حول أصل العوالم: علماء الفيزياء الفلكية لا يتطرقون إلى كيفية تشكل الكواكب (Kavli Roundtable)

انطباع قرص على شكل كعكة دائرية حول النجم

انطباع فنان عن 'قرص انتقالي' على شكل كعكة دائرية حول نجم ، حيث قامت الكواكب التي لا تزال في طور النمو بحفر فجوة في قرص كوكبي أولي غازي ومليء بالغبار. (رصيد الصورة: NASA / JPL-Caltech)



آدم هادازي كاتب ومحرر في مؤسسة كافلي. يمكنك قراءة المزيد من المؤسسة وباحثيها على صفحة أرشيف أصوات خبراء Kavli Foundation الخاصة بهم. ساهم هادازي في هذا المقال في أصوات الخبراء في ProfoundSpace.org: Op-Ed & Insights.



أصبح الحفاظ على أسرار تكوين الكواكب أكثر صعوبة. في تشرين الثاني (نوفمبر) ، وباستخدام طريقة مراقبة جديدة ، التقط العلماء الصور الأولى لكوكب خارج المجموعة الشمسية لا يزال يجمع كتلته من المشتل الكوكبي المترب. لقد فتح هذا الغاز العملاق غير الناضج ، الذي أطلق عليه اسم LkCa 15 b ، نافذة على عملية غير مفهومة جيدًا لكيفية تشكل الكواكب.

جاء LkCa 15 b في أعقاب اكتشاف 51 عيري ب ، عالم مراهق نسبيًا عمره 20 مليون سنة ، في هذه المرحلة من تطوره ، يشبه كوكب المشتري الصغير. على الرغم من تكوينه الكامل ، لا يزال 51 Eri b يشع الحرارة منذ ولادته المضطربة. توفر هذه الحرارة المتبقية أدلة محيرة حول الظروف التي نشأ فيها 51 إيري ب.



أصبح اكتشاف هذين الكواكب الخارجية ممكناً بواسطة تقنية تسمى 'التصوير المباشر' حيث يتم فصل الضوء الخافت من كوكب عن الوهج الغامر لنجمه المضيف. مقارنةً بالطرق الأخرى ، يتيح التصوير المباشر لعلماء الفلك دراسة التركيب الجوي لعالم متشكل حديثًا (أو حتى يتشكل) ، مما يوفر رؤى أساسية حول الأصول النهائية لهذه الكائنات.

في 20 يناير 2015 ، تحدثت مؤسسة كافلي مع ثلاثة خبراء في تكوين الكواكب. غطت المناقشة طرقًا جديدة واعدة لدراسة كيفية تشكل الكواكب العملاقة وما إذا كان بإمكانها تفسير ظهور نظامنا الشمسي بأكمله.

من اليسار إلى اليمين ، بروس ماكنتوش ، وكيت فوليت ، وروث موراي كلاي



من اليسار إلى اليمين ، بروس ماكنتوش ، وكيت فوليت ، وروث موراي كلاي

المشاركون هم:

بروس ماكنتوش وأستاذ الفيزياء في جامعة ستانفورد وعضو في معهد كافلي للفيزياء الفلكية وعلم الكونيات (KIPAC). Macintosh هو الباحث الرئيسي في مشروع Gemini Planet Imager الذي اكتشف 51 Eri b ، أعلن في مجلة العلوم .



كيت فوليت باحث ما بعد الدكتوراه ، أيضًا في KIPAC بجامعة ستانفورد. هي المؤلف الرئيسي المشارك في ملف ورقة الطبيعة على LkCa 15 ب وشارك في تأليف دراسة 51 Eri b.

روث موراي كلاي هو أستاذ مساعد للفيزياء في جامعة كاليفورنيا ، سانتا باربرا ، وهو أيضًا مؤلف مشارك لدراسة 51 Eri b.

فيما يلي نسخة منقحة من مناقشة المائدة المستديرة. أتيحت الفرصة للمشاركين لتعديل ملاحظاتهم أو تعديلها.

