الكواكب الخارجية
الكواكب الخارجية هي كواكب تدور حول نجوم أخرى. بمجرد ظهور الأفكار التي مفادها أن نجوم سماء الليل هي شموس بعيدة ، بدأوا في الحديث عن إمكانية وجود كواكب من حولهم والحياة على هذه الأجسام. ومع ذلك ، فإن التفكير في شيء ، واكتشاف شيء آخر. نظرًا لأن الكواكب أخف بكثير من النجوم وتنبعث منها ضوءًا أقل ، فإن فتحها صعب للغاية. على الرغم من المحاولات الفردية ، لم يتحقق النجاح إلا في نهاية القرن العشرين.بحلول نهاية الثمانينيات ، وصلت العديد من تقنيات المراقبة إلى الدقة المطلوبة ، وفي أوائل التسعينيات بدأ اكتشاف الكواكب الخارجية. الآن عدة آلاف من الكواكب معروفة ، وعددها في تزايد. اتضح أن أنظمة الكواكب الأخرى وأعضائها يمكن أن تختلف اختلافًا كبيرًا عما نراه في نظامنا. فتحت الهاوية الكواكب الخارجية ممتلئة. والآن نحن بحاجة إلى فهم كيفية ترتيب كل هذه الأشياء ، وكيف تشكلت ، وكيف ستتطور. حول هذا ، ربما ، أكثر المجالات "الحية" للفيزياء الفلكية مسارنا.المحاضرة رقم 1: كيف يتم تسجيل الكواكب الخارجية؟
بمجرد أن بدأ الناس في تخمين أن النجوم هي شموس بعيدة ، ظهرت فكرة طبيعية: بمجرد أن تدور الكواكب حول شمسنا ، عندها يجب أن تكون هناك كواكب حول النجوم الأخرى أيضًا. الآن هذه الكواكب التي نسميها الكواكب الخارجية - كوكب شمسي إضافي (كواكب خارج الشمس). ومن حيث المبدأ ، بدأ الناس يفكرون منذ فترة طويلة في كيفية فتح الكواكب للنجوم الأخرى. هذا صعب لسببين: أولاً ، الكوكب نفسه صغير ، يضيء بشكل سيئ للغاية فقط مع الضوء المنعكس ، من الصعب ملاحظته ، بل يصعب ملاحظته لأنه بجوار نجم ساطع جدًا. غالبًا ما يحدث أننا استطعنا رؤية الكوكب الخارجي نفسه إذا كان في نفس التألق تمامًا في مكان فارغ ، لكن الضوء الساطع لنجم قريب جدًا يمنعنا من القيام بذلك.السؤال الذي تم اكتشافه لأول مرة للكوكب الخارجي أمر معقد للغاية. ببساطة لا توجد إجابة واضحة لذلك. من ناحية ، يمكننا أن نقول أنه تم اكتشاف أول كوكب خارجي حول نجم ، يشبه إلى حد ما الشمس ، في عام 1995 - اكتشاف موثوق لكوكب خارجي في نجم من النوع الشمسي. ومع ذلك ، في عام 1992 ، باستخدام تقنية مختلفة تمامًا ، اكتشف الناس العديد من الكواكب الخارجية ، ولكن ليس حول نجم عادي ، ولكن حول نجم نيوتروني - النجم النابض. يعتقد شخص ما أنه منذ هذه اللحظة يمكنك حساب تاريخ الكواكب الخارجية ، يعتقد شخص ما أنها لا تزال حيوانات مختلفة تمامًا ، لأن النجم ليس مثل الشمس ، وعلى الأرجح تشكلت الكواكب بعد انفجار المستعر الأعظم من ذلك مادة ألقى بها مستعر أعظم. ولكن حتى القصة لا تنتهي عند هذا الحد. في عام 1988 ، ظهر بيان صادر عن مجموعة من علماء الفلكأنهم قد اكتشفوا كوكبًا خارجيًا ، لكن دقة الملاحظة لم تكن كافية. وفقط بعد حوالي 15 عامًا ، تم تأكيد هذا الاكتشاف عندما ذهب عدد الكواكب بالفعل إلى العديد من العشرات. لذلك ، من ناحية ، يمكننا القول أنه في عام 1988 تم اكتشاف أول كوكب خارجي ، ولكن لم يكن هناك يقين. والقصة لا تنتهي عند