كم عدد الكواكب الشبيهة بالأرض حول النجوم الشبيهة بالشمس؟
تقدم دراسة جديدة التقدير الأكثر دقة لتردد أن الكواكب التي تشبه الأرض في حجمها وعلى مسافة من نجمها المضيف تحدث حول نجوم مماثلة لشمسنا.
تقدم دراسة جديدة التقدير الأكثر دقة لتردد أن الكواكب التي تشبه الأرض في حجمها وعلى مسافة من نجمها المضيف تحدث حول نجوم مماثلة لشمسنا. إن معرفة معدل حدوث هذه الكواكب التي يمكن أن تكون صالحة للسكن سيكون أمرًا مهمًا لتصميم المهمات الفلكية المستقبلية لتمييز الكواكب الصخرية القريبة حول النجوم الشبيهة بالشمس والتي يمكن أن تدعم الحياة. تظهر ورقة تصف النموذج في 14 أغسطس 2019 في المجلة الفلكية.
تم اكتشاف آلاف الكواكب بواسطة تلسكوب كبلر الفضائي التابع لناسا. لاحظ كيبلر ، الذي تم إطلاقه في عام 2009 وتقاعدته وكالة ناسا في عام 2018 عندما استنفدت إمدادات الوقود ، مئات الآلاف من النجوم وحدد كواكب خارج نظامنا الشمسي - الكواكب الخارجية - عن طريق توثيق أحداث النقل. تحدث أحداث العبور عندما يمر مدار الكوكب بين نجمه والتلسكوب ، مما يحجب بعض ضوء النجم بحيث يبدو خافتًا. من خلال قياس مقدار التعتيم والمدة بين العبور واستخدام المعلومات حول خصائص النجم ، يميز علماء الفلك حجم الكوكب والمسافة بين الكوكب ونجمه المضيف.
وقال إريك بي فورد ، أستاذ علم الفلك والفيزياء الفلكية في ولاية بنسلفانيا وأحد قادة فريق البحث: "اكتشف كيبلر كواكب بمجموعة واسعة من الأحجام والتركيبات والمدارات". "نريد استخدام تلك الاكتشافات لتحسين فهمنا لتكوين الكوكب ولتخطيط بعثات مستقبلية للبحث عن كواكب قد تكون صالحة للسكن. ومع ذلك ، فإن مجرد حساب الكواكب الخارجية ذات حجم معين أو المسافة المدارية أمر مضلل ، لأنه من الصعب العثور على صغير الكواكب بعيدة كل البعد عن نجمهم عن العثور على كواكب كبيرة قريبة من نجومهم. "
للتغلب على هذه العقبة ، صمم الباحثون طريقة جديدة لاستنتاج معدل حدوث الكواكب عبر مجموعة واسعة من الأحجام والمسافات المدارية. يحاكي النموذج الجديد "أكوان" النجوم والكواكب ثم "يلاحظ" هذه الأكوان المحاكاة لتحديد عدد الكواكب التي كان سيتم اكتشافها بواسطة كبلر في كل "عالم".
وقال دانلي هسو ، طالب دراسات عليا في جامعة بن ستيت وأول مؤلف للصحيفة: "استخدمنا الدليل النهائي للكواكب التي حددها كيبلر وخصائص النجوم المحسنة من مركبة الفضاء غايا التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية لبناء عمليات المحاكاة لدينا". "بمقارنة النتائج مع الكواكب التي صنفها كيبلر ، حددنا معدل الكواكب لكل نجم وكيف يعتمد ذلك على حجم الكوكب والمسافة المدارية. سمح نهجنا الجديد للفريق بالحساب للعديد من الآثار التي لم يتم تضمينها في الدراسات السابقة ".
نتائج هذه الدراسة وثيقة الصلة بشكل خاص بالتخطيط للبعثات الفضائية المستقبلية لتمييز الكواكب التي يمكن أن تكون شبيهة بالأرض. بينما اكتشفت مهمة كبلر الآلاف من الكواكب الصغيرة ، إلا أن معظمها بعيد جدًا لدرجة يصعب على علماء الفلك تعلم تفاصيلها عن تكوينها وأجواءها.
وقال فورد: "يهتم العلماء بشكل خاص بالبحث عن علامات حيوية - جزيئات تدل على الحياة - في أجواء كواكب بحجم الأرض تقريبًا تدور حول" منطقة صالحة للسكن "لنجوم تشبه الشمس". "المنطقة الصالحة للسكن هي مجموعة من المسافات المدارية التي يمكن أن تدعم الكواكب فيها الماء السائل على أسطحها. البحث عن أدلة على وجود حياة على كواكب بحجم الأرض في المنطقة الصالحة لنجوم تشبه الشمس سيتطلب مهمة فضائية جديدة كبيرة."