مؤسسة Kavli: كيف تساعد اكتشافات 51 Eri b و LkCa 15 b في إكمال 'ألبوم العائلة' لكيفية تشكل الكواكب العملاقة وتطورها؟

بروس ماكنتوش:في ألبوم العائلة ، إذا جاز التعبير ، 51 Eri b كبيرة بقدر ما ستصبح ، مثل المراهق ، لكنها لا تزال غاضبة نوعًا ما ، ودافئة ومضطربة ، ومرة ​​أخرى مثل المراهق. يمكن للمرء أن يضع تشبيهًا بأن الأجسام الموجودة في أقراص الكواكب الأولية ، مثل LkCa 15 b ، لا تزال في الرحم. لكن LkCa 15 b لديها بالفعل نواة صلبة. لقد تشكل ، وهو نوع من الولادة ، وهو الآن في طور النمو. إنها تتراكم الكتلة وتنمو كالطفل.

كيت فوليت:الكواكب ، مثل 51 Eri b ، التي تصورناها باستخدام Gemini Planet Imager تشبه بالفعل مراهقين مضطربين. لقد تم تشكيلها بالكامل ، ولكن من حيث عمرها كنسبة من إجمالي عمر نظامها ، والذي يبلغ مليارات السنين ، فهي بالكاد خارج الرحم.

ماكنتوش:يمكننا القول أن الكواكب تتقدم في العمر مثل الكلاب. [ضحك] لا يتقدمون في العمر على مقياس خطي مع الناس.

روث موراي كلاي:لقد رأينا الكثير من الكواكب الغازية العملاقة في استطلاعات الرصد ، مثل تلسكوب كبلر الفضائي. لكن هذه الكواكب العملاقة تميل إلى أن تكون قريبة جدًا من نجومها. لدينا صورة قياسية أن عمالقة الغاز تتشكل على مسافات من نجومهم حيث يوجد كوكب المشتري وزحل في نظامنا الشمسي. 51 إيري ب لا يناسب تلك الصورة. إنه عالم رائع نسبيًا على مسافة أقرب إلى كوكب المشتري من نجمه ، ولم نكن قد رأينا ذلك من قبل. يقترح أن بعض هذه العمالقة يجب أن تتحرك ديناميكيًا بالقرب من نجومها مع تطور أنظمتها الشمسية. نود حقًا معرفة ما إذا كانت هذه هي الطريقة الصحيحة للتفكير في البنية الشاملة لأنظمة الكواكب ، و 51 Eri b هي بداية ذلك.

فيما يتعلق بـ LkCa 15 b ، من منظور تكوين الكواكب ، من المثير للغاية رؤية كوكب ربما لا يزال في طور تراكم الكتلة أو التراكم. من الصعب جدًا وضع نموذج لهذه العملية نظريًا ، ويرجع ذلك جزئيًا إلى أننا لا نعرف كيف يحدث التراكم في الأقراص الصغيرة وعلى الكواكب. لذا فإن وجود أي نوع من قيود الملاحظة على تلك النظريات مثل تلك التي حصلنا عليها من خلال دراسة LkCa 15 b سيأخذنا شوطًا طويلاً.

فنان

لا يزال انطباع فنان عن كوكب عملاق غازي شاب مغمورًا بآثار قرص كوكبي أولي في مرحلة متأخرة.(رصيد الصورة: NASA / JPL-Caltech)

TKF: لرؤية كوكب صغير لا يزال يتراكم ، لجأت كيت وزملاؤها إلى طريقة جديدة لدراسة LkCa 15 b. باستخدام تلسكوب ماجلان في تشيلي ، اكتشفوا توقيع غاز الهيدروجين المتأين المسخن - المسمى `` H-alpha '' - عندما سقط الغاز من قرص كوكبي أولي إلى عالم يتشكل للتو. كيت ، هل ستكون قادرًا على استخدام هذه الطريقة لدراسة الكواكب الأخرى التي لا تزال تتشكل؟

فوليت:نحن بالتأكيد نأمل ذلك. لدينا عينة من حوالي 20 كائنًا آخر نعتقد أنها مرشحة جيدة للكواكب الأولية المشابهة لـ LkCa 15 b لأنها موجودة فيما يسمى بأقراص الانتقال. هذه أقراص كوكبية أولية لها تجاويف مركزية كبيرة يتم تنظيفها من كل الغاز والغبار الذي يحيط عادة بالنجم الشاب. تتشكل أقراص الكواكب الأولية الأصغر سناً على شكل فطائر ، حيث تصل المواد إلى طول الطريق وصولاً إلى النجم في المنتصف. من ناحية أخرى ، تشبه الأقراص الانتقالية الكعك ، وقد افترض الباحثون منذ فترة طويلة أن ثقوبها المركزية يتم إزالتها من خلال تأثير الجاذبية للكواكب. تعد صورة LkCa 15 b مهمة لأنها المرة الأولى التي نتمكن فيها من إظهار صحة ذلك من خلال تصوير كوكب داخل فجوة قرصية مباشرة.

نحن نعلم أن النجوم المركزية في هذه الأقراص غالبًا ما لا تزال تعمل بنشاط على تراكم المواد من القرص. لذلك ، لا بد أن الغاز والغبار ينتقلان بطريقة ما من القرص الخارجي إلى النجم ، ولذا يمكنك أن تستنتج منطقيًا أن هذه المادة تسقط أيضًا على الكواكب المتداخلة. في الوقت نفسه ، نظرًا لأن التجاويف قد تم تنظيفها من المواد ، يمكننا أن نرى كل الطريق وصولاً إلى المستوى الأوسط للقرص - نوعًا ما مثل 'خط الوسط' على كعكة دونات ، إذا صح التعبير - حيث نعتقد أن الكواكب موجودة تشكيل.

بالنظر إلى هذا الإعداد ، نعتقد حقًا أن الأقراص الانتقالية والكواكب المتزايدة هي مكان رائع لهذا النوع المعين من التصوير. يتوهج الكوكب بشدة في H-alpha ، وهذا يعني أنه لا يتعين علينا العمل بجد لعزل انبعاث الضوء الخاص به كما لو كنا نحاول دراسة كوكب خافت بالقرب من نجم لامع. نتيجة لذلك ، يمكننا العمل بالقرب من النجم ، وصولاً إلى داخل فجوات القرص هذه. على سبيل المقارنة ، عندما عملت أنا وبروس وروث على اكتشاف 51 Eri b ، كان نجمها أكثر سطوعًا بنحو 500000 مرة من 51 Eri b. الضوء الذي عزلته أنا وزملائي عن LkCa 15 b أخف بمئات المرات من نجمه.

ماكنتوش:هذا مثل الغش. هذا سهل للغاية! [ضحك]

فوليت:أجل ، بالضبط!

تتكون الكواكب من الأقراص المتبقية من المواد ، والتي تسمى أقراص الكواكب الأولية ، والتي تحيط وتدور حول النجوم الفتية. وفقًا لنموذج تكوين الكواكب الرائد المعروف باسم تراكم النواة ، فإن جزيئات الغاز والغبار داخل هذه الأقراص تتكتل معًا في أجسام أكبر وأكبر. على مدى ملايين السنين ، تحطمت هذه الأجسام معًا وتتكون على شكل كواكب كاملة الحجم ، حيث تلتقط أكبر الأجسام أجواء ضخمة وغازية قبل أن تتبدد أقراص الكواكب الأولية تمامًا. ومع ذلك ، فإن نموذج التراكم الأساسي هذا لا يعمل بشكل جيد في تكوين عمالقة الغاز في مدارات ضيقة أو بعيدة جدًا عن نجومهم. كما أن عملية التراكم نفسها ليست مفهومة جيدًا. تقترح نظريات تكوين الكواكب الحديثة أن عمالقة الغاز يمكن أن تهاجر في مداراتها ، باتجاه نجومهم أو بعيدًا عنها مع تطور النظام الشمسي ديناميكيًا. في هذه العملية ، يتم دفع العديد من العوالم الناشئة عن طريق الجاذبية من النظام الشمسي أو إزاحتها إلى مدارات غير عادية. بشكل عام ، تبقى العديد من الأسئلة حول كيف وأين ومتى تنشأ الكواكب حول النجوم.

تتكون الكواكب من الأقراص المتبقية من المواد ، والتي تسمى أقراص الكواكب الأولية ، والتي تحيط وتدور حول النجوم الفتية. وفقًا لنموذج تكوين الكواكب الرائد المعروف باسم تراكم النواة ، فإن جزيئات الغاز والغبار داخل هذه الأقراص تتكتل معًا في أجسام أكبر وأكبر. على مدى ملايين السنين ، تحطمت هذه الأجسام معًا وتتكون على شكل كواكب كاملة الحجم ، حيث تلتقط أكبر الأجسام أجواء ضخمة وغازية قبل أن تتبدد أقراص الكواكب الأولية تمامًا. ومع ذلك ، فإن نموذج التراكم الأساسي هذا لا يعمل بشكل جيد في تكوين عمالقة الغاز في مدارات ضيقة أو بعيدة جدًا عن نجومهم. كما أن عملية التراكم نفسها ليست مفهومة جيدًا. تقترح نظريات تكوين الكواكب الحديثة أن عمالقة الغاز يمكن أن تهاجر في مداراتها ، باتجاه نجومهم أو بعيدًا عنها مع تطور النظام الشمسي ديناميكيًا. في هذه العملية ، يتم دفع العديد من العوالم الناشئة عن طريق الجاذبية من النظام الشمسي أو إزاحتها إلى مدارات غير عادية. بشكل عام ، تبقى العديد من الأسئلة حول كيف وأين ومتى تنشأ الكواكب حول النجوم.(رصيد الصورة: NASA / JPL-Caltech)

TKF: هل يمكن لحل قضية كيفية تشكل الكواكب العملاقة أن تتدفق إلى فهم كيف تتشكل عوالم بحجم نبتون وحتى عوالم صخرية شبيهة بالأرض؟

موراي كلاي:النموذج السائد الحالي لكيفية تشكل عمالقة الغاز هو أن النواة الصلبة والصخرية والجليدية تتشكل أولاً. يصبح اللب ضخمًا بدرجة كافية لتجميع الغاز من قرص الكواكب الأولية المحيط. مع وضع هذا النموذج في الاعتبار ، تتمثل إحدى طرق التفكير في نبتون أو حتى الأرض في الكواكب التي فشلت في النمو بشكل كبير بما يكفي لتصبح عمالقة غازية. بالنسبة إلى نبتون ، يمكنك أن تسأل عما إذا كانت ضخمة بما يكفي لتجميع غلاف بحجم زحل ، فلماذا لم تفعل ذلك؟ لماذا فشلت؟ وبالنسبة للأرض ، يمكنك أن تسأل لماذا لم يكن هناك ما يكفي من المواد حولها كنواة صخرية لتنمو بشكل كبير بما يكفي لتصبح عملاق غازي بدلاً من ذلك؟

تعتمد الإجابات النظرية على هذه الأسئلة عادةً على مقدار الكتلة المتاحة في قرص كوكبي أولي. تتمثل الاعتبارات الأخرى في مدى اضطراب القرص بمرور الوقت ، مما يؤثر على المدة التي تستغرقها النوى الصخرية في النمو ، وما إذا كانت هذه العملية تستغرق وقتًا طويلاً لتكوين عمالقة غازية مقارنة بعمر قرص الغاز المتبدد.

