كيف يجد علماء الفلك الكواكب الخارجية؟

مفهوم الفنان لكوكب بعيد يمر أمام نجمه. تم العثور على العديد من الكواكب الخارجية من خلال الانخفاض الصغير في ضوء النجم الذي يحدث أثناء عبور الكوكب. صورة عبرSciTechDaily.

منذأخبار TRAPPIST-1في وسائل الإعلام في 22 فبراير 2017 ، أصبحت الكواكب الخارجية موضوعًا أكثر سخونة مما كانت عليه بالفعل. الكواكب السبعة المعروفة في نظام TRAPPIST-1 تبعد 40 سنة ضوئية فقط ، وهي كذلكجاهزة للاستكشافعبر التلسكوبات الأرضية والفضائية. لكنعدة آلافالكواكب الخارجية الأخرى - الكواكب التي تدور حول شموس بعيدة - معروفة لعلماء الفلك. يعتبر مفهوم الفنان أعلاه مضللًا بعض الشيء لأنه لا يوضح مدى تباين النجوم الساطعة جدًا مع كواكبها. إن سطوع النجوم هذا هو الذي يجعل من الصعب جدًا العثور على الكواكب الخارجية. اتبع الروابط أدناه لمعرفة المزيد حول كيفية عثور علماء الفلك على الكواكب الخارجية.

تم العثور على معظم الكواكب الخارجية عبر طريقة العبور

تم العثور على بعض الكواكب الخارجية من خلال طريقة التذبذب

تم العثور على عدد قليل من الكواكب الخارجية عن طريق التصوير المباشر

تم العثور على عدد قليل من الكواكب الخارجية عن طريق العدسة الدقيقة

مفهوم الفنان لنظام TRAPPIST-1 كما يُنظر إليه من الأرض. رصيد الصورة إلىناسا / مختبر الدفع النفاث- معهد كاليفورنيا للتقنية.



تم العثور على معظم الكواكب عبر طريقة العبور.كان هذا هو الحال بالنسبة لكواكب TRAPPIST-1. في الواقع ، كلمة TRAPPIST تعني الكلمة الأرضيةتلسكوب صغير TRAnsiting Planetes and PlanetesImals، والتي - جنبًا إلى جنب مع تلسكوب سبيتزر الفضائي التابع لناسا والتلسكوبات الأخرى - ساعدت في الكشف عن الكواكب في هذا النظام.

نحن نعرف معظم الكواكب الخارجية عبر طريقة العبور جزئيًا لأن التلسكوب الرئيسي لرصد الكواكب في العالم - مهمة كبلر الفضائية - يستخدم هذه الطريقة. وجدت المهمة الأصلية ، التي تم إطلاقها في عام 2009 ، 4696 كوكبًا خارجيًا مرشحًا ، منها 2331 كوكبًا خارجيًا مؤكدًا.وفقًا لوكالة ناسا. منذ ذلك الحين ، أصبحت مهمة كبلر الموسعة (K2) اكتشفأكثر.

العبور عبرناسا.

منحنى الضوء لـ Kepler-6b. يمثل الانخفاض عبور الكوكب. صورة عبرويكيميديا ​​كومنز.

كيف تعمل طريقة العبور؟ كسوف الشمس ، على سبيل المثال ،يكونعبور يحدث عندما يمر القمر بين الشمس والأرض. تحدث عبور الكواكب الخارجية عندما يمر كوكب خارجي بعيد بين نجمه والأرض. عندما يحدث كسوف كلي للشمس ، ينتقل ضوء شمسنا من 100٪ إلى 0٪ تقريبًا كما يُرى من الأرض ، ثم يعود إلى 100٪ مع انتهاء الكسوف. ولكن عندما يلاحظ العلماء النجوم البعيدة بحثًا عن كواكب خارجية عابرة ، فإن ضوء النجم ، على الأكثر ، قد يخفت بنسبة قليلة فقط ، أو أجزاء من نسبة مئوية. ومع ذلك ، بافتراض حدوث ذلك بانتظام أثناء دوران الكوكب حول نجمه ، فإن ذلك الانخفاض الدقيق في ضوء النجم يمكن أن يكشف عن كوكب مخفي.

لذا فإن الغطس في ضوء النجم هو أداة يدوية للكشف عن الكواكب الخارجية. لاستخدامه ، كان على علماء الفلك تطوير أدوات حساسة للغاية يمكنها قياس الضوء المنبعث من النجم. لهذا السبب ، على الرغم من بحث الفلكيين عن الكواكب الخارجية لسنوات عديدة ، إلا أنهم لم يبدأوا في العثور عليهاحتى التسعينيات.

