نصف قطر الأرض

أربعة شهود على عبور واحد. في 10 نوفمبر 2017، حلّقت أربعة أقمار صناعية تابعة لبعثة MMS عبر حدٍّ غير مرئي في الرياح الشمسية، حيث تعيد خطوط المجال المغناطيسي ترتيب نفسها وتطلق الطاقة. تُعرف هذه الظاهرة باسم إعادة الاتصال المغناطيسي، وتحدث في طبقة رقيقة يُقدَّر سُمكها عادةً من بيانات قمر واحد.

النباض PSR J0614-3329 يدور 318 دورة في الثانية. نقطة على خط استوائه تتحرك بسرعة تعادل 10% من سرعة الضوء تقريباً. من الخارج، يبدو النجم كمنارة تدور بسرعة كبيرة لدرجة أن شعاعها يندمج في حلقة متصلة. لكن تلسكوب NICER على محطة الفضاء الدولية يلتقط ومضات فردية من الأشعة السينية، ومن خلال نمطها يعيد بناء شكل الجسم غير المرئي.

ألبوم العائلة لهذا الثنائي النجمي ظل يُحدَّث على مدى 45 سنة، لكن الصور كانت ضبابية والتعليقات متناقضة. الآن، أخرج علماء الفلك الصور القديمة، والتقطوا لقطات جديدة واضحة، وأعادوا ترتيب الجميع في أماكنهم الصحيحة. غاما قيفاوس نجم لامع يُرى بالعين المجردة، وله رفيق غير مرئي يدور حوله كل 70 سنة. تبيّن أن الرفيق نجم خفيف كتلته 0.396 من كتلة الشمس، وليس كوكبًا ثقيلًا كما كان يُعتقد سابقًا.

في المطبخ المظلم للسحابة الجزيئية في الثور، على بعد 450 سنة ضوئية منا، تُحضَّر عشرات الأنظمة الكوكبية. كل نجم فتِي هو طاهٍ، وقرصه الكوكبي الأولي هو طاولة مكدسة بالدقيق-الغبار والبخار-الغاز. حتى الآن، رأى علماء الفلك فقط "الأطباق" الجاهزة — الكواكب المكتملة. الآن، ولأول مرة، تمكنوا من النظر إلى المخزن نفسه.

الأشعة الكونية ليست إشعاعًا كهرومغناطيسيًا، بل هي تيار من الجسيمات المشحونة، معظمها بروتونات ونوى ذرية، تقصف الأرض من كل اتجاه بطاقات تتراوح بين المتواضعة والهائلة بشكل خيالي. عندما يطير مثل هذا الجسيم نحونا، ويعترض طريقه القمر أو الشمس، فإنه يُمتص بواسطة الجرم السماوي. وخلفه ينشأ «ظل» — منطقة لا تصل إليها الجسيمات، وتسجل الكواشف فيها إشارات أقل.

حافة الكشاف. بمجرد إزالة الضوء المبهر للنجم المركزي، يظهر مسرح الظل. كورونوغراف جيمس ويب، مثل ستارة كثيفة، حجب نجم تي دبليو هايدري – وعلى مسرح طوله 120 وحدة فلكية (أربعة أضعاف المسافة إلى نبتون) لعب قرصه التنامي دوره.

عندما يمر كوكب بعيد أمام نجمه، فإنه يحجب جزءًا من الضوء لفترة وجيزة. يسمي علماء الفلك هذا العبور ويحكمون من عمق الانخفاض على حجم الكوكب. لكن للضوء خاصية: الأجسام الضخمة تعمل كعدسات. حتى الكوكب العملاق قادر على انحناء أشعة النجم قليلًا — فيصبح الانخفاض أقل عمقًا مما كان متوقعًا.

كشّاف ضوئي يسلط شعاعه مباشرة على عينيك، وعلى بُعد خطوتين منه تومض يراعة صغيرة. هكذا تقريبًا تبدو مطاردة كوكب شبيه بالأرض حول نجم مجاور: الكوكب أبهت من نجمه بمئة مليون إلى عشرة مليارات مرة، وعلى السماء يكادان يندمجان في نقطة واحدة. ضوء النجم يطغى على الانعكاس الباهت للكوكب، تاركًا التلسكوبات التقليدية عاجزة. اقترحت مجموعة من الباحثين تجاوز هذه العقبة عبر قياس كمومي تكيّفي.

ظل علم الزلازل لما يقرب من قرن من الزمن بمثابة الأشعة السينية الرئيسية للكوكب، تتلمس باطنه عبر الموجات المرنة. لكن النيوترينوات - وهي جسيمات شبحية تنبأ بها فولفغانغ باولي - تقدم منظوراً مختلفاً.

النجوم النيوترونية هي الوتر الأخير في تطور النجوم الضخمة. تولد في كارثة المستعر الأعظم، فتضغط كتلة تعادل كتلة الشمس في كرة بحجم مدينة أرضية.

في فهارس الكواكب الخارجية تراكمت عوالم كثيرة بأحجام بين الأرض ونبتون. وتُقسم إلى مجموعتين: الأرض العملاقة الصخرية وعمالقة النبتون الصغرى الغازية. لا توجد مثل هذه الكواكب في نظامنا الشمسي، ويختلف العلماء حول مصدرها. نظر مؤلفو الدراسة إلى "جواز سفر" كل كوكب — مداره. فوجدوا علاقة واضحة لدى عمالقة النبتون الصغرى: كلما كانت السنة أقصر (فترة الدوران)، زاد استطالة المدار.

يعرف سكان بيرث أنه عندما تصبح حرارة النهار لا تطاق، يأتي الخلاص من المحيط — نَسيم عليل يُدعى بمودة 'فريو دكتور'. هذا الريح نفسه، ولكن على نطاق عالمي، يتحكم بمصير الرُسل الكونية التي تقتحم الغلاف الجوي. سقوط النيزك هو عرض من فصلين. أولاً، يرسم الأثر الناري للمذنب أو للكويكب خطاً في السماء على شكل شهاب، ثم تبدأ مرحلة هادئة شبه خفية — الطيران المظلم.

بين الكتل الجليدية التي تندفع في الفضاء الفارغ، هناك مسافرون مميزون — المذنبات البينجمية. وُلدت هذه المذنبات حول نجوم بعيدة، ثم وجدت طريقها بالصدفة إلى منطقتنا. أحدها، 3I/ATLAS، وقع في مرمى التلسكوبات عندما اقترب من الشمس. بدأت مواده — الغازات المتجمدة والغبار الحراري — تتسامى، تاركةً خلفها ذيلًا مضيئًا.

على حافة النظام الشمسي، حيث تكون الشمس بالكاد أكثر سطوعًا من النجوم الأخرى، تدور كتل جليدية — أجرام عابرة لنبتون. مداراتها تشبه أطواقًا نثرها شخص ما. لكن تأمل عن كثب: اثنا عشر من هذه الأطواق لا تتأرجح في الفراغ فحسب. بل اصطفت في مستوى واحد تقريبًا، وكأن راقصًا خفيًا أدارها في رقصة دائرية واحدة. هذه الرقصة ليست مصادفة.

شعاعان من الضوء يركضان في حلقة مغلقة باتجاهين متعاكسين. وفقًا لمسلمة ثبات سرعة الضوء، فهي دائمًا ثابتة في الفراغ لأي مراقب. عندما تدور الحلقة، يضطر أحد الشعاعين إلى ملاحقة هدف متحرك — فيطول مساره، بينما يطير الآخر نحو المستقبل، مما يقصر المسافة.

على أطراف النظام الشمسي، بعيدًا وراء نبتون، تدور مئات الكتل الجليدية. بعضها يتحرك وكأن قوة خفية قد اصطفت مداراتها مثل إبر البوصلة. قبل عشر سنوات، قاد هذا علماء الفلك إلى فكرة: هناك كوكب ضخم يختبئ هناك، تبلغ كتلته عشرة أضعاف كتلة الأرض. لكن الحسابات القديمة كانت تعاني من ضعف: التلسكوبات لا تنظر إلى السماء بالتساوي.

قمة دوّارة أُطلقت في انعدام الجاذبية لا تدور فقط حول محورها، بل تتمايل أيضًا كأنها مخمورة. هكذا يتصرف الكويكب أبوفيس: فهو لا يدور باستقامة، بل يتقلب في الفضاء. في 13 أبريل 2029، سيندفع هذا المسافر السماوي على مسافة حوالي 38,000 كيلومتر من الأرض — أقرب من الأقمار الصناعية للاتصالات. جاذبية كوكبنا ستهزه مثل هبة ريح قوية تهز دوارة الهواء، وستجبره على الدوران بطريقة جديدة.

غرفة مظلمة، يطفو الغبار في الهواء. يومض مصباح ساطع — فتتوهج ذرات الغبار كاشفةً عن أماكنها. طبق علماء الفلك أسلوبًا مشابهًا على مجرتنا. كان المصباح هو توهجات أشعة غاما — أقوى الانفجارات في المجرات البعيدة — بينما كانت ذرات الغبار هي سحب الغبار بين النجوم. تمر أشعة إكس المنبعثة من التوهج عبر هذه السحب، وينحرف جزء من الإشعاع جانبًا، فنرى حلقة مضيئة.

وجّه علماء الفلك تلسكوب JWST نحو كوكب قرب النجم إبسيلون إندي — كرة غازية عملاقة تشبه المشتري، تبعد عنا 12 سنة ضوئية فقط. في الصور الحرارية، كان الكوكب يتوهج كالفانوس. لكن رُصِدت بجانبه نقطة خافتة — كاليراعة. أظهرت الحسابات أن نموذج الجسمين يفسّر الصورة بشكل أفضل من نموذج الجسم الواحد. مع أن الأرجح أنه انعكاس في العدسة — كوهم المصباح.

في الليل، يبدو مصباح بعيد ثابتًا، لكن إذا اقتربت منه وتأملته جيدًا، ستلاحظ أنه يتمايل قليلًا مع الريح. هكذا تقريبًا يبحث علماء الفلك عن كواكب حول نجوم أخرى: يقيسون كيف تزيح النجوم انزياحًا طفيفًا بفعل جاذبية أقمارها غير المرئية. في الدراسة الجديدة، أخذ العلماء 176 نجمًا عُثر حولها بالفعل على أقراص غبارية — وهي بقايا مواد البناء التي قد تتشكل منها الكواكب. غالبًا ما توحي هذه الأقراص بوجود أجسام كبيرة تمهد طريقها.

كل 1151 عامًا، تجد سبعة كواكب في النظام الشمسي — من عطارد إلى نبتون — نفسها في نفس النقاط تقريبًا في مداراتها. لا يتجاوز تباين مواقعها درجة واحدة، وكأن آلية سماوية تُضبط على نفس النغمة. اكتُشف هذا الإيقاع بمقارنة مواقع الكواكب على مدى 2600 عام باستخدام جداول دقيقة لحركة الأجرام السماوية. 1151 عامًا هي المدة التي يعود فيها كوكب الزهرة إلى مكانه السابق في السماء.

السماء الليلية مليئة بالمنارات التي تومض وفق جدول زمني. النجوم النابضة (pulsars) هي نجوم نيوترونية سريعة الدوران، وتصل نبضاتها الراديوية بدقة الساعة. لكن هناك منارات أخرى: تظل صامتة لدقائق أو ساعات، ثم تُطلق فجأة نبضة واحدة، ثم تعود إلى الصمت. تُعرف هذه الأجسام بالراديوهات العابرة الدوارة (rotating radio transients)، وكانت تُعتبر حتى وقت قريب ظاهرة نادرة وغريبة.

النجم الصغير LHS 3844 يرتجف. يهزّه رفيق غير مرئي — كوكب صخري يدور حوله في 11 ساعة. الكوكب يجذب النجم إليه، والنجم يستجيب بتمايل بالكاد يُلحظ. التقاط هذا التمايل يشبه ملاحظة رافع أثقال وزنه قنطار يخطو خطوة للأمام عندما تهبط ذبابة على كفه. للإحساس بهذا الارتعاش، استخدم علماء الفلك أداة جديدة اسمها CRIRES+ على التلسكوب الكبير جدًا في تشيلي.

يقيس التلسكوب الفضائي Gaia مواقع النجوم بدقة تصل إلى مايكروثانية قوسية — وكأننا من الأرض نرى عملة معدنية على القمر. في عام 2022، لاحظ أن النجم الساطع HD 12800 يتمايل قليلًا، وكأن قمرًا غير مرئي يجذبه. افترض علماء الفلك أن كوكبًا يدور حول النجم. لكن التمايل قد يكون خادعًا. فالنجم نفسه يهتز بسبب عمليات داخلية، والأجهزة أحيانًا تخطئ.

سبع ساعات — هذه هي مدة العام على كوكب TOI-4552b. إنه يندفع حول نجمه أسرع من بعض الأقمار حول الأرض. النجم هو قزم أحمر خافت، أصغر من الشمس بأربع مرات، لكن الكوكب ملتصق به لدرجة أنه يتلقى حرارة أكبر بمئات المرات مما نتلقاه نحن. فريق من علماء الفلك تحقق من اكتشاف تلسكوب TESS الفضائي باستخدام عشرة تلسكوبات أرضية.

كل 3.97 يوم، يخفت قرص النجم TOI-1080 قليلًا. يستمر الظل عدة ساعات، إذ يعبر الكوكب أمام النجم، مثل ذبابة أمام مصباح. تلتقط تلسكوبات TESS الفضائية هذه "الكسوفات"، وهي تراقب آلاف النجوم في وقت واحد. TOI-1080 b هو عالم بحجم الأرض، لكنه بلا أيام مألوفة لدينا: فالعام هناك أقصر من أربعة أيام أرضية. النجم TOI-1080 هو قزم أحمر هادئ وخافت.

تحت طبقة رقيقة من الغبار الكوني الأحمر على المريخ، يختبئ الجليد المائي. وقد أكد وجوده المسبار فينيكس، الذي كشف التربة في المنطقة القطبية، والأجهزة المدارية التي تستشعر باطن الكوكب باستخدام الرادار والتحليل الطيفي النيوتروني. لكن بقي لغزًا لماذا يُكتشف الجليد دائمًا على عمق بضعة سنتيمترات وليس على السطح مباشرة.

في كل ثانية، تصطدم بالغلاف الجوي للأرض جسيمات غير مرئية قادمة من الفضاء — وهي الأشعة الكونية. وعند اصطدامها بجزيئات الهواء، تولّد زخات من الجسيمات الثانوية، ومن بينها الميونات بكثرة. الميون — قريب ثقيل للإلكترون — يعيش بضع ميكروثوانٍ فقط، لكنه ينجح في الوصول إلى الأرض. في مرصد GRAPES-3 جنوب الهند، يوجد تلسكوب ضخم بمساحة 560 مترًا مربعًا يعدّ هذه الميونات على مدار الساعة.

تليسكوب «كيبلر» ويليام بوروكي التقط الوميض الخافت لنجوم بعيدة واكتشف آلاف الكواكب حول شموس أخرى. ومن بينها توجد فجوة واسعة: تكاد لا توجد عوالم بأحجام بين الكرات الصخرية والعمالقة المائية الرخوة. وقد فُسر "وادي الأقطار" هذا بنموذج جديد: تنقسم الكواكب في الأصل إلى صخرية ومائية.

إذا سكبت حفنة من الخرز الملون على الأرض، فستستقر بشكل مختلف: بعضها يتجمع في أكوام، وبعضها يتناثر في الزوايا. تقريبًا هكذا تتوزع المجرات ذات الألوان المختلفة في الكون — الزرقاء والخضراء والحمراء. قرر العلماء قياس مدى "تكتل" توزيعها باستخدام رقم يُسمى البعد الكسوري. يُظهر هذا الرقم مدى كثافة امتلاء الأجسام للفضاء: فالسطح الأملس له بعد 2، والسطح المجعد أقل قليلًا، والنقاط المتناثرة أقل من ذلك.

خنفساء الأيل بحجم الظفر تقف على الأرض باسطة أرجلها أعرض من طولها. أما الفيل الذي يبلغ ارتفاعه غرفة، فيرتفع فوق الأرض كالبرج. لماذا؟ كلاهما يمشي على الأرض نفسها، لكنهما يريانها بشكل مختلف. فبالنسبة للخنفساء، كل حصاة هي صخرة ضخمة، أما بالنسبة للفيل فهي حبة رمل. تتوزع وعورة الأرض مثل الخط الساحلي: كلما اقتربت أكثر، زادت التفاصيل.

نجم HD 137010 أصبح أخفت قليلًا لمدة عشر ساعات — مثل مصباح هبطت عليه ذرة غبار. التلسكوب K2 رصد هذا في عام 2017، وخلال فترة الرصد كلها حدث ذلك مرة واحدة فقط. أدرك علماء الفلك: كوكب مر أمام النجم. هذه الطريقة للبحث عن العوالم تسمى طريقة العبور. عندما يعبر الكوكب قرص النجم، يخفت النجم مؤقتًا. كلما كان الكوكب أكبر، كان الانخفاض أوضح.

