بالنسبة لمعظمنا، فإن النقاط المضيئة التي لا تعد ولا تحصى في سماء الليل تبدو وكأنها نجوم. لكن في الواقع، بعض هذه النقاط المضيئة هي في الواقع كواكب أو حتى مجرات بأكملها تبعد مليارات السنين الضوئية. ما تراه يعتمد على مدى بعدك عن الأرض. ولهذا السبب يعد قياس المسافات الدقيقة للأجرام السماوية هدفًا مهمًا لعلماء الفلك وأحد أكبر التحديات التي يواجهونها حاليًا.
يستخدم فريق من علماء الفلك علم زلازل الكويكبات، وهو دراسة التذبذبات النجمية، لقياس مسافة النجم من الأرض بدقة. درس فريقهم آلاف النجوم وفحص قياسات الكون القريب من مهمة جايا.
تعد مهمة Gaia أساسية لرسم خرائط لما يقرب من ملياري نجم، ويستخدم EPFL أبحاثًا من علم زلازل الكويكبات لتحسين مهمة Gaia بشكل أكبر. تقارن هذه الطريقة المبتكرة قياسات جايا بالبيانات السيزمية للكويكبات، وبالتالي تحسين دقة قياسات المسافة السماوية وتقديم مساهمة كبيرة في البحوث الفلكية والبعثات الفضائية المستقبلية.
ومن هذا المنطلق، أطلقت وكالة الفضاء الأوروبية (ESA) مهمة غايا قبل عشر سنوات. تفتح البيانات التي جمعها القمر الصناعي غايا نافذة على الكون القريب، حيث توفر قياسات فلكية لما يقرب من 2 مليار نجم، مثل موقعها وبعدها عن الأرض وحركتها.
في EPFL، تهدف مجموعة أبحاث الشموع والمسافات القياسية بقيادة البروفيسور ريتشارد أندرسون إلى قياس التوسع الحالي للكون وترى أن جايا أداة قيمة. وقال: "نظرًا للتحسن الكبير في دقة جايا مقارنة بسابقتها - مهمة هيباركوس التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية، فقد زاد عدد النجوم التي تم قياس اختلاف المنظر لها عشرة آلاف مرة. واليوم، يستخدم العلماء اختلاف المنظر لحساب مسافة النجوم. وتتضمن هذه الطريقة قياس زاوية اختلاف المنظر بمساعدة الأقمار الصناعية من خلال التثليث بين موقع جايا في الفضاء والشمس والنجم المعني. وكلما كان النجم أبعد، زادت صعوبة القياس، نظرًا لأن المنظر يصبح أصغر كلما كان أبعد."
قياس المنظر المثالي
على الرغم من النجاح الكبير الذي حققه غايا، فإن قياس اختلاف المنظر معقد ولا تزال هناك بعض التأثيرات المنهجية الصغيرة التي يجب فحصها وتصحيحها لتحقيق الإمكانات الكاملة لاختلاف منظر غايا. كان العلماء في EPFL وجامعة بولونيا في إيطاليا يدرسون هذا السؤال من خلال إجراء حسابات على أكثر من 12000 نجم عملاق أحمر متذبذب - وهي أكبر عينة نجمية وأكثرها دقة تم قياسها حتى الآن.
قالت سانيا خان، عالمة في مجموعة أندرسون والمؤلفة الأولى لدراسة نشرت اليوم في مجلة علم الفلك والفيزياء الفلكية: "لقد قمنا بقياس انحياز جايا من خلال مقارنة اختلاف المنظر الذي أبلغ عنه القمر الصناعي مع اختلاف المنظر الذي قمنا بقياسه لنفس النجوم باستخدام قياس الكويكبات".
مثلما يستخدم الجيولوجيون الزلازل لدراسة بنية الأرض، يستخدم علماء الفلك علم زلازل الكويكبات، وتحديدًا اهتزازات وتذبذبات النجوم، لجمع معلومات حول الخصائص الفيزيائية للنجوم. يتم قياس التذبذبات النجمية كتغيرات صغيرة في شدة الضوء وتحويلها إلى موجات صوتية، مما ينتج طيفًا من هذه التذبذبات.
تحليل "موسيقى" النجوم
وقال خان: "الطيف يسمح لنا بتحديد المسافة إلى النجم وبالتالي الحصول على المنظر الزلزالي للكويكب". "في دراستنا، نستمع إلى"موسيقى" عدد كبير من النجوم - بعضها يبعد عنا مسافة تصل إلى 15000 سنة ضوئية!"
لتحويل الأصوات إلى قياسات للمسافات، بدأ الفريق بحقيقة بسيطة. تعتمد السرعة التي تنتقل بها الموجات الصوتية عبر الفضاء على درجة الحرارة والكثافة داخل النجم. قال أندريا ميجليو، الأستاذ في قسم الفيزياء وعلم الفلك بجامعة بولونيا والمؤلف الثالث للدراسة: "من خلال تحليل الطيف الترددي لتذبذبات النجم، يمكننا تقدير حجمه، تمامًا مثل تحديد حجم الآلة من خلال الصوت الذي تصدره - فكر في الفرق في طبقة الصوت بين الكمان والتشيلو".
تعزيز القياسات الفلكية
وبعد حساب حجم النجم، يقوم علماء الفلك بتحديد لمعانه ومقارنة هذا الرقم مع لمعان الأرض. وقاموا بدمج هذه المعلومات مع قراءات درجة الحرارة والتركيب الكيميائي التي تم الحصول عليها عن طريق التحليل الطيفي لحساب مسافة النجم من خلال تحليل معقد. أخيرًا، قارن علماء الفلك اختلاف المنظر الذي تم الحصول عليه خلال هذه العملية مع اختلاف المنظر الذي أبلغ عنه جايا للتحقق من دقة قياسات الأقمار الصناعية.
وقال أندرسون: "قياس الكويكبات هو الطريقة الوحيدة التي يمكننا من خلالها التحقق من دقة اختلاف منظر جايا عبر السماء بأكملها، أي فحص النجوم منخفضة الشدة وكذلك النجوم عالية الشدة". "المستقبل مشرق لهذا المجال."
"المهمات الفضائية القادمة التي تهدف إلى اكتشاف ومسح الكواكب الخارجية، مثل TESS وPLATO، ستستخدم قياس الكويكبات وتوفر مجموعات البيانات المطلوبة على مناطق أكبر بشكل متزايد من السماء. لذلك، ستلعب الأساليب المشابهة لطرقنا دورًا حيويًا في تحسين قياسات Gaia Parallax، والتي ستساعدنا في تحديد مكاننا في الكون وتفيد العديد من المجالات الفرعية لعلم الفلك والفيزياء الفلكية."
المصدر المجمع: ScitechDaily