هذا الحد. في عام 1989 ، أعلن الناس أنهم رأوا بدقة تمامًا قمرًا صناعيًا منخفض الكتلة في نجم عادي ، على غرار الشمس. لكن الصعوبة هي أنك بحاجة إلى تحديد ماهية الكوكب. هناك كواكب ، وهناك نجوم ، يوجد بينها نوع آخر من الأجسام يسمى الأقزام البنية - فهي أثقل من الكواكب ، ولكنها أخف من النجوم ، وهناك تفاعلات نووية حرارية ، لكن هذه ليست تفاعلات لتحويل الهيدروجين إلى هيليوم ، والتي تسمح للنجوم العادية بإشعاع الكثير من الطاقة. لذا ما زلنا لا نعرفما إذا كان الجسم المكتشف في عام 1989 هو كوكب خارجي كبير جدًا أو قزم بني فاتح جدًا. لذا فإن القصة مربكة للغاية. والمثير للدهشة ، في 1980-1990 ، سمحت عدة طرق في وقت واحد باكتشاف الكواكب الخارجية. صدفة جميلة جدا. سنتحدث عن هذه الأساليب المختلفة.تم اكتشاف أول كوكب خارجي موثوق لنجم مثل الشمس بهذه الطريقة: عادةً ، إذا صعدنا إلى شخص ما في الشارع وسألنا: "ما الذي يدور حول: الأرض حول الشمس أو الشمس حول الأرض؟" ، إذا أجابوا علينا: "الأرض حول الشمس "نومئ برأسنا ، وإذا قالوا:" الشمس حول الأرض ، "سنوجه أصابعنا ونضحك ، ولكن يمكننا أن نواجه الجواب بأن كلاهما يدور حول مركز مشترك للكتلة. وهذه هي الإجابة الصحيحة حقًا! غالبًا ما لا نفكر في حقيقة أن الأرض تجذبنا ، لكننا نجذب الأرض بنفس القوة بالضبط. إنه فقط أن الأرض ثقيلة جدًا ، وعندما نقفز ، نزيح الأرض قليلاً ، ولكن إذا زادت من احترامك لذاتك ، فعندما تقفز حقًا ، فإنك تحل محل الأرض قليلاً. وبالمثل ، فإن الكوكب ، الذي يدور حول النجم ، يجعل النجم يتحرك قليلاً ، ويمكن ملاحظة ذلك.لقد فهم الناس هذا لفترة طويلة. ماذا تريد أن تشاهد؟ نحصل على طيف النجم بدقة عالية جدًا ، نرى خطوطًا طيفية ، إذا تحرك النجم نحونا ، ثم تنتقل جميع الخطوط إلى المنطقة الزرقاء من الطيف ، إذا كانت منا ، ثم إلى اللون الأحمر. هذا في أبسط الحالات عندما يكون هناك نجم ويوجد كوكب واحد أو ، إذا أردت ، الأثقل. إذا نظرت إلى النظام الشمسي من مسافة بعيدة ، إذنيؤثر على الشمس أكثر من جميع الكواكب الأخرى. سنرى أنه مع فترة ثورة المشتري ، تقترب الشمس إما من مراقب بعيد ، ثم تبتعد ، وبتواتر صارم للعملية يمكننا تخمين أن هذا هو بالفعل نوع من القمر الصناعي غير المرئي ، وليس ، على سبيل المثال ، نبض الشمس أو أي شيء آخر . لذا ، كان من الضروري تعلم قياس هذه السرعات بدقة شديدة ، بالإضافة إلى القيام بذلك لفترة طويلة. ما هي مشكلة الوقت؟ على سبيل المثال ، لديك ساعة تعمل بدقة عالية. لنفترض أنهم يغادرون في أقل من ثانية واحدة يوميًا. جيد. يمر عام. هل يمكنك ، دون ترك الساعة - على سبيل المثال ، تجلس على جزيرة صحراوية وليس لديك أي وسيلة للاتصال - لا تزال تحدد بدقة الوقت بدقة تبلغ ثانية واحدة؟ يبدو ، دعنا نقول ، هم خلفك لمدة ثانية. لقد مر عام. كنت تحسب 365 ثانية وتفكر مرة أخرىأن تعرف الوقت للثاني. هذا ليس صحيحًا على الإطلاق ، حيث قد يكون هناك بعض عدم التجانس في الدورة. هذه ليست دائمًا ثانية في اليوم. نفس الشيء مع قياس الأطياف. أخيرًا ، في أواخر الثمانينيات ، تعلم الناس كيفية حل هذه المشكلة في عام 1995 ، وبهذه الطريقة تم اكتشاف أول كوكب خارجي. ثم قام الناس بقياس سرعات من 5-10 متر في الثانية. بالمعايير الحديثة ، هذا كثير جدًا.الطريقة الثانية
