مرحبًا بكم مرة أخرى في سلسلتنا حول أساليب صيد الكواكب الخارجية! اليوم ، ننظر إلى طريقة أخرى شائعة الاستخدام للكشف عن الكواكب الخارجية ، تُعرف باسم طريقة السرعة الشعاعية (المعروفة أيضًا باسم التحليل الطيفي الدوبلري).
البحث عن الكواكب خارج الطاقة الشمسية بالتأكيد قد اشتعلت سخونة في العقد الماضي أو نحو ذلك! بفضل التحسينات التي تم إجراؤها على الأجهزة والمنهجية ، تم اكتشاف عدد الكواكب الخارجية المكتشفة (اعتبارًا من 1 ديسمبر 2017 ) وصلت إلى 3710 كوكبًا في 2780 نظامًا نجميًا ، مع 621 نظامًا يضم كواكب متعددة. لسوء الحظ ، نظرًا للحدود التي يجبر علماء الفلك على مواجهتها ، تم اكتشاف الغالبية العظمى باستخدام طرق غير مباشرة.
عندما يتعلق الأمر بهذه الطرق غير المباشرة ، فإن الطريقة الأكثر شيوعًا وفعالية هي طريقة السرعة الشعاعية - المعروفة أيضًا باسم التحليل الطيفي دوبلر. تعتمد هذه الطريقة على مراقبة أطياف النجوم بحثًا عن علامات 'التذبذب' ، حيث وجد أن النجم يتحرك باتجاه الأرض وبعيدًا عنها. هذه الحركة ناتجة عن وجود الكواكب التي تمارس تأثير الجاذبية على الشمس الخاصة بها.
وصف:
بشكل أساسي ، لا تتكون طريقة السرعة الشعاعية من البحث عن علامات الكواكب نفسها ، ولكن في مراقبة النجم بحثًا عن علامات الحركة. يتم استنتاج ذلك باستخدام مقياس الطيف لقياس الطريقة التي يتم بها إزاحة الخطوط الطيفية للنجم بسبب تأثير دوبلر - أي كيفية إزاحة الضوء من النجم نحو النهاية الحمراء أو الزرقاء للطيف (الانزياح الأحمر / الازرق الأزرق).
رسم تخطيطي يوضح طريقة السرعة الشعاعية (المعروفة أيضًا باسم انزياح دوبلر). الائتمان: مرصد لاس كومبريس
هذه التحولات هي مؤشرات على أن النجم يتحرك بعيدًا عن (الانزياح الأحمر) أو باتجاه (التحول الأزرق) الأرض. بناءً على سرعة النجم ، يمكن لعلماء الفلك تحديد وجود كوكب أو نظام من الكواكب. يمكن قياس السرعة التي يتحرك بها النجم حول مركز كتلته ، وهي أصغر بكثير من سرعة الكوكب ، باستخدام مقاييس الطيف الحالية.
حتى عام 2012 ، كانت هذه الطريقة هي أكثر الوسائل فعالية لاكتشاف الكواكب الخارجية ، ولكن تم استبدالها منذ ذلك الحين بـ قياس الضوء العابر . ومع ذلك ، تظل طريقة فعالة للغاية وغالبًا ما يتم الاعتماد عليها بالاقتران مع طريقة العبور لتأكيد وجود الكواكب الخارجية ووضع قيود على حجمها وكتلتها.
مزايا:
كانت طريقة Radial Velocity هي أول وسيلة ناجحة لاكتشاف الكواكب الخارجية ، وقد حققت معدل نجاح مرتفعًا في تحديد الكواكب الخارجية في كل من الجوار ( التالي ب و ترابيست -1 الكواكب السبعة) وأنظمة النجوم البعيدة ( كوروت - 7 ج ). تتمثل إحدى المزايا الرئيسية في أنه يسمح بقياس انحراف مدار الكوكب بشكل مباشر.
