گاما رو نصب کن!

{{ number }}
اعلان ها
اعلان جدیدی وجود ندارد!
کاربر جدید

جستجو

پربازدیدها: #{{ tag.title }}

میتونی لایو بذاری!

فراخورشیدی: سیاره‌ای خارج از سامانه خورشیدی

بروزرسانی شده در: 11:17 1404/09/26 مشاهده: 4     دسته بندی: کپسول آموزشی

فراخورشیدی ها: سیاره‌های همسایه دوردست

سفری به اعماق فضا برای کشف دنیاهای ناشناخته در مدار ستاره‌های دیگر.
خلاصه: سیاره‌های فراخورشیدی1، دنیاهایی هستند که به دور ستاره‌هایی غیر از خورشید ما می‌چرخند. تاکنون هزاران سیاره از این نوع کشف شده‌اند که اندازه‌ها، دماها و ساختارهای گوناگونی دارند. در این مقاله با روش‌های جالب کشف آن‌ها مانند گذر2 و سرعت شعاعی3 آشنا می‌شویم و انواع اصلی آن‌ها مانند غول‌های گازی4 و سیاره‌های سنگی5 را بررسی می‌کنیم. هدف، جست‌وجو برای یافتن سیاره‌هایی شبیه زمین و پاسخ به این پرسش که: آیا ما در کیهان تنها هستیم؟

فراخورشیدی چیست و چگونه آن را پیدا می‌کنیم؟

فرض کنید در یک شهر بزرگ زندگی می‌کنید. خورشید و سیاره‌های سامانه‌ی خورشیدی ما، مثل خانواده‌ی شما در یک خانه هستند. سیاره‌های فراخورشیدی، همسایه‌هایی هستند که در خانه‌های دیگر (به دور ستاره‌های دیگر) زندگی می‌کنند. مشکل اینجاست که این ستاره‌ها آن‌قدر دور هستند که حتی با قوی‌ترین تلسکوپ‌ها هم نمی‌توانیم مستقیماً عکس واضحی از بیشتر این سیاره‌ها بگیریم. پس اخترشناسان6 مثل یک کارآگاه، از روش‌های غیرمستقیم و هوشمندانه‌ای استفاده می‌کنند.

نام روش اصل کار (مثال ساده) چه چیزهایی را نشان می‌دهد؟
روش گذر (Transit) مثل وقتی که یک مگس از جلوی چراغ مطالعه رد می‌شود و نور آن برای لحظه‌ای کم‌فروغ می‌شود. سیاره با عبور از جلوی ستاره‌ی مادر، مقدار کمی از نور آن را مسدود می‌کند. اندازه‌ی سیاره، مدت زمان چرخش آن به دور ستاره و گاهی جو7 آن.
روش سرعت شعاعی (Radial Velocity) مانند دو اسکیت‌بازی که دست‌های هم را گرفته‌اند و می‌چرخند. گرانش سیاره باعث می‌شود ستاره‌ی مادر هم کمی به آرامی «تلو‌تلو» بخورد. این حرکت، رنگ نور ستاره را کمی تغییر می‌دهد. حداقل جرم سیاره و مدت زمان چرخش آن.
مستقیم (Direct Imaging) مانند این است که بخواهید در نور چراغ‌های یک ورزشگاه شبانه، یک کرم‌چاله را که نزدیک چراغ پروژکتور است، ببینید. بسیار سخت است! عکس واقعی از سیاره (برای سیاره‌های بسیار بزرگ و داغ و دور از ستاره).
یک محاسبه‌ی کوچک: اگر یک سیاره به اندازه‌ی مشتری از جلوی یک ستاره به اندازه‌ی خورشید عبور کند، نور ستاره فقط حدود 1% کاهش می‌یابد. اندازه‌گیری این تغییر کوچک، کار تلسکوپ‌های فوق‌حساسی مانند کپلر یا تس8 است. می‌توانیم بگوییم: $ \frac{\Delta L}{L} \approx \left( \frac{R_p}{R_*} \right)^2 $ که در آن $R_p$ شعاع سیاره و $R_*$ شعاع ستاره است.

باغ وحش شگفت‌انگیز انواع سیاره‌های فراخورشیدی

سیاره‌های کشف شده آن‌قدر متنوع هستند که گاهی تصور آن‌ها سخت است. بیایید آن‌ها را با سیاره‌های آشنا در سامانه‌ی خودمان مقایسه کنیم.