يعتمد حجم هذه المهمة على وفرة الكواكب بحجم الأرض. تستكشف ناسا والأكاديميات الوطنية للعلوم حاليًا مفاهيم المهمة التي تختلف اختلافًا كبيرًا في الحجم وقدراتها. إذا كانت كواكب بحجم الأرض نادرة ، فإن أقرب كواكب شبيهة بالأرض تكون بعيدة وستكون هناك حاجة إلى مهمة كبيرة طموحة للبحث عن أدلة على وجود حياة على كواكب شبيهة بالأرض. من ناحية أخرى ، إذا كانت الكواكب ذات حجم الأرض شائعة ، فستكون هناك كواكب خارجية بحجم كوكب الأرض تدور حول نجوم قريبة من الشمس وقد يتمكن مرصد صغير نسبيًا من دراسة أجواءها.
"على الرغم من أن معظم النجوم التي لاحظها كبلر هي على بعد آلاف السنين الضوئية من الشمس ، لاحظ كبلر عينة كبيرة بما يكفي من النجوم التي يمكننا إجراء تحليل إحصائي دقيق لتقدير معدل الكواكب بحجم الأرض في المنطقة الصالحة للسكن من النجوم القريبة تشبه الشمس. " قال هسو.
بناءً على عمليات المحاكاة الخاصة بهم ، يقدر الباحثون أن حجم الكواكب القريبة جدًا من الأرض ، من ثلاثة أرباع إلى مرة ونصف حجم الأرض ، حيث تتراوح الفترات المدارية من 237 إلى 500 يوم ، تقريبًا واحد في النجوم الأربعة. الأهم من ذلك ، نموذجهم يحدد عدم اليقين في هذا التقدير. يوصون بأن تقوم مهمات اكتشاف الكوكب المستقبلية بالتخطيط لمعدل حقيقي يتراوح ما بين منخفض إلى كوكب واحد لكل 33 نجمًا إلىيصل إلى ما يقرب من كوكب واحد لكل نجمتين.
وقال فورد: "إن معرفة عدد المرات التي ينبغي أن نتوقع فيها العثور على كواكب ذات حجم معين وفترة مدارية أمر مفيد للغاية لتحسين استطلاعات الكواكب الخارجية وتصميم البعثات الفضائية القادمة لزيادة فرص نجاحها إلى أقصى حد". "Penn State هي شركة رائدة في تقديم أحدث الأساليب الإحصائية والحسابية لتحليل الملاحظات الفلكية لمعالجة هذه الأنواع من الأسئلة. معهدنا للعلوم السيبرانية (ICS) ومركز Astrostatistics (CASt) يوفران البنية التحتية والدعم وهذا يجعل هذه الأنواع من المشاريع ممكنة. "
يضم مركز الكواكب الخارجية والعوالم الصالحة للحياة في ولاية بنسلفانيا أعضاء هيئة التدريس والطلاب الذين يشاركون في الطيف الكامل لأبحاث الكوكب خارج المجموعة الشمسية. قام فريق Penn State ببناء أداة Habitable Zone Planet Finder ، وهي أداة للبحث عن كواكب منخفضة الكتلة حول نجوم رائعة ، والتي بدأت مؤخرًا عمليات علمية في تلسكوب Hobby-Eberly ، الذي تعد Penn State شريكًا مؤسسًا له. يجري اختبار مطياف ثانٍ تم بناؤه في ولاية بنسلفانيا قبل أن يبدأ المسح التكميلي لاكتشاف وقياس كتل الكواكب ذات الكتلة المنخفضة حول النجوم الشبيهة بالشمس. تقدم هذه الدراسة تنبؤات حول ما سوف تجده مسوحات الكوكب هذه وسوف تساعد في توفير سياق لتفسير نتائجها.
بالإضافة إلى فورد وهسو ، يضم فريق البحث دارين راجوزين وكير أشبي من جامعة بريغهام يونغ. تم دعم البحث بواسطة ناسا. المؤسسة الوطنية الأمريكية للعلوم (NSF) ؛ وكلية إبيرلي للعلوم ، قسم علم الفلك والفيزياء الفلكية ، مركز الكواكب الخارجية والعوالم الصالحة للسكن ، ومركز علم الاستراتيات في ولاية بنسلفانيا. تم توفير موارد وخدمات الحوسبة المتقدمة بواسطة معهد ولاية بنسلفانيا للعلوم الإلكترونية ، بما في ذلك مجموعة CyberLAMP الممولة من NSF.