إذا كانت الأفكار الأساسية التي يشاركها العديد منا علماء الفيزياء الفلكية حول تكوين الكواكب صحيحة ، فيجب أن تخبرنا هذه الأفكار بشيء عن أنواع البنى التي نتوقع أن نجدها في أنظمة الكواكب. إذا كنت تريد أن تفهم سبب وجود كوكب الأرض في النظام الشمسي ، فأنت بحاجة أيضًا إلى فهم سبب عدم وجود كوكب المشتري.

ماكنتوش:لفهم عمليات تكوين الكواكب ، جرب الكثير من الناس الأساليب 'الأثرية'. هذا هو المكان الذي تنظر فيه إلى إحصائيات الكواكب المكتشفة في الأنظمة الشمسية الناضجة وتقارن هذه الإحصائيات بالتنبؤات من مسارات تكوين الكواكب المختلفة. ومع ذلك ، فإن تاريخ نجاح هذا النهج ضعيف نسبيًا. لقد كان من الصعب جدًا تطوير نموذج يتنبأ بنجاح بالأنظمة الشمسية الجديدة التي نستمر في اكتشافها.

TKF: هل لدينا رؤية محدودة أو منحرفة لتكوين الكواكب لأن معظم النظريات تستند إلى مثال واحد لنظامنا الشمسي؟ بعد كل شيء ، لم نكن نعرف حتى عن نظام آخر متعدد الكواكب حول نجم شبيه بالشمس حتى عام 1999.

فوليت:نحن نكتشف كواكب مختلفة تمامًا عما نراه في نظامنا الشمسي ، ولكن مرة أخرى ، مجال علم الكواكب الخارجية حديث جدًا. التقنيات الرئيسية التي استخدمناها لاكتشاف الكواكب الخارجية تفضل الكواكب عالية الكتلة القريبة جدًا من نجومها ، على سبيل المثال ما يسمى بفئة العوالم 'كوكب المشتري الساخن'. يمكنأنهمهي القيم المتطرفة. قد تكون مجرد كواكب غريبة يسهل اكتشافها في الكون. لذا فإن حقيقة أننا وجدنا الكثير من كواكب المشترى الساخنة أو أنظمة الكواكب المكدسة بشكل وثيق قد لا تشير إلى ماهية القاعدة في الكون.

موراي كلاي:أنا أتفق مع ذلك. قد يكون الأمر أننا في الواقع تم إرسالنا إلى المسار الخطأ من خلال اكتشافات الكواكب الخارجية التي نقوم بها ، وليس العكس من خلال البدء بنظامنا الشمسي. الآن لا يمكن أن يكون هذا صحيحًا تمامًا ، لأنه من خلال عدد الأنظمة الشمسية التي شاهدها كبلر ، يمكننا أن نستنتج أن ما يقرب من 30 بالمائة من النجوم تستضيف 'كواكب أرضية فائقة'. لذا من الواضح أن الكواكب الأرضية الفائقة ، التي تحتوي على ما يتراوح بين ضعفين إلى 10 أضعاف كتلة الأرض والتي لا توجد لدينا في نظامنا الشمسي ، هي نتيجة شائعة لتكوين الكوكب. ومع ذلك ، لا نعرف أيضًا كيف تبدو الأنظمة الشمسية التي رآها كبلر في مجملها ، لأن بيانات كبلر لا يمكنها أن تخبرنا حقًا عن أي كواكب في مدارات بعيدة. لا نعلم حقًا أن البنى الشبيهة بالنظام الشمسي ليست شائعة.

TKF: ما هي بعض نماذج أو تفسيرات تشكيل الكواكب الواعدة ، إذن ، والتي لن تفسر فقط نظامنا الشمسي ، ولكن تلك الأنظمة الشمسية المختلفة بشكل لافت للنظر التي لمحاتنا عنها في السنوات الأخيرة؟

موراي كلاي:قد يكون هناك مجموعة من كتل النظام الشمسي. قد تكون الأنظمة عالية الكتلة أكثر عرضة لإنتاج عمالقة الغاز. من المرجح أن يتم دفع هذه الكواكب الغازية العملاقة بجاذبية إلى نظامها الشمسي الداخلي ، وبالتالي يمكن ملاحظتها بسهولة من خلال تقنياتنا التقليدية للكشف عن الكواكب الخارجية ، مثل طريقة السرعة الشعاعية 'وكذلك' طريقة العبور 'رأى كبلر.

