سیاره ای که جای زمین رو میگیره؟

دانشمندان برای نخستین بار با استفاده از تلسکوپ فضایی تس (TESS) موفق شدند یک سیاره‌ی فراخورشیدی هم‌اندازه‌ی زمین را در کمربند حیات کشف کنند. این سیاره TOI-700d نام دارد. «ماهواره نقشه‌بردار فراخورشیدی گذران» (Transiting Exoplanet Survey Satellite) که به اختصار «تس» (TESS) نامیده می‌شود، در سال ۲۰۱۸ به فضا پرتاب شد، با هدف کشف سیاره‌های کوچکی در اطراف نزدیک‌ترین همسایگان خورشید، ستاره‌هایی که به اندازه‌ی کافی روشن هستند و برای توصیف شخصیت‌های جرم و جو سیارات آن‌ها روشن است، راه‌اندازی شد. تس تا کنون هفده سیاره‌ی فراخورشیدی را پیرامون ۱۱ ستاره‌ی نزدیک که کوتوله‌های نوع M هستند، کشف کرده است. ستاره‌هایی کوچک‌تر و سردتر از خورشید که کم‌تر از ۶۰ درصد آن جرم دارند و دمای آن‌ها کمتر از ۳۹۰۰ درجه‌ی کلوین (صفر کلوین برابر با ۲۷۳- درجه‌ی سانتی‌گراد) است. اکنون طی سه مقاله که در ماه جاری با هم منتشر شد، ستاره‌شناسان گزارش دادند که یکی از این سیارات به نام TOI-700d هم‌اندزه‌ی زمین است و همچنین در کمربند حیات واقع شده است. این دانشمندان همچنین آب‌وهوای احتمالی این سیاره را بررسی کرده‌اند.

این سیاره یکی از سه سیاره‌ی کوچکی است که به دور یک ستاره‌ی کوتوله از نوع M می‌گردد. ستاره‌ی کوتوله‌ای که جرم آن ۰.۴۱۵ برابر خورشید است و در فاصله‌ی ۱۰۲ سال نوری از زمین قرار دارد. تجزیه‌وتحلیل داده‌های تس نشان داد که اندازه‌ی تجربی سیاره‌های اطراف این ستاره به ترتیب با شعاع تقریبی ۱.۰۴ و ۲.۶۵ و ۱.۱۴ برابر زمین، نزدیک به سیاره‌ی ماست و در مدارهای تقریبی ۹.۹۸ و ۱۶.۰۵ و ۳۷.۴۲ روزه پیرامون آن می‌چرخند. در منظومه‌ی شمسی ما، عطارد که این روزها فضاپیمای بپی‌کلمبو با گذر از کنار ناهید در مسیر رسیدن به آن قرار دارد، در مدت زمان حدود ۸۸ روز به دور خورشید می‌گردد و آن‌قدر به خورشید نزدیک است که دمای آن می‌تواند به بیش از ۴۰۰ درجه‌ی سانتی‌گراد نیز برسد. اما از آنجا که ستاره‌ی کوتوله‌ی M بسیار سرد است، مدار سیاره‌ی سوم حتی با وجود آنکه نسبت به فاصله‌ی عطارد با خورشید، به ستاره‌ی خود بسیار نزدیک‌تر است، آن را در کمربند حیات قرار می‌دهد.

کمربند حیات محدوده‌ای است که دما اجازه می‌دهد آب‌های سطحی (در صورت وجود) در سطح سیاره به صورت مایع باقی بمانند و بتوانند پذیرای حیات به گونه‌ای که می‌شناسیم باشد. این باعث می‌شود که سیاره‌ی فراخورشیدی TOI-700d به اندازه‌ی زمین امکان وجود حیات داشته باشد. ردیابی‌های تس درباره‌ی این سیاره‌ی فراخورشیدی هیجان‌انگیز اما کمی نامشخص بود. با توجه به ضعیف بودن سیگنال‌ها، احتمال کمی برای نادرست بودن داده‌ها وجود داشت. به همین دلیل و با توجه به اهمیت یافتن یک سیاره‌ی احتمالی هم‌اندازه‌ی زمین در منطقه‌ی قابل سکونت، دانشمندان تس برای تأیید یافته‌های خود، از دوربین IRAC تلسکوپ فضایی اسپیتزر استفاده کردند که پیش از خاموش شدن اسپیتزر توسط ناسا در فوریه‌ی ۲۰۲۰، حساس‌ترین دوربین در طیف نزدیک فروسرخ بود. تیم تلسکوپ فضایی تس سیاره‌ی TOI-700d را با استفاده هز IRAC در اکتبر سال ۲۰۱۹ (مهر ۱۳۹۸) و ژانویه‌ی ۲۰۲۰ (بهمن ۱۳۹۸) رصد کردند که کشف سیارات را با دو برابر سیگنال به نویز نسبت به تس فراهم می‌کرد و برای بهبود ۶۱ درصدی تعیین مدار سیاره و افزایش دانش ما از دیگر ویژگی‌های آن کافی بود. رصدهایی که اندازه‌ی سیاره را مطابق بالا و جرم آن را ۲.۱ برابر جرم زمین تعیین کرد. این نتایج به ویژه هنگامی که با خصوصیات سیاره‌های فراخورشیدی دیگر مقایسه می‌شود، نشان می‌دهد که سیاره‌ی TOI-700d ممکن است سنگی باشد و احتمالا در قفل گرانشی ستاره‌ی مادر خود قرار دارد که بدین ترتیب همیشه یک سمت آن رو به ستاره است.

به گفته‌ی دانشمندان اگر در سطح TOI-700d آب مایع وجود داشته باشد، ابرهای حامل آب هم در جو آن شکل می‌گیرد. این تیم برای ارزیابی خصوصیات احتمالی جو این سیاره و اندازه‌گیری‌های حساس‌تر، از مدل‌های آب‌وهوایی استفاده می‌کنند. بر این اساس آن‌ها نتیجه می‌گیرند که مأموریت‌های فضایی آینده از جمله JWST احتمالاً حساسیت لازم برای تشخیص ویژگی‌های جوی سیاره با ضریب ده یا بیشتر ندارند. با این وجود مطالعات دقیق آب‌وهوایی این ابزارها در آینده به منجمان کمک می‌کند که تلسکوپ‌ها و ابزارهای مورد نیاز برای بررسی این همسایه‌ی جدید هیجان‌انگیز را شناسایی کنند. ستاره‌شناسان مرکز اخترفیزیک هاروارد-اسمیتسونیان شامل «ژوزف رودریگز» (Joseph Rodriguez)، «لورا کریدبرگ» (Laura Kreidberg)، «کارن کالینز» (Karen Collins)، «ساموئل کوین» (Samuel Quinn)، «دیو لاتام» (Dave Latham)، «ریان کلوتیه» (Ryan Cloutier)، «جنیفر وینترز» (Jennifer Winters)، «جیسون ایست‌من» (Eastman) و «دیوید شاربنو» (David Charbonneau) نویسندگان این مقاله‌های تازه منتشر شده هستند. عکس اسلاید قبلی . طرح گرافیکی سیاره‌ی فراخورشیدی TOI-700d که نخستین سیاره‌ی فراخورشیدی هم‌اندازه‌ی زمین واقع در کمربند حیاتِ کشف شده توسط تس است.

تصویر. سیاره‌ی فراخورشیدی TOI-700d در کمربند حیات Credit: NASA’s Goddard Space Flight Center

تصویر. مقایسه‌ی فاصله‌ی سیارات منظومه‌ی TOI-700 با واحد نجومی (AU) Credit: Rodriguez et al