ملاقات تلسکوپ فضایی جیمز وب با 7 سیاره جذاب تراپیست-1

امشب بیرون بروید و مشتری را ببینید که در جنوب آسمان می‌درخشد. حالا سمت راست آن را نگاه کنید و ۳۷۸ تریلیون کیلومتر در کیهان فرو بروید. اینجا، بین سر صورت‌فلکی ماهی و کنار دلو، یک ستاره معمولی به اسم تراپیست-۱ (TRAPPIST-1) وجود دارد؛ یک کوتوله قرمز بسیار سرد که در سال ۱۹۹۹ کشف شد.

تراپیست-۱ تا سال ۲۰۱۷ تقریباً فراموش‌ شده بود؛ زمانی که ناسا اعلام کرد که این ستاره میزبان بیشترین تعداد سیاره هم‌اندازه زمین در ناحیه قابل‌سکونت خود (تا آن تاریخ) است. شکارچیان سیاره‌های فراخورشیدی از آن زمان شیفته تراپیست-۱ هستند. طبق آخرین شمارش، این منظومه همسایه هفت سیاره دارد که تقریباً با هشت سیاره منظومه خورشیدی خودمان برابری می‌کند.

اما آیا تراپیست-۱ یک سراب است؟ آیا می‌تواند میزبان سیاره‌های شبیه به زمین و احتمالاً حیات باشد یا شباهت سطحی آن به منظومه خورشیدی، شرایط غیرقابل‌سکونت سیاره‌های بیگانه را پنهان می‌کند؟

اینجاست که تلسکوپ فضایی جیمز وب (به اختصار وب یا JWST) وارد می‌شود که اخترشناسان سیاره‌های فراخورشیدی امیدوارند طبیعت حقیقی این منظومه سیاره‌ای منحصربه‌فرد را آشکار کند. وب با استفاده از توانایی‌اش برای تعیین خصوصیات اتمسفر سیاره‌های فراخورشیدی که اخیراً روی سیاره واسپ-۹۶بی خود را اثبات کرد، در اولین سال عملیات خود هر کدام از این هفت سیاره را رصد می‌کند و ما در آستانه رسیدن اولین نتایج هستیم.

رونمایی از تراپیست-۱

با تنها ۳۹ سال نوری فاصله از زمین - یک همسایه نزدیک در مقیاس کیهانی - تراپیست-۱ شباهتی به خورشید ندارد. این ستاره حدوداً یک‌دهم خورشید جرم دارد و قطر آن اندازه مشتری است. بااین‌حال، چیزهایی که دور آن می‌گردند، موجب هیجان شکارچیان سیارات فراخورشیدی شده‌اند.

سه تا از سیاره‌ها در سال ۲۰۱۶ با یک تلسکوپ بلژیکی در رصدخانه لا سیا (La Silla) در شیلی به نام تراپیست - تلسکوپ کوچک سیارات عبوری و اجرام کوچک - کشف شدند.

این کشف با تلسکوپ فضایی حالا بازنشسته اسپیتزر در سال ۲۰۱۷ تأیید و تعداد سیارات بیشتر شد. «نیکول کی. لوییس» (Nikole K. Lewis)، دانشمند سیارات فراخورشیدی در دانشگاه کرنل، می‌گوید: «تلسکوپ فضایی اسپیتزر نقشی بزرگ در رونمایی از منظومه تراپیست-۱ ایفا کرد و JWST جانشین آن است.»

اسپیتزر ۱۰۰۰ ساعت را صرف رصد تراپیست-۱ کرد و توانست به ما بگوید که هفت سیاره در آن منظومه وجود دارند. اسپیتزر همچنین جرم و شعاع هر کدام از آن دنیاها را محاسبه کرد که منجر به محاسبات پایه چگالی سیاره‌ها شد؛ همگی مشابه زمین بودند. اخترشناسان از آن زمان در انتظار رخدادی تازه هستند.

بررسی اتمسفرها

لوییس می‌گوید: «ما می‌دانیم سیارات تراپیست-۱ از چیزهایی درست مثل زمین تشکیل شده‌اند. پس شاید اتمسفری شبیه زمین داشته باشند.»

لوییس سرپرست مشترک تیمی بود که در سال ۲۰۱۸ از تلسکوپ فضایی هابل برای بررسی اتمسفر سیاره‌ها استفاده کرد. او می‌گوید: «ما هیچ سیگنالی از اتمسفر ندیدیم، اما می‌دانیم آن‌ها اتمسفرهای بزرگ غنی از هیدروژن و هلیوم که احتمالاً انتظارش را دارید، ندارند.» چنین اتمسفرهایی در غول‌های گازی مانند مشتری و زحل دیده می‌شوند.

