روش های آشکار سازی سیارات فرا خورشیدی

مجله فضای بیکران

روش های آشکارسازی سیارات فراخورشیدی

 

از گذشته تا به امروز ذهن کنجکاو بشر به دنبال یافتن پاسخ این سوال است که آیا در نزدیکی سیاره ی ما کره ای مستعد برای زندگی وجود دارد یا خیر. بشر برای یافتن پاسخ خود روش های مختلفی را امتحان کرده و تا حدودی موفق به کشف تعداد بسیار زیادی سیاره ی فراخورشیدی شده اما هنوز راجع به سکونت پذیر بودن این سیارات بحث زیادی است. در این مقاله سعی داریم شما را با نحوه ی آشکار سازی سیارات فراخورشیدی بیشتر آشنا کنیم:

برای آشکارسازی سیارات فراخورشیدی، روش های گوناکونی وجود دارد از جمله : گذر، آسترومتری، سرعت شعاعی، روش رصد مستقیم، ریزلنز گرانشی، زمان سنجی تپ اختری و… .

در این مقاله به بررسی چند روش از رایج ترین وموفق ترین روش های آشکارسازی سیارات فراخورشیدی می پردازیم.

روش سرعت شعاعی (لنگ زدن گرانشی):

روش سرعت شعاعی به روش “طیف سنجی داپلر” نیز معروف است . این روش یکی از موثرترین راهکار های کشف سیارات فراخورشیدی تا عصر حاضر است. در یک سیستم سیاره ای، ستاره ی مادر و سیاره، هردو به دور نقطه ای به نام مرکز ثقل گرانشی دو جسم، در حال چرخش هستند. غالباً مرکز ثقل مشترک دو جسم، نزدیک به مرکز ستاره ی مادر است؛ بنابراین ستاره ی مادر، حرکت نوسانی کوچکی خواهد داشت. با اندازه گیری پارامترهای دوره و بسامد و دامنه ی نوسان در این حرکت و تغییرات طیف گسيلي ستاره ی مادر، می توان به وجود سیاره یا سیارات اطراف ستاره ی مادر پی برد.

اندازه گیری حرکت نوسانی ستاره ی مادر یا میزان لنگ زدن گرانشی ستاره، توسط طیف سنجی نور ستاره انجام می شود. اگر ستاره به سمت ناظر حرکت کند در طیف، پدیده ی انتقال به آبی  رخ می دهد.  ولی اگر دور شود، طیف آن به طول موج بلندتر یعنی قرمز منتقل می شود. اگر این اتفاق در فواصل زمانی ثابت و در دوره های منظم رخ دهد، می توان این احتمال را داد که جرمی در اطراف این ستاره در حال گردش است. با تحلیل این طیف نور و با توجه به اثر دوپلر، اندازه ی نوسان را به دست می آوریم.

این روش پیشرفت های بسیاری داشته است و دستگاه های بسیار حساسی ساخته شده که کوچکترین تغییر را تشخیص می دهد. حدود نیمی از سیارات فراخورشیدی، با این روش کشف شده اند. در واقع این روش، موفق ترین روش برای آشکارسازی و کشف سیارات فراخورشیدی بوده است.

از مشکلات این روش آن است که شکارچیان سیاره نمی توانند جرم یک سیاره را به طور دقیق محاسبه کنند. جرم، معیار مهمی است؛ زیرا می تواند ستاره های دوتایی را از سیاراتی که به دور ستاره خود می گردند، جداکند.

بدیهی است، این روش برای سیارات پرجرم و سنگین متناسب است. زیرا نزدیک ستاره ی مادر هستند و می توانند به ستاره، حرکت نوسانی قابل تشخیصی بدهند. این نزدیکی زیاد سیاره به ستاره ی مادر، باعث می شود سیاره ای که پیدا شده به علت دمای زیاد احتمال حیات کمتری داشته باشد.

روش گذر(عبور):

این روش برای سیارات دور دست بسیار کاربرد دارد. در روش گذر، سیاره از مقابل ستاره ی مادر عبور می کند و در میزان نورِ ستاره ی مادر تغییر ایجاد می نماید. طبیعتاً این روش برای مواردی کاربرد دارد که سیاره دقیقاً از بین ستاره ی مادر و دید رصدگر عبور کند؛ یعنی: از میان دیسک ستاره.