الطريقة الثانية لاكتشاف الكواكب الخارجية. تخيل أنه في مرحلة ما يمر الكوكب بالضبط بيننا وبين النجم. تقريبا مثل مشاهدة الشمسمن حين لآخر نرى الزهرة أو الزئبق يمران عبر قرص الشمس. ماذا سيحدث؟ لا نرى الكوكب ، لا نرى أي بقعة مظلمة على النجم ، لكننا نرى أن سطوع النجم قد انخفض قليلاً. قرص النجم مشرق والكوكب مظلم. تخيل أننا نراقب نجمة ونقيس بريقها بدقة. لا نرى قرص النجم ، ولا نرى أي تفاصيل ، ولكن بقياس السطوع بدقة عالية ، نرى أن السطوع ينخفض قليلاً فجأة. في الواقع ، القليل - يمكن أن يكون واحدًا من عشرة آلاف أو عدة عشرة آلاف. إذا حدث هذا بشكل دوري ، فإن السبب المعقول الوحيد هو مرور الكوكب عبر قرص النجم. تسمى هذه الكواكب كواكب العبور ، والظاهرة نفسها تسمى العبور ، وهذه طريقة جيدة للغاية لاكتشاف الكواكب الخارجية. الصعوبة الوحيدة هيأنك تحتاج إلى قياس لمعانها لفترة طويلة ودقة للغاية. وعلى الأرض ، يبدأ الغلاف الجوي بالتدخل معنا. لذلك ، عادة ما يتم تنفيذ هذه الملاحظات من الفضاء. قد لا يكون التلسكوب الذي يتم إطلاقه في الفضاء كبيرًا جدًا. من المهم أن تتمكن من قياس سطوع النجوم بدقة عالية ، لأنها لا تتداخل مع الغلاف الجوي. بهذه الطريقة ، اكتشف قمر كبلر الصناعي بشكل موثوق به ما يقرب من ألف كوكب خارجي. هناك عدة آلاف من المرشحين الموثوقين للغاية ، سيتم تأكيد 90٪ منهم بمرور الوقت. الآن هذه هي الطريقتان الرئيسيتان لاكتشاف الكواكب الخارجية ، ولكن هناك بعض أكثر إثارة للاهتمام.لأن الجو لا يزعجه. بهذه الطريقة ، اكتشف قمر كبلر الصناعي بشكل موثوق به ما يقرب من ألف كوكب خارجي. هناك عدة آلاف من المرشحين الموثوقين للغاية ، سيتم تأكيد 90٪ منهم بمرور الوقت. الآن هذه هي الطريقتان الرئيسيتان لاكتشاف الكواكب الخارجية ، ولكن هناك بعض أكثر إثارة للاهتمام.لأن الجو لا يزعجه. بهذه الطريقة ، اكتشف قمر كبلر الصناعي بشكل موثوق به ما يقرب من ألف كوكب خارجي. هناك عدة آلاف من المرشحين الموثوقين للغاية ، سيتم تأكيد 90٪ منهم بمرور الوقت. الآن هذه هي الطريقتان الرئيسيتان لاكتشاف الكواكب الخارجية ، ولكن هناك بعض أكثر إثارة للاهتمام.الطريقة الثالثة
ترتبط الطريقة الثالثة بظاهرة جميلة جدًا مثل العدسة التثاقلية. جميع النظريات الحديثة الجيدة عن الجاذبية ، بما في ذلك النظرية النسبية العامة ، هي نظريات هندسية للجاذبية ، حيث يمكن تفسير هذا التأثير العدسي بشكل واضح. تشوه الأجسام الثقيلة المساحة المحيطة بها ، وهذا ، يصور ثقوبًا سوداء ، يتم رسمه على شكل ثقب في الطائرة التي يتم رسم الشبكة المستطيلة عليها. الضوء ، يتحرك عبر هذه المساحة (سنتخيل هذه الطائرة مباشرة حيث يتحرك الضوء) ، سيشعر بهذه الحفرة ، سوف ينحرف. وبالتالي ، فإن