تقدم دراسة جديدة التقدير الأكثر دقة لتردد أن الكواكب التي تشبه الأرض في حجمها وعلى مسافة من نجمها المضيف تحدث حول نجوم مماثلة لشمسنا.
تقدم دراسة جديدة التقدير الأكثر دقة لتردد أن الكواكب التي تشبه الأرض في حجمها وعلى مسافة من نجمها المضيف تحدث حول نجوم مماثلة لشمسنا. إن معرفة معدل حدوث هذه الكواكب التي يمكن أن تكون صالحة للسكن سيكون أمرًا مهمًا لتصميم المهمات الفلكية المستقبلية لتمييز الكواكب الصخرية القريبة حول النجوم الشبيهة بالشمس والتي يمكن أن تدعم الحياة. تظهر ورقة تصف النموذج في 14 أغسطس 2019 في المجلة الفلكية.
تم اكتشاف آلاف الكواكب بواسطة تلسكوب كبلر الفضائي التابع لناسا. لاحظ كيبلر ، الذي تم إطلاقه في عام 2009 وتقاعدته وكالة ناسا في عام 2018 عندما استنفدت إمدادات الوقود ، مئات الآلاف من النجوم وحدد كواكب خارج نظامنا الشمسي - الكواكب الخارجية - عن طريق توثيق أحداث النقل. تحدث أحداث العبور عندما يمر مدار الكوكب بين نجمه والتلسكوب ، مما يحجب بعض ضوء النجم بحيث يبدو خافتًا. من خلال قياس مقدار التعتيم والمدة بين العبور واستخدام المعلومات حول خصائص النجم ، يميز علماء الفلك حجم الكوكب والمسافة بين الكوكب ونجمه المضيف.
وقال إريك بي فورد ، أستاذ علم الفلك والفيزياء الفلكية في ولاية بنسلفانيا وأحد قادة فريق البحث: "اكتشف كيبلر كواكب بمجموعة واسعة من الأحجام والتركيبات والمدارات". "نريد استخدام تلك الاكتشافات لتحسين فهمنا لتكوين الكوكب ولتخطيط بعثات مستقبلية للبحث عن كواكب قد تكون صالحة للسكن. ومع ذلك ، فإن مجرد حساب الكواكب الخارجية ذات حجم معين أو المسافة المدارية أمر مضلل ، لأنه من الصعب العثور على صغير الكواكب بعيدة كل البعد عن نجمهم عن العثور على كواكب كبيرة قريبة من نجومهم. "
للتغلب على هذه العقبة ، صمم الباحثون طريقة جديدة لاستنتاج معدل حدوث الكواكب عبر مجموعة واسعة من الأحجام والمسافات المدارية. يحاكي النموذج الجديد "أكوان" النجوم والكواكب ثم "يلاحظ" هذه الأكوان المحاكاة لتحديد عدد الكواكب التي كان سيتم اكتشافها بواسطة كبلر في كل "عالم".
وقال دانلي هسو ، طالب دراسات عليا في جامعة بن ستيت وأول مؤلف للصحيفة: "استخدمنا الدليل النهائي للكواكب التي حددها كيبلر وخصائص النجوم المحسنة من مركبة الفضاء غايا التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية لبناء عمليات المحاكاة لدينا". "بمقارنة النتائج مع الكواكب التي صنفها كيبلر ، حددنا معدل الكواكب لكل نجم وكيف يعتمد ذلك على حجم الكوكب والمسافة المدارية. سمح نهجنا الجديد للفريق بالحساب للعديد من الآثار التي لم يتم تضمينها في الدراسات السابقة ".
نتائج هذه الدراسة وثيقة الصلة بشكل خاص بالتخطيط للبعثات الفضائية المستقبلية لتمييز الكواكب التي يمكن أن تكون شبيهة بالأرض. بينما اكتشفت مهمة كبلر الآلاف من الكواكب الصغيرة ، إلا أن معظمها بعيد جدًا لدرجة يصعب على علماء الفلك تعلم تفاصيلها عن تكوينها وأجواءها.
وقال فورد: "يهتم العلماء بشكل خاص بالبحث عن علامات حيوية - جزيئات تدل على الحياة - في أجواء كواكب بحجم الأرض تقريبًا تدور حول" منطقة صالحة للسكن "لنجوم تشبه الشمس". "المنطقة الصالحة للسكن هي مجموعة من المسافات المدارية التي يمكن أن تدعم الكواكب فيها الماء السائل على أسطحها. البحث عن أدلة على وجود حياة على كواكب بحجم الأرض في المنطقة الصالحة لنجوم تشبه الشمس سيتطلب مهمة فضائية جديدة كبيرة."
