Dış gezegenleri ve hatta yaşamı arayın! En güçlü Webb Uzay Teleskobu tarih yazabilir mi?
2021'de NASA'nın yeni nesil gözlemevi olan James Webb Uzay Teleskobu (JWST) uzaya girecek. Bu destansı görev, işlevsel hale geldikten sonra, Hubble, Kepler ve Spitzer gibi diğer uzay teleskoplarının görevlerini miras alarak dünyanın başka bir "gözü" haline gelecektir. Bu, en büyük kozmik gizemlerden bazılarını incelemenin yanı sıra, yaşanabilir olabilecek dış gezegenleri de arayacağı ve atmosferik özelliklerini belirlemeye çalışacağı anlamına gelir.
James Webb Uzay Teleskobu (JWST)
Bu, JWST'nin öncülünden farklı olmasının nedenlerinden biridir. Yüksek hassasiyeti ve kızılötesi görüntüleme yetenekleri ile dış gezegenlerin atmosferi hakkında benzeri görülmemiş bir şekilde veri toplayabilecektir. Bununla birlikte, NASA tarafından desteklenen yeni bir çalışma, yoğun atmosfere sahip gezegenlerin de geniş bir bulut örtüsüne sahip olabileceğini, ancak Webb Uzay Teleskobunun bu zorluğun üstesinden gelebileceğini gösterdi.
Gökbilimciler uzun yıllardır transit güneş yöntemini (aynı zamanda transit fotometrik yöntem olarak da bilinir) kullanıyorlar. Geçiş yöntemi, uzak yıldızların parlaklık değişikliklerini izleyerek dış gezegenleri tespit eder. Bu yöntemin, belirli gezegenlerin atmosferik bileşimini belirlemede de yararlı olduğu kanıtlanmıştır. Bu gök cisimleri yıldızlarının önünden geçtiklerinde, ışık atmosferlerinden geçecek ve daha sonra hangi kimyasal elementlerin orada olduğunu görmek için atmosferin tayfı analiz edilecek.
Şimdiye kadar, bu yöntem güneşin çok uzaklarında yörüngede dönen büyük gezegenleri (gaz devi gezegenler ve "süper Jüpiterler") gözlemlerken kullanışlıdır. Ancak, yörüngeleri güneşe daha yakın olan daha küçük kayalık gezegenleri (yani "karasal gezegenleri") gözlemlemek, onları uzay teleskoplarının yeteneklerinin ötesinde olan yaşanabilir yıldız bölgesine yerleştirir.
Yaşanabilir gezegenler: yaşamın anahtarı
Bu nedenle, astronomi topluluğu JWST gibi yeni nesil teleskopların ortaya çıkmasını dört gözle bekliyor. Bilim adamları, kayalık gezegenlerin atmosferinin spektrumunu inceleyerek (iletim spektroskopisi adı verilen bir yöntem), oksijen, karbondioksit, metan ve diğer yaşamla ilgili sinyalleri (yani yaşam belirtilerini) arayabilecekler.
Yaşamın bir diğer önemli unsuru sudur, bu nedenle gezegenin atmosferindeki su buharının özellikleri gelecekteki araştırmaların ana hedefidir. Ancak Chicago Üniversitesi Jeofizik Bilimleri Bölümü'nde doktora sonrası araştırmacı olan Thaddeus Komacek tarafından yürütülen yeni bir çalışmada, büyük miktarda yüzey suyu olan herhangi bir gezegenin atmosferinde çok sayıda bulut olabilir.Bu bulutlar aslında yoğunlaşmış buz parçacıklarıdır.
Bu çalışma için Komasek ve meslektaşları, bu bulutların karasal dış gezegenlerin atmosferindeki su buharı tespitine engel olup olmayacağını araştırdılar. Son yıllarda m-tipi (kırmızı cüce) yıldızların (Proxima b gibi) yaşanabilir bölgesinde çok sayıda kayalık dış gezegen keşfedildiğinden, yakınlardaki kırmızı cüce yıldızlar gelecekteki araştırmaların odak noktası olacak.
Kırmızı cücelerin yörüngesindeki gelgit kilitli gezegenler, aşağıdaki nedenlerden dolayı iletim spektrumlarını incelemek için çok uygundur:
Güneş benzeri yıldızların etrafında dönen gezegenlerle karşılaştırıldığında, kırmızı cücelerin etrafında dönen gezegenler daha elverişli hedeflerdir çünkü gezegenin boyutunun yıldızın boyutuna oranı daha büyüktür. İletilen sinyalin boyutu, gezegenin boyutunun yıldızın boyutuna oranının karesine eşittir, bu nedenle Dünya'dan daha küçük yıldızların aldığı sinyal önemli ölçüde artacaktır.
Bunu akılda tutarak, Komacek ve ekibi, m tipi yıldızların etrafında gelgit kilitli gezegenlerin sentetik iletim spektrumlarını oluşturmak için iki modeli birleştirdi. İlki, Colorado Üniversitesi Atmosfer ve Uzay Fiziği Laboratuvarı'ndan (LASP) Dr. Eric Wolf tarafından geliştirilen ExoCAM'dir. LASP, Dünya'nın iklimini simüle etmek için kullanılan bir Topluluk Dünya Sistem Modelidir (CESM) ve dış gezegenlerin atmosferini incelemek için uygulanmıştır.