على بعد 350 سنة ضوئية منا، تدور أربعة كواكب حول النجم V1298 Tau. إنها أكبر من الأرض بـ5–10 مرات، لكنها أخف مما تبدو عليه. تسع سنوات من المراقبة الدقيقة لحركتها مكنت العلماء من فهم مكوناتها وتاريخها. الكواكب مصطفة في سلسلة: نسب مداراتها إلى بعضها هي تقريبًا 3:2، 2:1، 3:1.

الفحم العادي إذا تُرك تحت أشعة الشمس الحارقة، فإنه يسخن فقط. لكن إذا نُقل إلى الفضاء وقُرِّب من الشمس إلى مسافة أقل بعشرين مرة من بعدها عن الأرض، فلن يصمد أكثر من بضع دقائق. هذا تقريبًا ما تفعله الكويكبات الداكنة الغنية بالكربون. فهي نادرًا ما تُعثر عليها في مدارات تغوص عميقًا داخل مدار عطارد.

يدور كوكبان جديدان حول نجمين أحمرين خافتين. أحدهما بحجم الأرض تقريبًا، والآخر أكبر بثلاث مرات ونصف. كلاهما يقع في المنطقة التي يسميها علماء الفلك "المنطقة الدافئة": حيث لا يحرق ضوء النجم سطح الكوكب، لكنه لا يتركه أيضًا في برد أبدي. النجمان المضيفان هما قزمان أحمران، وهما أكثر النجوم شيوعًا في المجرة. إنهما أبرد وأصغر من الشمس، لذا يمكن أن تكون كواكبهما دافئة حتى لو كانت قريبة جدًا.

نادراً ما تدور النجوم الشبيهة بالشمس منفردة. العديد منها ترقص مع رفاق خفيين - الأقزام البنية، وهي أجرام أكبر من الكواكب لكنها أخف من أن تشتعل كنجوم بشكل مستقر. في أعماقها، يشتعل الهيدروجين لفترة وجيزة ثم ينطفئ قبل أن يصل إلى استقرار الشمس. ومع ذلك، في مدارات ذات دورة أقل من خمس سنوات، كانت هذه الأزواج تعتبر شبه مستحيلة.

جدول الحافلات يميل إلى الانحراف: إن لم تتحقق منه في الوقت المناسب، فأنت معرّض لتفويت الرحلة. الكواكب التي تدور حول نجوم أخرى تواجه المشكلة نفسها — لحظات مرورها أمام قرص النجم تتحول تدريجيًا. مشروع ExoClock جمع 30,000 رصد، أُجريت من سطح الأرض ومن الفضاء، لتدقيق جدول عبور 620 كوكبًا خارجيًا — كواكب خارج النظام الشمسي.

فقط بمروره أمام نجم بعيد — وهو حدث يُسمى الاحتجاب — كشف تشيرون سره. عندما سقط ظل هذا الجسم البالغ قطره 200 كيلومتر على التلسكوبات، «رمش» النجم ثلاث مرات: ضوءه حُجب للحظات بثلاث حلقات جليدية ضيقة. هكذا ظهر نظام الحلقات لجسم يُصنف ضمن القنطورات — وهي هجائن بين مذنبات وكويكبات تدور بين مداري المشتري ونبتون.

في أغسطس 2024، نظر إكليلوجراف MIRI على تلسكوب جيمس ويب إلى ألفا قنطورس A، أقرب نجم شبيه بالشمس إلى شمسنا. على مسافة 1.5 ثانية قوسية من النجم، ومض مصدر نقطي S1. تدفق 3.5 ملي يانصيف، تباين 5.5×10⁻⁵. أربع إلى ست سيجما. ومضت المنارة في الضباب. لكن في فبراير وأبريل 2025، لم يعد المصدر. عاد الإكليلوجراف إلى النجم مرتين، ورأى في المرتين فراغًا فقط.

التلسكوب الراديوي RATAN-600 هو حلقة من مئات الألواح الألومنيومية على منحدر جبل في قراتشاي-تشيركيسيا. في ربيع عام 2018، التقطت مرآته موجات راديوية من ستة عشر قزمًا أحمر — نجوم صغيرة وخافتة ولكنها طويلة العمر جدًا. لكل منها كواكب مشابهة للأرض في الحجم وتقع في "منطقة الحياة": ليست حارة جدًا ولا باردة جدًا، حيث يمكن أن تبقى المياه سائلة.