Uhandisi wa Macho Unaohitajika ili Kupiga Picha Chemchemi ya Dunia

Marekani - Shirika la Habari la Ekhbary

Uhandisi wa Macho wa Usahihi: Ufunguo wa Kupiga Picha Chemchemi ya Dunia

Kadiri jitihada za binadamu za kuelewa nafasi yetu katika anga zinavyoendelea kuongezeka, Habitable Worlds Observatory (HWO) inayokuja inasimama kama ishara ya ugunduzi wa baadaye. Wakati mradi huu wenye shauku unahamia kutoka dhana za kinadharia hadi uhalisi wenye mwili, vikundi mbalimbali vya kazi vinatambua na kubuni kwa uangalifu vipengele muhimu ambavyo vitaunda darubini hii ya exoplanet ya kizazi kijacho. Karatasi ya hivi karibuni, iliyoandikwa na watafiti kutoka Kituo cha Goddard cha Anga cha NASA, inatoa mwanga muhimu juu ya kipengele cha msingi cha muundo wa HWO: mahitaji maalum ya uhandisi wa macho yanayohitajika ili kupata picha za kina za sayari zinazoweza kufanana na Dunia, mara nyingi huitwa "chemchemi za Dunia".

Utafiti huu, unaojengwa juu ya masomo ya awali kuhusu dhamira ya HWO, unazingatia uwezo wa darubini wa kutofautisha kati ya gesi muhimu za anga: kaboni dioksidi (CO2), methani (CH4), na mvuke wa maji (H2O) kwenye ulimwengu wa mbali. Ili kufikia uwezo huu wa uchambuzi wa usahihi, watafiti wametambua bendi maalum ya urefu wa wimbi ambayo wahandisi wanapaswa kuunda usikivu wa kifaa. Uwezo wa kupima kwa usahihi gesi hizi ni muhimu katika kutafuta ishara za kibaolojia zinazowezekana – ishara dhahiri za maisha.

Picha za infrared (Infrared imaging) zinachukuliwa sana kama "kombe la dhahabu" katika uchunguzi wa exoplanet. Nyingi za ishara za kibaolojia zinazowezekana zaidi, kama vile gesi fulani za anga, huacha alama tofauti za spektrografu ndani ya wigo wa infrared. Hata hivyo, uwezo huu huja na athari kubwa: ili mfumo uweze kukamata wigo mpana wa urefu wa mawimbi ya infrared, mfumo wa kupiga picha lazima upozwe kwa joto la chini sana. Upole huu uliokithiri ni muhimu ili kuondoa kelele yoyote inayosababishwa na joto la kifaa lenyewe, ambalo vinginevyo lingeweza kuzidi ishara dhaifu zinazotoka kwa sayari za mbali.

Teleskopu ya Anga ya James Webb (JWST), darubini nyingine maarufu ya infrared, inashughulikia tatizo hili kwa mfumo tata na wa gharama kubwa wa kupoeza kriojeni. Ingawa ni bora, mfumo huu ulikuwa mchangiaji mkuu kwa ucheleweshaji mkubwa wa uzinduzi wa JWST na kuzidi bajeti. Waumbaji wa HWO wanataka kuepuka hatima sawa, hivyo wanachagua kukwepa kabisa hitaji la kifaa tata cha kupoeza kriojeni.

Hata hivyo, chaguo hili la muundo huleta changamoto zake, hasa suala la kuingiliana kwa wigo (spectral overlap). Methani na kaboni dioksidi ni mbili kati ya ishara za kibaolojia zinazotafutwa zaidi, na uwepo wao wa pamoja ni muhimu sana. Kaboni dioksidi, kwa kuvutia, ni kiashirio muhimu wakati inapopatikana kwa viwango vya chini. Ni nyingi katika ulimwengu "wafu" kama Mars na Venus, lakini Duniani, sehemu kubwa yake hufichwa na bahari zetu na mfumo wetu wa ikolojia. Kwa hivyo, kugundua sayari ya miamba katika mfumo mwingine wa jua na kiwango cha chini cha CO2 kitakuwa ugunduzi mkubwa.

