كيف يتم البحث عن الكواكب الغريبة؟

بالحديث عن الرحلات الجوية إلى النجوم الأخرى ، يجب أن يُفهم أننا لا نحتاج حقًا للذهاب إلى النجوم - نحتاج إلى الذهاب إلى الكواكب الأخرى ، ويفضل أن تكون مثل الأرض وقابلة للعيش. وكيف تعرف إذا كانت النجوم المجاورة للكوكب؟ قد يبدو الأمر بسيطًا: خذ تلسكوبًا أكبر ، لكن انظر. إذا كان بالإمكان النظر إلى المجرات البعيدة ، فينبغي أن ترى الكواكب والأقمار الصناعية أيضًا النجوم القريبة. ولكن هناك تعقيد "صغير": على عكس النجوم والمجرات ، فإن الكواكب لا تلمع نفسها عمليًا ، ولكنها تعكس فقط ضوء نجومها. يضيء النجم محيطه ، لذلك ، على الرغم من تطور التكنولوجيا الفلكية في القرن العشرين ، تم العثور على أول كوكب خارجي - كوكب نجم آخر - قبل أقل من ثلاثين عامًا.

اليوم ، تم تطوير العديد من الطرق وإتقانها للبحث عن الكواكب الخارجية.

الملاحظة المباشرة

يمكن لتلسكوب كبير بما فيه الكفاية رؤية كوكب كبير وبعيد بما فيه الكفاية من نجمه. ولكن لهذا عليك محاولة استخدام معدات خاصة. للتخلص من الضوء الساطع للنجم ، يتم استخدام الكرونوغراف للبحث عن الكواكب - قرص معتم في المخطط البصري للتلسكوب ، والذي يسمح لك بحجب الضوء من مصدر ساطع. بالاشتراك مع البصريات التكيفية ، يسمح لك هذا النظام بالنظر في الكواكب الكبيرة والبعيدة من النجوم المجاورة. من الأفضل أن تجد "المشتري الصغير" في الأشعة تحت الحمراء لأن يحتفظون بإشعاع حراري عالي من وقت التكوين.



تم تركيب العديد من الكورونوجرافات على مقاريب 8 أمتار من مراصد Gemini و VLT ، والتي توفر دقة عالية. واليوم ، لم يتمكن سوى عدد قليل من الأنظمة الغريبة من التفكير. في بعض الأحيان يتضح أن النظام صغير جدًا لدرجة أن الكواكب غير مرئية بعد ، ولكن القرص الكوكبي الأولي ، كما هو الحال على سبيل المثال في HR 4796 ، يمكن رؤيته بوضوح على مسافة 230 sv سنوات منا.



تمكن نجم الرسام بيتا من تتبع الحركة المدارية للكوكب لمدة عامين ،



كما تمكن تلسكوب هابل الفضائي من فحص الكوكب نتيجة لسنوات عديدة من عمليات رصد قرص الغبار حول النجم Fomalhaut.



في السنوات القادمة ، سيزداد عدد الكواكب الخارجية التي تم اكتشافها وفحصها بالطرق المباشرة فقط ، ولكن حتى الآن ، يتم اكتشاف الجثث المفردة والتحقيق فيها. تقود وكالة ناسا مشروع مرصد فضائيExo-S ، والذي يتكون من تلسكوب مشتق بشكل منفصل وكتلة كرونوغراف. ولكن لم يتم الإعلان عن موعد الإطلاق المقدر حتى الآن.



طريقة العبور:

تسمح لك هذه الطريقة غير المباشرة بتحديد عدد الكواكب وأحجامها وفترة المدار ومعلمات المدار. في بعض الحالات ، من الممكن الحصول على أفكار تقريبية حول تكوين الغلاف الجوي. حاليا ، هذه الطريقة هي حامل الرقم القياسي لعدد الكواكب المكتشفة ، لأنها في الأساس تسمح للتلسكوبات بالعمل عبر المناطق ، بدلا من التركيز على هدف واحد.

مبدأ تشغيل طريقة العبور هو القياس الضوئي. أثناء المراقبة ، يتم تسجيل لمعان النجم. إذا مر كوكب بيننا وبين النجم ، يقل سطوع النجم ، ويتم تسجيل هذه اللحظة على الرسم البياني للسطوع.



إذا حدثت انخفاضات في السطوع بانتظام ، وكانت دائمًا متساوية ، فيمكن افتراض أن مثل هذا التأثير ناتج عن الكوكب.

ليس فقط الكوكب يمكن أن يسبب تقلبات في سطوع النجم ، بل يمكن أن يكون دورات داخلية أو نجمًا مصاحبًا. لذلك ، تتطلب طريقة العبور تأكيدًا بطريقة مستقلة. الآن هناك عدة آلاف من المرشحين العابرين الذين يؤكدون أو يرفضون تدريجياً.

على الرغم من نجاح هذه الطريقة ، فإن عيوبها واضحة:

أولاً ، يجب أن يكون الكوكب محظوظًا بمدار ملقى على خط نظرتنا من الأرض. على سبيل المثال ، يطير كوكب الزهرة حول الشمس كل 7.5 أشهر ، ويطير بيننا وبينه ، ولكن أقرب نقطة عبور ستكون في عام 2117. كثيرًا ما يطير عطارد ، نحن في انتظار أقرب عبور في 9 مايو .
ثانيًا ، كما ترى ، تعمل طريقة العبور بشكل أفضل مع الكواكب القريبة من النجم ، خاصةً الكبيرة منها. كانت طريقة العبور هي التي ولدت الكثير من الاكتشافات لما يسمى "كوكب المشتري الساخن" - كواكب عملاقة قريبة من نجومها. من الغريب أن هذه الاكتشافات دحضت النظرية الموجودة سابقًا لتشكيل أنظمة الكواكب ، والتي شرحت توزيع الكواكب الحجرية والغازية في النظام الشمسي.
ثالثًا ، يتطلب البحث عن الكواكب الخارجية الشبيهة بالأرض وقتًا طويلاً للمراقبة ، لأنه لا يكفي للكشف عن عبور واحد ، تحتاج إلى الحصول على إحصاءات: ثلاث عبور على الأقل. على سبيل المثال لاكتشاف ، على سبيل المثال ، الأرض بطريقة المرور العابر ، يجب على الأجانب النظر إلى الشمس "بدون وميض" لمدة ثلاث سنوات.

أصبحت المراقبة المستمرة طويلة المدى لعدد كبير من النجوم ممكنة مع تطور رواد الفضاء ، وإطلاق تلسكوب كبلر الفضائي. لزيادة فعاليته ، تم إرساله إلى كتلة نجمية في كوكبة Cygnus. هذا سمح لنا بالقيام بالعديد من الاكتشافات ، ولكن للأسف ، كل هذه الكواكب على مسافة 2-3 آلاف ش. سنوات ، لذا يمكنك الوصول إليهم جسديًا أو على الأقل التفكير ، يمكننا أن نحلم فقط.



عمل كبلر بثبات لمدة 4 سنوات ، حتى فشل اثنان من محركات الحذافة الأربعة ، مما سمح له بالحفاظ على التوجيه. وتحتاج إلى ثلاثة على الأقل للتصويب على ثلاثة محاور ، لذا فهي تعمل الآن في وضع محدود جدًا باستخدام اثنين من الحذافات وضغط ضوء الشمس كثالث. انخفض أدائها بنسبة 95٪ ، ولكن تم تجميع العديد من الإحصائيات التي ما زلنا نسمع عن الاكتشافات التي تم إجراؤها بمساعدتها.

دعمت وكالة ناسا مشروع التلسكوب التالي لمعهد معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا من أجل البحث العابر للكواكب في غضون 100 سيفرت. سنوات حول الشمس. رحلة TESS متوقعة في 2017. يبدو أن نتائجها ستجذب انتباه الرأي العام أكثر بكثير سيتم اكتشاف الكواكب "قريبة جدا".

طريقة السرعة الشعاعية (التحول الدوبلري)

طريقي المفضل بسبب الدقة الهائلة التي توفرها والبساطة الأنيقة للمبدأ الفيزيائي الذي شكل أساسها.

لكن أولاً ، القليل عن نظرية التحليل الطيفي. آمل أن يعرف الجميع ما هو قوس قزح وكيف يتشكل. قوس قزح هو طيف طبيعي من الشمس. يتم إخفاء التركيب الكيميائي للنجم في طيف الإشعاع ، حيث أن كل عنصر كيميائي ، عند تسخينه ، يتوهج بلونه الخاص.



