اسأل إيثان: كم عدد الكواكب التي شاهدها تلسكوب كبلر؟

صورة تلسكوب كبلر

كم عدد الكواكب في مجرتنا؟ قبل 30 عامًا ، كان الجواب على هذا السؤال يكمن في عالم التخمين النقي ، لأننا لم نجد بعد ذلك كوكبًا واحدًا خارج النظام الشمسي. إذا رجعت اليوم ، تبين أننا وجدنا بالفعل الآلاف من هذه الكواكب مباشرة - ومعظمها تم اكتشافه من قبل مهمة وكالة ناسا كيبلر . ولكن على الرغم من كل نجاحات كبلر وكل هذه الاكتشافات الجديدة ، فإن الكواكب الأكثر إثارة للاهتمام التي فاتها. كم هناك؟ يريد قارئنا رودي سيغل (ليس قريبًا) أن يعرف:

بما أن كبلر يستخدم طريقة العبور للكشف عن الكواكب الخارجية ، فكم عددها التي نتخطىها بسبب عدم تطابق الطائرات الكسوف؟

يتكون الجواب من جزأين: فقدنا 99٪ من هذه الكواكب ، ولكن سبب فقدان معظمها لا يرتبط بأي حال من الأحوال بمحاذاة مسير الشمس.


أصناف من كواكب كيبلر المكتشفة. تنجذب الكواكب نحو الحجم الكبير والقرب من النجم

عمل تلسكوب كيبلر على مبدأ مراقبة جزء صغير من مجرتنا بشكل يومي لمدة ثلاث سنوات ، حتى الموعد النهائي للمهمة الأولية. نظر إلى أحد أقسام ذراع حلزوني ، وعلى الرغم من مجال الرؤية الضيق ، شاهد على الفور 150،000 نجم ، وتتبع التغييرات الدورية الصغيرة في سطوعها. على وجه التحديد ، إذا أصبح النجم أكثر خفوتًا لفترة قصيرة من الزمن ، ثم عاد إلى سطوعه الأصلي ، وبعد ذلك تكررت هذه الدورة بعد مرور بعض الوقت ، لوحظ هذا الحدث كمرشح لكوكب الأرض.


على اليسار هو العبور الرئيسي ، على اليمين هو اكتشاف الكوكب الخارجي KOI-64

تُعرف هذه الطريقة باسم طريقة العبور لاكتشاف الكواكب الخارجية. يمكن أن يكون اتجاه الأنظمة الشمسية بالنسبة لأنظمتنا أيًا ، ولكن في بعض الأحيان نجد كوكبًا يتحرك حول نجم يقع في خط البصر المباشر من وجهة نظرنا يتقاطع مع هذا الخط. لكن الانخفاض المؤقت في السطوع يمكن أن يسبب ظواهر أخرى:

• كويكب طائر من حزام كويبر داخل نظامنا الشمسي ؛
• كوكب يتيم في أعماق الفضاء بين النجوم ؛
• نظام نجم مزدوج يغطي أحدهما الآخر ؛
• التباين الداخلي لمعان النجم نفسه - على سبيل المثال ، بقعة مظلمة باردة كبيرة.

في عام 2006 ، مر الزئبق عبر الشمس ، ولكن بقعة كبيرة على قرص الشمس قللت لمعانها أكثر من ذلك بكثير.

ولكن إذا تكرر هذا الفشل في السطوع بنفس الحجم مرة أخرى ، بل وأكثر من ذلك عدة مرات ، يصبح مرشحًا ممتازًا للملاحظة اللاحقة باستخدام طريقة أخرى. وقد تبين أن حوالي نصف المرشحين الكواكب الذين حددهم كيبلر حتى الآن كواكب حقيقية - وهناك بالفعل عدة آلاف منهم. بالنسبة لمجال رؤية كبلر ، لا يقتصر الأمر على 150.000 نجم درس. وكان حدس القارئ صحيحًا - مصادفة مسير الشمس تؤثر بشكل كبير على ذلك.