Methani, kinyume chake, ni muhimu inapopatikana kwa wingi. Inaharibiwa kwa urahisi katika angahewa na michakato ya kemikali-mwanga, ambayo inamaanisha kwa kawaida haidumu kwa muda mrefu katika anga za exoplanet isipokuwa kuna chanzo kinachoendelea cha kuijaza tena. Duniani, maisha ni chanzo kikuu cha methani, ingawa michakato isiyo ya kibiolojia pia inaweza kuizalisha. Muhimu, ili methani kuwa ishara yenye nguvu ya kibiolojia, chanzo chake lazima kiendelee. Vyanzo vingi visivyo vya kibiolojia huisha kwa muda mrefu wa kijiolojia, na kufanya methani inayoendelea kuwa kiashirio chenye nguvu cha shughuli za kibiolojia zinazowezekana.

"Ushahidi wa uhakika" wa maisha unajitokeza wakati gesi zote mbili zinagunduliwa pamoja – ulimwengu wenye CO2 na methani nyingi, lakini bila oksijeni muhimu. Katika hali kama hiyo, uwezekano wa viumbe hai kuzalisha gesi hizi ni juu. Hata hivyo, kuona methani na kaboni dioksidi kwa wakati mmoja katika anga ya exoplanet huleta kikwazo kikubwa kwa darubini nyingi kwa sababu ya maingiliano ya ishara zao za wigo.

Kulingana na karatasi ya utafiti, viwango vya juu vya methani huathiri vibaya ugunduzi wa kaboni dioksidi kwa kiasi kikubwa zaidi kuliko hata viwango vya juu vya mvuke wa maji. Ishara za wigo wa methani "hujaza" maeneo ambapo kaboni dioksidi vinginevyo ingeonekana wazi. Ili kuonyesha jambo hili, watafiti walitumia mfumo wa takwimu unaojulikana kama Bayesian Analysis for Remote Biosignature Identification of exoEarths (BARBIE). Mfumo huu uliwafanya waweze kuiga ishara za wigo za hatua mbalimbali za mageuzi ya Dunia na Venus, wakitoa data ya uzoefu kwa uchambuzi wao. Utafiti huu maalum umepewa jina la BARBIE IV, ukifuatia karatasi tatu za awali zilizochambua vikwazo tofauti katika usikivu wa wigo wa HWO.

Labda matokeo muhimu zaidi ya uchambuzi huu ni kuanzisha kikomo cha juu cha ugunduzi kwa sensor ya infrared ya HWO. Kikomo hiki kimeundwa ili kuepuka hitaji la mfumo mkuu wa kupoeza huku bado kuruhusu utofautishaji wa kutosha kati ya kaboni dioksidi na methani, bila kuhitaji muda mrefu wa uchunguzi. "Eneo bora" kwa upana wa wimbi umebainishwa kuwa mikromita 1.52 (µm), na dirisha la upana wa wimbi la 20%, ikitoa kikomo cha juu kwa safu ya uendeshaji ya darubini kwa 1.68 µm.

Kufafanua mahitaji ya wazi ni sharti la lazima kwa juhudi zozote kuu za kisayansi, na kikomo hiki cha urefu wa wimbi kilichoanzishwa kinawakilisha hatua muhimu mbele kwa mradi wa HWO. Kwa kuondoa hitaji la mfumo tata wa kupoeza kriojeni, uhandisi wa darubini utakuwa rahisi zaidi. Unyenyekevu huu utaruhusu mtazamo wa kiufundi kuhamishiwa kwenye macho ya kisasa na teknolojia ya koronaografu ambayo ni muhimu ili kuhakikisha kwamba ajabu hii ya uvumbuzi inaweza "kuona" kwa ufanisi malengo yake. Wakati HWO hatimaye itazinduliwa, kwa matumaini katika miaka ya 2030, mafanikio yake katika kutambua exoplanets zinazoweza kuishi zitakuwa, kwa kiasi kikubwa, zinatokana na karatasi hizi za msingi za utafiti ambazo zinafafanua kwa uangalifu uwezo wake wa kifaa.

Shirika la Habari la Ekhbary