إشارة السرعة الشعاعية مستقلة عن المسافة ، ولكنها تتطلب أطياف نسبة إشارة إلى ضوضاء عالية لتحقيق درجة عالية من الدقة. على هذا النحو ، يتم استخدامه عمومًا للبحث عن الكواكب منخفضة الكتلة حول النجوم التي تقع على بعد 160 سنة ضوئية من الأرض ، ولكن لا يزال بإمكانها اكتشاف عمالقة الغاز حتى بضعة آلاف من السنين الضوئية.
https://exoplanets.nasa.gov/5_ways_content/vid/radial_velocity.mp4تقنية السرعة الشعاعية قادرة على اكتشاف الكواكب حول النجوم منخفضة الكتلة ، مثل النجوم من النوع M (القزم الأحمر). ويرجع ذلك إلى حقيقة أن النجوم ذات الكتلة المنخفضة تتأثر بشكل أكبر بسحب الجاذبية للكواكب ولأن هذه النجوم عمومًا تدور بشكل أبطأ (مما يؤدي إلى خطوط طيفية أكثر وضوحًا). هذا يجعل طريقة السرعة الشعاعية مفيدة للغاية لسببين.
على سبيل المثال ، النجوم من النوع M هي الأكثر شيوعًا في الكون ، حيث تمثل 70٪ من النجوم في المجرات الحلزونية و 90٪ من النجوم في المجرات الإهليلجية. ثانيًا ، أشارت الدراسات الحديثة إلى أن النجوم ذات الكتلة المنخفضة من النوع M هي المكان الأكثر احتمالية للعثور على الكواكب الأرضية (أي الصخرية). لذلك فإن طريقة السرعة الشعاعية مناسبة تمامًا لدراسة الكواكب الشبيهة بالأرض التي تدور بالقرب من شمس الأقزام الحمراء (داخل مناطقها الصالحة للسكن).
ميزة رئيسية أخرى هي الطريقة التي تستطيع بها طريقة السرعة الشعاعية وضع قيود دقيقة على كتلة الكوكب. على الرغم من أن السرعة الشعاعية للنجم يمكن أن تعطي تقديرات فقط للكتلة الدنيا للكوكب ، فإن التمييز بين الخطوط الطيفية للكوكب وخطوط النجم يمكن أن ينتج عنه قياسات السرعة الشعاعية للكوكب.
يسمح هذا لعلماء الفلك بتحديد ميل مدار الكوكب ، مما يتيح قياس الكتلة الفعلية للكوكب. تستبعد هذه التقنية أيضًا الإيجابيات الخاطئة وتوفر بيانات حول تكوين الكوكب. تكمن المشكلة الرئيسية في أن هذا الاكتشاف ممكن فقط إذا كان الكوكب يدور حول نجم لامع نسبيًا وإذا كان الكوكب يعكس أو يُصدر الكثير من الضوء.
عدد اكتشافات الكواكب خارج المجموعة الشمسية سنويًا حتى سبتمبر 2014 ، مع الألوان التي تشير إلى طريقة الكشف - السرعة الشعاعية (الأزرق) ، العبور (الأخضر) ، التوقيت (الأصفر) ، التصوير المباشر (الأحمر) ، العدسة الدقيقة (البرتقالي). الائتمان: المجال العام
اعتبارًا من ديسمبر 2017 ، 662 من جميع اكتشافات الكواكب الخارجية (كلا المرشحين وتلك التي تم تأكيدها) تم اكتشافها باستخدام طريقة السرعة الشعاعية وحدها - ما يقرب من 30 ٪ من الإجمالي.
سلبيات:
ومع ذلك ، فإن طريقة السرعة الشعاعية لها أيضًا بعض العيوب البارزة. بالنسبة للمبتدئين ، ليس من الممكن مراقبة مئات أو حتى آلاف النجوم في وقت واحد باستخدام تلسكوب واحد - كما هو الحال مع Transit Photometry. بالإضافة إلى ذلك ، في بعض الأحيان يمكن أن ينتج عن التصوير الدوبلري الطيفي إشارات خاطئة ، خاصة في أنظمة الكواكب المتعددة والنجوم المتعددة.
