كيف يتمكن العلماء من تحديد مركبات الكواكب الاخرى وغلافها الجوي؟
اصبح جزء من ثقافتنا ان نتابع مستجدات اكتشافات الفضاء ونشعر بالاثارة والتشوق عند اكتشاف كواكب تشبه الارض. لكن باعتبار اننا لم نعيش على سطح الارض وقد وصلنا إلى سطح القمر الا ان العلماء يعرفون تركيب الكواكب والاقمار الاخرى واكثر من ذلك. هل العلماء يخمنون عندما يدعون بان هذا الكوكب يصلح للعيش مثلا؟ كيف لهم ان يحددوا تركيب الكواكب وغلافها الجوي وهي بعيدة عنا بملاين أو مليار الكيلومترات وحتى مليارات الكيلومترات.
تحليل ودراسة العالم البعيد
منذ مائة عام كان عمل الفلك مختلفا بعض الشيء. فقد كانت الحسابات الفلكية عن السرعة والحجم والتركيب والغلاف الجوي للكواكب البعيدة عبارة عن تخمينات وتوقعات لكن مهاراتنا تطورت بشكل ملحوظ في القرن الماضي. عندما ننظر إلى النظام الشمسي نستطيع ان نقدم تخمين مقنع حول تركيب الكواكب لانها قريبة نوعا ما من الارض. لبعض الكواكب مثل المريخ والزهرة تمكن العلماء من الوصول إلى سطحها وتحديد المادة المكونة لها لكن لم نقم حقيقة بزيارة سطح العديد من الكواكب المجاورة الاخرى.
لكن نعرف عن الارض مما تتكون وحجمها وبالتحديد كثافتها وبالتالي يمكننا ان نطبق نفس المعلومات على الكواكب الاخرى بطريقة المقارنة. اذا وجدنا كوكبا بحجم الارض لها نفس كثافتها فاننا نفترض انها مصنوعة من مركبات مشابهة مثل الصخور السليكات تحيط باللب من الحديد او النيكل. اذا كان النجم اكبر بكثير ولكن بكثافة اقل فانه يكون اشبه بعملاق غازي مثل كوكب المشتري وزحل واورانيس، ومن المحتمل انه يتكون من عناصر خفيفة مثل لب من الصخور او الحديد المنصهر يحيط به الهيدروجين والهيلوم.
ان طريقة تحديد كثافة الكوكب هو سؤال حرج لكن لاننا نحتاج إلى حساب كتلة الكوكب وحجمه. بالاعتماد على ما توصلنا له حول المدارات وقوانين فيزياء نيوتن يمكننا حساب الكتلة من خلال دراسة تأثيرها على الكواكب المجاورة. مع دوران الكوكب حول النجم يؤثر الكوكب بقوة سحب تعمل على احداث انحراف طفيف في حركة النجم تحت تأثير كتلة الكوكب المتحرك حول هذا النجم. هذا الانحراف الطفيف يؤدي إلى تغير في سرعة النجم ومن دراسة التغير في السرعة يمكننا ان نحدد قيمة كتلة الكوكب بدقة عالية بالاعتماد على ظاهرة الانزياح نحو الاحمر والانزياح نحو الازرق والتي تعرف باسم ظاهرة دبلر والموضحة في الشكل التالي.
شكل يوضح الانزياح للاحمر والازرق
اما بالنسبة للحجم فيتم تحديده من خلال ظاهرة الكسوف وظاهرة الخسوف عندما يمر الكوكب من امام النجم. او مرور القمر امام الكوكب، والذي يتمكن العلماء من رصد العتامة في الضوء. عندما يمر الكوكب من امام النجم فانه يحجب حوء من السطح النجمي والذي يمكن قياسه ومن ثم تحديد قطره. بمجرد معرفة القطر وباعتبار الشكل الكروي نحسب الحجم بدقة ايضا.
بمعرفة الحجم والكتلة يصبح امر حساب الكثافة سهلا ومنه نستطيع تحديد نوع الكوكب هل هو صخري او مصهور او شبيه بالارض او غازي او شيء مختلف جدا. ومن هنا يصبح التخمين على اساس علمي حول نوع العناصر التي يمكن ان توجد على السطح بالاعتماد على هذه القياسات.
ماذا عن الغلاف الجوي المحيط؟
قد يبدو ان تحديد مكونات الغلاف الجوي امرا صعبا لكن في الواقع اسهل بكثير. عندما يتم رصد ضوء من جسم وقياسه لتحديد الاطوال الموجية التي حجبت منه. على سبيل المثال عندما نرصد كوكب بعيد فاننا نرصد الضوء المار من غلافه الجوي. الان، العناصر الموجودة في الغلاف الجوي المحيط تمتص الضوء عند اطوال موجية معينة وتترك ما تبقى يمر، وتلتقط مراصدنا الارضية البصمة الضوئية للضوء المار وهذه البصمة الضوئية هي التي تحدد العناصر الموجودة في الغلاف الجوي.
بعض الامثلة للبصمة الضوئية لعدة عناصر
يتم رصد البصمة الضوئية بجهاز يعرف باسم المطياف spectrometer ويستخدمه الفلكيون في قياس الضوء المار من الغلاف الجوي للكوكب تحت الرصد. ما يتم قياسه بالتحديد هو الاطوال الموجية المفقودة والتي تعكس العناصر التي امتصت تلك الاطوال الموجية والتي تحدد مكونات الغلاف الجوي.
