قد تكون التلسكوبات الفضائية قادرة على رؤية أكثر مما توقعته

جدول الروابط

الملخص و 1. المقدمة

2. مقارنات حدود الانعراج للتلسكوبات المستقبلية
3. التصوير العشوائي في نظامنا الشمسي
4. العواقب المترتبة على الأطياف التي تم الحصول عليها
5. استراتيجيات التخفيف والمناقشة والمراجع

خلاصة

إن رصد الكواكب الخارجية الصالحة للحياة والتي قد تشبه الأرض يشكل أولوية أساسية في علم الفلك الذي يعتمد ليس فقط على اكتشاف مثل هذه العوالم، بل وأيضًا على التأكد من أن العلامات الظاهرة لصلاحية الحياة لا ترجع إلى مصادر أخرى. إن التلسكوبات الفضائية المصممة لمراقبة مثل هذه العوالم، مثل تلك التي أوصت بها دراسة ناسا العقدية للفيزياء الفلكية لعام 2020، تتمتع بدقة محدودة بالحيود تنشر الضوء بشكل فعال من مصدر في منطقة حول نقطة المصدر. في هذه الرسالة، نوضح أن حد الحيود لتلسكوب فضائي يبلغ طوله 6 أمتار يؤدي إلى دالة انتشار نقطية لكوكب يشبه الأرض قد يحتوي على أجسام إضافية غير متوقعة لأنظمة على مسافات ذات صلة بالبحث المقترح. يمكن لهذه الأجسام الإضافية غير المتوقعة، مثل الكواكب والأقمار الأخرى، أن تؤثر على الأطياف التي تم الحصول عليها لكوكب صالح للحياة من خلال إنتاج سمات زائفة وإضافة عدم يقين إضافي في الأطياف. يُظهِر نموذج للأرض تم رصده بواسطة تلسكوب فضائي بقطر 6 أمتار وكأنه كوكب خارجي أن الضوء القادم من الأرض سوف يمتزج مع ضوء القمر وعطارد والزهرة والمريخ في مجموعات مختلفة وفي أوقات مختلفة لمجموعات عديدة من المسافة إلى النظام وطول الموجة. ونظرًا لأهمية استخراج الأطياف الحقيقية لكوكب صالح للحياة من أجل البحث عن البصمات الحيوية، فإننا نسلط الضوء على الحاجة إلى مراعاة هذا التأثير أثناء تطوير التلسكوبات ذات الصلة ونقترح بعض الوسائل المحتملة لتفسير تأثير القصف الضوئي هذا.

1. المقدمة

إن الجهود المبذولة لتسخير قوة التصوير المباشر لاستكشاف العوالم الصالحة للسكنى تستند إلى الاعتقاد بأن الأرض ليست تحت أقدامنا فحسب، بل قد توجد أيضًا فوق رؤوسنا في مناطق أخرى من الفضاء. والمعلومات السياقية التي تتطلب الاستطلاع الرصدي والنظري للكواكب الواعدة وأنظمتها أمر بالغ الأهمية لضمان استحقاق العالم الصالح للسكنى المشتبه به للموارد اللازمة لتوصيفه. ويجب أن يأخذ الحصول على هذه المعلومات السياقية في الاعتبار قدرات وحدود التلسكوبات المستقبلية المخطط لها في طليعة استكشاف هذه العوالم ذات الأولوية العالية. في هذه الدراسة نناقش كيف قد يؤثر حد الحيود لهذه التلسكوبات المستقبلية على استراتيجية المراقبة ونتائجها. ويشير العنوان إلى طريقة مهمة قد تفعل بها حدود الحيود هذا، حيث يشير "القصف الضوئي" إلى صورة تحتوي على ظهور غير متوقع لجسم غير مقصود في مجال رؤية الكاميرا أثناء التقاط الصورة. وقد تشمل هذه الأجسام كواكب وأقمارًا أخرى، والتي يمكن أن تؤثر على الأطياف التي تم الحصول عليها إذا كانت غير قابلة للحل من دالة انتشار النقاط للكواكب المستهدفة (PSF). إن فهم مكان/كيفية حدوث مثل هذه الخلطات أمر مهم في تطوير التلسكوبات المستقبلية التي تهدف إلى اكتشاف الكواكب الخارجية الصالحة للحياة، مثل التلسكوب بالأشعة تحت الحمراء/البصرية/فوق البنفسجية الموصى به مؤخرًا في المسح الفلكي العقدي لعام 2020 (؟). وقد أكدت الأطر الحديثة لتقييم البصمات الحيوية المحتملة (Catling et al. 2018؛ Green et al. 2021) على الحاجة إلى استخراج توقيع حقيقي أولاً يشير إلى وجود حياة ثم فحص السيناريوهات المعقدة المحتملة التي قد تخلط بين التفسير الدقيق للتوقيع، وسنبين أن القصف الضوئي بواسطة الكواكب أو الأقمار الإضافية قد يعقد كلا المتطلبين.

إن استكشاف هذا التأثير يستحق معالجة شاملة حيث من المرجح أن يكون هناك تباين بسبب مجموعة من الخصائص ذات الصلة بملاحظات محددة، بما في ذلك ميل النظام، والطور المداري الكوكبي، والاختلافات المكانية الجوهرية في كل جسم ذي صلة ونظام آخر وخصائص كوكبية. ومع ذلك، فإن هذه الرسالة هي دراسة استكشافية أولية تركز على أربعة مواضيع توجه المزيد من الدراسة وتشكل أقسام الورقة. أولاً، نفحص الحجم الزاوي لحد الحيود لعدة مجموعات من أقطار التلسكوب / الطول الموجي الرصدي كدالة للمسافة إلى الأنظمة المستهدفة. يتضمن هذا المقارنة بالمسافات الرئيسية داخل الأنظمة الكوكبية المحتملة التي قد توجد حول نجوم من أنواع نجمية مختلفة - عرض المنطقة الصالحة للسكن (HZ) وحجم نصف قطر هيل لتوأم الأرض في منتصف HZ. ثانيًا، نستخدم نظامنا الشمسي كنموذج لنوع تأثير القصف الضوئي الذي يمكن ملاحظته للأنظمة الكوكبية ذات الكواكب الصغيرة الصخرية المتعددة في / بالقرب من المنطقة الصالحة للسكن. لقد قمنا بدراسة احتمالية ظهور كواكب إضافية في مجال رؤية الأرض كدالة للزمن، إذا تم رصد نظامنا الشمسي باستخدام تلسكوب يبلغ طوله 6 أمتار. ثالثًا، قمنا بوضع نماذج للعواقب التي قد يخلفها تلوث مجال رؤية الأرض على الأطياف المرئية والأشعة تحت الحمراء القريبة التي تم الحصول عليها للأرض باستخدام التلسكوب من مسافة 10 فرسخ فلكي. أخيرًا، قمنا بمناقشة سيناريوهات أخرى محتملة لتدمير الصور ذات الصلة بالملاحظات المستقبلية والوسائل المحتملة لاستخراج طيف توأم الأرض الحقيقي من التلوث المحتمل.