በረዶ የለበሰችው "ዳግማዊት ምድር"? የHD 137010 b ሚስጥር እና የሳይንሱ ድንቅ ግኝት

በቅርቡ የሥነ-ፈለክ ዓለምን ያነጋገረ አንድ ግኝት ተሰምቷል። በአሌክሳንደር ቬነር እና በዶ/ር ቼልሲ ሁዋንግ የሚመራ፣ ከደቡብ ኩዊንስላንድ ዩኒቨርሲቲ (University of Southern Queensland) የተውጣጣ ዓለም አቀፍ የተመራማሪዎች ቡድን፣ ከምድር 146 የብርሃን ዓመታት ርቀት ላይ በምትገኝ ኮከብ ዙሪያ የምትዞር፣ "ምድርን የምትመስል" ነገር ግን በበረዶ የተሸፈነች "ቀዝቃዛ ምድር" (Cold Earth) ልትሆን የምትችል እጩ ፈለክ አግኝተዋል። ይህች ፈለክ HD 137010 b የሚል ስያሜ ተሰጥቷታል።

ነገር ግን ይህ ግኝት "ሌላ መኖሪያ ተገኘ" ወይም "የምድር እህት ተገኘች" ከሚለው የተለመደ እና የተጋነነ ትረካ ወጣ ያለ ነው። እውነታው ከዚህ የተለየ ነው። ሳይንቲስቶቹ ይህችን ፈለክ እንዴት አገኟት? ከአንድ የትራንዚት ምልከታ ብቻ ተነስተው ድንጋያማ መሆኗን እና በምህዋሯ ለመዞር ምን ያህል ግዜ እንደሚፈጅባት እንዴት አወቁ? ወደ ዝርዝር ሳይንሱ እና እውነታው እንግባ።

HD 137010 (ኮከቧ) ከፀሐይ ጋር ያላት ንፃሬ፦

ይህች አዲስ ፈለክ የምትዞራት ኮከብ ስሟ HD 137010 ይባላል። ይህቺን ኮከብ ከእኛ ፀሐይ ጋር ማወዳደር ስለ ፈለኳ ያለንን እውቀት ለመረዳት ወሳኝ ነው።

በሥነ-ፈለክ ጥናት፣ ኮከቦች እንደ ሙቀታቸው እና መጠናቸው በፊደል ይከፋፈላሉ።

• የእኛ ፀሐይ (G-type Star): ቢጫ ቀለም ያላት፣ በጣም ሞቃታማ እና መካከለኛ እድሜ ላይ የምትገኝ ኮከብ ናት።
• HD 137010 (K-type Star): ይህች ኮከብ "ኬ-ድዋርፍ" ትባላለች። ከእኛ ፀሐይ በመጠኑ ያነሰች፣ ቀለሟ ወደ ብርቱካናማ የሚያደላ እና ደብዘዝ ያለ ብርሃን ያላት ናት።

ከማርስ የምትቀዘቅዝ ዓለም

ከእኛ ፀሐይ ጋር ሲነፃፀር፣ የዚህች ኮከብ ብሩህነት እና ሙቀት በጣም ያነሰ ነው። እንደውም መጠኗ (Radius) የፀሐይን 71%፣ መጠነ ቁሷ (Mass) 73% እንዲሁም አጠቃላይ ብሩህነቷ (Luminosity) የፀሐይን 23% ብቻ ነው የሚሆነው። አዲሷ ፈለክ (HD 137010 b) ለኮከቧ ያላት ርቀት፣ ምድር ለፀሐይ ካላት ርቀት ጋር ተቀራራቢ (ማለትም 0.88 አስትሮኖሚካል ዩኒት፣ ይህም ከመሬት ርቀት በትንሹ ያነሰ) ቢሆንም፣ ኮከቧ ደካማ ስለሆነች ፈለኳ የምታገኘው ሙቀት በጣም አነስተኛ ነው።

