مرحبًا بك مرة أخرى في أحدث إصدار في سلسلتنا حول أساليب البحث عن الكواكب الخارجية. نبدأ اليوم بالطريقة الصعبة جدًا ولكنها واعدة جدًا والمعروفة باسم التصوير المباشر.
في العقود القليلة الماضية ، ازداد عدد الكواكب المكتشفة خارج نظامنا الشمسي بسرعة فائقة. اعتبارًا من 4 أكتوبر 2018 ، ما مجموعه 3869 كوكبًا خارجيًا تم تأكيدها في 2887 نظامًا كوكبيًا ، مع 638 نظامًا تستضيف كواكب متعددة. لسوء الحظ ، نظرًا للقيود التي أجبر علماء الفلك على مواجهتها ، تم اكتشاف الغالبية العظمى منها باستخدام طرق غير مباشرة.
حتى الآن ، تم اكتشاف عدد قليل فقط من الكواكب من خلال تصويرها وهي تدور حول نجومها (ويعرف أيضًا باسم. التصوير المباشر ). على الرغم من كونها صعبة مقارنة بالطرق غير المباشرة ، إلا أن هذه الطريقة هي الأكثر واعدة عندما يتعلق الأمر بتوصيف أجواء الكواكب الخارجية. بعيد جدا، 100 تم تأكيد وجود كواكب في 82 نظامًا كوكبيًا باستخدام هذه الطريقة ، ومن المتوقع العثور على المزيد في المستقبل القريب.
وصف:
كما يوحي الاسم ، فإن التصوير المباشر يتكون من التقاط صور للكواكب الخارجية مباشرة ، وهو أمر ممكن من خلال البحث عن الضوء المنعكس من الغلاف الجوي للكوكب بأطوال موجات الأشعة تحت الحمراء. والسبب في ذلك هو أنه في الأطوال الموجية للأشعة تحت الحمراء ، من المرجح أن يكون النجم أكثر سطوعًا بحوالي مليون مرة من الكوكب الذي يعكس الضوء ، بدلاً من مليار مرة (وهو ما يحدث عادةً عند الأطوال الموجية المرئية).
مزايا:
من أكثر مزايا التصوير المباشر وضوحًا أنه أقل عرضة للإيجابيات الكاذبة. في حين أن طريقة العبور عرضة للإيجابيات الخاطئة في ما يصل إلى 40٪ من الحالات التي تنطوي على نظام كوكب واحد (مما يستلزم متابعة ملاحظات) ، تم اكتشاف الكواكب باستخدام طريقة السرعة الشعاعية تتطلب تأكيدًا (ولهذا السبب عادةً ما يتم إقرانها بامتداد طريقة العبور ). في المقابل ، يسمح التصوير المباشر لعلماء الفلك برؤية الكواكب التي يبحثون عنها بالفعل.
في حين أن فرص استخدام هذه الطريقة نادرة ، أينما يمكن إجراء اكتشافات مباشرة ، يمكنها تزويد العلماء بمعلومات قيمة عن الكوكب. على سبيل المثال ، من خلال فحص الأطياف المنعكسة من الغلاف الجوي للكوكب ، يستطيع علماء الفلك الحصول على معلومات حيوية حول تكوينه. هذه المعلومات جوهرية في توصيف الكواكب الخارجية وتحديد ما إذا كانت صالحة للسكن.
في حالة Fomalhaut b ، سمحت هذه الطريقة لعلماء الفلك بمعرفة المزيد عن تفاعل الكوكب مع قرص الكواكب الأولية للنجم ، وفرض قيودًا على كتلة الكوكب ، وتأكيد وجود نظام حلقات ضخم. في حالة HR 8799 ، قدمت كمية الأشعة تحت الحمراء المنعكسة من الغلاف الجوي لكوكب خارج المجموعة الشمسية (جنبًا إلى جنب مع نماذج تكوين الكواكب) تقديرًا تقريبيًا لكتلة الكوكب.
يعمل التصوير المباشر بشكل أفضل مع الكواكب التي لها مدارات واسعة وضخمة بشكل خاص (مثل عمالقة الغاز). كما أنه مفيد جدًا لاكتشاف الكواكب التي يتم وضعها 'وجهاً لوجه' ، مما يعني أنها لا تعبر أمام النجم بالنسبة إلى الراصد. وهذا يجعله مكملاً للسرعة الشعاعية ، وهو الأكثر فاعلية في اكتشاف الكواكب 'على الحافة' ، حيث تقوم الكواكب بعبور نجمها.
سلبيات:
مقارنة بالطرق الأخرى ، يعد التصوير المباشر صعبًا إلى حد ما بسبب تأثير الضوء الغامض من النجم. بعبارة أخرى ، من الصعب جدًا اكتشاف الضوء المنعكس من الغلاف الجوي للكوكب عندما يكون نجمه الأم أكثر سطوعًا. ونتيجة لذلك ، فإن فرص التصوير المباشر نادرة جدًا باستخدام التكنولوجيا الحالية.
بالنسبة للجزء الأكبر ، لا يمكن اكتشاف الكواكب إلا باستخدام هذه الطريقة عندما تدور على مسافات كبيرة من نجومها أو عندما تكون ضخمة بشكل خاص. وهذا يجعلها محدودة للغاية عندما يتعلق الأمر بالبحث عن الكواكب الأرضية (المعروفة أيضًا باسم 'الشبيهة بالأرض') التي تدور بالقرب من نجومها (أي داخل المنطقة الصالحة للسكن لنجومها). ونتيجة لذلك ، فإن هذه الطريقة ليست مفيدة بشكل خاص عندما يتعلق الأمر بالبحث عن الكواكب الخارجية الصالحة للسكن.
أمثلة على مسوحات التصوير المباشر:
حدث أول اكتشاف للكواكب الخارجية باستخدام هذه التقنية في يوليو 2004 ، عندما استخدمت مجموعة من علماء الفلك المرصد الأوروبي الجنوبي (ESO) مجموعة تلسكوب كبيرة جدًا (VLTA) لتصوير كوكب كتلته عدة أضعاف كتلة المشتري على مقربة من 2M1207 - قزم بني يقع على بعد حوالي 200 سنة ضوئية من الأرض.
صورة لجسم ذي كتلة كوكبية في مدار حول قزم بني 2M1207 ، التقطه مجموعة من علماء الفلك بقيادة جايل شوفين في يوليو 2004. Credit: NaCo / VLT / ESO
في عام 2005 ، أكدت ملاحظات أخرى مدار هذا الكوكب الخارجي حول 2M1207. ومع ذلك ، ظل البعض متشككًا في أن هذه كانت الحالة الأولى لـ 'التصوير المباشر' ، لأن الإضاءة المنخفضة للقزم البني هي التي جعلت اكتشاف الكوكب ممكنًا. بالإضافة إلى ذلك ، نظرًا لأنه يدور حول قزم بني ، فقد دفع البعض إلى القول بأن عملاق الغاز ليس كوكبًا مناسبًا.
في سبتمبر من عام 2008 ، تم تصوير جسم بفصل 330 AU حول نجمه المضيف ، 1RXS J160929.1-210524 - الذي يقع على بعد 470 سنة ضوئية في كوكبة العقرب. ومع ذلك ، لم يتم التأكد حتى عام 2010 من أنه كوكب ورفيق للنجم.
في 13 نوفمبر 2008 ، أعلن فريق من علماء الفلك أنهم التقطوا صورًا لكوكب خارج المجموعة الشمسية يدور حول النجم Fomalhaut باستخدام تلسكوب هابل الفضائي . أصبح هذا الاكتشاف ممكناً بفضل القرص السميك للغاز والغبار المحيط بـ Fomalhaut ، والحافة الداخلية الحادة التي تشير إلى أن الكوكب قد أزال الحطام من مساره.
أنتجت ملاحظات المتابعة مع هابل صورًا للقرص ، مما سمح لعلماء الفلك بتحديد موقع الكوكب. عامل آخر يساهم في حقيقة أن هذا الكوكب ، الذي تبلغ كتلته ضعف كتلة المشتري ، محاط بنظام حلقات يزيد سمكه عدة مرات عن حلقات زحل ، مما تسبب في توهج الكوكب بشكل ساطع في الضوء المرئي.