أي جسم ثقيل يعمل بشكل فعال كعدسة تجميع ، أي إذا نظرنا إلى بعض النجوم البعيدة ، فقم بقياس سطوعها ، وأي جسم ضخم يطير بيننا والنجم ، ونجم آخر ، ونجم نيوتروني ، وثقب أسود- أيا كان ما تريد ، سيزداد تألق النجم قليلاً. لنفترض أن ذبابة نجم أخرى ، نرى أن سطوع النجم يتزايد ، وفجأة على منحنى الضوء نرى "اختيار" إضافي آخر ، هناك عدسة صغيرة ثانية. بهذه الطريقة ، افتح الكواكب التي تدور حول النجوم. هذا النجم ، وهو عدسة تمتلك كوكبًا ، سيعطي "اختيارًا" إضافيًا. هذه طريقة جيدة جدًا لتسجيل الكواكب ، بهذه الطريقة يمكنك تسجيل الكواكب البعيدة تمامًا. انظر ما هي المشكلة: إذا قمنا بقياس السرعات أو قياس العبور ، فنحن بحاجة إلى عدة محاولات للتأكد من وجود التأثير ، وأن هذه ليست بعض النبضات العشوائية للنجم ، ولا يظهر نوع من البقعة على النجم ، مثل البقع الشمسية ، ولكن العملية دورية. بمشاهدة 5 سنوات ، لا يمكنك فتح الكوكب بفترة تداول تصل إلى 6 سنوات ، ولكن ،بمراقبة الحدث عن طريق التكاثر ، يمكنك على الفور اكتشاف كوكب تكون فترة ثورته حول النجم سنوات أو عشرات السنين ، طالما أردت ، لأن هذه الطريقة ليست مرتبطة بالتكرار ، لذلك فهي تكمل أول بئرين.ترتبط الطريقة التالية للكشف عن الكواكب الخارجية بمراقبة أي عمليات دورية. تخيل أن لديك ساعة ، يجب أن تذهب بالضبط ، وترى أنها تضل بشكل دوري. إذا كانت هذه ساعة ميكانيكية ، فقد تشك في أن هناك شيئًا غير ضروري من الداخل ، شيء ما يتداخل. لقد قاموا بتزييت الساعة بالزيت ، وفتحت فتات الخبز ، والآن لا تدور التروس بشكل جيد أو لديك صراصير هناك تمنع بشكل دوري التروس من الحركة. بنفس الطريقة ، إذا كان هناك بعض العمليات الدورية في نظام النجوم ، على سبيل المثال ، هناك نجم ثنائي (تدور نجمتان حول بعضهما البعض) ، ويحدث الكسوف ، يتغير السطوع بشكل دوري. يجب أن تكون هذه عملية دفعة صارمة للغاية. نلاحظ ونرى أن الفشل يحدث في بعض الأحيان. كيف نفسر هذا؟ نوع من الجسم الزائد في النظام.يمكنك نمذجة هذا النظام وتحديد كتلة هذا الجسم الزائد المتداخل. إذا تبين أنها كوكبية ، فقد اكتشفت الكوكب. وبهذه الطريقة ، يتم اكتشاف كواكب غير عادية. على سبيل المثال ، هناك مثل هذا الكوكب ، النجم النابض ، يدور حولهقزم أبيض ، ويدور كوكب حول هذا النظام ، أي ، وفقًا لملاحظة النجم النابض ، كان من الممكن أن نفهم أنه بالإضافة إلى القزم الأبيض غير المرئي ، هناك مكون آخر غير ضروري - كوكب يدور حول هذا الزوجين الجميلين.الطريقة الخامسة
الطريقة التالية. أذكر الأولى - التغيير في السرعة. لذا ، يتحرك النجم حول مركز مشترك للكتلة. يمكننا أن نرى هذه الحركة مباشرة. إذا قمنا بقياس إحداثيات النجم بدقة شديدة ، تخيل صورة النجم والصليب الذي يقيس موقعه بدقة. قاموا بقياسه اليوم ، وقياسه في ستة أشهر ، ورأوا أن النجم قد تغير. لقد قاموا بقياسها في ستة أشهر أخرى ، ومع ذلك - ومع ذلك - رأوا أن هذه كانت حركة دورية. بهذه الطريقة ، اكتشف الناس الأقمار الصناعية غير المرئية. على