مرحبًا بكم جميعًا في السلسلة الأولى من سلسلتنا حول أساليب البحث عن الكواكب الخارجية. نبدأ اليوم بالطريقة الأكثر شيوعًا والأكثر استخدامًا ، والمعروفة باسم طريقة العبور (المعروفة أيضًا باسم قياس الضوء العابر).
لعدة قرون ، تكهن علماء الفلك حول وجود كواكب خارج نظامنا الشمسي. بعد كل شيء ، مع بين 100 و 400 مليار النجوم في مجرة درب التبانة وحدها ، بدا من غير المحتمل أن يكون مجرتنا هو الوحيد الذي لديه نظام من الكواكب. لكن خلال العقود القليلة الماضية فقط أكد علماء الفلك وجودها الكواكب خارج الطاقة الشمسية (ويعرف أيضًا باسم الكواكب الخارجية).
يستخدم علماء الفلك طرقًا مختلفة لتأكيد وجود الكواكب الخارجية ، ومعظمها غير مباشر بطبيعته. من بين هؤلاء ، كان الأكثر استخدامًا وفعالية حتى الآن قياس الضوء العابر ، وهي طريقة تقيس منحنى الضوء للنجوم البعيدة لانخفاضات دورية في السطوع. هذه هي نتيجة الكواكب الخارجية التي تمر أمام النجم (أي عابرة) بالنسبة إلى الراصد.
وصف:
تتميز هذه التغييرات في السطوع بانخفاضات صغيرة جدًا ولفترات زمنية محددة ، عادةً بالقرب من 1/10000 من السطوع الكلي للنجم ولمدة ساعات فقط. هذه التغييرات دورية أيضًا ، وتسبب نفس الانخفاضات في السطوع في كل مرة وللمقدار نفسه من الوقت. بناءً على مدى تعتيم النجوم ، يستطيع علماء الفلك أيضًا الحصول على معلومات حيوية حول الكواكب الخارجية.
لكل هذه الأسباب ، يعتبر القياس الضوئي العابر طريقة قوية وموثوقة للغاية لاكتشاف الكواكب الخارجية. من بين 3526 كوكبًا خارج الطاقة الشمسية تم تأكيدها حتى الآن ، استحوذت طريقة العبور على 2771 اكتشافًا - وهو أكثر من جميع الطرق الأخرى مجتمعة.
مزايا:
تتمثل إحدى أعظم مزايا قياس الضوء العابر في الطريقة التي يمكن أن توفر بها قيودًا دقيقة على حجم الكواكب المكتشفة. من الواضح أن هذا يعتمد على مدى تغير منحنى ضوء النجم نتيجة العبور. في حين أن كوكبًا صغيرًا سيتسبب في حدوث تغيير طفيف في السطوع ، فإن الكوكب الأكبر سيتسبب في حدوث تغيير ملحوظ بشكل أكبر.
عند دمجها مع طريقة Radial Velocity (التي يمكنها تحديد كتلة الكوكب) ، يمكن تحديد كثافة الكوكب. من هذا المنطلق ، يستطيع علماء الفلك تقييم البنية الفيزيائية للكوكب وتكوينه - أي تحديد ما إذا كان كوكبًا غازيًا عملاقًا أم كوكبًا صخريًا. الكواكب التي تمت دراستها باستخدام كلتا الطريقتين هي إلى حد بعيد الأكثر تميزًا بين جميع الكواكب الخارجية المعروفة.
بالإضافة إلى الكشف عن قطر الكواكب ، يمكن للقياس الضوئي العابر أن يسمح بفحص الغلاف الجوي للكوكب من خلال التحليل الطيفي. عندما يمر الضوء من النجم عبر الغلاف الجوي للكوكب ، يمكن تحليل الأطياف الناتجة لتحديد العناصر الموجودة ، وبالتالي توفير أدلة على التركيب الكيميائي للغلاف الجوي.
انطباع الفنان عن كوكب خارج شمسي يمر عبر نجمه. الائتمان: مركز أبحاث الفيزياء الفلكية QUB
أخيرًا وليس آخرًا ، يمكن أن تكشف طريقة العبور أيضًا أشياء عن درجة حرارة الكوكب والإشعاع بناءً على الكسوف الثانوي (عندما يمر الكوكب خلف الشمس). في هذه المناسبة ، يقيس علماء الفلك كثافة قياس الضوء للنجم ثم يطرحونها من قياسات شدة النجم قبل الكسوف الثانوي. يسمح ذلك بقياسات درجة حرارة الكوكب ويمكنه أيضًا تحديد وجود تكوينات السحب في الغلاف الجوي للكوكب.
سلبيات:
يعاني قياس الضوء العابر أيضًا من بعض العيوب الرئيسية. على سبيل المثال ، لا يمكن ملاحظة عبور الكواكب إلا عندما يكون مدار الكوكب متوافقًا تمامًا مع خط رؤية الفلكيين. إن احتمالية تزامن مدار كوكب ما مع نقطة أفضلية للمراقب تعادل نسبة قطر النجم إلى قطر المدار.
فقط حوالي 10٪ من الكواكب ذات الفترات المدارية القصيرة تشهد مثل هذا المحاذاة ، وهذا يقل بالنسبة للكواكب ذات الفترات المدارية الأطول. نتيجة لذلك ، لا يمكن لهذه الطريقة أن تضمن أن نجمًا معينًا يتم رصده يستضيف بالفعل أي كواكب. لهذا السبب ، تكون طريقة العبور أكثر فاعلية عند مسح آلاف أو مئات الآلاف من النجوم في وقت واحد.