كان هناك حوالي 150.000 نجم في مجال رؤية كبلر ، ولكن تم تسجيل بضعة آلاف فقط. من الناحية النظرية ، يجب أن تحتوي جميع هذه النجوم تقريبًا على كواكب.

يمكن أن تكون النجوم أجسامًا كبيرة جدًا - حتى أصغرها يتجاوز قطرها 100000 كيلومتر ، لكن المسافات إلى كواكبها ضخمة ، من ملايين إلى مليارات الكيلومترات على طول شبه المحور الرئيسي. في نظامنا الشمسي ، أقرب كوكب من الشمس هو عطارد ، والذي غالبًا ما ينتقل عبر قرص الشمس. ولكن هذا فقط لأن جميع الكواكب في المجموعة الشمسية تقريبًا في نفس المستوى! إذا كنا خارج النظام الشمسي ، فسنكون في اتجاه عشوائي فيما يتعلق بمستوى مسير الشمس ، وفقط مع جزء صغير من الاتجاهات يمكننا أن نرى مرور عطارد.


الكواكب / نطاق الدرجات / فرصة مصادفة ناجحة للطائرات.
من مكان عشوائي في الفضاء ، بالنظر إلى الحجم النسبي والمسافة المدارية لكل كوكب ، مقارنة بالشمس ، يمكنك حساب فرص رؤية الممر. كلما ابتعدت الشمس عن فرصة أقل. عند حساب الجدول ، لم يؤخذ الوقت والأبعاد في الاعتبار.

يمكننا حساب هذا الجزء لكل كوكب من النظام الشمسي ، ونجد أنه كلما اقتربنا من النجم ، زادت فرصنا. حتى عطارد لديه فرصة أقل من 1٪ لوجوده في نفس مستوى المراقب ، وبحلول الوقت الذي تنتقل فيه إلى مدار المشتري ، ستكون الاحتمالات 1 في عام 2000. من الواضح أن كيبلر يفتقد معظم الكواكب ، ويلعب اتجاه المرور دورًا كبيرًا هنا.

ولكن هناك عوامل أخرى ، قد تكون أهميتها أكبر.


تم تصميم كبلر لمراقبة مرور الكواكب ، ولكن حتى الكوكب الكبير الذي يتحرك حول النجم يمكن أن يحجب جزءًا صغيرًا فقط من ضوءه ، مما يقلل من سطوعه بنسبة لا تزيد عن 1 ٪. كلما كان الكوكب أصغر بالنسبة لنجمه الأم ، كلما زاد عدد التمريرات التي تحتاجها للقبض من أجل الحصول على إشارة موثوقة.

يلعب الحجم أيضًا دورًا كبيرًا - حجم كوكب عابر فيما يتعلق بنجمه الأم. إذا كان الكوكب الخارجي يغطي 1 ٪ من سطح النجم الأم أثناء المرور ، فسوف يراه كيبلر بسهولة. إذا كان يغطي 0.1 ٪ من السطح ، فسوف يحتاج إلى المرور عبر المدار 10 مرات من أجل تجميع إشارة ذات موثوقية قابلة للمقارنة. 100٪ من الكواكب بحجم كوكب عطارد صغيرة جدًا بحيث لا يمكن رؤيتها بجوار النجوم الشبيهة بالشمس. وينطبق الشيء نفسه على الكواكب بحجم المريخ. أسهل طريقة لرؤية أكبر الكواكب في المدار حول أصغر النجوم هي بالضبط ما اكتشفه كيبلر.


عدد الكواكب التي اكتشفها كبلر ، مرتبة حسب الحجم ، اعتبارًا من مايو 2016 ، عندما أصدر العلماء أكبر قائمة للكواكب. في معظم الأحيان ، يتم العثور على كواكب مثل الأرض الفائقة أو نبتون المصغرة ، وفقط جزء صغير من الكواكب أكبر من الأرض.