در واقع هنگامی که ما ستاره های دوردست را می بینیم نمی توانیم سیاره هایی که از مقابل آنها در حال گذر هستند را ببینیم. به این علت که آن ها بیش از حد از ما دور هستند و حتی با بهترین تلسکوپ های زمین هم نمی توان آن ها را مشاهده کرد.
ما روند گذر را می توانیم با افت نوری که در منحنی نوریِ دریافتی از آن ستاره بدست می آوریم، تشخیص دهیم. از این منحنی ها می توانیم اطلاعات زیادی مانند: طول دوره ی مداری، مقدار سطح نوری که مسدود شده و همچنین جزئیات دیگری را بدست آوریم.

با روشهای فوتومتری(نورسنجی)، کم شدن نور ظاهری ستاره در اثر گذر سیاره از مقابل آن، تشخیص داده می شود. این گذرها، همانند گذر سیاره ی ناهید یا عطارد از مقابل خورشید هستند.

کاهش نور دریافتی از ستاره هنگام رخ داد پدیده ی عبور، نسبت اندازه ی سیاره به ستاره را نشان می دهد. اگر سیاره ی کوچک از جلوی ستاره ی بزرگ عبور کند، کاهش نور اندکی را مشاهده خواهیم کرد. ولی اگر سیاره ی بزرگی از جلوی ستاره ی کوچک عبور کند، اثر قابل توجهی از کاهش نور را نشان می دهد. اطلاعات بدست آمده از روش های طیف سنجی و نورسنجی، به محققان این امکان را می دهد تا جرم و چگالی سیاره ی فراخورشیدی را مشخص کنند‌.

از فواید این روش آشکار سازی، این است که احتمال یافتن سیاره ای مستعد برای سکونت بیشتر می شود. فضا پیمای کپلر که مأموریت خود را از ۲۰۰۹ شروع کرده است، به کمک روش نورسنجی سیارات فراخورشیدی زیادی را کشف کرده که تعدادی از آنها هم اندازه ی زمین هستند.

علاوه بر این نوع گذر، گذر دیگری تحت عنوان گذر ثانویه داریم و آن هنگامی است که سیاره از پشت ستاره ی مادر در حال عبور است و نه از مقابل آن. محققان با بررسی طیف های نور ساطع شده از ستاره در زمانی که سیاره در عبور ثانویه قرار دارد و با کم کردن طیف های به دست آمده از عبور اولیه ، می توانند دما و ترکیبات اتمسفر سیاره را بیابند. زیرا در هنگام عبور اولیه مقداری از نور ساطع شده از ستاره، توسط جو سیاره به دام می افتد؛ و نورهای بازتابی مقداری از طول موج های اولیه خود را از دست می دهند‌. اما یکی از مشکلات اصلی این روش این است که حتماً باید عبور رخ دهد. به این معنی که حتماً سیاره باید از بین زمین و ستاره ی خود عبور کند تا این گذر ثبت شود و ممکن است این عبور برای همه ی سیارات از زاویه ی رصدی ما رخ ندهد.

  مشکل دومی که محققان با آن روبه رو هستند این است که عبور سیاره تنها در بخش کوچکی از مدار سیاره رخ می دهد. دوره ی در گردش مداری سیاره ممکن است ماه ها و سال ها طول بکشد و این درحالی است که گذر فقط در چند ساعت یا نهایتاً چند روز به طول می انجامد. از طرفی دیدن یک مرتبه عبور کافی نیست و باید به طور منظم (در فاصله ی زمانی مشخص) این عبور رخ دهد تا بتوانیم نتیجه بگیریم که یک سیاره در مداری به دور ستاره در حال گردش است .

مورد دیگر وجود ستاره های۲ تایی است. به علت فاصله ی زیادی که از ناظر زمینی دارند، ممکن است، در مشاهده ی اولیه با یک سیاره اشتباه بگیریم و نیاز است تا روی موارد ثبت شده تحقیقات زیادی انجام شود تا مشخص شود که این جرم در حال گردش ستاره است یا سیاره!

 

روش گذر را می توان دومین روش موفق در کشف سیارات فراخورشیدی دانست.