ثم تحصل على أنظمة شمسية ذات كتلة أقل قليلاً وتحصل على شيء مثل نظامنا الشمسي. لديك بعض عمالقة الغاز في هذا السيناريو ، لكنهم لم يتم دفعهم كثيرًا إلى المدارات الداخلية أو الخارجية بسبب جاذبية الكواكب الأخرى في النظام. بعد ذلك ، تذهب إلى الأنظمة ذات الكتلة الأقل ، وهناك قد ينتهي بك الأمر مع أنظمة لا تحتوي على عمالقة غاز على الإطلاق وعدد من الكواكب الأرضية ونبتون الصغيرة. في إطار كهذا ، فإن النظام الشمسي هو مجرد جزء من طيف من الأنظمة الشمسية الممكنة.

يقترب علماء الفلك الذين يبحثون عن أرض أخرى ، بفضل الاكتشافات الحديثة بواسطة تلسكوب كبلر الفضائي. [شاهد مخطط المعلومات البياني الكامل الخاص بنا حول أنواع الكواكب الغريبة هنا.

يقترب علماء الفلك الذين يبحثون عن أرض أخرى ، بفضل الاكتشافات الحديثة بواسطة تلسكوب كبلر الفضائي. [شاهد مخطط المعلومات البياني الكامل الخاص بنا حول أنواع الكواكب الغريبة هنا.(رصيد الصورة: كارل تيت ، مساهم في موقع ProfoundSpace.org)

ماكنتوش:إلى حد ما ، على الرغم من ذلك ، يبدو أنه أصبح من الصعب الحصول على سلسلة متصلة لهياكل النظام الشمسي التي تشمل نظامنا الشمسي والأنظمة الشمسية التي اكتشفها كبلر. لا يوجد الكثير من الأنظمة الشمسية الوسيطة. ينتهي بك الأمر إلى الرغبة في عملية ثنائية أو ثلاثية ، حيث تتفرع نتائج النظام الشمسي المحتملة بدلاً من وجود مجموعة من الاحتمالات.

موراي كلاي:لكن كيف لنا أن نعرف ذلك حتى الآن؟ نحن نرى فقط الأجزاء الداخلية للغاية لبعض الأنظمة الشمسية مع كبلر.

ماكنتوش:هذا صحيح بالتأكيد ، لكن نظامًا مثل نظامنا بمدارات تم تقليصها بنسبة 30٪ ، أو زيادة أحجام الكواكب بنسبة 30٪ ، سيكون قابلاً للاكتشاف إلى حد ما بواسطة Kepler.

موراي كلاي:هناك الكثير الذي لا نعرفه حتى الآن ، على الرغم من أنه يمكننا القول أن جزءًا كبيرًا من النجوم لديه أنظمة شمسية ليست مثل أنظمتنا. أعتقد أنه لا يزال من غير الواضح أن النظام الشمسي غير شائع.

TKF: مما يزيد الأمور تعقيدًا ، الباحثون في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ، بما في ذلك مايك براون الحائز على جائزة كافلي ، قدم مؤخرًا دليلًا نظريًا على عالم جديد بحجم الأرض الفائق يكمن في حزام كايبر ، بعيدًا عن بلوتو. هل يمكن لهذا 'الكوكب التاسع' ، إذا كان حقيقيًا ، أن يتبارى في نماذج تشكيل كوكب النظام الشمسي السائدة لدينا؟