سبيل المثال ، تم اكتشاف أول قزم أبيض ، وهو قمر صناعي لألمع نجم في سماء سيريوس الليلية ، بهذه الطريقة. رأينا أن سيريوس يتحرك ولديه رفيق غير مرئي ، لكن القزم الأبيض هو جسم ثقيل ، يمكن أن يكون له كتلة تساوي أو تساوي نصف كتلة الشمس. من الصعب العثور على كوكب خارجي بهذه الطريقة ، ولكن من الممكن من حيث المبدأ. بالمناسبةقبل مئات السنين ، ذكر الناس أنهم يرون حركة النجوم إلى الأقمار الصناعية الصغيرة المقابلة ، ثم ، للأسف ، اتضح أن هذا يرجع إلى بعض عدم الدقة في الملاحظات ، وبعض الأخطاء ، ولكن القمر الصناعي غي ، الذي تم تصميمه خصيصًا من أجل قياس موقع عدد كبير من النجوم بدقة شديدة. لا يقصد البحث عن الكواكب الخارجية ، ولكن ليس هناك شك في أن المنتج الثانوي لعمل القمر الصناعي غي سيكون اكتشاف حوالي ألف كوكب خارجي.لقياس موقع عدد كبير من النجوم بدقة. لا يقصد البحث عن الكواكب الخارجية ، ولكن ليس هناك شك في أن المنتج الثانوي لعمل القمر الصناعي غي سيكون اكتشاف حوالي ألف كوكب خارجي.لقياس موقع عدد كبير من النجوم بدقة. لا يقصد البحث عن الكواكب الخارجية ، ولكن ليس هناك شك في أن المنتج الثانوي لعمل القمر الصناعي غي سيكون اكتشاف حوالي ألف كوكب خارجي.أخيرًا ، وصلنا إلى أكثر طريقة مفهومة لاكتشاف الكواكب الخارجية ، كما تكتب وسائل الإعلام بخط صحفي متوسط - "لقد رأى الفلكيون ذلك". في الواقع ، في بعض الحالات ، يمكننا رؤية الكوكب الخارجي مباشرة ، ولكن قبل أن نصل إلى ذلك ، هناك طريقتان إضافيتان تشبه "الرؤية". لا يمكننا أن نرى مباشرة ، ولكن تسليط الضوء على ضوء الكوكب الخارجي. في كثير من الأحيان ، تنبعث الكواكب الخارجية كثيرًا. على سبيل المثال ، يمكن أن يكون الكوكب الخارجي قريبًا جدًا من النجم ويتم تسخينه إلى درجة حرارة عالية ، أو يتكون للتو ويواصل الانكماش ولديه مصدر الطاقة الخاص به. بعد ذلك ، بعد إجراء حدث مثل النقل العام ، سنرى أن السطوع الكلي لتغييرات النظام أو أن الكوكب سيكون له أطوار ، مثل الزهرة ، وسنرى أن السطوع الكلي للنظام بأكمله يتغير.وبالتالي ، سنسلط الضوء على الضوء الزائد ونكون قادرين على نسبه إلى الكوكب الخارجي غير المرئي. طريقة مماثلة هي رؤية بعض التفاصيل في الطيف غير المعتادة للنجوم. سوف يتحركون ويظهرون ويختفون بشكل دوري ، ويمكننا أيضًا أن ننسبهم إلى الكواكب الخارجية ، ونسلط الضوء أيضًا على ضوءها.وأخيرًا ، الطريقة الأخيرة والأكثر جمالًا حقًا هي الحصول على صور مباشرة. الآن هناك العشرات من الصور المباشرة الجيدة للكواكب الخارجية ، عندما نرى هذه الأشياء حقًا وفي حالات نادرة نرى مباشرة ، كيفما لاحظنا ، يتحرك الكوكب الخارجي في مداره.وبالتالي ، هناك العديد من الطرق الجميلة بدرجات متفاوتة يمكن الاعتماد عليها لفتح الكواكب الخارجية ، والتي بشكل عام تكمل بعضها البعض بشكل مثالي.سيرجي بوبوف - دكتور في العلوم الفيزيائية والرياضية ، باحث رئيسي ، جامعة GAISH موسكو الحكومية
Source: https://habr.com/ru/post/ar398201/
All Articles