اما این نهایت قدرت هابل بود. منتظر وب بمانید. لوییس می‌گوید: «منظومه تراپیست مدت‌ها جزئی از برنامه تلسکوپ فضایی جیمز وب بوده است و چون حدود شش سال است که آن را می‌شناسیم، توانسته‌ایم واقعاً اطمینان حاصل کنیم که آن را با نهایت توانایی‌های JWST مشاهده می‌کنیم.»

تراپیست-۱: منظومه شمسی ۲.۰؟

اخترشناسان این زمان را صرف یادگیری بیشترین چیزهای ممکن درباره هفت دنیای تراپیست کرده‌اند. در سال ۲۰۱۸، یک پژوهش نشان داد که سیاره‌های آن سنگی هستند و برخی می‌توانند آب بیشتری از زمین داشته باشند. در ۲۰۲۱، پژوهشی دیگر ادعا کرد که آن‌ها احتمالاً سنگی هستند، گرچه چگالی کمتری نسبت به سیاره‌های درون منظومه شمسی ما دارند.

منظومه تراپیست-۱ شباهت زیادی به منظومه شمسی ندارد. با اینکه چهارتا از هفت سیاره در ناحیه قابل‌سکونت ستاره هستند - به‌قدری نزدیک که گرمای داشتن آب مایع را داشته باشند - فاصله همه آن‌ها تا ستاره‌شان نزدیک‌تر از فاصله عطارد تا خورشید است.

از آنجا که ستاره از خورشید کم‌نورتر است، این نمی‌تواند تأثیر زیادی روی دما داشته باشد، اما شرایط سیاره را به‌شدت تحت تأثیر قرار می‌دهد. برای مثال، نزدیک‌ترین سیاره، تراپیست-۱بی، در ۱٫۹ روز ستاره را دور می‌زند. این سال بسیار کوتاهی است. روی تراپیست-۱اچ، دورترین، یک سال تنها ۱۹ روز است.

علاوه‌براین، این سیارات احتمالاً قفل کشندی دارند؛ مانند ماه نسبت به زمین، پس تنها یک سمت آن‌ها نور روز را دریافت می‌کند.

علی‌رغم این تفاوت‌ها، تراپیست-۱ هدف اصلی سیارات فراخورشیدی تلسکوپ وب باقی مانده است؛ به‌دلیل تنوع سیاره‌های سنگی‌اش. با اینکه این یکی از مطالعه‌شده‌ترین منظومه‌های سیاره‌ای است، دانشمندان همچنان فکر می‌کنند تراپیست-۱ رازهای بیشتری برای برملا‌شدن دارد.

گذار تراپیست-۱

تراپیست-۱ تنها منظومه خورشیدی است که هفت سیاره احتمالاً شبیه به زمین دارد، اما اصلاً نزدیک‌ترین منظومه سیاره‌ای نیست. این افتخار از آن پروکسیما قنطورس با فاصلهٔ ۴٫۲۴ سال نوری از زمین است.

پس چرا را باید جذب تراپیست-۱ شد که ۱۰ برابر دورتر است؟ «لیزا کالتنگر» (Lisa Kaltenegger)، اخترشناس دانشگاه کرنل، می‌گوید: «پروکسیما درحال گذار نیست و ما به سیارات فراخورشیدی عبوری نیاز داریم.» خط دید ما به منظومه تراپیست-۱ بی‌نقص است و تلسکوپ‌های ما می‌توانند هفت سیاره آن را درحال عبور از دیسک ستاره رصد کنند.

کلتنگر می‌گوید: «نزدیک‌ترین سیاره‌های عبوری به ما حلقه‌ای‌ترین سیگنال‌ها را می‌دهند و به همین دلیل است که تراپیست-۱ یکی از منظومه‌های محبوب ماست.» اخترشناسان می‌توانند سیاره‌های تراپیست-۱ را در‌حالی‌که می‌گردند و می‌گردند، ببینند.

اولین نگاه تلسکوپ فضایی جیمز وب

آیا وب نمی‌تواند بفهمم چه چیزی در اتمسفر این سیارات فراخورشیدی سنگی است؟ ابزار NIRSpec وب آن را به تنها تلسکوپی تبدیل می‌کند که می‌تواند رد مولکول‌هایی مانند متان، کربن دی‌اکسید و اکسیژن - نشانه‌های احتمالی حیات روی سطح و سرنخ‌های ترکیب اتمسفر سیاره - را شناسایی کند.

بعد از رمزگشایی امیدوارکننده از گازهای حاضر در اتمسفر واسپ-۳۹بی، هفته گذشته اخترشناسان بالاخره نتایج اجمالی اولین رصد منظومه تراپیست-۱ را دریافت کردند.