صورة مركبة ذات لون كاذب مأخوذة بواسطة تلسكوب هابل الفضائي ، تُظهر الحركة المدارية للكوكب فومالهاوت ب. الائتمان: NASA / ESA / P. كالاس (جامعة كاليفورنيا في بيركلي ومعهد سيتي)
في نفس اليوم ، استخدم علماء الفلك التلسكوبات من كل من مرصد كيك و مرصد الجوزاء أعلنوا أنهم قاموا بتصوير 3 كواكب تدور حول HR 8799. تم رصد هذه الكواكب ، التي يبلغ كتلتها 10 و 10 و 7 أضعاف كتلة المشتري ، جميعها في موجات الأشعة تحت الحمراء. يُعزى ذلك إلى حقيقة أن HR 8799 هو نجم شاب ويعتقد أن الكواكب المحيطة به لا تزال تحتفظ ببعض حرارة تكوينها.
في عام 2009 ، كشف تحليل صور يعود تاريخها إلى عام 2003 عن وجود كوكب يدور حول بيتا بيكتوريس Beta Pictoris. في عام 2012 ، استخدم علماء الفلك تلسكوب سوبارو في ال مرصد ماونا كيا أعلن عن تصوير 'المشتري الفائق' (بكتلة 12.8 كوكب المشتري) يدور حول النجم كابا أندروميدي على مسافة حوالي 55 وحدة فلكية (ما يقرب من ضعف مسافة نبتون من الشمس).
تم العثور على مرشحين آخرين على مر السنين ، ولكن حتى الآن ، لا يزالون غير مؤكدين ككواكب ويمكن أن يكونوا أقزامًا بنية. في المجموع ، تم تأكيد 100 كوكب خارجي باستخدام طريقة التصوير المباشر (ما يقرب من 0.3٪ من جميع الكواكب الخارجية المؤكدة) ، وكانت الغالبية العظمى من الكواكب الغازية العملاقة التي تدور على مسافات كبيرة من نجومها.
ومع ذلك ، من المتوقع أن يتغير هذا في المستقبل القريب مع توفر تلسكوبات الجيل التالي وغيرها من التقنيات. وتشمل هذه التلسكوبات الأرضية المجهزة بالبصريات التكيفية ، مثل تلسكوب ثلاثين مترا (TMT) و تلسكوب ماجلان العملاق (بتوقيت غرينيتش). وهي تشمل أيضًا التلسكوبات التي تعتمد على أجهزة التخطيط التاجي (مثل تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) ، حيث يتم استخدام جهاز داخل التلسكوب لحجب الضوء من النجم.
هناك طريقة أخرى يتم تطويرها تعرف باسم 'ستار ستار' ؟؟ ، وهو جهاز يتم وضعه لحجب الضوء من النجم قبل أن يدخل حتى في التلسكوب. بالنسبة إلى التلسكوب الفضائي الذي يبحث عن الكواكب الخارجية ، فإن ظل النجوم سيكون مركبة فضائية منفصلة ، مصممة لوضع نفسها على المسافة والزاوية المناسبة تمامًا لمنع ضوء النجوم من النجوم التي كان علماء الفلك يرصدونها.
لدينا العديد من المقالات الشيقة حول البحث عن الكواكب الخارجية هنا في Universe Today. هنا ما هي طريقة العبور؟ و ما هي طريقة السرعة الشعاعية؟ و ما هي طريقة العدسة الدقيقة للجاذبية؟ ، و عالم كبلر: كواكب في مجرتنا أكثر من النجوم .
لدى Astronomy Cast أيضًا بعض الحلقات الشيقة حول هذا الموضوع. هنا الحلقة: 367 و الحلقة 512: التصوير المباشر للكواكب الخارجية .
لمزيد من المعلومات ، تأكد من مراجعة صفحة وكالة ناسا على استكشاف الكواكب الخارجية ، صفحة جمعية الكواكب على الكواكب خارج المجموعة الشمسية ، ووكالة ناسا / معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا أرشيف الكواكب الخارجية .
مصادر:
