นักวิทยาศาสตร์นานาชาติยืนยันการมีอยู่ของดาวเคราะห์ที่อาจเอื้ออาศัยได้ชื่อว่า GJ 887d ซึ่งอยู่ห่างจากโลกเพียง 10 ปีแสงในเขตเอื้ออาศัยได้ของดาวแคระแดง โลกซึ่งมีมวลอย่างน้อยหกเท่าของโลก โคจรรอบดาวฤกษ์ GJ 887 ทุกๆ 50.8 วัน และรับพลังงานประมาณ 80% ของพลังงานที่โลกดูดซับจากดวงอาทิตย์ ข้อมูลที่รวบรวมโดยกล้องโทรทรรศน์ยุโรปที่ติดตั้งในชิลีเผยให้เห็นว่านี่คือดาวเคราะห์ดวงหนึ่งที่อยู่ใกล้ที่สุดซึ่งมีน้ำของเหลวดำรงอยู่ในสภาวะที่เหมาะสม
การวิจัยนำโดยนักดาราศาสตร์ C. Hartogh จากสถาบันดาราศาสตร์ฟิสิกส์และธรณีฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัย Göttingen โดยการมีส่วนร่วมจากมหาวิทยาลัย St Andrews และสถาบันดาราศาสตร์ฟิสิกส์แห่งชาติของอิตาลี ถือเป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญในการค้นหาโลกที่อาจเอื้ออาศัยได้ แม้จะอยู่ใกล้จักรวาล แต่ GJ 887d ก็ยังไม่สามารถเข้าถึงได้สำหรับการเดินทางด้วยมนุษย์ Parker Solar Probe หนึ่งในวัตถุที่เร็วที่สุดที่มนุษยชาติสร้างขึ้น จะใช้เวลาประมาณ 16,000 ถึง 17,000 ปีเพื่อไปถึงดาวเคราะห์ดวงนี้ที่เดินทางด้วยความเร็วประมาณ 692,000 กิโลเมตรต่อชั่วโมง
ระบบดาวที่เต็มไปด้วยความลึกลับ
GJ 887 หรือที่รู้จักในชื่อ Gliese 887 และ Lacaille 9352 เป็นดาวแคระแดงเย็นที่เปล่งแสงส่องสว่างของดวงอาทิตย์เพียงไม่กี่เปอร์เซ็นต์ ลักษณะพิเศษนี้ทำให้เขตเอื้ออาศัยได้ขยับเข้าใกล้ดาวฤกษ์มากขึ้น ทำให้ดาวเคราะห์ในวงโคจรค่อนข้างใกล้สามารถรักษาอุณหภูมิที่พอเหมาะได้ ความสว่างของดาวฤกษ์ที่ต่ำถือเป็นข้อได้เปรียบที่สำคัญสำหรับการสังเกตการณ์ในอนาคต เนื่องจากมีสัญญาณรบกวนและการรบกวนน้อยกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับระบบที่มีดาวฤกษ์มวลมากและส่องสว่างมากกว่า
นอกจาก GJ 887d แล้ว การวิจัยยังยืนยันการมีอยู่ของดาวเคราะห์อีก 3 ดวงในวงโคจรภายในรอบดาวฤกษ์ที่มากกว่านั้นอีก สัญญาณที่ห้าที่อ่อนแอกว่าบ่งชี้ว่าอาจมีดาวเคราะห์ขนาดเล็กอีกดวงหนึ่งอยู่ แม้ว่านักวิจัยจะเน้นว่าผู้สมัครรายล่าสุดนี้จำเป็นต้องมีการสังเกตเพิ่มเติมเพื่อการยืนยันขั้นสุดท้าย ความซับซ้อนของระบบหลายดาวเคราะห์บ่งชี้ว่า GJ 887 เป็นโฮสต์ของสภาพแวดล้อมแบบไดนามิกและมีโครงสร้าง
ระยะโคจรของ GJ 887d ทำให้ดาวเคราะห์ดวงนี้อยู่ห่างจากดาวฤกษ์แม่ประมาณ 32 ล้านกิโลเมตร ถ้าจะให้เข้าใจในบริบท นี่แสดงถึงความใกล้ชิดมากกว่าดาวพุธกับดวงอาทิตย์ของเรามาก แม้จะอยู่ใกล้กับดาวแคระแดง แต่ดาวเคราะห์ก็ได้รับพลังงานแสงอาทิตย์เพียง 80% ที่โลกดูดซับ โดยวางไว้ภายในพารามิเตอร์ของเขตเอื้ออาศัยได้ ซึ่งตามทฤษฎีแล้ว สามารถกักเก็บน้ำของเหลวไว้บนพื้นผิวได้
