يطور العلماء تقنية جديدة للكشف عن المياه على الكواكب الخارجية باستخدام التحليل الطيفي البازلتي

يستخدم الباحثون التحليل الطيفي البازلتي لدراسة الكواكب الخارجية ويستخدمون تلسكوب جيمس ويب الفضائي للبحث عن الماء. من خلال دراسة العمليات الكيميائية في وشاح الأرض الساخن، يقوم علماء جامعة كورنيل ببناء مكتبة تعتمد على التوقيعات الطيفية للبازلت. يهدف هذا البحث إلى تحديد تركيبة الكواكب الخارجية وتقديم أدلة على وجود الماء على هذه الكواكب الخارجية.

وقال أستاذ الهندسة إستيبان غازيل: "عندما يذوب عباءة الأرض، فإنه ينتج البازلت. البازلت هو صخرة بركانية رمادية سوداء توجد في جميع أنحاء النظام الشمسي وهي مسجل مهم للتاريخ الجيولوجي. وعندما يذوب عباءة المريخ، فإنه ينتج أيضا البازلت. والقمر يتكون في الغالب من البازلت". "نحن نختبر المواد البازلتية على الأرض لتوضيح تكوين الكواكب الخارجية في نهاية المطاف باستخدام بيانات من تلسكوب جيمس ويب الفضائي."

غازيل وإميلي فيرست، باحثة ما بعد الدكتوراه السابقة في جامعة كورنيل والآن أستاذ مساعد في كلية ماكاليستر في مينيسوتا، هما مؤلفا دراسة نشرت مؤخرًا في مجلة Nature Astronomy.

قال غازيل إن فهم كيفية تسجيل المعادن للعمليات التي شكلت هذه الصخور، وما هي بصماتها الطيفية، هو الخطوة الأولى في تطوير مكتبة منها: "نحن نعلم أن معظم الكواكب الخارجية تنتج البازلت لأن معدنية نجومها المضيفة تؤدي إلى معادن الوشاح (سيليكات الحديد والمغنيسيوم) بحيث عندما تذوب، يتنبأ توازن الطور (التوازن بين حالتين من المادة) بأن الحمم الناتجة ستكون بازلت. ولن تسود فقط في نظامنا الشمسي، ولكن في جميع أنحاء مجرة درب التبانة."

أولاً، تم قياس 15 عينة من البازلت للانبعاثية، والتي تشير إلى مدى إشعاع السطح للطاقة، والتي يمكن أن تساعد في البحث عن التوقيعات الطيفية التي قد يكتشفها مطياف الأشعة تحت الحمراء المتوسطة للتلسكوب الفضائي.

بمجرد أن يثور ذوبان البازلت على كوكب خارج المجموعة الشمسية ويبرد، يتصلب البازلت ويتحول إلى صخرة صلبة، تعرف باسم الحمم البركانية على الأرض. وفي حالة وجود الماء، فإن الصخر سوف يتفاعل مع الماء لتكوين معادن رطبة جديدة، والتي يمكن اكتشافها بسهولة في أطياف الأشعة تحت الحمراء. قد تصبح هذه المعادن المتغيرة أمفيبول (سيليكات مائية) أو سربنتين (سيليكات مائية أخرى تشبه جلد الثعبان).

وقال غازيل إنه من خلال دراسة الاختلافات الطيفية الصغيرة بين عينات البازلت، يمكن للعلماء نظريًا تحديد ما إذا كانت الكواكب الخارجية تحتوي على مياه سطحية أو داخلية متدفقة.

لن يكون دليل وجود المياه واضحًا على الفور وستكون هناك حاجة إلى مزيد من العمل قبل اعتماد طريقة الكشف هذه. يقع تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) على بعد حوالي مليون ميل من الأرض، ويستغرق الأمر عشرات إلى مئات الساعات للتركيز على نظام يبعد سنة ضوئية، ثم مزيدًا من الوقت لتحليل البيانات.

واستخدم فريق البحث بيانات من الكوكب الخارجي خارج المجموعة الشمسية LHS 3844b عند البحث عن كوكب خارجي صخري لمحاكاة فرضيتهم والنظر في 15 خاصية مختلفة.

قام إيشان ميشرا، الذي يعمل في مختبر نيكول لويس، الأستاذ المساعد في علم الفلك، بكتابة كود حاسوبي لنموذج البيانات الطيفية الخاصة بفيرست لمحاكاة كيفية تصرف أسطح الكواكب الخارجية المختلفة على تلسكوب جيمس ويب الفضائي.

وقال لويس إن أدوات النمذجة كانت مخصصة في الأصل لتطبيقات أخرى. وقالت: "تم تطوير أدوات البرمجة الخاصة بإيشان في الأصل لدراسة الأقمار الجليدية في النظام الشمسي". "نحن الآن نترجم أخيرًا ما تعلمناه في النظام الشمسي إلى كواكب خارجية."

قال فيرست: "لم يكن هدفنا تقييم LHS 3844b على وجه التحديد، ولكن النظر في مجموعة معقولة من الكواكب الخارجية البازلتية التي قد يرصدها تلسكوب جيمس ويب الفضائي والمراصد الأخرى في السنوات القادمة".

عندما يتعلق الأمر بالكواكب الخارجية، كان استكشاف الأسطح الصخرية مقتصرًا في الغالب على نقاط بيانات فردية - فقط العثور على أدلة على الأنواع الكيميائية في الأدبيات العلمية - ولكن هذا يتحول إلى مكونات متعددة حيث يستفيد المراقبون من تلسكوب جيمس ويب الفضائي، كما قال الباحثون.

وقال الجيولوجيون إنه من خلال محاولة العثور على الخصائص المتعلقة بالمعادن والتركيب الكيميائي للكتلة - على سبيل المثال، كمية السيليكون والألومنيوم والمغنيسيوم الموجودة في الصخر - يمكن للجيولوجيين معرفة المزيد عن الظروف التي تشكلت فيها الصخور.

قال فيرست: "على الأرض، إذا كان لديك بازلت ينبثق من قاع المحيط في أعماق التلال وسط المحيط، وتندلع تلك البازلت في جزر محيطية مثل هاواي، فستجد بعض الاختلافات في التركيب الكيميائي لتلك الصخور". "ولكن حتى الصخور السائبة ذات التركيبات الكيميائية المماثلة قد تحتوي على معادن مختلفة، لذا فهذه سمات مهمة يجب دراستها."

تم تجميعها من /ScitechDaily