ماكنتوش:بافتراض أن الكوكب التاسع موجود بالفعل من أجل المناقشة ، فإنه ليس بالضرورة جنونًا مقارنة بما نراه في الأنظمة الشمسية الأخرى. كنا نناقش ذلك للتو عدم وجود كواكب أرضية فائقة في نظامنا الشمسي هي إحدى الطرق التي نختلف بها عن غالبية الأنظمة الشمسية التي اكتشفتها مهمة كبلر. الآن قد يكون لدينا كوكب الأرض الفائق البعيدة هذا المسمى الكوكب التاسع ، لكن ليس بالمقابل حيث يرى كبلر هذه الأنواع من الكواكب في أنظمة شمسية أخرى. لذلك أنت بحاجة إلى آلية لشرح كيفية خروج الكوكب التاسع إلى هناك.

نعلم من ملاحظات الكواكب العملاقة أنها يمكن أن تنتشر من الأجزاء الداخلية للأنظمة الشمسية إلى الأجزاء الخارجية. أحد الأمثلة على ذلك هو نظام HR 8799 ، الذي يحتوي على أربعة عوالم بحجم المشتري. اثنان منهم يدوران على مسافة أبعد من نبتون. بتجميع هذه الأفكار معًا ، يمكن لنظامنا الشمسي أن يكون قد شكل نبتون فائقًا للكسر الأرضي الصغير ؛ و B ، أنه يمكنك تحريك هذا الأرض الفائقة - المائل - المصغر - نبتون بعيدًا جدًا ، ليس من المدهش أن يكون مجنونًا وفقًا لمعايير الفلكيين.

موراي كلاي:أتفق تمامًا مع بروس - ليس مجنونًا على الإطلاق. إن طرد الأشياء إلى مدارات كبيرة هو نتيجة شائعة بشكل معقول. سأكون متحمسًا جدًا إذا وجدوا الكوكب التاسع ، لكنني لا أعتقد أنه سيغير بالضرورة وجهة نظرنا عن تكوين النظام الشمسي كثيرًا.

TKF: ما هي المشاريع والأدوات القادمة التي تتطلعون إليها جميعًا والتي يمكن أن تساعد في كشف أسرار تكوين الكواكب؟ بروس ، لقد تم اختيارك للتو لقيادة فريق خارج المجموعة الشمسية لمرصد الفيزياء الفلكية الرئيسي التالي لناسا ، تلسكوب مسح الأشعة تحت الحمراء واسع المجال (WFIRST). قد يكون التصوير المباشر للكواكب الخارجية مهمة رئيسية لهذا التلسكوب المستقبلي ، المقرر إطلاقه في منتصف عام 2020. لماذا يجب أن نكون متحمسين؟

ماكنتوش:سيكون الشيء الأكثر إثارة للاهتمام في WFIRST هو القدرة على وصف تكوين الكواكب. يمكن أن يخبرك تحليل الضوء الذي يأتي من الكواكب عن تكوينها ، مما يساعدك على فهم مقدار الكتلة التي تراكمت في شبابهم مقابل مقدار الكتلة التي حصلوا عليها من خلال آلية أخرى. لأول مرة مع WFIRST ، سنكون قادرين على القيام بحيل التصوير التي نقوم بها في الوقت الحاضر مع Gemini Planet Imager و Magellan ، لكننا نفعل ذلك على كواكب ناضجة - لم نعد المراهقين. الكواكب في منتصف العمر أكثر شيوعًا بكثير من المراهقين ، لذلك سيكون لدينا عينة أكبر للنظر فيها. سنرى في الواقع شيئًا يشبه كوكب المشتري ونرى نظامًا شمسيًا مشابهًا لنظامنا. سنرى أشياء عن تاريخ تكوين هذه الكواكب من خلال تكويناتها والتي ستكون بمثابة مجاملة لطيفة لدراسات الكواكب الأصغر سنًا.