ምድር ከፀሐይ ከምታገኘው ሙቀት ውስጥ ይህች ፈለክ የምታገኘው አንድ ሦስተኛውን (1/3) ብቻ ነው። በዚህም ምክንያት የፈለኳ አማካይ የሙቀት መጠን ከ -68°C እስከ -85°C እንደሚሆን ይገመታል። ይህ ደግሞ በምድራችን ካለው ቀዝቃዛው ቦታ የከፋ እና ከማርስ (Mars) እንኳን የበለጠ ቀዝቃዛ ያደርጋታል።

ማሳሰቢያ፦ ይህ የሙቀት መጠን ስሌት የተወሰደው ፈለኳ ምንም አይነት አየር ንብረት (Atmosphere) እንደሌላት ታሳቢ በማድረግ ነው። ነገር ግን ፈለኳ አየር ንብረት ካላት፣ ሙቀትን አምቃ በመያዝ (Greenhouse effect) ሁኔታው ከዚህ የተሻለ እና ሞቃታማ ሊሆን እንደሚችል ይጠበቃል። አሁን ባለው ሁኔታ ስለዚህ ጉዳይ በእርግጠኝነት የምናውቀው መረጃ የለም።

ፈጣን የቁጥሮች ንፅፅር

1. ኮከቦቹ : ፀሐይ ከ HD 137010 ሲነፃጸሩ

• አይነት: G-type (ቢጫ) ፀሐይ vs K-type (ብርቱካናማ) HD 137010
• መጠን (Radius): 695,700 ኪ.ሜ (ፀሐይ) vs ~494,400 ኪ.ሜ (HD 137010) (በ71% ከፀሐይ ታንሳለች)
• መጠነ ቁስ (Mass): 1.989 × 10³⁰ ኪ.ግ (ፀሐይ) vs ~1.45 × 10³⁰ ኪ.ግ (HD 137010)
• ሙቀት (Surface Temp): ~5,500°C (ፀሐይ) vs ~4,200°C (HD 137010)

ምስል 1፡ የፀሐይ (በግራ) እና የHD 137010 (በቀኝ) መጠን ንፅፅር። HD 137010 ከፀሐይ በ29% ታንሳለች፣ ቀለሟም ወደ ብርቱካናማ ያደላል።

2. ፈለኮቹ (The Planets): ምድር vs HD 137010 b

• ሙቀት: መካከለኛ vs ቀዝቃዛ
• መጠን (Radius): 6,371 ኪ.ሜ (ምድር) vs ~6,753 ኪ.ሜ (HD 137010 b)
• መጠነ ቁስ (Mass): 5.97 × 10²⁴ ኪ.ግ (ምድር) vs (አልታወቀም፣ ግን ድንጋያማ ናት) (HD 137010)
• የሙቀት መጠን: +15°C (የምድር አማካይ) vs -85°C (የHD 137010 b ግምት)
• ምህዋር (Orbital Period): 365 ቀናት (ምድር) vs 355 ቀናት (HD 137010 b)

ምስል 2፡ የምድር (በግራ) እና የHD 137010 b (በቀኝ) መጠን ንፅፅር። ፈለኳ በበረዶ የተሸፈነች እንደሆነች ይታሰባል።

የህይወት ቀጠና (Habitable Zone) እና ስሌቱ

አንዲት ፈለክ ህይወት ሊኖራት ይችላል ተብሎ የሚታሰበው በ"ህይወት ቀጠና" ወይም "Goldilocks Zone" ውስጥ ስትገኝ ነው። ይህ ቀጠና ፈሳሽ ውሃ በፈለኳ ላይ ሊኖር የሚችልበትን ትክክለኛ ርቀት ይወክላል።