المنحنى الضوءالتي تم الحصول عليها عن طريق رسم ضوء النجم بمرور الوقت تسمح للعلماء أيضًا باستنتاج ميل مدار كوكب خارج المجموعة الشمسية وحجمه.

انقر فوق اسم كوكب خارج المجموعة الشمسية لرؤية منحنى ضوئي متحركهنا.

ولاحظ أننا لا نرى في الواقع الكواكب الخارجية المكتشفة بطريقة العبور. بدلاً من ذلك ، يتم استنتاج وجودهم.

طريقة التذبذب. الموجات الزرقاء لها تردد أعلى من موجات الضوء الأحمر. صورة عبرناسا.

تم العثور على بعض الكواكب عن طريق التذبذب. المسار الثاني الأكثر استخدامًا لاكتشاف الكواكب الخارجية هو عبر التحليل الطيفي دوبلر ، والذي يُطلق عليه أحيانًا اسمطريقة السرعة الشعاعية، والمعروف باسمطريقة التذبذب. اعتبارًا من أبريل 2016 ، تم اكتشاف 582 كوكبًا خارج المجموعة الشمسية (حوالي 29.6 ٪ من الإجمالي المعروف في ذلك الوقت) باستخدام هذه الطريقة.

في جميع أنظمة الجاذبية المرتبطة بالنجوم ، تتحرك الأجسام الموجودة في المدار - في هذه الحالة ، نجم وكوكب خارج المجموعة الشمسية - حول مركز مشترك للكتلة. عندما تكون كتلة كوكب خارج المجموعة الشمسية مهمة مقارنة بكتلة نجمه ، فهناك احتمال أن نلاحظ تذبذبًا في مركز الكتلة هذا ، ويمكن اكتشافه من خلال تحول في ترددات ضوء النجم. هذا التحول هو في الأساس أالتحول دوبلر. إنه نفس النوع من التأثير الذي يصنعتقيصوت محرك سيارة السباق عالي النبرة بينما تقترب السيارة نحوك وتنخفض درجة صوتها بينما تندفع السيارة بعيدًا.

تمايل نجم يدور حوله جسم كبير جدًا. صورة عبرويكيميديا ​​كومنز.

وبالمثل ، عند النظر إليها من الأرض ، فإن الحركات الطفيفة للنجم وكوكبه (أو الكواكب) حول مركز جاذبية مشترك تؤثر على طبيعته.طيف الضوء. إذا كان النجم يتحرك نحو الراصد ، فإن طيفه سيبدو متحركًا قليلاً نحو اللون الأزرق ؛ إذا كان يتحرك بعيدًا ، فسوف يتحول إلى اللون الأحمر.

الفرق ليس كبيرًا جدًا ، لكن الأدوات الحديثة حساسة بدرجة كافية لقياسه.

لذلك عندما يقيس علماء الفلك التغيرات الدورية في الطيف الضوئي لنجم ما ، فقد يشتبهون في وجود جسم مهم - كوكب خارجي كبير - يدور حوله. قد يؤكد علماء فلك آخرون وجوده. طريقة التذبذب مفيدة فقط للعثور على الكواكب الخارجية الكبيرة جدًا. لا يمكن اكتشاف الكواكب الشبيهة بالأرض بهذه الطريقة لأن الاهتزاز الناجم عن الأجسام الشبيهة بالأرض صغير جدًا بحيث لا يمكن قياسه بواسطة الأدوات الحالية.

لاحظ أيضًا أنه ، مرة أخرى ، باستخدام هذه الطريقة ، لا نرى كوكبًا خارجيًا في الواقع. يتم الاستدلال على وجودها.

النجم HR 87799 وكواكبها. اقرأ المزيد عن هذا النظام عبرويكي واند.

تم العثور على عدد قليل من الكواكب عن طريق التصوير المباشر.التصوير المباشر عبارة عن مصطلحات خيالية لـالتقاط صورة لكوكب خارج المجموعة الشمسية. إنها الطريقة الثالثة الأكثر شيوعًا لاكتشاف الكواكب الخارجية.

يعد التصوير المباشر طريقة صعبة للغاية ومحدودة لاكتشاف الكواكب الخارجية. بادئ ذي بدء ، يجب أن يكون النظام النجمي قريبًا نسبيًا من الأرض. بعد ذلك ، يجب أن تكون الكواكب الخارجية في هذا النظام بعيدة بما يكفي عن النجم حتى يتمكن علماء الفلك من تمييزها عن وهج النجم. أيضًا ، يجب على العلماء استخدام أداة خاصة تسمى أكوروناجرافلحجب الضوء من النجم ، وكشف الضوء الخافت لأي كوكب أو كواكب قد تدور حوله.