اذا أنت

إذا كنت خبيرًا موضعيًا - باحثًا أو قائدًا تجاريًا أو مؤلفًا أو مبتكرًا - وترغب في المساهمة بمقالة افتتاحية ، مراسلتنا عبر البريد الإلكتروني هنا .(رصيد الصورة: guesswhozoo.com)

فوليت:كما قال بروس ، نحن نسير في اتجاه أعتقد أنه واعد للغاية. بالنظر إلى المستقبل ، تدرس ناسا أربعة مفاهيم كبيرة لمهمات التلسكوب الفضائي في الوقت الحالي والتي قد تطير في ثلاثينيات القرن الحالي. سيكون ثلاثة منهم مرشحين جيدين جدًا للقيام بالتصوير المباشر للكواكب الخارجية و / أو الأقراص المكونة للكواكب الخارجية. أعتقد أن هناك دفعة حقيقية في المجال لإحدى المهمات الفضائية الكبيرة التالية لتضمين عنصر تصوير مباشر في تصميمها ، مما سيساعدنا على الدفع نحو تصوير كواكب ذات كتلة أقل وفهمًا أفضل لكيفية تطور الكواكب.

ماكنتوش:في غضون ذلك ، سيتم إجراء الكثير من الملاحظات القوية جدًا بواسطة منشآت مثل ALMA ، و Atacama Large Millimeter / submillimeter Array ، والتي تعمل الآن ، وتلسكوب جيمس ويب الفضائي عندما يطير في وقت لاحق من هذا العقد. وعندما نحصل على الجيل التالي من التلسكوبات الأرضية الكبيرة للغاية مع مرايا أولية قطرها 25 إلى 40 مترًا في العشرينيات من القرن الحالي ، إذن ، من حيث الرصد ، سنصل حقًا إلى المكان الذي تتشكل فيه الكواكب على مسافات تشبه كوكب المشتري. سنظل نواجه مشكلة في الدفع إلى حيث يوجد زحل وأورانوس. لكن موجة التلسكوب التالية ستسمح لنا حقًا برؤية ما يعادل النظام الشمسي الداخلي المحاصر في عملية التكوين.

موراي كلاي:هذا سيكون مهم جدا لقد جلب لنا تلسكوب كيبلر الفضائي آلاف الكواكب ، لكن في كثير من الحالات نرى فقط كوكبًا واحدًا يمكن اكتشافه بسهولة من نظام شمسي بأكمله. من خلال فهم الهيكل العام لأنظمة الكواكب في المستقبل ، سيكون لدينا فهم أفضل بكثير لسيناريو التكوين العام لأنواع مختلفة من الأنظمة.

ماكنتوش:الكثير منا مدفوع بالأسئلة حول الكواكب الشبيهة بالأرض بالطبع. ما مدى شيوعها؟ إلى أي مدى يمكن اكتشافها؟ هل يمكننا رؤيتهم؟ يحاول منظرو تكوين الكواكب مثل روث فهم ما إذا كانت الكواكب مثل الأرض في نهاية المطاف شيئًا شائعًا أم نادرًا ، وما إذا كان نظامنا الشمسي فريدًا أو ما إذا كان هناك مجموعة كاملة من الآخرين مثله.

فوليت:لم يحدث أبدًا في تاريخ علم الفلك أننا - بمعنى نجمنا ، مجرتنا ، وما إلى ذلك - أثبتنا أننا مميزون بشكل خاص ، لذلك من غير المحتمل أن يكون نظامنا الشمسي وكواكبه فريدة من نوعها. أجد أن هذا النموذج مشجع ، لأنه يعني أن هناك فرصة لتصوير كوكب آخر شبيه بالأرض خلال حياتي. بالنسبة لي ، هذا يعني في النهاية أنه من غير المحتمل أن نكون وحدنا في الكون أيضًا.

تابع جميع قضايا ومناقشات أصوات الخبراء - وكن جزءًا من المناقشة - على موقع التواصل الاجتماعي الفيسبوك و تويتر و + Google . الآراء المعبر عنها هي آراء المؤلف ولا تعكس بالضرورة آراء الناشر. تم نشر هذا الإصدار من المقال في الأصل موقع guesswhozoo.com .