صائدو الأقمار الخارجية في بحث دائم عن أسرار الكون والحياة

ترجمة : أحمد بن عبدالله الكلباني

الأقمار الخارجية مثيرة للاهتمام فعلا. لكن كيف يمكننا العثور عليها؟ ولماذا لم نكن قادرين حتى الآن على رؤيتها بشكل واضح؟

كادر العلماء الذين يبحثون عن الأقمار صغير.. لكنهم مصممون على ابتكار طرق جديدة للاستكشاف

قبل عدة سنوات كان العالم الفلكي «ديفيد كيبينج» يتجول في شوارع لندن بينما هو عائد إلى منزله، رفع رأسه لينظر إلى السماء وإلى القمر الساطع حينها.

كان لهذا المنظر تأثيرٌ ملهمٌ على «كيبينج» الذي كان يرى في وجود القمر إشارةً لإمكان وجود أقمار حول الكواكب البعيدة في الفضاء خارج مجموعتنا الشمسية، ويقول «كيبينج»: «كان يبدو وكأنه تذكير بأن هناك عوالم أخرى تنتظر اكتشافها حول الكواكب البعيدة» .

إن البحث عن الأقمار الخارجية -أقمار طبيعية تدور حول كواكب خارج نظامنا الشمسي- يعد أمرًا مثيرًا للاهتمام، فبالإضافة إلى دورها المحتمل في تثبيت الكواكب المستضيفة للحياة من خلال تهدئة حركتها، فإنها قد تشكل أيضًا ظواهر غريبة ومدهشة، مثل حلقات الأقمار والأقمار التي تمتلك أقمارًا خاصة بها كذلك. وما يزيد من الإثارة هو احتمال أن تكون بعض هذه الأقمار أكثر ملاءمة للحياة من الكواكب الخارجية ذاتها.

«ديفيد كيبينج» الذي يعمل حاليًا في جامعة كورنيل بولاية نيويورك، يشارك في جهود البحث عن الأقمار الخارجية، ورغم التحديات التي تواجهها هذه الجهود، إلا أن الإحصائيات تشير إلى أن هناك حوالي 5500 كوكب خارجي تم اكتشافها حتى الآن، وقد يكون لبعضها عدد كبير من الأقمار. ومع ذلك، فإن إثبات وجود هذه الأقمار ليس بالأمر السهل، ويشير «كيبينج» إلى أن هناك آفاقًا جديدة تظهر في البحث، مع استخدام تقنيات جديدة مثل مراقبة الكواكب المارة وتحليل تذبذبات الجاذبية.

الأقمار تستحق الاهتمام أيضًا

إذا كانت الكواكب في نظامنا الشمسي تستحق الاهتمام، فإن الأقمار لها حضورها الخاص أيضا، حيث يمتلك ستة من كواكبنا الثمانية أقمارًا خاصة بها، وتتراوح هذه الأقمار من الكبيرة مثل قمرنا الذي يدور حول الأرض، إلى الصغيرة مثل رفيقي المريخ اللذين يشبهان الكويكب. وتتميز الكواكب الأربعة العملاقة بأنظمة أقمار متعددة، في حين يحمل زحل رقمًا قياسيًا بحوالي 150 قمرًا معروفًا ومسجلًا.

هناك طرق متعددة لولادة القمر، وليست طريقة واحدة، وبالنسبة لكوكبنا فقد نشأ نتيجة اصطدام جسم بحجم المريخ بنا قبل 4.5 مليار سنة، ولعبت تأثيرات المد والجزر دورًا رئيسيًا في تطور الحياة على الأرض منذ ذلك الحين نتيجة وجود القمر.

ومن جانب آخر، فإنه من المحتمل أن تكون أقمار كوكب المريخ عبارة عن مجموعة كويكبات تم التقاطها، في حين أن كوكبي المشتري وزحل قد تشكلا نتيجة اتحاد حطام الكواكب، ثم بعد ذلك تدخل الأقمار بجميع أنواع التكوينات أيضًا.