• እንዴት ይሰላል? የህይወት ቀጠና የሚሰላው በዋናነት የኮከቡን ብሩህነት (Luminosity) መሰረት በማድረግ ነው። ኮከቡ ብሩህ እና ሞቃት ከሆነ ቀጠናው ይርቃል፤ ኮከቡ ደካማ ከሆነ ደግሞ ቀጠናው ወደ ኮከቡ ይጠጋል።
• የHD 137010 የህይወት ቀጠና፦ ይህ ኮከብ ከፀሐይ በብሩህነት ስለሚያንስ፣ የህይወት ቀጠናው ክልል የሚገኘው ከ 0.51 እስከ 0.73 AU (አስትሮኖሚካል ዩኒት) ባለው ርቀት ውስጥ ነው።
• የፈለኳ ቦታ፦ HD 137010 b በኮከቡ የህይወት ቀጠና ጠርዝ (Edge of the habitable zone) ላይ እንደምትሽከረከር ይታመናል። ይህም ለህይወት ምቹ የመሆን እድሏን ክፍት ያደርገዋል።

ምስል 3፡ የHD 137010 ስርዓት ከላይ ሲታይ። አረንጓዴው ቀለበት የህይወት ቀጠናውን (Habitable Zone) ይወክላል። ፕላኔቷ HD 137010 b (ነጯ ነጥብ) ከዚህ ቀጠና ውጭ ወይም ጠርዝ ላይ ስለምትገኝ ቀዝቃዛ እና በረዶማ የመሆን እድሏ ሰፊ ነው።

ሳይንሱ፡ እንዴት ሊያገኟት ቻሉ? (Detection Method)

ተመራማሪዎቹ ይህንን ግኝት ያረጋገጡት ትራንዚት ፎቶሜትሪ (Transit Photometry) የተሰኘውን ዘዴ በመጠቀም ነው። ይህ ቡድን በናሳ (NASA) ስራውን ለጨረሰው ለኬፕለር (Kepler) ቴሌስኮፕ ተሰብስቦ የነበረውን ዳታ (K2 Mission data) በጥልቀት በመመርመር ነው ይህንን ውጤት ያገኘው።

ትራንዚት ሜተድ እንዴት ይሰራል?

አንዲት ፈለክ በኮከቧ ፊት ለፊት ስታልፍ (Transit ስታደርግ)፣ ከኮከቧ የሚመጣውን ብርሃን በትንሹ ትጋርደዋለች። ተመራማሪዎቹ የኮከቧን ብርሃን መጠን በቋሚነት ሲከታተሉ፣ ብርሃኑ ለተወሰነ ጊዜ ቀንሶ ከተመለሰ፣ "አንድ አካል ከፊቷ እያለፈ ነው" ብለው ይደመድማሉ።

በዚህች ፈለክ ጉዳይ፣ የብርሃን መቀነሱ (Transit depth) በጣም ትንሽ ወይም 0.0225% ብቻ ነው። ይህ ማለት ፈለኳ የኮከቧን ብርሃን የጋረደችው ኢምንት በሆነ መጠን ነው። ይህንን ለማወቅ እጅግ በጣም ከፍተኛ ጥራት ያለው የቴሌስኮፕ መረጃ (High photometric precision) ያስፈልጋል።

የመረጃ ጥራት (Signal-to-Noise Ratio)

ምንም እንኳን ምልክቱ በጣም ትንሽ እና አንድ ጊዜ ብቻ የታየ ቢሆንም፣ የመረጃው ጥራት (Signal-to-Noise Ratio) 30 ነው። በሳይንሱ ዓለም ይህ ቁጥር በጣም ከፍተኛ እና አስተማማኝ ነው። ይህም ማለት ምልክቱ የውሸት ወይም የሌላ ኮከብ ጣልቃ ገብነት (Noise) ሳይሆን፣ የእውነት የአንዲት ፈለክ ምልክት የመሆን እድሉ እጅግ ከፍተኛ ነው።

ከአንድ "እይታ" ብቻ ድንጋያማ መሆኗን እንዴት አወቁ?

