בדקו האם העננים הללו יפריעו לניסיונות לאתר אדי מים באטמוספרות של exoplanets יבשתית. בגלל מספר המרחצאות הסלעיות שהתגלו באזורים המיושבים בכוכבים מסוג M (גמד אדום) בשנים האחרונות - כמו פרוקסימה ב '- גמדים אדומים שכנים יהוו מוקד מרכזי בסקרים העתידיים.
כפי שקומאק הסביר למגזין החלל באמצעות דוא"ל, כוכבי לכת נעולים היטב, שמקיפים את הכוכבים הגמדים האדומים מתאימים היטב למחקרים שעסקו בספקטרוסקופיית שידור - ומסיבות שונות:
"מעבר כוכבי לכת המקיפים את כוכבי הגמד האדום הם יעדים חיוביים יותר מאלו המקיפים את הכוכבים דמויי השמש מכיוון שהיחס בין גודל כדור הארץ לגודל הכוכב גדול יותר. גודל האות בהולכה מתרחש ככיכר היחס בין גודל כוכב הלכת לגודל הכוכב, כך שיש דחיפה משמעותית באות שהולך לכוכבים קטנים יותר מכדור הארץ.
"סיבה נוספת לכך שכוכבי לכת המקיפים את כוכבי הגמד האדום הם טובים יותר לצפייה היא מכיוון שה'אזור המגורים ', או המקום בו אנו מצפים שיהיו מים נוזליים על פני כדור הארץ, הוא הרבה יותר קרוב לכוכב ... בגלל אלה מסלולי לכת סלעיים קרובים יותר סביב כוכבי לכת אדומים העוברים סביב כוכבי ננס אדומים יעבירו את הכוכב שלהם לעתים קרובות הרבה יותר, מה שמאפשר לתצפיות לבצע תצפיות חוזרות ונשנות.“
מתוך מחשבה זו, קומצ'ק וצוותו השתמשו בשני דגמים בשילוב כדי לייצר ספקטרום שידור סינטטי של כוכבי לכת נעולים היטב סביב כוכבים מסוג M. הראשון היה ExoCAM שפותח על ידי ד"ר אריק וולף מהמעבדה באוניברסיטת קולורדו לפיזיקה באטמוספירה וחלל (LASP), מודל מערכת אדמה קהילתית (CESM) המשמש להדמיית האקלים של כדור הארץ, אשר הותאם לחקר אטמוספרות אדניות.
בעזרת מודל ExoCAM הם הדמו את האקלים של כוכבי לכת סלעיים המקיפים כוכבי גמדים אדומים. שנית, הם העסיקו את מחולל הספקטרום הפלנטרי שפותח על ידי מרכז טיסת החלל גודארד של נאס"א כדי לדמות את ספקטרום ההולכה שג'ויסט יגלה מכוכב הלכת המדומה שלהם. כפי שקומאצק הסביר זאת:
"הדמיות ExoCAM אלה חישבו את ההתפלגויות התלת ממדיות של הטמפרטורה, יחס ערבוב אדי מים וחלקיקי ענן מי נוזלים וקרח. גילינו שכוכבי לכת המקיפים את כוכבי הגמד האדום הם הרבה יותר עננים מכדור הארץ. הסיבה לכך היא שלכל אורך הימים שלהם יש אקלים הדומה לאזורים הטרופיים של כדור הארץ, וכך אדי מים נעלים בקלות ללחצים נמוכים, שם הם יכולים להתעבות ויוצרים עננים המכסים חלק ניכר משולי כדור הארץ.
"PSG נתן תוצאות לגבי גודלו לכאורה של כוכב הלכת בהולכה כפונקציה של אורך גל, יחד עם אי הוודאות. על ידי התבוננות כיצד גודל האות השתנה באורך הגל, הצלחנו לקבוע את גודל מאפייני אדי המים ולהשוות אותם לרמת אי הוודאות. "
בין שני הדגמים הללו הצוות הצליח לדמות כוכבי לכת עם ובלי כיסוי ענן, ומה יכול JWST לאתר כתוצאה מכך. במקרה של הראשונים, הם גילו כי אדי מים באטמוספירה של המעטפת כמעט בלתי ניתנת לגילוי. הם גם גילו שאפשר לעשות זאת עבור exoplanets בגודל כדור הארץ בעשרה טרנזיטים או פחות.