وهناك اثنان من كواكب زحل «يانوس» و«إبيميثيوس» يتشاركان في نفس المدار تقريبًا، ولكن يمكن أن يصبح الأمر أغرب من ذلك، ويقول «شون ريموند» من جامعة بوردو في فرنسا: «من حيث المبدأ، يمكن أن يكون لدينا أشياء مجنونة مثل حلقات الأقمار حول الكواكب، بشكل يشبه حلقات زحل، ولكن هذه المرة الأقمار بدلًا من الجسيمات الصغيرة جدًا».

وفي وجهات نظر متقاربة مع «جونا كولماير» في مراصد كارنيجي في كاليفورنيا، يعتقد «ريموند» أنه في ظل الظروف المناسبة، يمكن أن يكون للأقمار أقمارٌ خاصة بها كذلك، وتسمى هذه «أقمار القمر».

وقد بدأ علماء الفلك بالتفكير جديًّا في الأقمار الخارجية، وعندما تم اكتشاف الكواكب الخارجية للمرة الأولى في التسعينيات كان «دارين ويليامز» من جامعة ولاية بنسلفانيا حينها طالب دراسات عليا، وهو اليوم أحد علماء الفلك، ويقول: «بسرعة كبيرة، تضخم العدد من صفر إلى 10»، «كل هذه الكواكب كانت كواكب المشتري عملاقة، قلت: إنه سيكون لها أقمار، وبعض الأقمار ستكون كبيرة بما يكفي لتكون صالحة للحياة».

يمكن للأقمار أن تكون مواقع مثيرة للاهتمام للبحث عن الحياة إذا كانت كبيرة بما يكفي لتمسك بأغلفة جوية كبيرة. وتشير «ليزا كالتنجر» من جامعة كورنيل إلى أن الحد الأدنى لذلك مذهل بصغره، إذ لا يكاد يصل إلى عُشر كتلة الأرض، وتقول: «لا يوجد سبب يمنع وجود قمر خارجي مأهول». وبينما قد تحتاج الكواكب إلى الدوران في مناطق صالحة للحياة حول النجم لاستضافة الماء والحياة، يمكن تسخين القمر بواسطة كوكب في مدار أوسع بكثير حول النجم، وتقول كالتنجر: «قد تكون هذه الأقمار أبعد بكثير لتكون دافئة بما يكفي للحياة.. من الأسهل بكثير منعها من التجمد في الداخل بسبب ارتفاع درجة حرارة المد والجزر من الكوكب.»

في عالم الكواكب الخارجية، اعتاد الناس حقًّا على انتقاد الاكتشافات السطحية، على سبيل المثال، في نظامنا الشمسي، نعلم أن قوى المد والجزر التي يُفرزها كوكب المشتري تحافظ على أقماره الأربعة الكبرى أكثر دفئًا مما كانت عليه لولا ذلك، عن طريق الضغط عليها، مما يولد الحرارة من خلال الاحتكاك.

وفي الوقت نفسه، يعتبر قمر زحل «تيتان» الممتلئ بالغلاف الجوي الوحيد المعروف إلى جانب الأرض الذي يحتوي على بحيرات على سطحه، إذ يتميز تركيبها بوجود الهيدروكربونات السائلة بدلًا من الماء.

ويمكن أن يُعَدّ القمر المناسب للسكن الذي يدور حول كوكب غازي عملاق بأنه ذو سماء بديعة، وخاصةً إذا كان القمر مقفلاً مديًا -حيث يشير وجهه دائمًا نحو الكوكب- على غرار قمرنا بالنسبة للأرض. فمن المحتمل أن يتمتع سكان هذا القمر الصناعي بضوء دائم من الكوكب، ولن يشهدوا ليالٍ مظلمة بشكل كامل أبدًا. وكما قالت كالتنجر: «يُمكنك المشي على هذا القمر -من الجانب البعيد إلى جانب الكوكب- وسيبدأ الكوكب في الظهور».