كما أنه يعاني من معدل كبير من الإيجابيات الكاذبة ؛ في بعض الحالات ، تصل إلى 40٪ في أنظمة الكوكب الواحد (استنادًا إلى a دراسة 2012 مهمة كبلر). هذا يستلزم إجراء ملاحظات المتابعة ، غالبًا بالاعتماد على طريقة أخرى. ومع ذلك ، فإن معدل الإيجابيات الكاذبة ينخفض بالنسبة للنجوم حيث تم اكتشاف العديد من العناصر المرشحة.
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
في حين أن العبور يمكن أن يكشف الكثير عن قطر الكوكب ، إلا أنه لا يمكنهم وضع قيود دقيقة على كتلة الكوكب. لهذا ، فإن طريقة السرعة الشعاعية (كما ذكرنا سابقًا) هي الأكثر موثوقية ، حيث يبحث الفلكيون عن علامات 'التذبذب' في مدار النجم لقياس قوى الجاذبية المؤثرة عليها (والتي تسببها الكواكب).
باختصار ، توجد بعض القيود على طريقة النقل وتكون أكثر فاعلية عند إقرانها بطرق أخرى. ومع ذلك ، تظل الوسيلة الأكثر استخدامًا في 'الكشف الأولي' - اكتشاف العناصر المرشحة التي تم تأكيدها لاحقًا باستخدام طريقة مختلفة - وهي مسؤولة عن المزيد من اكتشافات الكواكب الخارجية أكثر من جميع الطرق الأخرى مجتمعة.
أمثلة على استطلاعات قياس الضوء العابر:
يتم إجراء قياس الضوء العابر بواسطة عدة مراصد أرضية وفضائية حول العالم. ومع ذلك ، فإن الغالبية تعتمد على الأرض ، وتعتمد على التلسكوبات الموجودة جنبًا إلى جنب مع أحدث أجهزة قياس الضوء. تشمل الأمثلة البحث بزاوية فائقة الاتساع عن الكواكب (SuperWASP) ، وهو مسح دولي للبحث عن الكواكب الخارجية يعتمد على مرصد Roque de los Muchachos و ال المرصد الفلكي الجنوب أفريقي .
هناك أيضا شبكة التلسكوب الآلي الهنغارية (HATNet) ، والذي يتكون من ستة تلسكوبات صغيرة مؤتمتة بالكامل ويتم صيانتها بواسطة مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية . ال مشروع ميرث هو مرصد آلي آخر تموله مؤسسة العلوم الوطنية ويجمع بين مرصد فريد لورانس ويبل (FLWO) في ولاية أريزونا مع حرف C. مرصد إيرو تولولو للبلدان الأمريكية (CTIO) في شيلي.
كاميرات SuperWasp في المرصد الفلكي الجنوب أفريقي. الائتمان: مشروع SuperWASP وديفيد أندرسون
ثم هناك تلسكوب Kilodegree الصغير للغاية (KELT) ، وهو مسح فلكي تديره جامعة ولاية أوهايو ، وجامعة فاندربيلت ، وجامعة ليهاي ، و جمعية جنوب افريقيا الفلكية (ساو). يتكون هذا المسح من تلسكوبين هما مرصد وينر في جنوب شرق ولاية أريزونا و محطة ساذرلاند للرصد الفلكي فى جنوب افريقيا.
فيما يتعلق بالمراصد الفضائية ، فإن أبرز مثال على ذلك هو وكالة ناسا تلسكوب كبلر الفضائي . خلال مهمتها الأولية ، التي امتدت من 2009 إلى 2013 ، اكتشف كيبلر 4496 كوكبًا مرشحًا وأكد وجود 2337 كوكبًا خارجيًا. في تشرين الثاني (نوفمبر) 2013 ، بعد فشل اثنتين من عجلات التفاعل الخاصة به ، بدأ التلسكوب مهمته K2 ، وخلال هذه الفترة تم الكشف عن 515 كوكبًا إضافيًا وتم تأكيد 178 كوكبًا.
أجرى تلسكوب هابل الفضائي أيضًا مسوحات العبور خلال سنواته العديدة في المدار. على سبيل المثال ، ملف نافذة القوس تحجب البحث عن كوكب خارج المجموعة الشمسية (SWEEPS) - الذي حدث في عام 2006 - يتألف من هابل الذي قام برصد 180.000 نجم في الانتفاخ المركزي لمجرة درب التبانة. كشف هذا المسح عن وجود 16 كوكبًا خارجيًا إضافيًا.
تشمل الأمثلة الأخرى وكالة الفضاء الأوروبية ROtation COnvection وعبور الكواكب (COROT) - باللغة الإنجليزية 'دوران الحمل الحراري وعبور الكواكب' - والتي تم تشغيلها من عام 2006 إلى عام 2012. ثم هناك مهمة Gaia التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية ، والتي تم إطلاقها في عام 2013 بهدف إنشاء أكبر كتالوج ثلاثي الأبعاد على الإطلاق ، ويتألف من أكثر من مليار فلكي شاء.
كان تلسكوب كبلر الفضائي التابع لناسا أول مهمة وكالة قادرة على اكتشاف الكواكب بحجم الأرض. الائتمان: ناسا / ويندي ستينزل
في مارس من عام 2018 ، ناسا عبور قمر صناعي لمسح الكواكب الخارجية من المقرر إطلاق (TESS) في المدار. باستخدام طريقة العبور ، سيكتشف TESS الكواكب الخارجية وأيضًا تحديد أهداف لمزيد من الدراسة بواسطة تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JSWT) ، والتي سيتم نشرها في عام 2019. بين هاتين المهمتين ، من المتوقع التأكيد والتوصيف أو عدة آلاف من الكواكب الخارجية.
بفضل التحسينات من حيث 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 عبور الكواكب؟ و ما هي طريقة السرعة الشعاعية؟ 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: 364
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:
