کشف بزرگ هفت سیاره فراخورشیدی شبه زمین و هرآنچه که باید در مورد آنها بدانید

خبری که در کنفرانس ناسا چند شب پیش اعلام شد این بود: کشف هفت سیاره فراخورشیدی شبه زمین که همگی می‌توانند میزبان حیات باشند. اما چه چیزی باعث شده تا این سیارات چنین ویژگی داشته باشند و این خبر این اندازه مهم باشد؟ اطلاعات تکمیلی این مجموعه سیاره‌ای چه زمانی منتشر می‌شود؟ آیا در سطح این هفت سیاره فراخورشیدی ، آب مایع وجود دارد یا می‌تواند وجود داشته باشد؟ با ما همراه باشید تا به طور کامل به بررسی این کشف بزرگ بپردازیم.

کمی تاریخچه!

پیش از پرداختن به کشف بزرگ هفت سیاره فراخورشیدی بهتر است کمی به عقب بازگردیم تا ببینیم داستان سیارات فراخورشیدی از کجا شروع شد. از قرن‌ها پیش، وجود سیارات دیگر که به گرد ستاره‌های دیگر آسمان در چرخشند توسط افراد مختلفی بیان شده بود. یکی از افراد مشهور، جوردانو برونو بود که در سال 1584 به دلیل اعتقادش بر وجود خورشیدها و سیارات بی‌شمار دیگری غیر از منظومه شمسی، به کفرگویی متهم شد.

مدت زمان زیادی طول کشید تا وجود اولین سیاره فراخورشیدی کاملا تایید شد. این سیاره در جایی کشف شد که هیچکس انتظار آن را نداشت! و آن، محیط اطراف یک ستاره نوترونی بود. همانطور که می‌دانیم، ستاره‌های نوترونی باقی‌مانده انفجارات ابرنواختری ستارگان هستند. انفجاری که با شدت تمام، همه موارد اطراف درون و اطراف خود را به بیرون پرتاب می‌کند. اینکه چگونه سیاراتی توانسته‌اند از این انفجار مهیب جان سالم به در ببرند و یا بعد از انفجار شکل بگیرند، همچنان محل بحث ستاره‌شناسان است.

پس از آن که عصر جدید سیارات فراخورشیدی آغاز شده بود، از چندین روش اصلی، برای یافتن سیارات فراخورشیدی استفاده می‌شد که مهمترین آنها روش گذر و روش سرعت شعاعی بودند. این دو روش بیشترین موفقیت را از نظر پارامترهای استخراج شده و نیز تعداد سیارات کشف‌شده داشته‌اند. هر دوی آنها غیر از تلسکوپ به ابزار جانبی نیاز دارند که در روش سرعت شعاعی، این ابزار جانبی طیف‌سنج، و در مورد روش گذر، نورسنج یا فتومتر است.

تلسکوپ به صورت پیوسته، ستاره‌ای را رصد می‌کند و هر لحظه میزان نور رسیده از آن توسط نورسنج ثبت می‌شود. اگر سیاره‌ای از جلوی قرص ستاره عبور کند و نور ستاره را کاهش دهد، این کاهش به صورتی که در تصویر نشان داده شده است، در منحنی نوری ستاره ثبت می‌شود. اساس روش گذر برای کشف سیارات فراخورشیدی همین است.

سیاره‌ای با جرم زیاد، همچون مشتری، باعث می‌شود که خورشید کمی در جای خود تلوتلو بخورد. این حرکت ناچیز یک ستاره، توسط طیف‌سنج ثبت می‌شود. از طرف دیگر، عبور سیاره از جلوی قرص خورشیدش، نور ستاره را به میزان اندکی کم می‌کند. ثبت دقیق این تغییرات نوری نیز بر عهده نورسنج است.

تلسکوپ فضایی کوروت و کپلر، هر دو از روش گذر و ثبت تغییرات منحنی نوری ستارگان استفاده می‌کردند. چرا که تعبیه یک نورسنج روی تلسکوپ فضایی کاملا امکان‌پذیر است ولی هنوز نمی‌توان طیف‌سنجی با قدرت لازم برای کشف سیارات فراخورشیدی را روی تلسکوپی فضایی نصب کرد.

به همین دلیل، اکثر سیارات فراخورشیدی جدید، به روش گذر کشف می‌شوند. هفت سیاره فراخورشیدی جدید نیز که چند روز پیش، توسط ناسا اعلام شدند، به همین روش کشف شده‌اند.

کی و چگونه؟

ستاره 2MASS J23062928-0502285، یا به سادگی TRAPPIST-1 در صورت فلکی دلو قرار داشته و در سال 1999 کشف شد. ستاره ای بسیار سرد که تنها 8 درصد خورشید جرم داشته و جزو ستاره‌های کوتوله بسیار سرد دسته‌بندی می‌شود. در آغاز سال 2016 بود که وجود سیاراتی اطراف این ستاره کشف شد. در آن زمان وجود سه سیاره از این منظومه به اثبات رسیده بود و رصدهای بیشتر و دقیق‌تری لازم بود تا ماهیت جذاب این مجموعه برای همگان آشکار شود.

