کاروتک

تکنولوژی و علمی

تلویزیون و سینما

تلویزیون کاروتک

کیهان به‌معنای واقعی کلمه بزرگ است و یکی از شگفتی‌های آن، بدون شک سیارات خورشیدی هستند. با کارو تک در مسیر کشف و شناخت سیارات فراخورشیدی همراه باشید.

سیارات فراخورشیدی سیاراتی فراتر از منظومه شمسی ما هستند؛ به‌زبان ساده، هر سیاره‌ای که بیرون از منظومه شمسی ما باشد، سیاره فرا خورشیدی نامیده می‌شود. در دو دهه گذشته هزاران مورد سیاره فراخورشیدی کشف شده است.

این دنیاها در اندازه‌ها و مدارهای بسیار متنوعی هستند؛ برخی از آنها سیارات غول‌پیکری هستند که نزدیک به ستاره‌های مادر خود جا خوش کرده‌اند و برخی دیگر از جنس یخ یا سنگ هستند. اما چرا سیارات خورشیدی از اهمیت بسیار بالایی برخوردار هستند؟ پاسخ ساده است؛ همان‌طور که می‌دانید، زمین از نظر حیات روز‌به‌روز بیش‌تر دچار مشکل می‌شود و حتی شاید در آینده‌ای نه‌چندان دور، برای سکونت برخی از جانداران مناسب نباشد. در این بین، ناسا و آژانس‌های فضایی دیگر به‌دنبال نوع خاصی از سیاره هستند: سیاره‌ای خورشیدی خارج از منظومه شمسی که اندازه‌ای همانند زمین داشته باشد، به‌ دور ستاره‌ای مانند خورشید بچرخد و از همه مهم‌تر، قابلیت حیات و سکونت داشته باشد.

منطقه قابل سکونت محدوده‌ای از فواصل از یک ستاره است که در آن دمای سیاره اجازه می‌دهد تا اقیانوس‌های آب مایع وجود داشته باشد؛ این موضوع برای وجود حیات ضروری است. اولین تعریف این منطقه بر اساس یک تعادل گرمایی ساده بود؛ اما محاسبات فعلی منطقه قابل سکونت شامل بسیاری از عوامل دیگر از جمله اثرات گلخانه‌ای جو سیاره است. این امر باعث می‌شود که پیدا کردن یک سیاره خورشیدی قابل سکونت سخت‌تر باشد.

ستاره‌شناسان در آگوست 2016 اعلام کردند که ممکن است چنین سیاره‌ای را پیدا کرده باشند که به دور پروکسیما قنطورس می‌چرخد. به گفته محققان، این سیاره خورشیدی، یا بهتر است بگوییم دنیای تازه کشف شده معروف به پروکسیما b، حدود 1.3 برابر جرم زمین است؛  این موضوع نشان‌ می‌دهد که این سیاره فراخورشیدی یک دنیای سنگی است. این سیاره هم‌چنین در منطقه قابل سکونت ستاره قرار دارد و تنها 4.7 میلیون مایل (7.5 میلیون کیلومتر) از ستاره میزبان خود فاصله دارد. هم‌چنین هر 11.2 روز زمینی مدار خود را کامل می‌کند. در نتیجه، این احتمال وجود دارد که سیاره فراخورشیدی از نظر جزر و مدی قفل شده باشد؛ به این معنی که همیشه یک سمت خود را به ستاره میزبان خود نشان می‌دهد، همان‌طور که ماه فقط یک سمت (سمت نزدیک) خود را به زمین نشان می‌دهد.

بیش‌تر سیارات فراخورشیدی توسط تلسکوپ فضایی کپلر کشف شده‌اند؛ رصدخانه‌ای که در سال 2009 کار خود را آغاز کرد و در سال 2018 پس از اتمام سوخت، مأموریت خود را به پایان رساند. تا اواسط مارس 2018، کپلر 2342 سیاره فراخورشیدی تأیید شده را کشف کرده و احتمالاً 2245 سیاره دیگر را شناسایی کرده است. تعداد کل سیاره‌های کشف شده توسط تمامی رصدخانه‌ها 5084 سیاره است. اما خب تقریبا تمام آن‌ها قابلیلت سکونت را ندارند. شما می‌توانید آمار رسمی سیارات خورشیدی کشف شده را از طریق این لینک در وب‌سایت ناسا مشاهده کنید.

اکتشافات اولیه

در حالی که وجود سیارات فراخورشیدی تا دهه 1990 تأیید نشده بود، اما سال‌ها قبل ستاره‌شناسان متقاعد شده بودند که آن‌ها وجود دارند. جیمی متیوز، اخترفیزیکدان دانشگاه بریتیش کلمبیا به اسپیس دات کام گفت:

عقیده ما بر وجود سیارات فراخورشیدی فقط یک فکر واهی نبود؛ بلکه ما به‌دلیل سرعت چرخش خورشید خودمان و ستارگان دیگر تقریبا مطمئن بودیم که سیارات خورشیدی وجود دارند.

