سیارات فراخورشیدی

سیارات فراخورشیدی

وقتی به آسمان شب نگاه می کنیم، سوالاتی در ذهنمان نقش می بندد؛ سوالاتی مثل اینکه آیا ما در کیهان تنها هستیم؟ آیا سیاراتی هستند که به دور ستارگانی غیر از خورشید بچرخند؟ آیا منظومه شمسی ما منحصر به فرد است یا تشکیل سیاره، تابع تشکیل ستاره است؟ آیا کهکشان ما مملو از سیارات است؟ با کشف سیارات دیگر در منظومه شمسی، کشف گستره واقعی کهکشان راه شیری و دیگر کهکشان‌های فراتر از کهکشان ما، این سوال ها عمیق‌ و عمیق‌تر شده اند.  در دهه های گذشته، دانشمندان به شواهد روشنی مبنی بر وجود سیارات فراخورشیدی دست یافتند.

درحالی که ستاره‌شناسان و دانشمندان، مدت‌ها گمان می‌کردند که منظومه‌های دیگر در کهکشان ما و کیهان، سیاره‌هایی دارند که به دور خودشان می‌چرخند، اما تنها در چند دهه گذشته، موفق به کشف این سیارات شده اند.

سیارات فراخورشیدی چیست؟

سیاره فراخورشیدی (Extrasolar planet / exoplanet)   به سیاره های گفته می شود که به دور ستارهای غیر از ستاره ما(خورشید) می چرخد. منظومه شمسی ما تنها یکی از میلیاردها منظومه در کهکشان راه شیری است. سیارات فراخورشیدی(سیارات خارج از منظومه شمسی) برای مدت طولانی برای ستاره شناسان یک راز بود.

• در اوایل قرن شانزدهم، تعدادی از اخترشناسان، وجود سیارات فراخورشیدی را فرض کردند. فیلسوف ایتالیایی جوردانو برونو(Giordano Bruno)، از اولین افراد در ارائه این فرضیه و یکی از حامیان نظریه کوپرنیک بود. او علاوه بر حمایت از این ایده که زمین و سایر سیارات به دور خورشید می‌چرخند، این ایده را مطرح کرد که ستارگان ثابتی شبیه به خورشید وجود دارند که سیاراتی به دور آن در گردشاند.
• در قرن هجدهم، اسحاق نیوتن پیشنهاد مشابهی ارائه کرد. او در مورد سیارات خورشیدی نوشت:«اگر ستارگان ثابت، مراکز منظومه‌های مشابه با منظومه شمسی باشند، همگی بر اساس طرحی مشابه ساخته شدهاند.»

در دهه1980، گروهی از ستاره شناسان ادعا کردند که برخی از سیارات فراخورشیدی را در منظومه های ستارهای نزدیک، شناسایی کردهاند اما تا سال ها بعد، قادر به تایید وجود آنها نبودند.

بیشتر سیارات فراخورشیدی که تاکنون کشف شده اند، در منطقه نسبتا کوچکی از کهکشان ما یعنی کهکشان راه شیری هستند. با توجه به داده های تلسکوپ فضایی کپلر، میدانیم که تعداد این سیارات، بیش از ستارگان در کهکشان است.

با اندازه‌گیری اندازه (قطر) و جرم سیارات فراخورشیدی، می‌توان در آنها از ترکیب‌هایی سنگی (مانند زمین و زهره) تا بسیار غنی از گاز (مانند مشتری و زحل) را مشاهده کرد. سیارات فراخورشیدی از عناصری مشابه سیارات منظومه شمسی ما تشکیل شده اند، اما ترکیب آنها از این عناصر ممکن است متفاوت باشد.

کشف سیارات فراخورشیدی

• تعداد انگشت شماری از سیارات فراخورشیدی از طریق تصویربرداری مستقیم پیدا شده‌اند که سیارات غول‌پیکر گازی جوانی هستند که در مداری بسیار دور از ستاره‌هایشان، به دور آن می‌چرخند.
• بیشتر سیارات فراخورشیدی از طریق روش‌های غیرمستقیم یافت می‌شوند: اندازه‌گیری کم‌نور شدن ستاره‌ای که سیاره‌ای از مقابل آن عبور می‌کند(روش گذر) یا نظارت بر طیف یک ستاره.

 اولین اکتشافات

یکی از دلایلی که تشخیص سیارات فراخورشیدی بسیار دشوار است این است که آنها، حتی از ستاره هایی که به دور آنها می چرخند، کم نورتر هستند. علاوه بر این، این ستارگان نوری از خود ساطع می کنند که آنها را رصد مستقیم پنهان می کند.

• اولین کشف این سیارات در سال 1992 توسط دو اخترشناس به نام های الکساندر ولسچان(Aleksander Wolszczan) و دیل فریل(Dale Frail) انجام شد. این دو با استفاده از رصدخانه آرسیبو(Arecibo) در پورتوریکو، چندین سیاره با جرم زمین را مشاهده کردند که به دور تپ اختر(ستاره‌ نوترونی) PSR B1257+12 می چرخیدند.
• در سال 1995 اولین تایید سیاره فراخورشیدی پیرامون یک ستاره دنبالهدار انجام شد. در این مورد، سیاره مشاهده شده، سیاره 51 Pegasi b بود؛ یک سیاره غول پیکر که در یک مدار چهار روزه به دور ستاره شبه خورشیدی 51 پگاسی (تقریباً 51 سال نوری از خورشید ما فاصله دارد) یافت شد.
• در ابتدا، بیشتر سیارات کشف‌شده، غول‌های گازی مشابه یا بزرگ‌تر از مشتری بودند که اصطلاح « ابر مشتری یا super-jupiter» از اینجا سرچشمه گرفت. این موضوع که کشف غول‌های گازی رایج‌تر از سیارات صخره‌ای (یعنی زمین‌مانند) بود، صرفاً به این دلیل بود که سیاراتی با اندازه مشتری، به دلیل اندازه‌شان به سادگی قابل تشخیص هستند.

ماموریت کپلر

تلسکوپ فضایی کپلر با نام یوهانس کپلر، ستاره شناس دوره رنسانس، توسط ناسا در 7 مارس 2009 با هدف کشف سیارات مشابه زمین که به دور ستارگان دیگر می چرخند، پرتاب شد. ماموریت کپلر به عنوان بخشی از برنامه اکتشاف ناسا، شامل مجموعه ای از پروژه هایی با تمرکز بر تحقیقات علمی و یافتن شواهدی از سیارات فراخورشیدی بود.

تلسکوپ فضایی کپلر از یک نورسنج برای نظارت مستمر بر روشنایی بیش از 145000 ستاره در یک میدان دید ثابت، استفاده کرد. این داده‌ها سپس به زمین منتقل شد و دانشمندان آن‌ها را برای یافتن نشانه‌هایی از کم‌نور شدن دوره‌ای ناشی از عبور سیارات فراخورشیدی از مقابل ستاره میزبانشان مورد تجزیه و تحلیل قرار دادند.

تلسکوپ فضایی کپلر

سیارات قابل سکونت

• اولین سیاره فراخورشیدی که توسط کپلر تایید شد، Kepler-22b بود. این سیاره در فاصله 600 سال نوری از زمین، در صورت فلکی ماکیان قرار دارد و اولین بار در 12 می 2009 مشاهده و در 5 دسامبر 2011 تایید شد.

کشف سیارات فراخورشیدی، علاقه به جستجوی حیات فرازمینی را تشدید کرده است، به ویژه برای سیاراتی که در منطقه قابل سکونت ستاره میزبان می چرخند.

برخی از ویژگی های سیارات فراخورشیدی

• بین 5 تا 10 درصد از ستارگان مورد بررسی، دارای سیاره هایی با جرم حداقل 100 برابر زمین، با دوره های مداری چند سال زمینی یا کمتر هستند.
• تقریباً 1 درصد از ستارگان، دارای سیارات غول پیکری هستند که در مدارهای بسیار نزدیک با دوره های مداری کمتر از یک هفته قرار دارند. به نظر می رسد برخی از این سیارات، در نتیجه گرم شدن توسط ستارگانشان، از نظر اندازه متسع شده اند.
• بیش از 20 درصد از ستارگان، دارای سیاراتی با اندازه هایی تا چند ده برابر جرم زمین و با دوره های مداری کمتر از سه ماه هستند.
• پرجرم ترین سیاراتی که از ستارگان خود عبور می کنند، عمدتاً از سبک ترین عناصر مثل هیدروژن و هلیوم تشکیل شده اند. اصطلاح مشتری اغلب برای توصیف این دنیاها استفاده می شود و اصطلاح مشتری داغ به آن سیارات عظیمی اطلاق می شود که بسیار نزدیک به ستاره های خود میچرخند.
• اصطلاحات نپتون و نپتون داغ به سیاراتی با جرم کمتر از 10 درصد جرم مشتری اشاره دارد، و اصطلاح ابرزمین‌ها به سیارات سنگیای اشاره دارد که جرم آنها چند برابر جرم زمین است.

با این وجود، بسیاری از ویژگی های سیارات فراخورشیدی، در تضاد شدیدی با ویژگی های منظومه شمسی است. مثال:

• نزدیک به 12 سال زمینی طول می کشد تا مشتری به دور خورشید سفر کند که این مدت، کوتاه ترین دوره مداری است که در بین سیاره های بزرگ (پرجرم تر از زمین) در منظومه شمسی دیده میشود. همچنین نزدیکترین سیاره به خورشید یعنی عطارد، به 88 روز زمان نیاز دارد تا یک دور کامل را طی کند. این درحالیست که بیشتر سیارات غول‌پیکر فراخورشیدی، دارای دوره‌های مداری بیش از دو هفته هستند.
• در منظومه شمسی، سیارات، به ویژه سیارات بزرگتر، در مسیرهای تقریباً دایره ای در اطراف خورشید حرکت می کنند.
• بسیاری از سیارات فراخورشیدی به دور ستارگانی می‌چرخند که اعضای منظومه‌های ستاره‌ای دوتایی هستند، و برای ستاره‌هایی که یک سیاره قابل تشخیص دارند، معمول است که سیاره‌های دیگری نیز داشته باشند.
• سیاراتی که تاکنون در اطراف ستارگانی غیر از خورشید کشف شده اند، جرمی تقریباً دو برابر تا هزاران برابر زمین دارند که به نظر می رسد آنها برای پشتیبانی از حیات، مثل حیات در زمین، بیش از حد عظیم هستند.

نویسنده: کیانا کلانتری

منابع:

1. https://exoplanets.nasa.gov/what-is-an-exoplanet/overview/
2. https://www.sciencedirect.com/topics/physics-and-astronomy/extrasolar-planets
3. https://www.britannica.com/print/article/1076150