ተመራማሪዎቹ የፈለኳን ባህሪ ለመገመት የብርሃን እገዳውን መጠን ተጠቅመዋል።

መጠኑን በማስላት

ፈለኳ በኮከቧ ፊት ስታልፍ የጋረደችው የብርሃን መጠን፣ የፈለኳን ስፋት እንድናውቅ ይረዳናል። የዚህች ፈለክ መጠን ከምድር መጠን በትንሹ ነው የሚበልጠው።

• የሳይንሱ ህግ: በሥነ-ፈለክ ጥናት ውስጥ አንድ ህግ አለ። አንዲት ፈለክ መጠኗ ከምድር መጠን 1.6 እጥፍ በታች ከሆነ፣ ያች ፈለክ ጋዛማ (እንደ ጁፒተር) ሳትሆን ድንጋያማ የመሆን እድሏ እጅግ ሰፊ ነው። HD 137010 b መጠኗ በዚህ ክልል ውስጥ ስለሆነ፣ እንደ መሬት ጠንካራ የድንጋይ ገጽታ እንዳላት ሳይንቲስቶቹ በከፍተኛ ደረጃ ይገምታሉ።

የ"አንድ ጊዜ" እይታ ፈተና እና የዓመት ስሌት

በተለምዶ አንዲትን ፈለክ "ፈለክ ናት" ብሎ ለማረጋገጥ፣ ፈለኳ ኮከቧን ቢያንስ ሶስት ጊዜ ስትዞር መታየት አለባት። ይህም ፈለኳ ምን ያህል ጊዜ ፈጅታ ኮከቧን እንደምትዞር (Orbital Period) ለማስላት ይረዳል። ነገር ግን ተመራማሪዎቹ ይህችን ፈለክ ያዩት አንድ ጊዜ ብቻ (Single Transit) ነው። ታዲያ ዑደቷ 355 ቀናት (አንድ ዓመት ገደማ) እንደሆነ እንዴት አወቁ?

የሳይንሳዊ ስሌት ዘዴው፡ ተመራማሪዎቹ የሚከተሉትን መረጃዎች አቀናጅተው ውስብስብ የሂሳብ ስሌት ሰሩ፦

1. ፈለኳ ኮከቧን ለማቋረጥ የፈጀባትን ጊዜ (10 ሰዓታት)።
2. የኮከቧን እፍጋት (Stellar Density)።

በዚህ ስሌት መሰረት፣ ፈለኳ ኮከቧን ለመዞር የምትፈጀው ጊዜ ልክ እንደ እኛ ምድር 355 ቀናት አካባቢ እንደሆነ ገምተዋል። ይህ "Single Transit Detection" ለምድር ሚዛን (Earth-sized) ፈለኮች ሲሰራ የመጀመሪያው ነው።

ስለ አየር ንብረት እና ውሃ፡ በረዶ ወይስ ፈሳሽ?

አሁን ባለው ቴክኖሎጂ፣ የዚችኛዋን ፈለክ አየር ንብረት በቀጥታ አላየንም። ተመራማሪዎቹ የኮምፒውተር ሞዴሊንግ በመጠቀም የተለያዩ አማራጮችን አስቀምጠዋል።

• Snowball Earth (የበረዶ ኳስ): ባለው ቅዝቃዜ (-68°C እስከ -85°C) ምክንያት ፈለኳ ሙሉ ለሙሉ በረዶ የተሸፈነች ልትሆን ትችላለች።
• የግሪንሃውስ ተስፋ: ቀደም ሲል እንደተጠቀሰው፣ ፈለኳ ወፍራም የሆነ የካርቦን ዳይኦክሳይድ (CO2) አየር ንብረት ካላት፣ ሙቀቱን አምቃ በመያዝ (Greenhouse effect) በረዶውን ወደ ፈሳሽነት ልትቀይረው ትችላለች። ተመራማሪዎቹ ፈሳሽ ውሃ ሊኖራት የሚችልበት 40% እስከ 51% ዕድል እንዳለ ጠቁመዋል።

ይህንን ለማረጋገጥ በቀጣይ በጄምስ ዌብ የመሳሰሉ ቴሌስኮፖች የብርሃን ስፔክትረም ጥናት ያስፈልጋል።

እንቆቅልሹ፡ ለምን ድጋሚ ለማየት ረጅም ጊዜ መጠበቅ አስፈለገ?

ይህ ለየት ያለ ጥያቄ ነው። አብዛኛዎቹ እስካሁን የተገኙት ፈለኮች ኮከባቸውን ለመዞር የሚፈጅባቸው ጊዜ አጭር (ቀናት ወይም ሳምንታት) ነው። ስለዚህ በዓመት ውስጥ ብዙ ጊዜ ሲያልፉ ማየት ይቻላል። ለዚችኛዋ ፈለክ ግን ጉዳዩ የተለየ ነው፦

1. የምድር አቻ ምህዋር (Earth-like Orbit): ይህች ፈለክ ኮከቡን አንድ ጊዜ ዞራ ለመጨረስ 355 ቀናት ይፈጅባታል። ስለዚህ ልክ እንደ መሬት፣ በኮከቡ ፊት ለፊት የምታልፈው በዓመት አንድ ጊዜ ብቻ ነው።
2. የጥበቃው ግዴታ: ተመራማሪዎቹ ይህችን ፈለክ ያዩት አንድ ጊዜ ብቻ ነው። ፈለኳ ተሽከርክራ ተመልሳ እስክትመጣ ድረስ የግድ ያንን ሙሉ ዓመት መጠበቅ አለባቸው። አቋራጭ መንገድ የለም።
3. የጊዜ መስኮቱ: ፈለኳ ተመልሳ ስትመጣ ኮከቡን የሚጋርደው ለ 10 ሰዓታት ብቻ ነው። ሳተላይቶቹ (TESS ወይም CHEOPS) ልክ ከአንድ ዓመት በኋላ፣ በዚህች ጠባብ የሰዓት ክልል ውስጥ ካሜራቸውን አስተካክለው መጠበቅ አለባቸው። ይህን ካመለጡ፣ እንደገና ሌላ ዓመት መጠበቅ ግድ ይላል።

ማጠቃለያ

በአሁኑ ሰዓት HD 137010 b እንደ "ዕጩ ፈለክ" ነው የተመዘገበችው። ምንም እንኳን እንደ ምድር "ለምለም" የመሆን እድሏ ጠባብ ቢሆንም፣ በሳይንሱ ዓለም ትልቅ ድል ነው። ለዚህ ደግሞ ሁለት ዋና ምክንያቶች እንዳሉ የጥናት ቡድኑ አባል የሆኑት ዶ/ር ቼልሲ ሁዋንግ (Dr. Chelsea Huang) ያስረዳሉ፡-

1. በአራት እጥፍ መቅረቧ፦ ይህች ፈለክ የምትገኘው 146 የብርሃን ዓመታት ርቀት ላይ ነው። ይህ ለእኛ በጣም ሩቅ ቢመስልም፣ ተመሳሳይ ባህሪ ካላቸው (ማለትም ፀሐይን የመሰለ ኮከብ ከሚዞሩ) ሌሎች "የምድር አቻ" ፈለኮች ጋር ሲነፃፀር፣ ይህች ፈለክ በአራት እጥፍ (4x) ወደ እኛ የቀረበች ናት። ይህም ለወደፊት ጥናት ተመራጭ ያደርጋታል።
2. የወደፊቱ ተስፋ፦ የፈለኳን አየር ንብረት እና እውነተኛ ማንነት ለማወቅ የወደፊቱን ቴክኖሎጂ መጠበቅ አለብን። ዶ/ር ሁዋንግ እንደሚሉት፣ በሚቀጥሉት አስርት ዓመታት ወደ ህዋ የሚላኩት እንደ Habitable Worlds Observatory እና የአውሮፓው LIFE mission የመሳሰሉ ቀጣይ ትውልድ ቴሌስኮፖች፣ ይህችን ፈለክ በቀጥታ ፎቶ የማንሳት እና የአየር ንብረቷን የመመርመር አቅም ይኖራቸዋል። ያኔ እውነትም በረዶ የለበሰች ዓለም ናት ወይስ ሌላ ታሪክ አላት የሚለው ይረጋገጣል።

እስከዚያው ድረስ ግን፣ HD 137010 b አጽናፈ ሰማይ እኛ ከምናውቀው ውጭ ምን ያህል የተለያዩ ዓለማትን እንደያዘ ምስክር ሆና ትቆያለች።