في عام 1999، تناول «جان شنايدر» من مرصد باريس أحد هذه الأسئلة. وفتح العلماء آفاقًا جديدة من خلال اكتشاف كوكب خارج المجموعة الشمسية باستخدام تقنية جديدة تسمى «طريقة العبور» -وهي ملاحظة الانخفاض في ضوء النجم عندما يمر كوكب أمامه- والتي أصبحت الطريقة الرئيسية للعثور على هذه العوالم. ومن الناحية النظرية، اعتقد «شنايدر» أن نفس التقنية يمكن أن تكشف عن الأقمار الخارجية. فقد أدرك أن القمر الخارجي يجب أن يتسبب في تحول طفيف في عبور الكوكب اعتمادًا على ما إذا كان أمام الكوكب أم خلفه أثناء عبوره أمام النجم، وهذا ما يُعرف الآن بـ «اختلافات توقيت العبور». ويضيف: «تُعطيك هذه الظاهرة فترة دوران القمر حول الكوكب، ويعطيك مقدار الاختلاف كتلة القمر».

في عام 2001، تم إجراء أول محاولة للبحث عن قمر حول كوكب خارجي باستخدام تلسكوب هابل الفضائي، لكن دون جدوى. وبعد 8 أعوام في عام 2009، شهد مجال الكواكب الخارجية ثورة مع إطلاق تلسكوب كيبلر التابع لناسا، وهو مهمة ناجحة للغاية أسفرت عن اكتشاف أكثر من 2700 كوكب عابر خلال تسع سنوات من المراقبة. ونتيجة لهذه المشاهدات، بدأ «كيبينج» يدرس بجدية إمكانية العثور على أقمار خارج المجموعة الشمسية.

ومع تزايد اكتشافات تلسكوب كيبلر، قام «كيبينج» وزميله «أليكس تيتشي» -من معهد أكاديميا سينيكا لعلم الفلك والفيزياء الفلكية في تايوان- بفحص البيانات باستخدام نهج دقيق للبحث عن الأقمار الخارجية. وواجهوا التحدي بوجود العديد من اكتشافات تلسكوب كيبلر لكواكب المشتري الحارة، وهي عمالقة غازية تدور في مدارات ضيقة حول نجومها، مما يستبعد وجود أقمار خارج المجموعة الشمسية نظرًا لاحتمال اقتلاع أي أقمار بسبب جاذبية النجوم في مثل هذه المواقع.

وفي عام 2016، بعد تحليل أولي لـ 300 كوكب اكتشفها تلسكوب كيبلر، شعر «كيبينج» و «تيتشي» بالإحباط تقريبًا، حيث يقول «كيبينج»: «أتذكر أنني كنت مكتئبًا للغاية. ذهبت إلى مكتب (أليكس) وقلت له هل يوجد أي شيء هنا على الإطلاق؟» ولكن لم يتضح وجود أي مؤشر واضح على وجود أقمار خارجية!

كان الاصطدام المحتمل الوحيد الذي اكتشفه الثنائي حول كوكب غازيٍّ عملاق يُعرف بـ «Kepler-1625 b»، والذي يقع على بعد 8200 سنة ضوئية من الأرض ويُعتبر مماثلاً لكوكب المشتري تقريبًا في الحجم، ولكن له كتلة أكبر بكثير، ومنح الثنائي مهلة لتلسكوب هابل في عام 2017 لمراقبة الكوكب بشكل مفصل، ووجدوا اختلافًا في توقيت العبور يشير إلى وجود قمر خارجي، وأطلقوا عليه اسم «Kepler-1625 b I». ولإحداث الإشارة، يجب أن يكون القمر كبيرًا، بنصف قطر يعادل نصف قطر كوكب «نبتون» في المجموعة الشمسية.

لكن للأسف، بعد تحليل مزيد من البيانات، تبين أن البيانات غير محددة ودقيقة وبالتالي، لم يكن هناك أي دليل قاطع على وجود القمر الذي لاحظه الثنائي. ويقول «كيبينج»: «كان هناك بعض الجدل. ما زلت متشككًا جدًّا».

الأقمار الكبيرة

وبعد سنوات، كشف «كيبينج» وزميله «تيتشي» في 2022 عن دلائل أخرى لوجود أقمار في الفضاء الخارجي، وهو قمر يدور حول كوكب بحجم المشتري، ويبعد عن الأرض حوالي 5600 سنة ضوئية، ويسمى هذا القمر «Kepler-1708 b»، ومن الوارد جدا أن يكون هذا القمر أصغر بكثير من المكتشف الأول، ولكنه يبقى أكبر حجما بكثير من حجم أقمارنا في مجموعتنا الشمسية، فالجسم الصغير حينما نتحدث عن الأقمار خارج المجموعة الشمسية يكون بحجم يعادل كوكب نبتون، وأما الحجم الضخم من تلك الأقمار فيعني أنه يساوي ضعفي حكم كوكبنا الأرضي، ويقول «كيبينج»: «ما تم اكتشافه شيء لا يمكن تجاوزه، هناك إشارة مستمرة لوجود قمر خارج المجموعة الشمسية لا يمكننا تغافله».

وغم ما توصل إليه «كيبينج» إلا أنه لا يشكل اتفاقا علميا مع الجميع، ففي ديسمبر الماضي 2023 نشر «رينيه هيلر» من معهد ماكس بلانك لأبحاث النظام الشمسي، بالتعاون مع «مايكل هيبك» من مرصد «سونيبيرج»، وكلاهما من ألمانيا، بحثا يؤكد عدم وجود القمرين خارج المجموعة الشمسية، مستندين إلى عملية إعادة تحليل البيانات والمعطيات، وأوضحا أنهما لم يتوصلا إلى الأدلة ذاتها التي تؤكد وجود القمرين والتي استند إليها كل من «كيبينج» و «تيتشي»، وجاء في بحثهما: «خلاصة بحثنا يرجح كفة أنه لا وجود لجسم ضخم يدور حول كوكب خارج نظامنا الشمسي، سواء كان قمر (Kepler-1625 b I) أو كان قمر (Kepler-1708 b)».

ويرد «كيبينج» على وجود أخطاء في عملية التحليل التي قام بها كل من «هيلر» و»هيبكي»، قائلا: «استخدمنا في تحليلنا مجموعة البيانات التي نشروها بالضبط مرة أخرى، وحتى الآن يمكننا استعادة الإشارات الدالة على وجود القمرين»، وذلك ضمن ردٍ كتبه ردًا على عمل الثنائي في يناير.

بالنسبة لي، لا أشكك أن الخوارزمية الخاصة بهم قد أخطأت بطريقة أو بأخرى، يُظهر ذلك مهما خضنا في البحث وترجعنا مدى صعوبة تأكيد اكتشاف القمر الخارجي باستخدام بيانات تلسكوب كبلر وتلسكوب هابل، وتظل اكتشافات «كيبينج» غير مؤكدة وقابلة للدحض، يقول «تيتشي»: «إنها ليست رميات حاسمة، وفي لعبة الكواكب الخارجية، الناس معتادون حقًا على تسديد الضربات القاضية».

إن تحديد وجود الأقمار بشكل مؤكد يتطلب ملاحظات مستمرة على مدار ساعات عدة ومتواصلة، وبدلاً من ذلك، يمكن أن يكون الاستراتيجية الأفضل هي استكشاف المجالات الأخرى، مثل الكواكب الحرة، المعروفة أيضًا باسم «الكواكب المارقة». وقد تم رصد هذه العوالم بواسطة تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST)، والتي يمكن أن توفر الطاقة اللازمة للحياة المحتملة بسبب حرارتها المتبقية، قد تكون تلك الكواكب المارقة نتيجة طردها من مداراتها حول نجوم شابة، وربما كانت بيئات صالحة للحياة أيضا.

في حال وجود أقمار كبيرة تدور حول هذه الكواكب المارقة، يمكن اكتشافها عن طريق ملاحظات العبور، واستنادا لـ«لميليندا سواريس فورتادو» من جامعة ويسكونسن ماديسون، التي تقول: «يمكن مراقبتها بالطريقة نفسها التي تستخدمها لمراقبة نجم يمر أمام كوكب خارجي، ولكن بدلا من كوكب خارج المجموعة الشمسية، فإنك ترى أقمارًا».

عيون أخرى على الأقمار

سيقوم مرصد ناسا المقرر إطلاقه في عام 2027 بملاحظة ذلك بكل تأكيد، وسوف يستخدم تلسكوب «نانسي غريس» الروماني الفضائي، المعروف باسم «رومان»، لمراقبة أجزاء مختلفة من السماء لفترات طويلة، والهدف الرئيسي هو البحث عن الكواكب المارقة، ومن المتوقع أن يكتشف ما يصل إلى 100000 منها، وقد توقع الباحثون، بما في ذلك «سواريس فورتادو» و «ماري آن ليمباخ» من جامعة ميشيغان وزملاؤهما، في عام 2022 أن يكون التلسكوب حساسًا أيضًا للأقمار الخارجية التي تدور حول الكواكب المارقة في سديم أوريون، وهو السديم الأقرب لتكوين النجوم إلى الأرض، وقد وجد الباحثون أنه من الممكن اكتشاف أكثر من عشرة أقمار خارجية عابرة هناك، إذا كانت موجودة، بحجم قمر المشتري كـ«اليستو» أو «تيتان» التابع لكوكب زحل.

ستوفر مثل هذه الاكتشافات فهمًا أفضل لاحتمالية انتشار الأقمار الخارجية. وفقًا لـ«سواريس فورتادو»: «يمكن إجراء إحصائيات واسعة النطاق». إذا كان عدد الأقمار كبيرًا كما يعتقد، فقد يزيد ذلك من عدد المواقع التي يمكن البحث فيها عن الحياة في المستقبل. وأضافت: «إذا كان هناك الكثير من الأقمار كما نتوقع، فسيكون لدينا نحو 100 موقع إضافي للاهتمام به إلى جانب نظامنا الشمسي». هذا التقدير مبني على حقيقة أن هناك حوالي 100 قمر يتجاوز عددها عدد الكواكب في نظامنا الشمسي بمقدار حوالي 100 مرة.

معظم الكواكب خارج مجموعتنا التي يتطلع فريق عمل مشروع «رومان» لاكتشافها ستكون في مدارات حول النجوم، وسيتم العثور عليها باستخدام تقنية مبتكرة أخرى تُعرف بتقنية «التعديس الميكروي»، وتستهدف هذه التقنية الضوء المنبعث من نجم بعيد عندما يقترب نجم أقرب وأي كواكب مصاحبة قد تكون بينه وبين خط الرؤية.

ومن المفترض أن تكون هذه التنقية قادرة على اكتشاف الأقمار الخارجية أيضًا كما تكتشف الكواكب، «حتى تصل إلى ضعف كتلة القمر، أو كتلة قمر المشتري جانيميد»، كما يؤكد ذلك «سكوت غاودي» قائد فريق تلسكوب «رومان» للكواكب الخارجية. ومن الممكن أيضًا اكتشاف بعض الأقمار المشابهة لأقمارنا الموجودة حول كواكب كتلتها مقاربة لكتلة الكرة الأرضية. ويتابع «غاودي»: «لن نحصل على آلاف الأقمار الخارجية مع تلسكوب (رومان)، ولكننا سنبدأ في اكتشاف مدى شيوع هذه الأشياء».

إن كادر العلماء الذين يبحثون عن الأقمار الخارجية كادرٌ صغير، ربما بسبب صعوبة المهمة وتعقيدها لكنهم مصممون ويحاولون ابتكار طرق جديدة للكشف، وعلى سبيل المثال، يسعى «أندرو فاندربيرج» من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا إلى اكتشاف الأقمار الخارجية بطريقة مغايرة تماما للطرق السابقة، وذلك من خلال رصد التذبذب الطفيف في جاذبية الكوكب بسبب وجود القمر، وسوف تكون التلسكوبات الأرضية الكبيرة القادمة، مثل التلسكوب الكبير جدًا المقرر الانتهاء من بنائه في تشيلي حوالي عام 2028، مناسبا بشكل خاص لهذه التقنية، ويقول «فاندربيرج»: «إذا تمكنا من مراقبة الكواكب نفسها، والحصول على الضوء باستخدام التصوير المباشر، فحينها يمكننا البحث عن الأقمار».

هناك أيضًا عوامل تدعو للتفاؤل في مشروع اكتشاف الأقمار الخارجية، وذلك فيما يتعلق بالتلسكوبات الجديدة المصممة للبحث عن عبور الكواكب خارج المجموعة الشمسية، ولكن هذه المرة بدقة كافية لاكتشاف القمر الخارجي في نظام نجمي.

تقول «آنا هيراس» من وكالة الفضاء الأوروبية في هولندا، وهي عالمة في الوكالة: إن أداة الوكالة الفضائية الأوروبية (ESA) القادمة، والتي من المقرر إطلاقها في عام 2026، قد تكون حساسة للأقمار التي يصل حجمها إلى حجم الكرة الأرضية وقد يذهب مرصد العوالم الصالحة للسكن التابع لناسا، وهو خليفة مقترح لتلسكوب «جيمس ويب» الفضائي الذي يعتزم إطلاقه في أربعينيات القرن الحالي لتصوير الكواكب الشبيهة بالأرض والبحث عن الحياة فيها، إلى أبعد من ذلك -حيث يلتقط الضوء المنعكس من الأقمار الخارجية الصغيرة مثل قمرنا في ضوء تلك الكواكب. يقول «ماري آن ليمباخ»: «إن العوالم الصالحة للسكن أمر لا يصدق على الإطلاق بالنسبة للأقمار الخارجية».

كل تلك المشروعات مثيرة للحماس، ولكن دون توقع نتائج قريبة، لأنها تعني الانتظار لسنوات أو حتى عقود من الزمن للتأكد من وجود أقمار خارج مجموعتنا الشمسية، ومن حسن الحظ أن هناك تلسكوبا قيد الاستخدام بالفعل يمكنه العثور على أقمار صغيرة مثل «يوروبا»، التي يبلغ حجمها حوالي 90% من حجم قمرنا الأرضي. يقول «كيبينج»: «إن تلسكوب جيمس ويب الفضائي هو أول تلسكوب بنته البشرية على الإطلاق ويمكنه العثور على تلك الأقمار».

وعلى نقيض التفاؤل هناك ما يثير الإحباط، ومن ذلك ما تم تقديمه من مقترحات متعددة إلى معهد علوم تلسكوب الفضاء «STScI» في الولايات المتحدة، المعهد الذي يدير تلسكوب جيمس ويب الفضائي، وكانت المقترحات لاستخدام الأداة للبحث عن الأقمار الخارجية، لكن لم يحالفهم الحظ حتى الآن، ويقترح العلماء مراجعة النظراء لاستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي ويقدمون المشورة للمعهد بشأن البرامج التي يجب الموافقة عليها، لكن «فاندربيرج» يقول إن البرامج الموجودة خارج المجموعة الشمسية «يتم إهمالها باستمرار في المراجعات لأنها علوم غير مؤكدة إلى أن يتم الحصول على هذا الكشف الأول المثبت، وهكذا ستسير الأمور».

ولا يعني ذلك استسلام العلماء «صائدي الأقمار»، لذلك ينتظر «كيبينج» وفريقه ومؤيدون له ما إذا كانت مقترحاتهم الأخيرة إلى معهد (STSci) للبحث عن الأقمار الخارجية قد نجحت أم لا، وحينها سيكشفون عن ذلك. وقد حدد فريق «كيبينج» ثلاثة كواكب يمكن أن تكون مواقع رئيسية لهذا البحث، كوكبان من عمالقة الغاز، وكوكب واحد من «الأرض» البعيدة.

يقول «كيبينج»: «إن هذه الأقمار يجب أن تكون حقيقية». إلا أن تلسكوبا وحيدا يمكن أن يكتشف حقيقتها والعثور عليها، فإذا تم إعلان نجاح أحد المقترحات المقدمة لـ «STScI» المديرة لتلسكوب جيمس ويب الفضائي، فإننا بمقدورنا القيام بواحدة من أكثر عمليات البحث تطورا التي خصصت للبحث عن الأقمار الخارجية.

وفريق «كيبينج» على يقين بوجود تلك الأقمار، ويقول زميله «تيتشي»: «لكن ليس من الجيد أن نقول إنهم موجودون هناك بشكل قطعي، على شخص ما أن يذهب للعثور عليها فعلا».

المصدر: لجريدة عمان