Simülasyon çalışmalarının sonuçları
ExoCAM modelini kullanarak, kırmızı cücelerin etrafında dönen kayalık gezegenlerin iklimini simüle ettiler. İkinci olarak, NASA'nın Goddard Uzay Uçuş Merkezi tarafından geliştirilen gezegensel spektrum üretecini, simüle edilmiş gezegenden JWST tarafından tespit edilen emisyon spektrumlarını simüle etmek için kullandılar. Komacek'in açıkladığı gibi:
ExoCAM simülasyonu; sıcaklık, su buharı karışım oranı, sıvı ve buzlu su bulutu parçacıklarının üç boyutlu dağılımını hesaplar. Kırmızı cücelerin etrafında dönen gezegenlerin Dünya'dan daha bulanık olduğunu gördük. Bunun nedeni, gündüz iklimlerinin dünyanın tropikal bölgelerine benzer olmasıdır, bu nedenle su buharı, gündüzleri dünyanın çoğunu kaplayan bulutlar oluşturarak yoğunlaşıp bulut oluşturabileceği düşük bir basınca kolayca yükselebilir. Araştırma, gezegenin görünen boyutu ile iletim süreci sırasında dalga boyu arasındaki fonksiyon ilişkisini ve belirsizlik sonucunu verir. Sinyalin boyutunun dalga boyu ile nasıl değiştiğini gözlemleyerek, su buharı karakteristiğinin boyutunu belirleyebilir ve belirsizlikle karşılaştırabiliriz.
Ekip, bu iki model arasında bulut örtülü ve bulutsuz gezegenleri ve JWST'nin algılayabildiği sonuçları simüle edebildi. İlk durumda, bir dış gezegenin atmosferindeki su buharının neredeyse tespit edilebileceğini buldular. Ayrıca Dünya büyüklüğünde bir dış gezegen için bunun yalnızca 10 veya daha az geçiş gerektirdiğini buldular.
Komacek, "Bulutların etkisini düşündüğümüzde, JWST'nin su buharını tespit etmek için ihtiyaç duyduğu geçiş sayısı 10 ila 100 kat artmıştır. Belirli bir gezegen için, JWST tarafından kaç geçişin gözlemlenebileceğine dair doğal bir sınır vardır. JWSTnin nominal görev ömrü 5 yıl olduğundan, aktarım gözlemleri yalnızca gezegen bizimle ev sahibi yıldızın arasından geçtiğinde yapılabilir. "
Ayrıca, bulut örtüsünün etkisinin özellikle kırmızı cücelerin etrafında yavaşça dönen gezegenler üzerinde güçlü olduğunu buldular. Temel olarak, 12 günden daha uzun bir devrim dönemine sahip olan gezegenler, güneş yüzeylerinde daha fazla bulut oluşumu yaşayacaktır. TRAPPIST-1 (bilinen en uygun hedef) gibi gezegenler için JWST, su buharını tespit etmek için yeterli geçiş gözlemleyemeyecektir.
Aslında, bu sonuçlar diğer araştırmacıların farkına vardıklarına benzer. Geçen yıl, NASA Goddard Center'da (NASA Goddard) araştırmacılar tarafından yapılan bir araştırma, bulut örtüsünün TRAPPIST-1 atmosferindeki su buharını tespit etmeyi imkansız hale getireceğini gösterdi. Bu ayın başlarında, NASA tarafından finanse edilen başka bir çalışma, bulutların su buharının genliğini JWST'nin arka plan gürültüsü olarak ortadan kaldırdığı noktaya nasıl düşürdüğünü gösterdi.
Ve bu araştırma, bu sınırlamaların nasıl üstesinden gelineceği konusunda bazı öneriler sunuyor. Örneğin, görev süresi bir faktörse, JWST görevi, bilim adamlarının veri toplamak için daha fazla zamana sahip olması için uzatılabilir. Ulusal Havacılık ve Uzay İdaresi, bu uzay teleskopunun 10 yıl boyunca kullanılabileceğini ve görev süresini uzatmanın mümkün olduğunu umuyor. Aynı zamanda, algılama sinyali-gürültü oranı eşiğinin düşürülmesi, spektrumdan daha fazla sinyalin seçilmesine izin verir. Ayrıca Komacek ve meslektaşları, bu sonuçların sadece dış gezegen bulutlarının aşağıdaki özellikleri için geçerli olduğuna kesinlikle işaret edeceklerdir:
"Su buharı çoğunlukla su bulutları altında kaldığından, kırmızı cücelerin yörüngesindeki gezegenlerdeki güçlü bulut örtüsü, su buharının özelliklerini tespit etmeyi çok zorlaştırıyor. Önemlisi, JWST'nin yine de önemli atmosfer bileşenlerini sınırlayabilmesi bekleniyor. Karbondioksit ve metan gibi varlığın yalnızca bir düzine geçişi vardır. "
Bu sonuçlar yine önceki çalışmalarla desteklenmektedir. Geçen yıl Washington Üniversitesi tarafından yapılan bir araştırma TRAPPIST-1 gezegeninin algılama yeteneklerini ve özelliklerini araştırdı ve bulutların algılama yetenekleri, oksijen ve ozon özellikleri üzerinde önemli bir etkiye sahip olma ihtimalinin düşük olduğunu buldu - iki temel biyolojik özellik ve yaşamın varlığı.
Bu nedenle, JWST yalnızca dış gezegenlerin atmosferindeki su buharını tespit etmekte zorlanabilir, en azından yoğun bulutları içerdiğinde. Diğer biyolojik özellikler için, JWST bulut olsun ya da olmasın onları zahmetsizce bulabilmelidir. Webb, NASA'nın bugüne kadarki en güçlü ve sofistike uzay teleskopudur. Her şey önümüzdeki yıl başlayacak!
İlgilenen arkadaşlar, ihtiyacınız olan bilgiyi elde etmek için doğrudan "Webb Uzay Teleskobu" na girmek için Toutiao uygulamasının üst kısmındaki arama kutusunu kullanabilir!