"[W] תרנגולת כללנו את השפעות העננים, מספר המעברים JWST שצריך לצפות בכדי לאתר אדי מים גדל בפקטור של עשרה למאה," אמר קומאצ'ק. "יש גבול טבעי לכמה מעברים ש- JWST יכול לצפות בכוכב לכת מכיוון של- JWST יש חיי משימה נקודתיים מוגדרים של חמש שנים ותצפית ההולכה ניתנת לביצוע רק כאשר הכוכב עובר בינינו לבין הכוכב המארח שלה."
הם גם גילו שההשפעה של כיסוי ענן הייתה חזקה במיוחד עם כוכבי לכת מסתובבים איטית יותר סביב גמדים אדומים. בעיקרון, כוכבי לכת שיש להם תקופות מסלול ארוכות יותר מ- 12 יום יחוו היווצרות עננים רבה יותר בצד הימי שלהם. "מצאנו כי עבור כוכבי לכת המקיפים כוכב כמו TRAPPIST-1 (היעד החיובי ביותר הידוע), JWST לא תוכל לצפות במעברים מספיקים לאיתור אדי מים," אמר Komacek.
תוצאות אלה דומות למה שחוקרים אחרים ציינו, הוסיף. בשנה שעברה, מחקר שהובילו חוקרים מטעם נאס"א גודארד הראה כיצד כיסוי ענן יהפוך את אדי המים לבלתי ניתנים לזיהוי באטמוספרות של כוכבי הלכת TRAPPIST-1. מוקדם יותר החודש, מחקר נוסף הנתמך על ידי נאס"א בגודארד הראה כיצד העננים יפחיתו את משרעת אדי המים עד לנקודה בה JWST יבטל אותם כרעש רקע.
אך לפני שנחשוב שכולן חדשות רעות, מחקר זה אכן מציג כמה הצעות כיצד ניתן להתגבר על המגבלות הללו. לדוגמה, אם זמן המשימה הוא גורם, ניתן להאריך את משימת JWST כך שלמדענים יהיה יותר זמן לאסוף נתונים. כבר עכשיו, נאס"א מקווה להפעיל את הטלסקופ החלל במשך עשר שנים, ולכן הרחבת משימה היא כבר אפשרות.
יחד עם זאת, סף הורדת אות לרעש לאיתור יכול לאפשר בחירת אותות נוספים מהספקטרום (אם כי זה אומר גם חיוביות שגויות יותר). בנוסף, קומצ'ק ועמיתיו הקפידו לציין כי תוצאות אלה חלות רק על תכונות שנמצאות מתחת לסיפון הענן על גבי Exoplanets:
"מכיוון שאדי מים נלכדים לרוב מתחת לגובה ענן המים, כיסוי הענן החזק בכוכבי הלכת המקיף את כוכבי הגמד האדומים הופך את זה למאתגר להפליא לגלות תכונות מים. חשוב לציין כי JWST עדיין תוכל להגביל את נוכחותם של מרכיבים אטמוספריים מרכזיים כמו פחמן דו חמצני ומתאן רק בתריסר מעברים בערך. "
שוב, תוצאות אלה נתמכות במחקרים קודמים. בשנה שעברה, מחקר מאוניברסיטת וושינגטון בדק את יכולת הגילוי והתכונות של כוכבי הלכת TRAPPIST-1 ומצא כי עננים לא צפויים להשפיע באופן משמעותי על איתורם של תכונות החמצן והאוזון - שני סימני ביו-מפתח מרכזיים הקשורים ל נוכחות חיים.
אז באמת, ה- JWST עשוי רק להתקשות באיתור אדי מים באטמוספרות, לפחות בכל מה שקשור לכיסוי ענן צפוף. לגבי ביו-חתימות אחרות, ה- JWST לא צריך להתקשה לרחרח אותם, עננים או עננים. דברים נהדרים צפויים להגיע מווב, הטלסקופ החלל החזק והמתוחכם ביותר של נאס"א עד כה. והכל יתחיל בשנה הבאה!