محل تقریبی ستاره‌ای که در روزهای گذشته، کانون توجه بسیاری علاقه‌مندان و محققان اخترفیزیک دنیا بوده است. اگر با صورت‌های فلکی آشنایی دارید، هنگامی که به صورت فلکی دلو می‌نگرید، یادی از هفت سیاره فراخورشیدی خاکی کنید که در این گوشه از آسمان به گرد ستاره‌ای کم‌نور در چرخشند. سیاراتی که ممکن است حیات روی آنها شکل گرفته باشد.

به این منظور، تلسکوپ اسپیتزر مامور شد تا رصدهای پیوسته‌ای از این ستاره انجام دهد. این تلسکوپ فضایی، در ناحیه فروسرخ و به مدت 20 روز متوالی به رصد TRAPPIST-1 پرداخت. این رصدها مشخص کرد که یکی از سه سیاره پیشین، در واقع خودش دو سیاره مجزاست. دو سیاره جداگانه دیگر نیز توسط اسپیتزر کشف شد که مجموع تعداد سیارات را به عدد هفت رساند.

منحنی نوری حاصل از رصد 20 روزه تلسکوپ اسپیتزر از ستاره TRAPPIST-1

شکل بالا، منحنی نوری این ستاره را نشان می‌دهد. زمانی که هیچ سیاره‌ای جلوی قرص ستاره قرار نگرفته است، نور ستاره حول و حوش عدد واحد قرار دارد. اما هر زمان که سیاره‌ای از برابر ستاره عبور کند، به دلیل تاریک بودن سیاره، میزان نوری که از ستاره به دریچه تلسکوپ می‌رسد، کاهش می‌یابد.

این کاهش‌ها به تعداد زیاد در منحنی بالا مشاهده می‌شود. از روی عمق این منحنی‌ها و زمان‌های تکرار آنها، می‌توان پی برد که هر یک مربوط به کدام سیاره از این مجموعه می‌شوند. میزان عمق کاهش‌یافته منحنی، نشان‌دهنده بزرگی (شعاع) سیاره و فاصله دو تکرار این کاهش برابر با دوره تناوب سیاره می‌شود.

اطلاعات کامل هر هفت سیاره فراخورشیدی مورد نظر، در شکل زیر به صورت خلاصه نشان داده شده است.

مقادیر دوره تناوب، شعاع مداری، شعاع سیاره و جرم هفت سیاره مجموعه TRAPPIST-1

همانطور که در تصویر می‌بینید، تمامی این هفت سیاره فراخورشیدی، شعاع و جرم‌هایی در حد و اندازه زمین دارند و همین شاخص‌ترین ویژگی این منظومه سیاره‌ای است. از زمانی که اولین سیارات مشابه زمین کشف شدند، عادت داشتیم تا هر چند ماه، خبر کشف یک سیاره زمین‌مانند جدید را بشنویم. اما این‌بار، به یکبار هفت سیاره با این ویژگی، آنهم همگی در یک مجموعه آشکارسازی شده‌اند. رکوردی که بی‌سابقه بوده و شاید تا مدت‌ها نیز بهترین نمونه از نوع خودش باقی بماند.

زیست‌پذیری

شاید مهم‌ترین مفهوم در بحث زیست‌پذیری سیارات فراخورشیدی، اندازه و محل قرارگیری کمربند حیات ستاره باشد. کمربند حیات اینگونه تعریف می‌شود که تابش رسیده به آن از سمت ستاره، به اندازه ای است که اجازه می‌دهد آب به صورت مایع در سطح سیاره جاری باشد.

اگر به ستاره بیش از اندازه نزدیک شویم، گرمای زیادی را دریافت خواهیم کرد و سیاره‌ای داغ خواهیم داشت و بالعکس در فواصل زیاد، سیاره بسیار سرد خواهد بود. شکل زیر محدوده کمربند حیات در منظومه شمسی ما و منظومه TRAPPIST-1 را با هم مقایسه کرده است.

نمایش کمربند حیات در منظومه خورشیدی ما و منظومه TRAPPIST-1

زمین تقریبا در میانه کمربند حیات خورشید قرار گرفته و سیارات زهره و مریخ هر دو در لبه این ناحیه واقع شده‌اند. در مورد مجموعه TRAPPIST-1 نیز سه سیاره b، c و d بیش از حد داغ بوده و سیاره h نیز با فاصله زیادی که از ستاره میزبانش دارد، سردتر از آن است که بتواند آب مایع بر سطحش جاری شود.