عالم الفلككيت فوليت، الذي يعمل بهذه الطريقة ، أخبر ForVM أن عدد الكواكب الخارجية التي يتم العثور عليها من خلال التصوير المباشر يختلف ، اعتمادًا على تعريف المرء للكوكب. لكنها قالت إنه تم اكتشاف ما بين 10 إلى 30 بهذه الطريقة.

ويكيبيديا لديها ملفقائمة من 22 كوكبًا خارجيًا تم تصويرها مباشرة، لكن البعض لم يكن كذلكاكتشفعن طريق التصوير المباشر. تم اكتشافها بطريقة أخرى ولاحقًا - من خلال العمل الشاق والذكاء المضني ، بالإضافة إلى التقدم في الأجهزة - تمكن علماء الفلك من الحصول على صورة.

عملية العدسة الدقيقة على مراحل ، من اليمين إلى اليسار. يتحرك النجم العدسي (الأبيض) أمام نجم المصدر (الأصفر) مكبراً صورته وإنشاء حدث العدسة الدقيقة. في الصورة الرابعة من جهة اليمين ، يضيف الكوكب تأثير العدسة الدقيقة الخاص به ، مما يؤدي إلى إنشاء طفرين مميزين في منحنى الضوء. الصورة والتعليق عبرجمعية الكواكب.

تم العثور على عدد قليل من الكواكب الخارجية عن طريق العدسة الدقيقة.ماذا لو لم يكن كوكب خارج المجموعة الشمسية كبيرًا جدًا ويمتص معظم الضوء الذي يستقبله نجمه المضيف؟ هل هذا يعني أننا غير قادرين على رؤية هؤلاء؟

بالنسبة للأجسام المظلمة الأصغر حجمًا ، يستخدم العلماء تقنية تستند إلى نتيجة رائعة للنسبية العامة لأينشتاين. أي ، الأجسام في الزمكان منحنى الفضاء ؛ الضوء يسافر بالقرب منهمالانحناءاتنتيجة ل. هذا مشابه لالانكسار البصريببعض الطرق. إذا وضعت قلم رصاص في كوب من الماء ، فإن القلم يبدو مكسورًا لأن الضوء ينكسر بواسطة الماء.

على الرغم من أنه لم يتم إثبات ذلك إلا بعد عقود ، عالم الفلك الشهيرفريتز زويكيقال في وقت مبكر من عام 1937 أن جاذبية العناقيد المجرية يجب أن تمكنهم من التصرفعدسات الجاذبية. على عكس مجموعات المجرات ، أو حتى المجرات المفردة ، فإن النجوم وكواكبها ليست ضخمة جدًا. لا ينحني الضوء كثيرا.

لهذا السبب تسمى هذه الطريقةالعدسة الدقيقة.

لاستخدام العدسة الدقيقة لاكتشاف الكواكب الخارجية ، يجب أن يمر نجم واحد أمام نجم آخر بعيدًا كما يُرى من الأرض. قد يتمكن العلماء بعد ذلك من قياس الضوء من المصدر البعيد الذي ينحني بواسطة النظام المار. قد يكونون قادرين على التفريق بين النجم المتداخل وكوكبه خارج المجموعة الشمسية. تعمل هذه الطريقة حتى لو كان الكوكب خارج المجموعة الشمسية بعيدًا جدًا عن نجمه ، وهي ميزة على طرق العبور والتمايل.

ولكن ، كما يمكنك أن تتخيل ، إنها طريقة صعبة الاستخدام. ويكيبيديا لديها ملفقائمة بـ 19 كوكبًا تم اكتشافها بواسطة العدسة الدقيقة.

اكتشفت الكواكب الخارجية كل عام. لاحظ أن طريقتي الاكتشاف السائدتين هما العبور والسرعة الشعاعية (طريقة التذبذب). صورة عبرأرشيف ناسا خارج المجموعة الشمسية.

خلاصة القول: إن أكثر الطرق شيوعًا لاكتشاف الكواكب الخارجية هي طريقة العبور وطريقة التذبذب ، والتي تُعرف أيضًا باسم السرعة الشعاعية. تم اكتشاف عدد قليل من الكواكب الخارجية عن طريق التصوير المباشر والعدسة الدقيقة. بالمناسبة ، تأتي معظم المعلومات الواردة في هذه المقالة من دورة تدريبية عبر الإنترنت أحضرهاالأرض الفائقة والحياةالتي قدمتها هارفارد. دورة ممتعة!