عدد الكواكب الخارجية الحالية - عدد الكواكب التي وجدها علماء الفلك يدورون حول نجوم أخرى - يقف عند 312. هذا عدد كبير من الكواكب. ولكن قد يكون من المفيد أن نعرف بالضبط أين ننظر. أظهر بحث جديد باستخدام محاكاة الحواسيب الفائقة للأقراص المتربة حول النجوم الشبيهة بالشمس أن الكواكب صغيرة الحجم تقريبًا مثل المريخ يمكن أن تخلق أنماطًا من الغبار يمكن للتلسكوبات المستقبلية اكتشافها. يشير البحث إلى طريق جديد في البحث عن الكواكب الصالحة للسكن. يقول كريستوفر ستارك ، الباحث الرئيسي في الدراسة: "قد يستغرق الأمر بعض الوقت قبل أن نتمكن من تصوير الكواكب الشبيهة بالأرض مباشرة حول النجوم الأخرى ، ولكن قبل ذلك ، سنكون قادرين على اكتشاف الحلقات المزخرفة والجميلة التي نحتوها في الغبار بين الكواكب". في جامعة ميريلاند ، كوليدج بارك.
من خلال العمل مع مارك كوشنر في مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا في جرينبيلت ، ماريلاند ، قام ستارك بوضع نموذج لكيفية استجابة 25000 من جزيئات الغبار لوجود كوكب واحد - يتراوح من كتلة المريخ إلى خمسة أضعاف كتلة الأرض - يدور حول نجم يشبه الشمس. باستخدام الحاسوب العملاق Thunderhead التابع لوكالة ناسا في Goddard ، أجرى العلماء 120 محاكاة مختلفة اختلفت حجم جزيئات الغبار وكتلة الكوكب والمسافة المدارية.
"تستخدم نماذجنا عشرة أضعاف عدد الجسيمات مثل المحاكاة السابقة. هذا يسمح لنا بدراسة التباين والأشكال في الهياكل الحلقية ”. من هذه البيانات ، حدد الباحثون الكثافة والسطوع والتوقيع الحراري الناتج عن كل مجموعة من المعلمات.
ويضيف ستارك: "ليس من المقدر على نطاق واسع أن أنظمة الكواكب - بما في ذلك أنظمتنا - تحتوي على الكثير من الغبار". "سنضع هذا الغبار ليعمل من أجلنا."
يتكون الكثير من الغبار في نظامنا الشمسي إلى الداخل من مدار المشتري ، حيث تنهار المذنبات بالقرب من الشمس وتتصادم الكويكبات من جميع الأحجام. يعكس الغبار ضوء الشمس ، وأحيانًا يمكن رؤيته كوهج سماء على شكل إسفين - يسمى ضوء البروج - قبل شروق الشمس أو بعد غروب الشمس.
تمثل نماذج الكمبيوتر استجابة الغبار للجاذبية والقوى الأخرى ، بما في ذلك ضوء النجم. يمارس ضوء النجوم سحبًا طفيفًا على الجسيمات الصغيرة مما يجعلها تفقد الطاقة المدارية وتنتقل أقرب إلى النجم.
يشرح كوشنر: "تدور الجسيمات إلى الداخل ثم تصبح محاصرة مؤقتًا في صدى مع الكوكب". يحدث الرنين عندما تكون الفترة المدارية للجسيم عبارة عن نسبة عدد صغير - مثل ثلثي أو خمسة سدس - من الكوكب.
على سبيل المثال ، إذا قام جسيم غبار بتكوين ثلاث مدارات حول نجمه في كل مرة يكمل فيها الكوكب واحدًا ، فسيشعر الجسيم بشكل متكرر بسحب جاذبية إضافي في نفس النقطة في مداره. لبعض الوقت ، يمكن لهذا الدفع الإضافي أن يعوض قوة السحب من ضوء النجوم ويمكن أن يستقر الغبار في هياكل شبيهة بالحلقة.
يقول كوشنر: "تدور الجسيمات في اتجاه النجم ، وتعلق في صدى واحد ، وتسقط منه ، وتلتف في دوامة أخرى ، وتصبح عالقة في صدى آخر ، وهكذا". يتطلب حساب التفاعل المعقد للقوى على عشرات الآلاف من الجسيمات القدرة الرياضية للكمبيوتر العملاق.
يلاحظ بعض العلماء أن وجود كميات كبيرة من الغبار يمكن أن يشكل عقبة أمام التصوير المباشر للكواكب الشبيهة بالأرض. ستدرس البعثات الفضائية المستقبلية - مثل تلسكوب جيمس ويب الفضائي التابع لناسا ، والتي يجري بناؤها حاليًا ومن المقرر إطلاقها في عام 2013 ، و Terrestrial Planet Finder - النجوم القريبة ذات الأقراص المتربة. النماذج التي أنشأها Stark و Kuchner تعطي علماء الفلك معاينة مسبقة لهياكل الغبار التي تشير إلى وجود عوالم مخفية.
يقول ستارك: "سيساعد كتالوجنا الآخرين على استنتاج كتلة الكوكب والمسافة المدارية ، فضلاً عن أحجام الجسيمات السائدة في الحلقات".
نشر ستارك وكوتشنر نتائجهما في عدد 10 أكتوبر من مجلة The Astrophysical Journal. جعل Stark أطلسه لمحاكاة الغبار exo-zodiacal متاحة على الإنترنت.
المصدر: مركز جودارد لرحلات الفضاء