البته این تنها حدود تقریبی این شرایط را نشان می‌دهد و در صورتی که ویژگی‌های دیگر سیاره همانند جو و سرعت حرکت وضعی‌اش مشابه زمین باشد، درست است. اما تغییر این پارامترهای مجهول، می‌تواند خیلی چیزها را تغییر دهد. به طور مثال در مورد همین مجموعه، به نظر می‌رسد که سیارات در حالت قفل گرانشی قرار گرفته باشند. یعنی همانند قمر ماه که همیشه یک سمتش به زمین است، این سیاره‌ها نیز همیشه یک رویشان به سمت خورشیدشان باشد. اینگونه یک سطح سیاره بسیار داغ خواهد شد و سطح دیگر به عکس، بسیار سردتر خواهد بود. با این حال، اگر سیارات دارای میزان مناسبی از جو باشند، انتقال گرمای سطح گرم‌تر به بخش سردتر توسط همان جو انجام خواهد شد و اینگونه دمای مناسبی در اکثر نواحی سیاره برقرار می‌شود.

باید توجه داشت که هنوز نشانه‌ای مبنی بر جاری‌بودن آب بر سطح این سیارات پیدا نشده است. البته اگر درست‌تر بگوییم، هنوز تلاش جدی برای این کار انجام نشده است. تلسکوپ هابل رصدهای خود را شروع کرده، اما هنوز نتیجه‌ای از کار آن در دسترس نیست و برای نتیجه‌گیری دقیق‌تر در مورد ترکیبات جو احتمالی سیارات، بایستی منتظر تلسکوپ‌های قدرتمندی همچون جیمزوب باشیم.

آینده‌ای روشن

همان طور که اشاره شد، هنوز اطلاعات بسیار زیادی است که می‌توان از این سیارات خاکی استخراج کرد و مطمئنا پس از این، یکی از گزینه‌های جذاب تلسکوپ‌ها، منظومه TRAPPIST-1 خواهد بود. مهمترین اطلاعاتی که همگان در انتظار شنیدن آن هستند، مربوط به جو این سیارات می‌شود.

آیا اصلا این سیارات میزبان جوی در اطراف خود هستند؟ اگر جواب مثبت است، مقدار و فشار این جو در چه محدوده‌ای است؟ ترکیبات جو هرکدام چه عناصری است؟ با پاسخ به این سوالات است که شناخت ما نسبت به این هفت سیاره فراخورشیدی چند برابر می‌شود.

نکته جالب این این است که تمامی این سیارات می‌توانند شامل شرایط جوی خاصی باشند تا آب مایع بتواند روی سطح آنها جاری شود و این یعنی میزبانی خوب برای پشتیبانی از حیات احتمالی که می‌تواند روی سیاره شکل گرفته باشد و ما بی‌صبرانه منتظر شنیدن خبرهایی در این مورد هستیم. انتظاری که بیش از یکسال دیگر به طول خواهد انجامید تا تلسکوپ جیمزوب نهایتا در مدار خودش قرار گرفته و کار رصد خود را شروع کند.

تلسکوپ جیمزوب که در سال 2018 به فضا پرتاب خواهد شد و قرار است جایگزین تلسکوپ تاریخی هابل شود. با مقایسه ابعاد تلسکوپ و دانشمندانی که در کنار آن ایستاده‌اند، پی به عظمت این تلسکوپ می‌برید.

اگر علاقه‌مندید تا بدانید که چگونه می‌توان به ترکیبات جو یک سیاره پی برد، شکل زیر راهنمای بسیار خوبی است. می‌دانیم که طیف یک عنصر یا هر جرم دیگری مانند یک ستاره، اثر انگشت منحصر به فرد آن جرم محسوب می‌شود. اینگونه که می توان با تحلیل آن، پی به عناصر سازنده‌اش برد.

حال اگر همانند شکل، یک بار طیف مجموع ستاره و سیاره را هنگامی که سیاره در کنار ستاره قرار دارد ثبت کنیم و بار دیگر زمانی که سیاره به پشت ستاره رفته است، این کار را انجام دهیم، دو طیف سمت چپ و وسط را خواهیم داشت. حال کافیست تا این دو را از یکدیگر کم کنیم تا نتیجه همان طیف سیاره باشد که در سمت راست مشخص شده است.

به این صورت کافیست تا این طیف نهایی را تجزیه و تحلیل کنیم تا پی به عناصر موجود در جو سیاره ببریم. عناصری که در مورد سیارات منظومه TRAPPIST-1 امیدواریم که مواردی چون اکسیژن و متان باشند. چرا که اینها نشان محکمی از وجود حیات بر سطح این سیارات می‌باشند.

اگر در دو حالت نشان‌داده شده در شکل، طیف ستاره و مجموع ستاره و سیاره را ثبت کنیم، می‌توان با محاسبه اختلاف این دو، طیف سیاره را بدست آورد

در پایان شما را دعوت می‌کنیم تا به تماشای دو ویدیو کلیپ بسیار زیبا از مهم‌ترین کشف حوزه سیارات فراخورشیدی بپردازید. ویدیوی اول توسط JPL ناسا تهیه شده و ویدیوی دوم نیز اطلاعات خوبی در مورد ویژگی‌های این کشف و هفت سیاره فراخورشیدی مورد نظر می‌دهد. هر دو ویدیو توسط نویسنده مطلب ترجمه شده و با زیرنویس فارسی در اختیار شما قرار گرفته‌اند.