متیوز، یکی از چندین دانشمندانی بود که بر تلسکوپ فراخورشیدی MOST (Microvariability and Oscillations of Stars) نظارات می‌کردند و در برخی از اکتشافات اولیه سیارات فراخورشیدی نقش داشته است.

ستاره‌شناسان فکر می‌کنند که سیارات خورشیدی مانند منظومه شمسی پدیده آمده‌اند؛ به بیان ساده، ابری از گاز و غبار در حال چرخش (به نام سحابی پیش‌خورشیدی) تحت نیروی گرانش خود فرو ریخت و خورشید و سیارات منظومه شمسی را تشکیل داد. با فروپاشی ابر، حفظ تکانه زاویه‌ای به این معنی بود که خورشید باید سریع‌تر از هر چیز دیگری بچرخد. اما در حالی که خورشید شامل 99.8 درصد از جرم منظومه شمسی است، سیارات دارای 96 درصد از حرکت زاویه‌ای هستند. در نتیجه برای ستاره‌شناسان این سوال به‌وجود آمد که چرا خورشید این‌قدر آهسته می‌چرخد؟

خورشید جوان (منظور همان خورشید است، اما در زمان‌های ابتدایی تشکیل) یک میدان مغناطیسی بسیار قوی داشت که خطوط نیروی آن به قرص گاز چرخشی می‌رسید و سیارات از آن تشکیل می‌شدند. این خطوط میدانی به ذرات باردار موجود در گاز متصل می‌شوند و مانند لنگر عمل می‌کنند و چرخش خورشید در حال شکل‌گیری را کاهش می‌دهند و گاز را به سمت بالا می‌چرخانند که در نهایت به سیارات تبدیل می‌شود. بیش‌تر ستارگانی مانند خورشید به آرامی می‌چرخند؛ بنابراین ستاره‌شناسان استنباط کردند که همین پدیده باید برای سیارات فراخورشیدی اتفاق افتاده باشد. به‌زبان ساده، سیارات خورشیدی مانند سیارات منظومه شمسی هستند که در مکان دیگری از دنیا، به دور خورشید یا ستاره خود می‌چرخند؛ درست مانند زمین که به دور ستاره خود یا همان خورشید می‌چرخد.

به‌همین دلیل، ستاره‌شناسان ابتدا جستجوی خود را برای سیارات فراخورشیدی به ستارگانی شبیه به خورشید محدود کردند؛ اما دو کشف اول در اطراف یک تپ اختر (جسد یک ستاره بعد از ابرنواختر) به نام PSR 1257+12 در سال 1992 بودند. اولین کشف تأیید شده جهانی که به دور یک ستاره شبیه به خورشید می‌چرخید، در سال 1995، 51 پگاسی b بود؛ سیاره‌ای به جرم مشتری که 20 برابر نزدیک‌تر از زمین به ستاره خود نزدیک بود. در واقع، پیدا کردن این سیاره فراخورشیدی، یک اتفاق عجیب اما خوشحال‌کننده بود. اما در واقع، اتفاق عجیب اصلی هفت سال قبل از آن رخ داده بود.

یک تیم کانادایی در سال 1988 سیاره‌ای به اندازه مشتری را در اطراف گاما قیفاووس (یک ستاره است که در صورت فلکی قیفاووس قرار دارد) کشف کردند. اما از آن‌جایی که مدار آن بسیار کوچک‌تر از مدار مشتری بود، دانشمندان این سیاره را به‌عنوان یک سیاره فراخورشیدی قطعی رد کردند. متیوز گفت:

اگر بخواهم صادق باشم، ما اصلا انتظار چنین سیاره‌هایی را نداشتیم. این سیاره با سیاره‌های موجود در منظومه شمسی تفاوت بسیاری داشت و در برابر آن بسیار محتاط بودیم.

بسیاری از اولین اکتشافات سیارات فراخورشیدی غول‌های گازی عظیمی به اندازه مشتری (یا حتی بزرگ‌تر) بودند که نزدیک به ستاره‌های مادرشان می چرخیدند. دلیل کشف هم‌چین سیاراتی این بود که ستاره‌شناسان بر تکنیک سرعت شعاعی تکیه می‌کردند؛ این تکنیک بر پایه اندازه‌گیری میزان لرزش یک ستاره هنگام چرخش سیاره یا سیارات به دور ستاره مادر است. این سیارات بزرگ نزدیک به هم تأثیر بزرگی بر ستاره مادر خود ایجاد می‌کنند و باعث می‌شوند که تشخیص آن‌ها آسان‌تر شود.