يعتمد حجم هذه المهمة على وفرة الكواكب بحجم الأرض. تستكشف ناسا والأكاديميات الوطنية للعلوم حاليًا مفاهيم المهمة التي تختلف اختلافًا كبيرًا في الحجم وقدراتها. إذا كانت كواكب بحجم الأرض نادرة ، فإن أقرب كواكب شبيهة بالأرض تكون بعيدة وستكون هناك حاجة إلى مهمة كبيرة طموحة للبحث عن أدلة على وجود حياة على كواكب شبيهة بالأرض. من ناحية أخرى ، إذا كانت الكواكب ذات حجم الأرض شائعة ، فستكون هناك كواكب خارجية بحجم كوكب الأرض تدور حول نجوم قريبة من الشمس وقد يتمكن مرصد صغير نسبيًا من دراسة أجواءها.
"على الرغم من أن معظم النجوم التي لاحظها كبلر هي على بعد آلاف السنين الضوئية من الشمس ، لاحظ كبلر عينة كبيرة بما يكفي من النجوم التي يمكننا إجراء تحليل إحصائي دقيق لتقدير معدل الكواكب بحجم الأرض في المنطقة الصالحة للسكن من النجوم القريبة تشبه الشمس. " قال هسو.
بناءً على عمليات المحاكاة الخاصة بهم ، يقدر الباحثون أن حجم الكواكب القريبة جدًا من الأرض ، من ثلاثة أرباع إلى مرة ونصف حجم الأرض ، حيث تتراوح الفترات المدارية من 237 إلى 500 يوم ، تقريبًا واحد في النجوم الأربعة. الأهم من ذلك ، نموذجهم يحدد عدم اليقين في هذا التقدير. يوصون بأن تقوم مهمات اكتشاف الكوكب المستقبلية بالتخطيط لمعدل حقيقي يتراوح ما بين منخفض إلى كوكب واحد لكل 33 نجمًا إلىيصل إلى ما يقرب من كوكب واحد لكل نجمتين.
وقال فورد: "إن معرفة عدد المرات التي ينبغي أن نتوقع فيها العثور على كواكب ذات حجم معين وفترة مدارية أمر مفيد للغاية لتحسين استطلاعات الكواكب الخارجية وتصميم البعثات الفضائية القادمة لزيادة فرص نجاحها إلى أقصى حد". "Penn State هي شركة رائدة في تقديم أحدث الأساليب الإحصائية والحسابية لتحليل الملاحظات الفلكية لمعالجة هذه الأنواع من الأسئلة. معهدنا للعلوم السيبرانية (ICS) ومركز Astrostatistics (CASt) يوفران البنية التحتية والدعم وهذا يجعل هذه الأنواع من المشاريع ممكنة. "
يضم مركز الكواكب الخارجية والعوالم الصالحة للحياة في ولاية بنسلفانيا أعضاء هيئة التدريس والطلاب الذين يشاركون في الطيف الكامل لأبحاث الكوكب خارج المجموعة الشمسية. قام فريق Penn State ببناء أداة Habitable Zone Planet Finder ، وهي أداة للبحث عن كواكب منخفضة الكتلة حول نجوم رائعة ، والتي بدأت مؤخرًا عمليات علمية في تلسكوب Hobby-Eberly ، الذي تعد Penn State شريكًا مؤسسًا له. يجري اختبار مطياف ثانٍ تم بناؤه في ولاية بنسلفانيا قبل أن يبدأ المسح التكميلي لاكتشاف وقياس كتل الكواكب ذات الكتلة المنخفضة حول النجوم الشبيهة بالشمس. تقدم هذه الدراسة تنبؤات حول ما سوف تجده مسوحات الكوكب هذه وسوف تساعد في توفير سياق لتفسير نتائجها.
بالإضافة إلى فورد وهسو ، يضم فريق البحث دارين راجوزين وكير أشبي من جامعة بريغهام يونغ. تم دعم البحث بواسطة ناسا. المؤسسة الوطنية الأمريكية للعلوم (NSF) ؛ وكلية إبيرلي للعلوم ، قسم علم الفلك والفيزياء الفلكية ، مركز الكواكب الخارجية والعوالم الصالحة للسكن ، ومركز علم الاستراتيات في ولاية بنسلفانيا. تم توفير موارد وخدمات الحوسبة المتقدمة بواسطة معهد ولاية بنسلفانيا للعلوم الإلكترونية ، بما في ذلك مجموعة CyberLAMP الممولة من NSF.
تعليقات
إرسال تعليق