صيد الكواكب
كيف نكتشف كوكب يدور حول نجم بعيد؟
منذ بدايه خلق الإنسان وهو يبحث باستمرار عما يدور حوله. بعد اكتشاف كواكب النظام الشمسي ، لم يبق ساكناً.
بل كان يؤمن بوجود كواكب خارجها ، ويبحث عن أي دليل أو وجودها في الواقع ، تم اكتشاف أول كوكب خارج المجموعة الشمسية يدور حول نجم نابض في عام 1992 ، عندما أعلن علماء الفلك "ألكسندر فولزكسان" و "ديل فريل" عن اكتشاف نظام متعدد الكواكب حول نجم نابض يسمى PSR B1257 + 12.
وبعد ثلاث سنوات ، أعلن "ميشيل مايور" ، وديدييه كويلوز في عام 1995 لاكتشافهما كوكبًا يدور حول نجم شبيه بالشمس يُدعى Pegasi 51.
ولهذا السبب حصل كل من ميشيل مايور وديدييه كويلوز على نصف جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2019 بالاشتراك مع جيم بيبلز لتوفير أساس لـ فهم تاريخ الكون من الانفجار العظيم إلى اليوم ..
تشير الإحصاءات الحديثة إلى وجود كوكب واحد على الأقل حول كل نجم في المجرة ، مما يعني وجود ما يقرب من تريليون كوكب في مجرتنا وحدها ، وكثير منها بحجم الأرض. يشبه البحث عن كواكب خارج نظامنا الشمسي محاولة قراءة طابع بريدي عالق بمصباح منارة بعيد. ؛ لذلك ، ابتكر علماء الفلك طرقًا لاكتشاف الكواكب الخارجية عن طريق قياس تأثيرها على نجومهم.
طرق اكتشاف الكواكب الخارجيه
هناك طرق عديدة لمراقبة الكواكب ، منها:
1. السرعة القطرية (Radial velocity)
إنها طريقة واحدة لفهم تأثير الجاذبية بين النجوم والكواكب. تخيل لعبة شد الحبل.
على جانب واحد يوجد النجم الهائل وقوة الجاذبية الخاصة به ، وعلى الجانب الآخر يوجد كوكب صغير ذو جاذبية أقل بكثير ؛ بالطبع نحن نعلم أن الفائز هو النجم ، والدليل على ذلك أن الكوكب يدور حول النجم وليس العكس.
على الرغم من صغر حجم الكوكب ، إلا أنه لا يزال يمتلك قوة جاذبية ، وبالتالي يكون له تأثير على نجمه حتى لو كان أقل وضوحًا من تأثير النجم عليه ؛ تسبب جاذبية الكوكب في تذبذب النجم قليلاً.
كلما زاد حجم الكوكب ، زاد تأثيره على نجمه ،وبالمثل فإن كوكبنا الصغير يجعل الشمس تتمايل مع القليل من التأثير. يمكن أن يخبرنا "تذبذب" النجم ما إذا كان للنجم كواكب حوله وكم هي ، وكم تبلغ احجامها
طريقه طيف دوبلر
وتسمى هذه الطريقة أيضًا مطيافية دوبلر و ذلك يعتمد على تأثير دوبلر.
هل سبق لك أن لاحظت كيف يرتفع صوت سيارة الإسعاف المارة في الشارع كلما اقترب منك وينخفض كلما تقدمت ؟! والسبب هو أنه عندما تكون السيارة قريبة منك ؛ تنضغط الأمواج معًا كما في الموجات الصوتية ؛ تظهر أعلى مع اقترابها ، وتضغط موجات الضوء المرئية معًا (يصبح طولها الموجي أقصر) ؛ يميل إلى التحول إلى اللون الأزرق أكثر.
وبالمثل ، تميل موجات الضوء المرئية (يصبح طولها الموجي أطول) إلى اللون الأحمر بدرجة أكبر.
و باستخدام مقاييس الطيف الضوئي الحساسة لقياس طيف النجم بمرور الوقت ، يمكن للعلماء اكتشاف تأثير دوبلر لمعرفة ما إذا كان كوكب في السماء يقترب منا أو بعيدًا عنا.
2. العبور امام النجم (Transit)
عندما يمر كوكب ما مباشرة بين الراصد على الأرض ونجمه الذي يدور حوله ، فإن هذه الظاهرة تسمى "العبور".
يحجب الكوكب بعض ضوء النجم لفترة قصيرة من الزمن ، ويصبح ذلك النجم باهتًا ، وبعد ذلك نحصل على البيانات ونستخدمها لرسم منحنى الضوء ، وهو رسم بياني يوضح العلاقة بين شدة الضوء قبل واثناء عبور الكوكب.