قبل از عصر اکتشافات سیارات فراخورشیدی، ابزارها فقط می‌توانستند حرکات ستاره‌ها را تا یک کیلومتر در ثانیه اندازه‌گیری کنند که برای تشخیص لرزش ناشی از یک سیاره بسیار نادقیق بود. اما اکنون برخی از ابزارها می‌توانند سرعت های کم‌تر از یک سانتی متر در ثانیه را اندازه‌گیری کنند. در و.اقع، تا حدودی به‌دلیل ابزار‌های دقیق بهتر و پیشرفت تکنولوژی، کشف سیارات خورشیدی به مراتب ساده‌تر شده است.

کپلر، TESS و رصدخانه‌های دیگر

کپلر در سال 2009 در یک مأموریت برای رصد منطقه‌ای در صورت فلکی ماکیان به فضا پرتاب شد. انجام این مأموریت دو برابر مأموریت اول آن، یعنی 4 سال زمان برد. سپس ناسا کپلر را در مأموریت جدیدی به‌نام K2 قرار داد؛ در این مأموریت کپلر از فشار باد خورشیدی برای حفظ موقعیت در فضا استفاده می‌کرد. رصدخانه نیز به‌صورت دوره‌ای میدان دید خود را تغییر می‌داد تا از تابش خیره کننده خورشید جلوگیری کند. سرعت اکتشاف سیارات خورشیدی جدید توسط کپلر پس از مأموریت K2 کاهش یافت؛ اما هنوز صدها سیاره فراخورشیدی با استفاده از روش‌های جدید یافت می‌شوند. آخرین اطلاعات منتشر شده آن، در فوریه 2018، حاوی 95 سیاره جدید بود.

کپلر علاوه بر غول‌های گازی و سیارات زمینی، به تعریف یک طبقه کاملاً جدید به نام «ابر زمین‌ها» کمک کرده است: سیاراتی که به اندازه زمین و نپتون هستند. برخی از آن‌ها در نواحی قابل سکونت ستارگان خود هستند، اما اختر زیست‌شناسان بسیاری از آن‌ها را بررسی کرده‌اند و تقریبا اکثر آن‌ها برای حیات مناسب نیستند. مشاهدات کپلر نشان داد که ابر زمین ها در کیهان فراوان هستند. اما غیر از اکتشافات کپلر، یک معمای بزرگ در منظومه شمسی، وجود یک سیاره‌ ابر زمین در آن است. در ظاهر به‌نظر نمی رسد که منظومه شمسی ما دارای چنین سیاره‌ای باشد، اما برخی معتقدند سیاره بزرگی به‌نام «سیاره 9» ممکن است در قسمت‌های بیرونی منظومه شمسی کمین کرده باشد.

روش اصلی کپلر برای جستجوی سیارات، روش «گذر» است. کپلر نور یک ستاره را زیر نظر می‌گیرد. اگر نور در فواصل منظم و قابل پیش‌بینی کاهش یابد، نشان‌دهنده این است که سیاره در حال عبور از روی یک ستاره مادر است. در سال 2014، اخترشناسان کپلر (از جمله جیسون رو، شاگرد سابق متیوز) از روش جدیدی با عنوان «تأیید از طریق چندگانگی» رونمایی کردند که سرعت تبدیل سیارات احتمالی توسط ستاره‌شناسان را به سیارات تأیید شده افزایش داد. این تکنیک مبتنی بر پایداری مداری است: بسیاری از گذرهای یک ستاره که با دوره‌های کوتاه اتفاق می‌افتند، فقط می‌توانند به دلیل سیاراتی در مدارهای کوچک باشند. بنابراین با استفاده از این روش این امکان وجود داشت که ستاره‌های مادری که سیارات خورشیدی دور آن‌ها می‌چرخیدند را شناسایی کرد.

زمانی که کپلر مأموریت خود را به پایان رساند، رصدخانه جدیدی به نام ماهواره بررسی سیاره فراخورشیدی (TESS) 18 آوریل 2018 به فضا پرتاب شد. TESS هر 13.7 روز یک‌بار به دور زمین می‌چرخد و طی دو سال یک بررسی کامل بر روی تمام آسمان انجام خواهد داد. طبق آخرین گزارش‌ها، TESS تاکنون توانسته است 249 سیاره را کشف کند. انتظار می‌رود در آینده‌ای نزدیک تعداد سیارات بسیار بیش‌تری توسط TESS و دیگر رصد‌خانه‌ها کشف شوند.

پی‌نوشت

پروکسیما قنطورس: اگر خورشید را در نظر نگیریم، نزدیک‌ترین ستاره به زمین پروکسیما قنطورس است. این ستاره کوتوله‌ی سرخ در فاصله 4.28 سال نوری زمین قرار دارد و در صورت فلکی قنطورس قرار دارد.

ابرنواختر: ابرنواختر بزرگ‌ترین انفجاری است که بشر می‌تواند ببیند و زمانی رخ می‌دهد که یک ستاره در حال مرگ باشد. این انفجار با به‌شدت درخشان و قدرت‌مند است.