غول‌های گازی داغ (Hot Jupiters): مثل مشتری هستند اما بسیار به ستاره‌ی خود نزدیک‌اند. آن‌قدر نزدیک که دمای سطح آن‌ها به صدها درجه سانتی‌گراد می‌رسد! تصور کنید مشتری آن‌قدر به خورشید نزدیک شود که یک دور چرخش آن به جای 12 سال، فقط چند روز طول بکشد.

سیاره‌های سنگی (زمین‌سان): مانند زمین، مریخ، ناهید و عطارد. جنس آن‌ها از سنگ و فلز است. جست‌وجو برای یافتن سیاره‌ای با اندازه و دمای مشابه زمین که در "منطقه‌ی حیات"9 ستاره‌اش قرار دارد، مهم‌ترین هدف اخترشناسان است. منطقه‌ی حیات مانند فاصله‌ی مناسب از آتش است: نه آن‌قدر نزدیک که آب تبخیر شود، نه آن‌قدر دور که یخ بزند.

ابرزمین‌ها (Super-Earths): این دسته، بین زمین و نپتون هستند. جرم آن‌ها از زمین بیشتر است اما لزوماً شبیه زمین نیستند. ممکن است جهان‌های اقیانوسی عظیم یا سیاره‌های کاملاً سنگی باشند.

رصدخانه‌های فضایی و مأموریت‌های شکارچی سیاره

بسیاری از این کشفیات، مدیون مأموریت‌های فضایی هستند. چرا تلسکوپ‌های فضایی؟ چون جو زمین مانند یک شیشه‌ی کدر، دید را مختل می‌کند. تلسکوپ فضایی کپلر (پرتاب در سال 2009) مانند یک دوربین نگهبان، برای سال‌ها به یک نقطه از آسمان خیره شد تا کاهش نور ستاره‌ها را ثبت کند و هزاران سیاره را کشف کرد. تلسکوپ فضایی تس (پرتاب در سال 2018) هم‌اکنون در حال بررسی کل آسمان است تا سیاره‌های اطراف درخشان‌ترین ستاره‌های نزدیک به ما را پیدا کند. در آینده، تلسکوپ‌های قدرتمندتری مانند جیمز وب10 می‌توانند با بررسی نور عبوری از جو فراخورشیدی‌ها، به دنبال نشانه‌هایی از گازهایی مانند اکسیژن، متان یا بخار آب — که می‌توانند نشانه‌ی حیات باشند — بگردند.

آزمایش فکری: طراحی یک سامانه‌ی ستاره‌ای

بیایید برای درک بهتر، یک مدل ساده بسازیم. یک لامپ را به عنوان ستاره در مرکز یک میز قرار دهید. حالا چند گوی با اندازه‌های مختلف (یک تیله، یک توپ پینگ‌پنگ، یک توپ فوتبال) را به عنوان سیاره بردارید. اگر آن‌ها را خیلی نزدیک به لامپ قرار دهید (منطقه‌ی داغ)، توپ پینگ‌پنگ (یک غول گازی) بسیار داغ خواهد شد. اگر تیله (سیاره‌ی سنگی) را در فاصله‌ای مناسب قرار دهید که گرمای مطبوعی حس کند، آن منطقه، "منطقه‌ی حیات" است. حالا سعی کنید در این فاصله، فقط با نگاه کردن به تغییرات نور لامپ (بدون دیدن خود گوی‌ها)، وجود تیله را تشخیص دهید! این همان چالش اخترشناسان است.

اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم

پرسش: آیا می‌توانیم به یک سیاره‌ی فراخورشیدی سفر کنیم؟
پاسخ: با فناوری فعلی، خیر. نزدیک‌ترین ستاره به خورشید ما، پروکسیما قنطورس است که حدود 4.2 سال نوری با ما فاصله دارد. یعنی حتی اگر با سریع‌ترین فضاپیمای ساخت بشر (پروب پارکر) با سرعت حدود 700,000 کیلومتر بر ساعت برویم، رسیدن به آن بیش از 6,000 سال طول می‌کشد! پس فعلاً کشف این دنیاها فقط با تلسکوپ و از راه دور ممکن است.
پرسش: آیا همه‌ی ستاره‌ها سیاره دارند؟
پاسخ: خیر، اما بسیار رایج هستند. مشاهدات نشان می‌دهد که احتمالاً اکثر ستاره‌ها حداقل یک سیاره دارند. اما تعداد، نوع و فاصله‌ی آن‌ها با هم فرق می‌کند. ستاره‌های دوتایی (دو ستاره که به دور هم می‌چرخند) هم می‌توانند سیاره داشته باشند که به آن‌ها سیاره‌های «تاتوین» (با الهام از فیلم جنگ ستارگان) می‌گویند.
پرسش: آیا کشف یک فراخورشیدی جدید به معنای کشف حیات فرازمینی است؟
پاسخ: قطعاً خیر. تاکنون هیچ مدرک مستقیمی از حیات در هیچ سیاره‌ی فراخورشیدی یافت نشده است. ابتدا باید سیاره‌ای با شرایط مناسب (دما، آب مایع، جو مناسب) پیدا کنیم و سپس با ابزارهای پیشرفته به دنبال «امضای زیستی»11، یعنی ترکیبات شیمیایی در جو که تنها توسط فرآیندهای زیستی تولید می‌شوند، بگردیم. این کار بسیار پیچیده و نیازمند دقت بالا است.
جمع‌بندی: کشف هزاران سیاره‌ی فراخورشیدی به ما نشان داده که سامانه‌ی خورشیدی ما یک نمونه‌ی منحصربه‌فرد نیست، بلکه بخش کوچکی از تنوع عظیم جهان است. این کشف مانند این است که فکر می‌کردید فقط یک نوع درخت در جهان وجود دارد (سامانه‌ی شمسی)، اما ناگهان وارد یک جنگل بارانی استوایی شده‌اید و با انواع و اقسام درختان، گیاهان و جانوران روبرو شده‌اید. مطالعه‌ی این دنیاهای دوردست، نه تنها به درک ما از چگونگی شکل‌گیری سیاره‌ها کمک می‌کند، بلکه در نهایت به بزرگ‌ترین پرسش بشر پاسخ خواهد داد: آیا حیات، پدیده‌ای نادر و منحصر به زمین است؟

پاورقی

1 فراخورشیدی (Exoplanet یا Extrasolar Planet): سیاره‌ای که در خارج از سامانه‌ی خورشیدی ما به دور یک ستاره می‌چرخد.

2 گذر (Transit): هنگامی که از دید ناظر زمینی، سیاره از مقابل قرص ستاره‌ی مادر خود عبور می‌کند و باعث کاهش جزئی در نور آن می‌شود.

3 سرعت شعاعی (Radial Velocity): روشی برای کشف سیارات با اندازه‌گیری تغییرات سرعت ستاره در خط دید ناظر، که ناشی از کشش گرانشی سیاره‌ی همراه است.

4 غول گازی (Gas Giant): سیاره‌ای عظیم که عمدتاً از گازهای هیدروژن و هلیوم تشکیل شده است، مانند مشتری و زحل در سامانه‌ی ما.

5 سیاره‌ی سنگی یا زمین‌سان (Terrestrial Planet): سیاره‌ای با سطح سخت و سنگی، مانند زمین، مریخ، ناهید و عطارد.

6 اخترشناس (Astronomer): دانشمندی که به مطالعه اجرام آسمانی مانند ستارگان، سیارات و کهکشان‌ها می‌پردازد.

7 جو (Atmosphere): لایه‌ای از گازها که یک سیاره یا ستاره را احاطه کرده است.

8 تس (TESS): مخفف «ماهواره نقشه‌بردار فراخورشیدی گذران» (Transiting Exoplanet Survey Satellite)، تلسکوپ فضایی ناسا برای جست‌وجوی سیارات فراخورشیدی.

9 منطقه‌ی حیات یا کمربند حیات (Habitable Zone یا Goldilocks Zone): محدوده‌ای فاصله‌ای از یک ستاره که در آن دما نه زیاد سرد و نه زیاد گرم است و امکان وجود آب به صورت مایع بر سطح یک سیاره وجود دارد.

10 تلسکوپ فضایی جیمز وب (James Webb Space Telescope - JWST): قدرتمندترین تلسکوپ فضایی ساخته شده که می‌تواند جو سیارات فراخورشیدی را با جزئیات بی‌سابقه‌ای مطالعه کند.

11 امضای زیستی (Biosignature): هر نشانه‌ای (معمولاً شیمیایی) که می‌تواند شاهدی بر وجود حیات در یک سیاره باشد، مانند مقادیر غیرمعمول اکسیژن و متان در جو.

فراخورشیدیروش گذرمنطقه حیاتسیاره سنگیحیات فرازمینی