أدى البحث عن الكواكب خارج نظامنا الشمسي إلى اكتشاف آلاف المرشحين في العقود القليلة الماضية. معظم هؤلاء كانوا عمالقة غازية تتراوح في الحجم من كونها سوبر جوبيتر إلى كواكب بحجم نبتون. ومع ذلك ، تم تحديد العديد منها أيضًا على أنها "تشبه الأرض" في طبيعتها ، مما يعني أنها صخرية ومدارية داخل المناطق الصالحة للسكن الخاصة بنجومها.
لسوء الحظ ، من الصعب تحديد الظروف التي قد تكون على أسطحهم ، لأن الفلكيين غير قادرين على دراسة هذه الكواكب مباشرة. لحسن الحظ ، طور فريق دولي بقيادة فيزيائي UC Santa Barbara بنيامين مازن أداة جديدة تعرف باسم DARKNESS. هذه الكاميرا فائقة التوصيل ، وهي الأكبر والأكثر تعقيدًا في العالم ، ستسمح لعلماء الفلك باكتشاف الكواكب حول النجوم القريبة.
ظهرت دراسة الفريق التي توضح تفاصيل أجهزتهم ، بعنوان "الظلام: كاشف الحث الحركي الميكروويف مطياف ميداني متكامل لعلم الفلك عالي التباين" ، مؤخرًا في منشورات جمعية علم الفلك في المحيط الهادئ. قاد الفريق بنيامين مازن ، كرسي Worster في الفيزياء التجريبية في UCSB ، ويتضمن أيضًا أعضاء من مختبر الدفع النفاث التابع لناسا ، ومعهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ، ومختبر فيرمي الوطني للمسرعات ، وجامعات متعددة.
بشكل أساسي ، من الصعب للغاية بالنسبة للعلماء دراسة الكواكب الخارجية مباشرة بسبب التداخل الذي تسببه نجومهم. كما أوضح مازن في بيان صحفي صدر مؤخراً عن UCSB ، "إن التقاط صورة لكوكب خارجي أمر صعب للغاية لأن النجم أكثر إشراقًا من الكوكب ، والكوكب قريب جدًا من النجم." على هذا النحو ، غالبًا ما يكون الفلكيون غير قادرين على تحليل الضوء المنعكس من الغلاف الجوي للكوكب لتحديد تكوينه.
ستساعد هذه الدراسات في وضع قيود إضافية على ما إذا كان الكوكب صالحًا للسكن أم لا. في الوقت الحاضر ، يضطر العلماء إلى تحديد ما إذا كان الكوكب يمكنه دعم الحياة بناءً على حجمه وكتلته وبُعده عن نجمه. بالإضافة إلى ذلك ، أجريت دراسات حددت ما إذا كانت المياه موجودة على سطح الكوكب أم لا بناءً على كيفية فقدان الغلاف الجوي للهيدروجين إلى الفضاء.
يسعى مقياس الطيف الفائق الموصل للطاقة ذو الأشعة تحت الحمراء القريبة من DARK-speckle (المعروف أيضًا باسم DARKNESS) ، وهو أول مطياف مجال تكاملي 10000 بكسل ، لتصحيح هذا. بالتزامن مع تلسكوب كبير وبصريات تكيفية ، يستخدم كاشفات الحث الحركي في الميكروويف لقياس الضوء القادم من نجم بعيد بسرعة ، ثم يرسل إشارة مرة أخرى إلى مرآة مطاطية يمكن أن تتشكل إلى شكل جديد 2000 مرة في الثانية.
تسمح MKIDs لعلماء الفلك بتحديد طاقة ووقت وصول الفوتونات الفردية ، وهو أمر مهم عندما يتعلق الأمر بتمييز الكوكب عن الضوء المتناثر أو المنكسر. تقضي هذه العملية أيضًا على ضوضاء القراءة والتيار المظلم - المصادر الأساسية للخطأ في الأدوات الأخرى - وتنظف التشويه الجوي عن طريق قمع ضوء النجوم.
يستكشف مازن وزملاؤه تكنولوجيا MKIDs لسنوات من خلال مختبر مازن ، الذي يعد جزءًا من قسم الفيزياء في UCSB. كما أوضح مازن:
"ستخفض هذه التقنية أرضية التباين حتى نتمكن من اكتشاف الكواكب الباهتة. نأمل أن نقترب من حد ضوضاء الفوتون ، والذي سيعطينا نسب تباين قريبة من 10-8، مما يسمح لنا برؤية الكواكب أكثر خفوتًا بمائة مرة من النجم. في مستويات التباين هذه ، يمكننا أن نرى بعض الكواكب في الضوء المنعكس ، مما يفتح مجالًا جديدًا بالكامل من الكواكب لاستكشافها. الشيء المثير حقًا هو أن هذا هو مسار التكنولوجيا للجيل القادم من التلسكوبات. "
تعمل DARKNESS الآن على تلسكوب Hale مقاس 200 بوصة في مرصد Palomar بالقرب من سان دييغو ، كاليفورنيا ، حيث تعد جزءًا من نظام البصريات التكيفية المتطرفة PALM-3000 و Stellar Double Coronagraph. خلال العام والنصف الماضيين ، أجرى الفريق أربع جولات مع كاميرا DARKNESS لاختبار نسبة التباين والتأكد من أنها تعمل بشكل صحيح.
في شهر مايو ، سيعود الفريق لجمع المزيد من البيانات حول الكواكب القريبة وإظهار تقدمهم. إذا سارت الأمور على ما يرام ، ستصبح DARKNESS الأولى من بين العديد من الكاميرات المصممة لتصوير الكواكب حول النجوم القريبة من النوع M (القزم الأحمر) ، حيث تم اكتشاف العديد من الكواكب الصخرية في السنوات الأخيرة. المثال الأكثر بروزاً هو Proxima b ، الذي يدور حول أقرب نظام نجمي إلى نظامنا الخاص (Proxima Centauri ، على بعد 4.25 سنة ضوئية تقريبًا).
قال مازن: "نأمل في أن نتمكن في يوم من الأيام من بناء أداة لتلسكوب الثلاثين مترًا المخطط لها في ماونا كيا في جزيرة هاواي أو لا بالما". "مع ذلك ، سنكون قادرين على التقاط صور للكواكب في المناطق الصالحة للسكن من النجوم ذات الكتلة المنخفضة القريبة والبحث عن الحياة في أجوائها. هذا هو الهدف طويل المدى وهذه خطوة مهمة نحو ذلك ".
بالإضافة إلى دراسة الكواكب الصخرية المجاورة ، ستسمح هذه التقنية أيضًا لعلماء الفلك بدراسة النجوم النابضة بمزيد من التفصيل وتحديد الانزياح الأحمر لمليارات المجرات ، مما يسمح بقياسات أكثر دقة لمدى سرعة الكون. وهذا بدوره سيسمح بدراسات أكثر تفصيلاً حول كيفية تطور كوننا بمرور الوقت والدور الذي تلعبه الطاقة المظلمة.
ستحدث هذه التقنيات وغيرها ، مثل المركبة الفضائية Starshade المقترحة من وكالة ناسا و mdot في ستانفورد ، ثورة في دراسات الكواكب الخارجية في السنوات القادمة. مقترن مع مقاريب الجيل التالي - مثل تلسكوب جيمس ويب الفضائي و ال ساتل مسح الكواكب الخارجية العابر (TESS) ، الذي تم إطلاقه مؤخرًا - لن يتمكن الفلكيون من اكتشاف المزيد في الكواكب الخارجية فحسب ، بل سيكونون قادرين على تمييزها بشكل لم يسبق له مثيل.