https://twitter.com/INAF_astro/status/2040075226457752030?ref_src=twsrc%5Etfw
วิธีการทางวิทยาศาสตร์ที่เปิดเผยโลก
นักดาราศาสตร์ใช้วิธีการความเร็วแนวรัศมีเพื่อตรวจจับ GJ 887d ซึ่งเป็นเทคนิคที่ใช้วัดการเคลื่อนที่เล็กๆ น้อยๆ ไปมาของดาวฤกษ์ที่เกิดจากแรงดึงดูดของดาวเคราะห์ที่โคจรอยู่ วิธีนี้ไม่ได้สังเกตดาวเคราะห์โดยตรง แต่ระบุการแกว่งของดาวฤกษ์ที่เผยให้เห็นการมีอยู่ของมัน ข้อมูลถูกรวบรวมโดยใช้สเปกโตรกราฟความแม่นยำสูงสองตัวที่ทำงานที่หอดูดาวยุโรปใต้ในชิลี ได้แก่ HARPS และ ESPRESSO ซึ่งเป็นเครื่องมือที่ได้รับการยอมรับทั่วโลกในด้านความสามารถในการตรวจจับดาวเคราะห์นอกระบบ
ความท้าทายพื้นฐานที่ทีมงานต้องเผชิญคือการแยกแยะสัญญาณที่แท้จริงจากดาวเคราะห์จากเสียงที่เกิดจากจุดดวงดาวของ GJ 887 เอง เพื่อแก้ไขปัญหานี้ นักวิทยาศาสตร์ได้ใช้แบบจำลองทางสถิติขั้นสูงที่เรียกว่ากระบวนการเกาส์เซียน ซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวกรองทางคณิตศาสตร์ที่ซับซ้อนซึ่งสามารถลบการรบกวนของดวงดาวออกจากข้อมูลดิบที่รวบรวมได้ กระบวนการนี้ทำให้สามารถยืนยันได้ว่าสัญญาณ 50.8 วันนั้นสอดคล้องกับดาวเคราะห์ที่กำลังโคจรอยู่จริงๆ ไม่ใช่การแปรผันตามธรรมชาติของดาวฤกษ์
งานยังได้วัดการหมุนของ GJ 887 ในเวลาประมาณ 39 วัน และใช้วงจรนี้เป็นข้อมูลอ้างอิงเพื่อแยกสัญญาณรบกวนของดวงดาวออกจากสัญญาณดาวเคราะห์ของแท้เพิ่มเติม วิธีการนี้แสดงให้เห็นว่าหอสังเกตการณ์ภาคพื้นดินสมัยใหม่ซึ่งมีเครื่องมือวัดความแม่นยำระดับนาโนเมตริก สามารถตรวจจับโลกที่ห่างไกลโดยไม่จำเป็นต้องเดินทางในอวกาศโดยตรงได้อย่างไร การวิเคราะห์ซ้ำของการสังเกตก่อนหน้านี้รวมกับข้อมูลใหม่ได้รวมข้อสรุปที่แนะนำไว้ก่อนหน้านี้และขยายความรู้เกี่ยวกับระบบ
เขตเอื้ออาศัยได้และความไม่แน่นอน
NASA กำหนดเขตเอื้ออาศัยได้คือระยะห่างจากดาวฤกษ์ซึ่งมีน้ำของเหลวอยู่บนพื้นผิวของดาวเคราะห์ที่โคจรอยู่ คำจำกัดความนี้ใช้เป็นตัวกรองที่มีประโยชน์ในการค้นหาโลกที่อาจมีชีวิต แต่ไม่ได้รับประกันการมีอยู่ของมหาสมุทร บรรยากาศที่ยั่งยืน หรือแม้แต่สภาพที่เอื้ออำนวยต่อสิ่งมีชีวิตโดยอัตโนมัติ มันเป็นพารามิเตอร์เริ่มต้นที่เปิดความเป็นไปได้ ไม่ใช่ความแน่นอนที่แน่นอน
ในกรณีเฉพาะของ GJ 887d การประมาณอุณหภูมิของการศึกษาโดยพิจารณาเฉพาะรังสีดาวฤกษ์ที่ไม่มีผลกระทบของบรรยากาศ ระบุค่าที่ต่ำกว่าศูนย์องศาเซลเซียสตามมาตรฐานภาคพื้นดิน อย่างไรก็ตาม บรรยากาศที่มีความหนาแน่นเพียงพอและเหมาะสมอาจทำให้อุณหภูมิเหล่านี้สูงขึ้นจนอยู่ในระดับที่เข้ากันได้กับน้ำของเหลวมากขึ้น ความเสี่ยงแบบย้อนกลับยังมีอยู่: ภาวะเรือนกระจกที่ไม่สามารถควบคุมได้จะเปลี่ยนดาวเคราะห์ให้กลายเป็นนรกหินที่คล้ายกับดาวศุกร์ ซึ่งมีอุณหภูมิอยู่ที่ประมาณ 465 องศาเซลเซียส
ด้วยมวลประมาณหกเท่าของโลก GJ 887d อาจประกอบด้วยหินแข็งที่คล้ายกับดาวเคราะห์ของเรา หรือมีบรรยากาศที่หนาแน่นมากซึ่งอุดมไปด้วยก๊าซ ความไม่แน่นอนเชิงองค์ประกอบนี้ยังคงเป็นหนึ่งในคำถามเปิดหลัก การระบุลักษณะทางธรณีวิทยาและชั้นบรรยากาศของโลกต้องใช้เทคนิคการสังเกตที่ซับซ้อนกว่าซึ่งยังอยู่ระหว่างการพัฒนา
เหตุใดดาวแคระแดงที่เงียบสงบจึงมีความหวัง
ดาวแคระแดงมักก่อให้เกิดเปลวสุริยะที่รุนแรงซึ่งสามารถค่อยๆ กัดเซาะชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์ใกล้เคียง ทำให้พวกมันกลายเป็นสภาพแวดล้อมที่ไม่เป็นมิตรในการดักจับก๊าซและน้ำ ปรากฏการณ์นี้แสดงถึงข้อกังวลหลักประการหนึ่งเมื่อศึกษาโลกที่โคจรรอบดาวฤกษ์เหล่านี้ อย่างไรก็ตาม GJ 887 มีพฤติกรรมที่แตกต่างกันอย่างเห็นได้ชัด รายงานที่ตีพิมพ์ในวารสาร Science ในปี 2020 เน้นย้ำถึงกิจกรรมที่ต่ำมากของ GJ 887 ว่าเป็นปัจจัยเชิงบวกต่อการอนุรักษ์ชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์
ความเสถียรสัมพัทธ์ของดาวฤกษ์ทำให้เกิดสภาวะที่เอื้ออำนวยมากกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับระบบอื่นที่คล้ายคลึงกัน ตัวอย่างเช่น Proxima Centauri b ยังคงเป็นประเด็นถกเถียงทางวิทยาศาสตร์เนื่องจากการปะทุที่รุนแรงของดาวฤกษ์แม่ของมัน ซึ่งอาจส่งผลต่อความสามารถในการอยู่อาศัยของโลกใกล้เคียงได้ GJ 887 นำเสนอสถานการณ์ที่แตกต่างออกไป โดยที่ความสงบของดวงดาวในปัจจุบันไม่เพียงอำนวยความสะดวกในการสังเกตการณ์ระยะไกลเท่านั้น แต่ยังบ่งบอกถึงประวัติศาสตร์ที่ปั่นป่วนน้อยกว่าที่สามารถรักษาชั้นบรรยากาศไว้ได้หลายพันล้านปี แม้ว่าดาวฤกษ์สงบในปัจจุบันไม่ได้พิสูจน์ว่ามันสงบในอดีตอันไกลโพ้น แต่ลักษณะนี้เพิ่มโอกาสที่จะสามารถอยู่อาศัยได้
การสังเกตระยะไกลเป็นเครื่องมือสำรวจ
แม้จะอยู่ห่างออกไปเพียง 11 ปีแสง GJ 887d ก็ยังไม่สามารถเข้าถึงได้อย่างสมบูรณ์สำหรับภารกิจโดยตรงด้วยเทคโนโลยีอวกาศในปัจจุบัน แทนที่จะเดินทาง นักวิทยาศาสตร์ใช้การสำรวจระยะไกล ซึ่งประกอบด้วยการดึงข้อมูลผ่านการวิเคราะห์แสงและรังสีที่เล็ดลอดออกมาจากดาวเคราะห์ การสังเกตเหล่านี้สามารถเปิดเผยการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิตลอดวงโคจร คุณสมบัติของชั้นบรรยากาศ การมีอยู่ของเมฆ และก๊าซเรือนกระจกที่อาจเกิดขึ้น
- วิธีการตรวจจับระยะไกลที่ใช้:
- สเปกโทรสโกปีสำหรับการวิเคราะห์องค์ประกอบบรรยากาศ
- การวัดแสงเพื่อวัดความแปรผันของอุณหภูมิวงโคจร
- การถ่ายภาพโดยตรงโดยใช้อินเทอร์เฟอโรเมทขั้นสูง
- การวิเคราะห์เชิงความร้อนเพื่อประเมินคุณสมบัติของพื้นผิว
- ค้นหาตัวบ่งชี้ทางชีวภาพสเปกตรัมในการสังเกตในอนาคต
ความใกล้ชิดสัมพัทธ์ของ GJ 887d ให้ข้อได้เปรียบในการสังเกตที่สำคัญ ดาวสว่างที่อยู่ใกล้ๆ ช่วยให้หอสังเกตการณ์อวกาศในอนาคตมีโฟตอนที่ใช้งานได้มากขึ้น ซึ่งช่วยปรับปรุงความพยายามในการถ่ายภาพโดยตรงหรือทำการตรวจวัดความร้อนที่แม่นยำได้อย่างมาก หากนักวิทยาศาสตร์สามารถจำกัดความแปรผันของอุณหภูมิและการสะท้อนแสงของพื้นผิวได้ พวกเขาสามารถระบุได้ว่าดาวเคราะห์ดวงนี้เป็นโลกหินที่มีสภาพอากาศอบอุ่นหรือมินิเนปจูนหนาแน่นที่มีบรรยากาศที่ไม่อาจทะลุเข้าไปได้
ก้าวต่อไปในทางดาราศาสตร์
คำถามใหญ่ถัดไปในการสืบสวน GJ 887d นั้นชัดเจนและเป็นพื้นฐาน: ดาวเคราะห์มีชั้นบรรยากาศเป็นอันมากหรือไม่ และหากเป็นเช่นนั้น มันจะสามารถรองรับน้ำของเหลวบนพื้นผิวได้หรือไม่ เนื่องจาก GJ 887d ไม่ได้เคลื่อนผ่านหน้าดาวฤกษ์เมื่อสังเกตจากโลก การทดสอบบรรยากาศทั่วไปหลายอย่างจึงกลายเป็นเรื่องท้าทายทางเทคนิค นี่ไม่ได้หมายความว่าเป็นไปไม่ได้ เพียงแต่ว่าจะต้องพัฒนาและปรับปรุงวิธีการอื่นให้ดีขึ้น
ในอนาคตอันใกล้นี้ หอสังเกตการณ์อวกาศยุคใหม่จะมีความสามารถในการวิเคราะห์ที่ไม่เคยมีมาก่อน กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ที่ปฏิบัติการอยู่แล้วและผู้สืบทอดที่วางแผนไว้จะนำเสนอความละเอียดและความไวที่เพิ่มขึ้นเรื่อยๆ สำหรับการกำหนดลักษณะบรรยากาศของดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะที่อยู่ห่างไกล การค้นพบ GJ 887d ทำให้โลกนี้อยู่ในรายชื่อตัวเลือกที่ดีที่สุดสำหรับการสังเกตการณ์อย่างเข้มข้นเมื่อมีเทคโนโลยีใหม่ๆ
ความสำคัญของ GJ 887d ไม่ได้อยู่ที่การยืนยันการมีอยู่ของโลกที่มีชีวิตอย่างชัดเจน แต่อยู่ที่การสร้างรายชื่อจุดหมายปลายทางที่มีแนวโน้มมากที่สุดสำหรับการสืบสวนทางวิทยาศาสตร์ในอนาคต การรวมกันของความใกล้ชิดของจักรวาล ตำแหน่งของเขตเอื้ออาศัยได้ และดาวแคระแดงที่เงียบสงบผิดปกติ ทำให้ GJ 887d เป็นเป้าหมายที่ยอดเยี่ยม การรวมกันนี้หาได้ยากในจักรวาลที่รู้จัก ทำให้ดาวเคราะห์มีความเกี่ยวข้องเชิงกลยุทธ์โดยเฉพาะในแผนการสังเกตการณ์ในทศวรรษต่อๆ ไป