غالبًا ما يكون هذا بسبب وجود المجالات المغناطيسية وأنواع معينة من النشاط النجمي ، ولكن يمكن أن ينشأ أيضًا عن نقص البيانات الكافية نظرًا لأن النجوم لا تُرصد بشكل مستمر بشكل عام. ومع ذلك ، يمكن التخفيف من هذه القيود عن طريق إقران قياسات السرعة الشعاعية مع طريقة أخرى ، وأكثرها شيوعًا وفعالية هي قياس الضوء العابر.
في حين أن التمييز بين الخطوط الطيفية للنجم والكوكب يمكن أن يسمح بوضع قيود أفضل على كتلة الكوكب ، فإن هذا ممكن بشكل عام فقط إذا كان الكوكب يدور حول نجم لامع نسبيًا ويعكس الكوكب أو يبعث الكثير من الضوء. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الكواكب ذات المدارات شديدة الانحدار (بالنسبة إلى خط رؤية المراقب) تنتج تذبذبات مرئية أصغر ، وبالتالي يصعب اكتشافها.
في النهاية ، تكون طريقة السرعة الشعاعية أكثر فاعلية عند إقرانها بقياس الضوء العابر ، على وجه التحديد من أجل تأكيد الاكتشافات التي تم إجراؤها باستخدام الطريقة الأخيرة. عند استخدام كلتا الطريقتين معًا ، لا يمكن تأكيد وجود كوكب فحسب ، بل يمكن أيضًا إجراء تقديرات دقيقة لنصف قطره وكتلته الحقيقية.
أمثلة على استطلاعات السرعة الشعاعية:
تشمل المراصد التي تستخدم طريقة Radial Velocity المرصد الأوروبي الجنوبي (ESO) كرسي المرصد في شيلي. تُجري هذه المنشأة عمليات مسح للبحث عن الكواكب خارج المجموعة الشمسية باستخدام تلسكوب 3.6 متر ، والمجهز بـ عالية الدقة شعاعي البحث الكوكب السرعة مطياف (هاربس). هناك أيضًا التلسكوبات في مرصد كيك في Mauna Kei ، هاواي ، والتي تعتمد على مطياف إيكيل عالي الدقة (HIRES) مطياف.
هناك أيضا مرصد أوت بروفانس في جنوب فرنسا ، والتي تستخدم مطياف ELODIE للكشف عن 51 بيجاسي ب - تم العثور على أول 'كوكب حار' يدور حول نجم تسلسل رئيسي - في عام 1995. في عام 2006 ، تم إيقاف تشغيل ELODIE واستبداله بـ مطياف صوفي .
من المتوقع أن تستفيد استطلاعات البحث عن الكواكب الخارجية التي تعتمد على طريقة السرعة الشعاعية بشكل كبير من نشر تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) ، المقرر إجراؤها في عام 2019. بمجرد تشغيلها ، ستحصل هذه المهمة على قياسات دوبلر للنجوم باستخدام مجموعتها المتقدمة من أدوات الأشعة تحت الحمراء لتحديد وجود الكواكب الخارجية المرشحة. سيتم بعد ذلك تأكيد بعض هذه باستخدام عبور قمر صناعي لمسح الكواكب الخارجية (TESS) - والتي سيتم نشرها في عام 2018.
بفضل التحسينات في التكنولوجيا والمنهجية ، نما اكتشاف الكواكب الخارجية على قدم وساق في السنوات الأخيرة. مع تأكيد الآلاف من الكواكب الخارجية ، تحول التركيز تدريجيًا نحو توصيف هذه الكواكب لمعرفة المزيد عن غلافها الجوي والظروف على سطحها. في العقود القادمة ، وبفضل نشر بعثات جديدة جزئيًا ، من المتوقع تحقيق بعض الاكتشافات العميقة جدًا!
لدينا العديد من المقالات الشيقة حول البحث عن الكواكب الخارجية هنا في Universe Today. هنا ما هي الكواكب الشمسية الإضافية؟ و ما هي طريقة العبور؟ و ما هي طريقة التصوير المباشر؟ 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: 366 .
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: