شبیه سازی آب و هوای سیارات فراخورشیدی برای یافتن حیات فرازمینی

به گزارش سینا پرس فارس، به نقل از phys.org، به لطف تحقیقاتی که در دپارتمان مهندسی مکانیک پل ام رادی با دانشمندان آزمایشگاه رانش جت در ناسا انجام شده، دانشمندان برای بررسی جو سیارات فراخورشیدی، نیازی به سفر‌هایی که چندین سال نوری طول می‌کشند ندارند.

رایان کول آزمایشی را توسعه داده که آب و هوای واقعی سیاراتی فراتر از منظومه شمسی را در داخل یک ابزار ۹۰۷ کیلوگرمی در آزمایشگاه پروفسور گرگ ریکر در دانشگاه کلرادو بولدر بازسازی می‌کند. با رسیدن به همان شرایط دمای بالا و فشار بالا که در بسیاری از سیارات فراخورشیدی یافت می‌شود، این ابزار می‌تواند گاز‌های موجود در اتمسفر این سیارات به ثبت برساند. اطلاعاتی که می‌تواند روزی به بشریت کمک کند تا حیات  را در سیارات دیگر پیدا کنند.

ریکر می‌گوید: "اگر به جو زمین نگاه کنیم، متوجه می‌شدیم که زندگی در اینجا جریان دارد، زیرا متان، دی‌اکسید کربن، همه این نشانگر‌های مختلف را می‌بینیم که می‌گویند موجوداتی در این سیاره زندگی می‌کنند. ما می‌توانیم به نشانه‌های شیمیایی سیارات فراخورشیدی نیز نگاه کنیم. اگر ترکیب درستی از گاز‌ها را اتمسفر سیارات ببینیم می‌تواند نشانه‌ای از زنده بودن موجودات و وجود حیات باشد."

تلاش‌های ریکر و کول می‌تواند به طیف‌سنجی گذر سیاره‌های فراخورشیدی که یک روش تحقیقاتی برای مشاهده ترکیب جو یک سیاره فراخورشیدی است، کمک کند. دانشمندان از یک تلسکوپ برای مشاهده نور عبوری از جو استفاده می‌کنند. هنگامی که نور با گاز‌های موجود در جو تعامل می‌کند، این گاز‌ها فوتون‌ها را در حین حرکت جذب می‌کنند.

ریکر می‌گوید: "دانشمندان به نقشه راهی نیاز دارند تا نشانه‌هایی را که نور هنگام رسیدن به زمین به ما می‌گوید، تفسیر کنیم. این همان جایی است که آزمایش جدید رایان وارد می‌شود. در این آزمایش ما این دنیای کوچک از جو سیاره فراخورشیدی را در آزمایشگاه خود ایجاد می‌کنیم و نور را با لیزر ارسال و فوتون‌هایی را که بیرون می‌آیند مطالعه می‌کنیم. پس از آن می‌توانیم تغییرات را اندازه گیری کنیم."

آزمایش کول و ریکر با همکاری دانشمندان آزمایشگاه رانش جت، اندازه‌گیری‌های حسگر را با مدل‌های محاسباتی ترکیب می‌کند تا به شناسایی گاز‌های مختلف در سیارات فراخورشیدی کمک کند. در حالی که کول ابزاری را ساخت که آب و هوای سیارات فراخورشیدی را شبیه سازی و نحوه جذب نور در آن شرایط را اندازه‌گیری می‌کند، آزمایشگاه برایان دروین، معاون مدیر بخش آزمایشگاه رانش جت ابزاری را ارائه کرده که این آمار و اطلاعات را تفسیر می‌کند. این تحقیقات همچنین می‌تواند فعالیت تلسکوپ‌هایی مانند تلسکوپ فضایی جیمزوب که قرار است از سایت آژانس فضایی اروپا در گویان فرانسه پرتاب شود، بهینه کند.

