في البحث عن الكواكب خارج الطاقة الشمسية ، يمكن مسامحة علماء الفلك والمتحمسين لكونهم متفائلون بعض الشيء. في سياق اكتشاف الآلاف من الكواكب الصخرية وعمالقة الغاز والأجرام السماوية الأخرى ، هل من المؤمل أن نجد يومًا ما نظيرًا حقيقيًا للأرض؟ ليس فقط كوكبًا "شبيهًا بالأرض" (والذي يتضمن جسمًا صخريًا بحجم مماثل) ولكن الأرض الفعلية 2.0؟
لقد كان هذا بالتأكيد أحد أهداف صائدي الكواكب الخارجية ، الذين يبحثون في أنظمة النجوم القريبة عن الكواكب التي ليست صخرية فحسب ، بل تدور أيضًا حول منطقة النجم الصالحة للسكن ، وتظهر علامات الغلاف الجوي ولديها الماء على أسطحها. ولكن وفقًا لدراسة جديدة أجراها أليكسي ج.بوتكيفيتش - عالم الفيزياء الفلكية من مرصد بولكوفو في سانت بطرسبرغ ، روسيا - يمكن أن تعيق محاولات الأرض لاكتشاف الأرض 2.0!
نُشرت دراسة بوتكيفيتش بعنوان "اكتشاف الكواكب الخارجية الفلكية والحركة المدارية للأرض" مؤخرًا في الإشعارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية. من أجل دراسته ، درس الدكتور بوتكيفيتش كيف يمكن للتغيرات في الموقع المداري للأرض أن تجعل من الصعب إجراء قياسات لحركة النجوم حول مركز النظام الخاص به.
تُعرف طريقة الكشف عن الكواكب الخارجية ، حيث تُعرف حركة النجم حول مركز كتلة النظام النجمي (مركز barycenter) باسم طريقة الفلك. بشكل أساسي ، يحاول الفلكيون تحديد ما إذا كان وجود حقول الجاذبية حول نجم (أي الكواكب) يتسبب في تأرجح النجم ذهابًا وإيابًا. وينطبق هذا بالتأكيد على النظام الشمسي ، حيث يتم سحب شمسنا ذهابًا وإيابًا حول مركز مشترك من خلال سحب جميع كواكبها.
في الماضي ، تم استخدام هذه التقنية لتحديد النجوم الثنائية بدرجة عالية من الدقة. في العقود الأخيرة ، تم اعتباره طريقة قابلة للتطبيق لصيد الكواكب الخارجية. هذه ليست مهمة سهلة لأن التذبذب يصعب اكتشافه في المسافات المعنية. وحتى وقت قريب ، كان مستوى الدقة المطلوب للكشف عن هذه التحولات على حافة حساسية الجهاز.
هذا يتغير بسرعة ، بفضل الأدوات المحسنة التي تسمح بالدقة حتى الدقيقة الميكروية. مثال جيد على ذلك هو المركبة الفضائية Gaia التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية ، والتي تم نشرها في عام 2013 لفهرسة وقياس الحركات النسبية لمليارات النجوم في مجرتنا. بالنظر إلى أنه يمكن إجراء قياسات في 10 ميكرو ثانية ، يُعتقد أن هذه المهمة يمكن أن تجري قياسات فلكية من أجل العثور على كواكب خارج المجموعة الشمسية.
ولكن كما أوضح بوتكيفيتش ، هناك مشاكل أخرى عندما يتعلق الأمر بهذه الطريقة. "يعتمد النموذج الفلكي القياسي على افتراض أن النجوم تتحرك بشكل موحد بالنسبة إلى النظام الشمسي barycentre" ، كما يقول. لكن بينما يشرح ، عند فحص آثار الحركة المدارية للأرض على الكشف الفلكي ، هناك ارتباط بين مدار الأرض وموقع النجم بالنسبة لمركز النظام الخاص به.
لتوضيح الأمر بطريقة أخرى ، فحص الدكتور بوتكيفيتش ما إذا كانت حركة كوكبنا حول الشمس أم لا ، وحركة الشمس حول مركز كتلتها ، يمكن أن يكون لها تأثير إلغاء على قياسات المنظر للنجوم الأخرى. سيؤدي هذا بشكل فعال إلى إجراء أي قياسات لحركة النجم ، المصممة لمعرفة ما إذا كانت هناك أي كواكب تدور حوله ، غير مجدية فعليًا. أو كما قال دكتور بوتكيفيتش في دراسته:
"من الواضح من اعتبارات هندسية بسيطة أن الحركة المدارية للنجم المضيف ، في ظل ظروف معينة ، قد تكون قريبة من التأثير المعاكس أو حتى لا يمكن تمييزه عنها. هذا يعني أن الحركة المدارية قد يتم امتصاصها جزئيًا أو كليًا بواسطة معلمات المنظر. "
سيكون هذا صحيحًا بشكل خاص في الأنظمة حيث كانت الفترة المدارية للكوكب عامًا واحدًا ، وكان لها مدار جعله قريبًا من مدار الشمس - أي مثل مدار الأرض! إذاً بشكل أساسي ، لن يتمكن الفلكيون من اكتشاف Earth 2.0 باستخدام القياسات الفلكية ، لأن مدار الأرض وتمايل الشمس سيجعل الكشف قريبًا من المستحيل.
كما يقول الدكتور بوتكيفيتش في استنتاجاته:
"نقدم تحليلًا لتأثيرات الحركة المدارية للأرض على قابلية أنظمة كوكبية خارجية للكشف الفلكي. أثبتنا أنه ، إذا كانت فترة الكوكب قريبة من سنة واحدة وكان مستواها المداري متوازيًا تقريبًا مع الحركة المدارية للمضيف ، فقد يتم امتصاصه كليًا أو جزئيًا بواسطة معلمة المنظر. إذا حدث امتصاص كامل ، فإن الكوكب لا يمكن اكتشافه من الناحية الفلكية. "
لحسن الحظ ، فإن للصيادين من الكواكب الخارجية عددًا لا يحصى من الطرق الأخرى للاختيار من بينها ، بما في ذلك القياسات المباشرة وغير المباشرة. وعندما يتعلق الأمر باكتشاف الكواكب حول النجوم المجاورة ، فإن اثنين من أكثرها فاعلية ينطوي على قياس تحولات دوبلر في النجوم (ويعرف أيضًا باسم طريقة السرعة الشعاعية) وينخفض في سطوع النجم (ويعرف أيضًا باسم طريقة العبور).
ومع ذلك ، تعاني هذه الأساليب من حصتها من العوائق ، ومعرفة حدودها هي الخطوة الأولى في تحسينها. في هذا الصدد ، تحتوي دراسة الدكتور بوتكيفيتش على صدى للمركزية النسبية والنسبية ، حيث يتم تذكيرنا بأن النقطة المرجعية الخاصة بنا ليست ثابتة في الفضاء ، ويمكن أن تؤثر على ملاحظاتنا.
ومن المتوقع أيضًا أن تستفيد عملية البحث عن الكواكب الخارجية كثيرًا من نشر أدوات الجيل التالي مثل تلسكوب جيمس ويب الفضائي والقمر الصناعي لمسح الكواكب الخارجية العابرة (TESS) وغيرها.