يتم تسجيل التوهج بواسطة مطياف ، ومن خلال تحديد الخطوط المختلفة للطيف ، من الممكن تحديد تركيبة الجسم المنبعث. إذا كان الضوء يمر عبر الغلاف الجوي للكوكب أو ينعكس من السطح ، فعندئذ يمتص جزء من الضوء ، وتتشكل الانخفاضات في الطيف ، مما يشير إلى العناصر الكيميائية التي تمتص الضوء.

الظاهرة الفيزيائية الأخرى اللازمة لفهم طريقة السرعة الشعاعية هي الانزياح الأحمر والتحول الأزرق.



عندما يتحرك النجم قيد الدراسة بعيدًا عنا ، يتم تمديد الطول الموجي للضوء المنبعث ، والذي يتحول بموجبه الطيف بأكمله إلى الجانب الأحمر. إذا تمت إزالة العنصر وأصدر ضوءًا أحمر ، فإننا نسجله بالفعل في نطاق الأشعة تحت الحمراء ، إذا كان أخضر ، ثم باللون الأصفر ، إذا كان أزرق ، ثم باللون الأخضر ، إلخ.

التحول الأزرق هو عملية عكسية. إذا اندفع النجم نحونا ، فإن طيفه "يتحول إلى اللون الأزرق" - يتحول إلى الجانبين الأزرق والأشعة فوق البنفسجية.

كيف يرتبط هذا بوجود الكواكب في النجوم البعيدة؟ الصبر. يجب أخذ خاصية أخرى بعين الاعتبار - حركة جسمين في مركز واحد للكتلة.

نعلم جميعًا أن الأرض تدور حول الشمس. يبدو أن هذا صحيح ، ولكن ليس تمامًا. في الواقع ، تدور الشمس والأرض حول نفس مركز الكتلة ، والذي لا يتوافق مع مركز الشمس. الأرض والقمر لهما مثل هذا التأثير ، بينما لدى بلوتو وشارون مركز كتلة خارج بلوتو ، لذلك كلاهما يدور حول نقطة شرطية بينهما.



بالطبع ، تؤدي الكتلة الصغيرة غير المهمة للأرض إلى تذبذب ضئيل تمامًا للشمس - في غضون 50 كم ، لكن المشتري ينقسم الشمس بالفعل قليلاً ، مما يجبرها على انحراف 750 ألف كيلومتر. على سبيل المثال يدور المشتري والشمس وكذلك بلوتو وشارون حول نقطة في الفضاء.

والآن نختزل كل شيء إلى طريقة بحث واحدة: الكوكب الخارجي ، الذي يدور حول نجمه ، يجبره على الدوران بانحراف عن مركز كتلته. وبناءً على ذلك ، فيما يتعلق بالمراقب الخارجي ، فإن النجم إما أن يتحرك بعيدًا ، ثم يقترب ، مما سيؤدي إما إلى اللون الأحمر ، أو إلى التحول الأزرق للطيف. يمكننا أن نأخذ مطيافًا حساسًا إلى حد ما ، ويمكننا أن نرى كيف يتحول طيف النجم إلى اللون الأحمر والأزرق بشكل دوري ، بما يتوافق تمامًا مع الديناميات المدارية للكوكب.



وأخيرًا ، حول دقة الطريقة: يتيح لك مطياف HARPS في تلسكوب La Silla الذي يبلغ طوله 3.6 متر من المرصد الجنوبي الأوروبي تتبع حركة نجم بسرعة تصل إلى 1 متر (!) في الثانية. تسمح لنا طريقة مماثلة بالعثور على كواكب تشبه الأرض على مسافة تصل إلى 150 سنة ضوئية منا ، و "المشتري" حتى عدة آلاف من السنوات الضوئية. كقاعدة ، يتم استخدام طريقة التحول الدوبلري لإعادة فحص مرشحي الكوكب الذين تم الحصول عليهم بواسطة طريقة العبور.