القياس الضوئي
واحدة من أعظم مزايا القياس الضوئي العابر هي أنه يمكن أن يوفر معلومات دقيقة حول الكوكب العابر ؛ أكبر الكوكب يمنع كمية أكبر من الضوء ؛ لذلك فهي تخلق اختلافات أكبر في منحنى شدة الإضاءة ، وبالمثل كلما كان الكوكب أصغر ؛ إنه يحجب ضوءًا أقل ويحدث تغييرات أقل في المنحنى.
يمكننا أيضًا حساب كتلة الكوكب بالسرعة الشعاعية (الطريقة السابقة).
بقسمة كتلة الكوكب على حجمه ، نحصل على كثافة الكوكب ، ومن هنا يمكن لعلماء الفلك تحديد التركيب الفيزيائي للكوكب وتكوينه ، أي تحديد ما إذا كان كوكبًا عملاقًا أم كوكبًا صخريًا.
من أجل حدوث عبور ، يجب أن يكون المستوى المداري محاذيًا تقريبًا للمراقب على الأرض ، وهذا ينطبق فقط على أقلية من الكواكب البعيدة.
3. التصوير المباشر (Direct Imaging)
الكواكب الخارجية بعيدة جدا ، لذا فإن التقاط صور لها بنفس الطريقة التي نصور بها كوكب المشتري أو الزهرة ، على سبيل المثال ، أمر صعب للغاية ؛ ولكن باستخدام التقنيات الحديثة والتكنولوجيا المتقدمة ، نجعل ذلك ممكنًا من خلال البحث عن الضوء المنعكس من الغلاف الجوي للكوكب بأطوال موجات الأشعة تحت الحمراء.
المشكلة الرئيسية التي يواجهها علماء الفلك في محاولة تصوير الكواكب الخارجية مباشرة هي أن النجوم التي يدورون حولها أكثر إشراقًا بملايين المرات من نجمنا الشمس.
لذلك ، فإن أي إشعاع حراري أو ضوء ينعكس من الكوكب نفسه تغرقه الكميات الهائلة من الإشعاع القادم من نجمه المضيف ؛ الامر يشبه كما لو كنت تبحث عن فراشه صغيره ترفرف حول مصباح ضخم مضاء.
فلاتر الضوء
عادة في الأيام المشمسة ترتدي نظارات شمسية أو ربما ترفع يدك لحجب الشمس حتى تتمكن من رؤية الأشياء من حولك. هذا هو المبدأ الكامن وراء الأدوات المصممة للتصوير الضوئي الحي .
لذلك ، تُستخدم تقنيات الفلاتر لحجب ضوء النجوم ؛ بمجرد تقليل وهج النجم ، يمكنهم الحصول على رؤية أفضل للأشياء من حوله.
هناك طريقتان رئيسيتان يستخدمهما علماء الفلك لحجب ضوء النجم:
فلتر Coronagraphy:
يستخدم داخل التلسكوب لحجب ضوء النجم قبل وصوله إلى كاشف التلسكوب.
تم بناؤه كجزء داخلي في التلسكوبات ، ويستخدم بالفعل لتصوير الكواكب الخارجية مباشرة من المراصد الأرضية
جهاز حجب ضوء النجوم (Starshade) ،
يتم وضعه خارجياً لحجب ضوء النجم قبل أن يمر عبر التلسكوب ؛ لذلك يجب أن يكون الفلتر القاتم في مركبة فضائية منفصلة عن التلسكوب
ومصمم بحيث يتم وضعه على مسافة وزاوية مناسبة لحجب ضوء النجوم.
تتمثل إحدى مزايا التصوير المباشر في أنه أكثر شيوعًا عندما يتعلق الأمر بوصف الأغلفة الجوية للكواكب الخارجية.
أما قصورهم فلا يمكنهم اكتشاف الكواكب إلا عندما يدورون حول نجومهم على مسافات بعيدة أو ضخمة.
لذا فإن هذه الطريقة ليست مفيدة عندما يتعلق الأمر بالبحث عن الكواكب الخارجية الصالحة للسكن.
القياس الفلكي (Astronomy)
طريقه للقياس الدقيق لمواقع النجوم في السماء ، أي يستخدم لإيجاد التذبذب المنتظم لموضع النجم مقارنة بمواضع النجوم الأخرى. الطريقة الوحيدة لعلماء الفلك للعثور على النجوم المتأثرة بجاذبية كواكبهم.
يمكن أن يكون التذبذب مرئيًا أيضًا كتغييرات في مواضع النجم في السماء ، ومن ترتيب هذه النجوم ، وتشير هذه الخطوة إلى علامات ظهور الكواكب الخارجية.