 

روش رویت مستقیم( رصد مستقیم):

در واقع فقط در این روش می توان سیاره را به طور مستقیم مشاهده کرد. بدیهی است که این روش برای آشکار سازی سیاراتی مناسب است که فاصله ی آن ها از ستاره ی مادر، به اندازه ی قدرت تفکیک ابزار رصدی باشد. و علاوه بر آن، به حد کافی پرنور باشند و همچنین فاصله ی مناسبی تا زمین داشته باشند تا ابزار رصدی بتواند آن ها را آشکارسازی کند. پس باید داغ و جوان باشند. در این روش، تلسکوپ رصدگر، معمولاً پوششی بین ستاره ی مادر و محور دید خود، قرار می دهد تا بتواند سیاره را ببیند؛ همان کاری که ما هنگام نگاه کردن به فردی چراغ قوه به دست، انجام می دهیم تا فرد را بهتر ببینیم.

تعداد کمی از سیارات فراخورشیدی با این روش کشف شده اند.

روش آسترومتری (اخترسنجی):

این روش جزء راه های قدیمی برای شناسایی سیارات فراخورشیدی است که شامل اندازه گیری های دقیق موقعیت ستاره ی مادر در آسمان در طول دوره های زمانی مختلف است. اگر ستاره ای، سیاره داشته باشد، اثر گرانشی آن سبب می شود، ستاره در مدارهایی گردش داشته باشد. این سبب تغییر موقعیت ستاره می شود و با استرومتری دقیق، می توان به این تغییرات موقعیتی در زمینه ی ستاره های دور پی برد اما این روش در مقایسه با دیگر راه کار های امروزی کارایی کمتری دارد زیرا برای یافتن سیارات فراخورشیدی، نیازمند تلسکوپ های بزرگ و قوی است؛ از طرفی هم شرایط جوی، تاحدودی باعث بروز مشکل می شود .

 

میکرولنزینگ (ریزهمگرایی):

میکرولنزینگ تنها روش شناخته شده است که می تواند سیارات را در فواصل بسیار دور را شناسایی کند. این درحالی است که شناسایی سرعت شعاعی، تا فاصله ی ۱۰۰ سال نوری از زمین، نورسنجی و عبور سنجی تا فاصله ی صدها سال نوری و میکرولنزینگ تا نزدیکی مرکز کهکشان (هزاران سال نوری) است. “ریزهمگرایی” یک اثر نجومی است که توسط نظریه ی نسبیت عام انیشتین پیش بینی شد. بر اساس گفته ی انیشتین، زمانی که نور ساطع شده از یک ستاره در مسیرخود به سمت یک ناظر روی زمین، با فاصله خیلی کم از یک ستاره دیگر عبور می‌کند، گرانش ستاره ی میانی پرتوهای نور از ستاره چشمه را اندکی خم میکند که منجر می‌شود دو ستاره دورتر از مقدار معمول از یکدیگر به نظر آیند. این اثر، توسط “سر آرتور ادینگتون” در۱۹۱۹ استفاده شد تا اولین شاهد تجربی را برای نسبیت عام فراهم آورد.

نکته ی مثبت این روش آن است که می توانیم سیارات فراخورشیدی کوچک و دور را نیز مشاهده کنیم اما به علت فاصله ی زیاد سیاره ی فراخورشیدی تا زمین، امکان رصد این سیاره ی کشف شده خیلی کم است.

روش هایی که در این مقاله برشمردیم، تعدادی از راهکارهای کارآمد برای آشکار سازی سیارات فراخورشیدی است. در کنار این راهکارها فضاپیماهایی نیز به کمک انسان ها آمده اند تا افق دید انسان را وسیع تر کنند .

محقق : مجله فضای بیکران

 

منابع:

http://astro.unl.edu/naap/esp/detection.html

http://canot.ir/?p=8835

https://exoplanets.nasa.gov/interactable/11/

https://fa.wikipedia.org/wiki/

http://lasp.colorado.edu/education/outerplanets/exoplanets.php

http://www.planetary.org/explore/space-topics/exoplanets/radial-velocity.html

http://www.planetary.org/explore/space-topics/exoplanets/how-to-search-for-exoplanets.html

http://www.planetary.org/explore/space-topics/exoplanets/transit-photometry.html

http://www.planetary.org/explore/space-topics/exoplanets/microlensing.html

http://www.planetary.org/explore/space-topics/exoplanets/astrometry.html