لسوء الحظ ، فإن الطريقة تعمل بدقة وتتطلب مشاهدات متعددة لكل كائن ، لذلك ليس لديها الوقت لمواكبة كيبلر ، وليس لديها الوقت لفحص النجوم المحيطة. ومع ذلك ، عملت HARPS مؤخرًا على إيجاد كوكب شبيه بالأرض بالقرب من أقرب نجم لنا ، Proxima Centauri.كجزء من مشروع Pale Red Dot. النتائج لم تنشر بعد ، ولكن التوقعات مشجعة للغاية.

بشكل عام ، تشكل هاتان الطريقتان: النقل والتحول الدوبلري تقريبًا أساس جميع عمليات البحث:



دعنا نراجع بعض الطرق الأصلية ، والتي ، مع بعض التحفظات ، ولكنها تعمل.

تغيير المرحلة المدارية للضوء المنعكس

الطريقة تشبه العبور ، فقط لا تسجل انخفاضًا في السطوع ، بل زيادة. يحدث التأثير عندما يكون كوكب النجم في ربع المرحلة ، وينعكس جزء من الضوء الساقط في اتجاهنا. إنه مثل تألق الزهرة / الصباح ، بالإضافة إلى سطوع الشمس. يعتمد التأثير على حجم الكوكب الخارجي ، وقربه من النجم ، وسطوع الضوء المنعكس. هذه الطريقة بدائية ، لكنها لا تتطلب العثور على مدار الكوكب في خط نظرنا.

طريقة القياس الفلكي

تشبه طريقة التحول الدوبلري ، تتطلب ملاحظات طويلة المدى ، لكنها لا تتطلب مقاييس طيف. أثناء المراقبة ، يتم تسجيل موضع النجم بعناية فيما يتعلق بالأجسام المجاورة ، وإذا لوحظت انحرافات تشبه الموجة ، فهذا يشير إلى رفيق ضخم إلى حد ما ، مما يجبر النجم على الدوران حول مركز مشترك للكتلة. من الواضح أن النجم يجب أن يكون صغيرًا ، وكوكبه ضخمًا ، لذلك يمكن العثور على النجوم المزدوجة والأقزام الرفيعة البنية في كثير من الأحيان.

تم جمع البيانات الفلكية الفريدة لعقود من الملاحظات في مرصد بولكوفو بالقرب من سانت بطرسبرغ. يمر المرصد الآن بأوقات عصيبة بسبب المدينة المتنامية والسماء المضيئة.

طريقة الجاذبية الميكروية

طريقة أصلية تعتمد على تأثيرات انحراف شعاع الضوء بواسطة مجال الجاذبية للأجسام الضخمة. يحدث تأثير عدسة الجاذبية إذا كان هناك جسدان لامعان وضخمان إلى حد ما على خط نظرنا بالضبط. على سبيل المثال ، يمر نجم مجرتنا بيننا وبين نجم أو مجرة ​​بعيدة أخرى. تؤثر جاذبية النجم القريب على ضوء جسم بعيد ، وتحرفه ، وتشكيل تأثير "عدسة". إذا كان مجال الجاذبية للنجم مشوهًا بسبب جاذبية الكواكب الخارجية في نظامه ، فإن "العدسة" ستتحول إلى "معيبة" - مع الانتهاكات.



تطوير هذه الطريقة هو البحث عن تأثيرات العدسة التي تسببها الكواكب غير المرئية ، حتى تجوال المجرة بدون نجومها.



تم إطلاق بحث مماثل مؤخرًا عن طريق إعادة توجيه Kepler في وسط مجرة ​​درب التبانة. خلال هذه المناورة ، فُقد الاتصال مع التلسكوب ، ولكن الآن تمت استعادته بالفعل ، والآن نحن في انتظار بيانات جديدة من التلسكوب حول احتمالات الطريقة.



في المستقبل القريب ، سيتعلم أبناء الأرض الكثير عن محيطهم. إن إطلاق مرصد جيمس ويب الفضائي وبناء التلسكوب الأوروبي المتطرف ، وظهور مطياف أكثر حساسية لاستبدال HARPS ، ونتائج "تعداد المجرة" الفلكي بواسطة مرصد Gaia ، سيجعل من الممكن فهم بنية وأصل الأنظمة النجمية القريبة والبعيدة بشكل أفضل ، ومعرفة ما إذا كانت لدينا فرصة العثور على "أرض احتياطية" ، حياة غريبة ، أو حتى السكان الأذكياء للكواكب الخارجية.

Source: https://habr.com/ru/post/ar393417/