أخيرا ، هناك مسألة وقت. استمرت مهمة كيبلر ثلاث سنوات ، حتى تتمكن من اكتشاف عدة مقاطع من تلك الكواكب التي أحدثت ثورة كاملة ، في كثير من الأحيان. جميع عمالقة الغاز في نظامنا الشمسي ، على الرغم من حجمها ، ستبقى غير مرئية لكبلر! إذا جمعناها معًا ، فسوف نرى العديد من المعلمات الأساسية التي يجب أن تتلاقى حتى يكتشف كيبلر الكوكب:

• يجب أن يكون توجه النظام الكوكبي جيدًا بما يكفي حتى يمر العالم المرصود من خلال قرص نجمه من وجهة نظرنا.
• يجب أن يكون الكوكب كبيرًا بما يكفي بالنسبة لحجم النجم ، بحيث يحجب الكثير من الضوء لعدد معين من الممرات.
• يجب أن يكون الكوكب قريبًا بدرجة كافية من النجم الأم لإجراء مررين على الأقل خلال فترة المراقبة.

على الرغم من أن كيبلر وجد كواكب أرضية ، إلا أن معظم الكواكب المفتوحة اتضح أنها أكبر من الأرض وتقع بالقرب من نجمها من الأرض - ولكن من الأسهل العثور على هذه الكواكب.

هناك إغراء كبير لاستقراء عدد الكواكب استنادًا إلى الكواكب الموجودة وحساب عدد الكواكب التي يجب أن تستند إلى عدد النجوم في المجرة ، لكننا ببساطة لا نمتلك بيانات لهذا. قمنا بقياس جبل كامل من الكواكب ، واستناداً إلى علاقة المسافة والفترة المدارية ، يمكننا أن نقول بثقة أن نسبة عدد الكواكب إلى عدد النجوم تزيد 1000 مرة على الأقل عما رأيناه. لكن ليس لدينا ما يكفي من البيانات للحدود الخارجية للمجرة. باستخدام الأساليب المتاحة لنا ، سيتعين علينا إجراء بحث لمئات السنين لفهم الصورة النموذجية. لكن هناك فرصة أخرى.


المخطط المفاهيمي لتلسكوب LUVOIR الفضائي ، الذي سيكون موجودًا عند نقطة Lagrange L2 ، سيوسع المرآة الرئيسية التي يبلغ قطرها 15.1 مترًا ويبدأ في استكشاف الكون ، وينقل إلينا ثروة لا توصف من المعرفة في علم الفلك والعلوم بشكل عام

من المحتمل أن تكون التلسكوبات التي يبلغ طولها 30 مترًا مثل التلسكوب العملاق ماجلان والتلسكوب الأوروبي الكبير للغاية قادرة على رؤية العوالم الخارجية مباشرة ، بفضل الضوء المنعكس منها ، ويمكن لآلة الأحلام LUVOIR ، وهي تلسكوب من فئة 10-15 م ، أن تزودنا بسخاء بمعلومات حول الكواكب المستحيلة مع التيار التكنولوجيا. [ LUVOIR ليس جهازًا محددًا ، ولكنه ببساطة مجموعة من المتطلبات والطلبات الخاصة بالتلسكوبات ذات المستوى الجديد. ممثل هذه الفئة هو ، على سبيل المثال ، مشروع ATLAST ، ولكن سيتم إطلاقه في موعد لا يتجاوز 2035 / تقريبًا. perev. ]. وإلى أن نحصل على بيانات معينة حول ما هو موجود في الفضاء ، يمكننا فقط فرض حدود أقل وإجراء تقديرات. الآن يعتقد أن في مجرتنا هناك تريليونات من الكواكب - لكننا لا نريد أن نعرف ، ولكن أن نعرف. مع الحظ المعتدل ، والاستثمارات الضخمة للغاية والكثير من العمل الشاق ، يمكننا الحصول على إجابة لهذا السؤال في غضون بضعة عقود فقط.

إيثان سيغل - فيزيائي فلكي ، مروج للعلوم ، مؤلف كتاب "يبدأ بانفجار!" كتب كتب "ما وراء المجرة" [ ما وراء المجرة ] و "Tracknology: علم ستار تريك" [ Treknology ].

الأسئلة الشائعة: إذا كان الكون يتوسع ، فلماذا لا نتوسع ؟ لماذا لا يتزامن عمر الكون مع نصف قطر الجزء الملاحظ