کول گفت: "تلسکوپ فضایی جیمزوب و سایر تلسکوپ‌ها مانند هابل، به افق‌های دور دستی که انسان می‌تواند ببیند نگاه می‌کند. گِرِگ و من سعی می‌کنیم دید این تلسکوپ‌ها را کمی واضح‌تر نشان دهیم. اندازه گیری‌های آزمایشگاهی ما می‌تواند به تفسیر مشاهدات تلسکوپ‌ها از جو سیاره‌های دور کمک کند. "

گستره‌های بی پایانی از کیهان برای اکتشاف این تلسکوپ‌ها وجود دارد. بیش از ۴۸۰۰ سیاره فراخورشیدی تایید شده و حدود ۷۹۰۰ سیاره فراخورشیدی دیگر که ناسا می‌گوید ممکن است سیاره باشند، وجود دارد. با استفاده از آزمایش ریکر و کول در این سفر، درک ما از سیارات فراخورشیدی و گاز‌های موجود در اتمسفر آن‌ها بهبود می‌بخشد و می‌توان براساس آن‌ها جستجو برای حیات فرازمینی را نیز توسعه داد.

عملکرد آزمایش جدید دانشمندان چگونه است؟

کول گفت: "سیستم‌های زیادی وجود ندارند که بتوانند به شرایط با دمای بالا و فشار بالا دست یابند. ما نه تنها نیاز داریم که به آن شرایط برسیم، بلکه باید دما و فشار نیز بسیار یکنواخت باشد. دستیابی به این معیار‌ها یکی از منحصر به فردترین جنبه‌های آزمایش ما است. "

اندازه و وسعت ابزاری که کول توسعه داده، چیزی است که به آن‌ها اجازه می‌دهد تا به دمای بالا و فشار بالا که در سیارات فراخورشیدی دیده می‌شود، برسند. آزمایش درون قطعه تجهیزات می‌تواند تا هزار درجه کلوین یعنی حدود ۱۳۴۰ درجه فارنهایت برسد.

این ابزار ۹۰۷ کیلوگرمی همچنین دارای دیواره‌های فولادی ضخیم است که برای رسیدن به ۱۰۰ اتمسفر طراحی شده است. برای درک بهتر این موضوع باید گفت که فشار زمین در سطح دریا نیز یک لایه جوی شمرده می‌شود. هنگامی که شرایط داخلی این ابزار مهیا شد، گروه محققان از طریق آزمایش از لیزر‌های فرکانس، نور ارسال می‌کنند. این لیزر دارای صد‌ها هزار طول موج نور است که آن را به ابزاری ایده آل برای مطالعه برهمکنش‌های نور-ماده تبدیل می‌کند.

کول گفت: "ما لیزر را از این محیط عبور می‌دهیم و نحوه تعامل نور لیزر با گازی را که در هسته این آزمایش منحصر به فرد محصور کرده ایم، ثبت می‌کنیم. ما نحوه جذب نور در فرکانس‌های مختلف را اندازه‌گیری می‌کنیم که می‌توان از آن برای تفسیر مشاهدات جو سیارات فراخورشیدی استفاده کرد.

سپس این داده از طریق ابزار آزمایشگاه رانش جت تفسیر می‌شود. این مدل محاسباتی پارامتر‌های کوانتومی پایه را استخراج می‌کند که محققان را قادر می‌سازد تا نحوه تعامل مولکول‌های گازی جو با نور را در هر شرایطی ترسیم کند.

آزمایشی که با هدف دیگری شکل گرفت

البته هدف اصلی این تحقیقات در ابتدا بررسی وضعیت احتراق درون موتور موشک یا هواپیما بود. محققان تصمیم گرفته بودند تا انتشار گاز‌های گلخانه‌ای ناشی از این موتور‌ها را اندازه گیری کنند. فرآیندی که می‌تواند به جامعه کمک کند تا راه‌های کارآمدتری برای سوزاندن سوخت پیدا کنند. اما کول هنگام ساخت تجهیزات متوجه شد شرایط داخل موتور شبیه سازی شده به شرایط سطح زهره که هم درجه و هم فشار بالایی دارد، شباهت پیدا کرده است.

زهره دارای جوی است که تقریبا ۴۶۰ درجه سلسیوس دما دارد و فشار جو آن نیز ۹۵ برابر زمین است. این سیاره عمدتا به دلیل اثر گلخانه‌ای ناشی از میزان بالای دی اکسید کربن در جو کاملا غیرقابل سکونت است. گاز گلخانه‌ای قوی، گرما را در جو زهره به دام می‌اندازد که منجر به دمای بسیار بالای سطح می‌شود.

اگرچه جو زمین به هیچ وجه به سطح دی اکسید کربن موجود در زهره نزدیک نیست، اما مطالعات جو این سیاره می‌تواند تحقیقات در زمینه تغییرات آب و هوایی را بهبود ببخشد.

منبع: باشگاه خبرنگاران جوان