این نتایج هنوز داوری و منتشر نشده‌اند، در در یک کنفرانس در مقر JWST - انستیتوی علم تلسکوپ فضایی در بالتیمور - در تاریخ ۱۳ دسامبر، دانشمندان داده‌های اولیه رصدهای تراپیست-۱جی، دومین سیاره منظومه از آخر را مورد بحث قرار دادند.

«بیورن بنکه» (Björn Benneke)، اخترشناس دانشگاه مونترئال کانادا، نشان داد که تراپیست-۱جی اتمسفر غنی از هیدروژن ندارد. «اولیویا لیم» (Olivia Lim)، دانشجوی دکتری دانشگاه مونترآل، یک پوستر با نتایج مشابه برای تراپیست-۱بی (بخشی از برنامهٔ رصد تمام سیارات تراپیست) ارائه داد. «الکساندر راتکه» (Alexander Rathcke)، اخترشناس مرکز اخترفیزیک هاروارد اسمیتسونین نیز همین نتایج را برای تراپیست-۱سی نشان داد.

پس هیچ کشف جنجال‌برانگیزی درباره سیاره‌های تراپیست-۱ در اولین رصد تلسکوپ وب وجود نداشت.

برنامه آینده تلسکوپ جیمز وب چیست؟

اما با این نتایج اولیه ناامید نشوید. آن‌ها همچنان درگیر رصد هستند؛ اینکه بفهمند چگونه از دقت بالای وب و ابزارهای گوناگون آن بهترین استفاده را ببرند.

لوییس می‌گوید: «این رصدهای اولیه ما را کمابیش به همان سطحی می‌رسانند که با هابل به آن رسیدیم، اما خواهیم دانست که چگونه از ابزارهایی که می‌خواهیم استفاده کنیم. چند رصد با وب طول می‌کشد تا سیگنال‌هایی را که نیاز داریم جمع‌آوری کنیم و با طول عمر دراز جیمز وب می‌توانیم به اصلاح و یادگیری بیشتر ادامه دهیم.»

لوییس تراپیست-۱ای را مطالعه خواهد کرد. او می‌گوید: «این سیاره در وسط ناحیه قابل‌سکونت است و نزدیک‌ترین اندازه را به زمین دارد.»

به یاد داشته باشید که این پژوهش تنها درباره اتمسفر سیاره‌ها است. او می‌گوید: «ما احتمالاً تا چند چرخه آغاز به پرسش درباره بیگانه‌ها نمی‌کنیم.»

اما علم سیارات فراخورشیدی در انزوا پیش نمی‌رود. لوییس با دانشگاه مونترآل همکاری می‌کند؛ زیرا رصدهای آن‌ها از تراپیست-۱دی و تراپیست-۱اف - دوتا از دیر سیارات ناحیه قابل‌سکونت - در کنار هم یک نمونه مقایسه‌ای رضایت‌بخش را ایجاد می‌کنند.

لوییس می‌گوید: «داشتن زهره، زمین و مریخ در منظومه شمسی ما واقعاً به ما کمک کرده که یاد بگیریم چرا زمین قابل‌سکونت است، گرمایش جهانی را درک کنیم و اگر زمین اندکی کوچک‌تر بود، چه اتفاقی می‌افتاد.»

آینده بنیادی تراپیست-۱

یکی از سیاره‌های تراپیست-۱ به‌عنوان اولین سیاره شناسایی‌شده هم‌اندازه زمین دارای اتمسفر فراتر از منظومه شمسی ما در تاریخ ثبت خواهد شد. چند ماه، سال و دهه آینده، جزئیات تراپیست-۱ به‌دقت و به‌تدریج آشکار خواهند شد. اما علاوه بر یافتن طبیعت حقیقی هفت سیاره هم‌اندازه زمین آن، انتظار این را نیز داشته باشید که این همسایه ما در هدایت علم بنیادی سیارات فراخورشیدی نقش داشته باشد.

کلتنگر می‌گوید: «ما خواهیم توانست تأثیر حقیقی ستاره را روی یک سیاره سنگی مشابه زمین بررسی کنیم و می‌توانیم ببینیم ایده ما درباره ناحیه قابل‌سکونت در واقعیت کار می‌کند یا نه.»

تمام این فرصت‌ها از ویژگی‌های خارق‌العاده یک منظومه ستاره‌ای خیلی نزدیک می‌آیند. لوییس می‌گوید: «سیاره‌های تراپیست-۱ همگی تقریباً یک‌اندازه هستند، اما در فواصل متفاوت از ستاره خود قرار دارند، پس می‌توانیم آن‌ها را کاوش و به فرایندهایی که آن‌ها را شکل داده‌اند فکر کنیم. این مثل این است که طبیعت این تست بی‌نقص آزمایشگاهی را در اختیار ما قرار داده باشد.»