الفلك

ما هي النسبة المئوية من كواكب المنطقة الصالحة للسكن التي يمكن اكتشافها بالعبور؟

ما هي النسبة المئوية من كواكب المنطقة الصالحة للسكن التي يمكن اكتشافها بالعبور؟

أدرك أن احتمال اكتشاف كوكب بالعبور يعتمد على حجم النجم وحجم مدار الكوكب وحجم الكوكب ؛ وتتراوح من ~ 10٪ إلى جزء صغير من واحد بالمائة.

ومع ذلك ، فإن المنطقة الصالحة للسكن للنجم هي دالة لسطوع النجم ، وبالتالي على الأقل تربط حجم النجم بحجم مدار الكوكب إذا افترض أن الكوكب يقع في المنطقة الصالحة للسكن. يوجد أيضًا توزيع معروف للعدد النسبي للنجوم ذات الأحجام المختلفة.

مع كل ذلك معًا ، هل يمكننا تكوين تقدير معقول للنسبة المئوية لكواكب المنطقة الصالحة للحياة التي يمكن اكتشافها بواسطة طرق العبور؟ يجب أن تكون النسبة الإجمالية بين 10٪ وحوالي 0.1٪ ، مما يشير إلى أننا إذا كنا كذلك قادر على الكشف، على سبيل المثال ، 5 كواكب منطقة صالحة للسكن في غضون 100 سنة ضوئية ، ربما يكون هناك فعلا 50 على الأقل.


ظهر وقت المغلف.

أولاً ، يجب أن نفترض بيانات مثالية ، وبالتالي فإن العامل الوحيد الذي يلعب هنا هو ما إذا كان هناك كسوف هندسي أم لا. بالطبع إذا كانت لديك بيانات ضعيفة ، فستفقد بعض الكواكب لأنها صغيرة جدًا. بمعنى أننا نبحث عن الكسر الذي يمكن اكتشافه في المبدأ.

لنفترض أن الكواكب صغيرة بما يكفي بحيث لا يؤثر حجمها حقًا على احتمالية العبور ، والتي يتم توفيرها بواسطة $ sim R _ * / $، أين $ a $ هو المحور شبه الرئيسي.

لنفترض مدارات دائرية.

لنفترض كوكبًا خاليًا من دون البياض بحيث يتم الحصول على درجة حرارة التوازن $$ T _ { rm eq} = T_ * sqrt { frac {R _ *} {2a}} . $$ لنفترض أن النجم النموذجي في المجرة هو قزم M ذو درجة حرارة $ T_ * simeq 3500 دولار K ونصف قطرها $ R_ * = 0.5 R _ { odot} دولار، ودعنا نفترض أن احتمالية حدوث الكوكب مستقلة عن الكتلة النجمية ، بحيث يمكن افتراض خصائص القزم M لأغراض إحصائية (في الممارسة العملية ستعتمد الإجابة على نوع النجم الذي تفكر فيه).

لنفترض أن الكوكب الصالح للسكن يحتاج إلى درجات حرارة توازن تتراوح بين 273 كلفن و 350 كلفن (أعلم أنها عشوائية وتتجاهل مسألة الغلاف الجوي). مدى ال $ a $ لنطاق درجة الحرارة هذا ، حول قزمنا الإيماني ، بين 50 ريالاً سعوديًا _ { odot} دولارًا أمريكيًا و 82 ريالًا _ { odot} دولارًا أمريكيًا، مع احتمال اكتشاف عبور يتراوح بين 0.6-1.0٪.

لذلك هذا هو جوابي 0.6-1%

احتمالية النجوم ذات الكتلة الأعلى أصغر ويوجد عدد أقل منها. هذا لأنه على الرغم من أنها أكبر ، يجب أن تكون الكواكب بعيدة جدًا لتكون في المنطقة الصالحة للسكن (على سبيل المثال ، يبلغ احتمال عبور الأرض 0.4٪). عدم اليقين الرئيسي هو احتمال حدوث قريب من كوكب للنجوم منخفضة الكتلة حيث يمكن أن يكون احتمال العبور أعلى بكثير على الرغم من وجود عدد أقل من الأجسام المضيفة.


اكتشف كبلر أصغر منطقة صالحة للسكن و # 8216 و 8217 كوكبًا حتى الآن

اكتشفت بعثة ناسا وكبلر # 8217s نظامين كوكبيين جديدين يشتملان على ثلاثة كواكب فائقة الحجم في المنطقة & # 8220 الصالحة للسكن & # 8221 مدى المسافة من نجم حيث قد تكون درجة حرارة سطح الكوكب المداري مناسبة للسائل. ماء.
يحتوي نظام Kepler-62 على خمسة كواكب 62b و 62 c و 62 d و 62 e و 62 f. يحتوي نظام Kepler-69 على كوكبين 69b و 69c. Kepler-62e و 62f و 69c هي كواكب بحجم الأرض الفائقة.

يدور اثنان من الكواكب المكتشفة حديثًا حول نجم أصغر وأبرد من الشمس. Kepler-62f أكبر بنسبة 40 في المائة فقط من الأرض ، مما يجعله أقرب كوكب خارج المجموعة الشمسية إلى حجم كوكبنا المعروف في المنطقة الصالحة للسكن لنجم آخر. من المحتمل أن يكون لـ Kepler-62f تركيبة صخرية. Kepler-62e ، يدور حول الحافة الداخلية للمنطقة الصالحة للسكن وهو أكبر بحوالي 60 بالمائة من الأرض.

الكوكب الثالث ، Kepler-69c ، أكبر بنسبة 70 في المائة من حجم الأرض ، ويدور في المنطقة الصالحة للسكن لنجم مشابه لشمسنا. علماء الفلك غير متأكدين من تكوين Kepler-69c ، لكن مداره لمدة 242 يومًا حول نجم يشبه الشمس يشبه كوكب الزهرة المجاور لنا.

لا يعرف العلماء ما إذا كانت الحياة يمكن أن توجد على الكواكب المكتشفة حديثًا ، لكن اكتشافهم يشير إلى أننا نقترب خطوة أخرى من إيجاد عالم مشابه للأرض حول نجم مثل شمسنا.

& # 8220 لقد تحولت المركبة الفضائية كبلر بالتأكيد إلى نجم موسيقى الروك في العلوم ، & # 8221 قال جون جرونسفيلد ، المدير المساعد لمديرية المهام العلمية في مقر ناسا في واشنطن. & # 8220 اكتشاف هذه الكواكب الصخرية في المنطقة الصالحة للسكن يقربنا قليلاً من العثور على مكان مثل المنزل. إنها مسألة وقت فقط قبل أن نعرف ما إذا كانت المجرة موطنًا للعديد من الكواكب مثل الأرض ، أو إذا كنا نادرًا. & # 8221

يعد تلسكوب كيبلر الفضائي ، الذي يقيس سطوع أكثر من 150 ألف نجم بشكل متزامن ومستمر ، أول مهمة ناسا و # 8217s قادرة على اكتشاف كواكب بحجم الأرض حول نجوم مثل شمسنا.

يدور كبلر -62 إي حول نجمه كل 122 يومًا ، وكان أول كواكب المنطقة الصالحة للسكن التي تم تحديدها. عثر إريك أجول ، الأستاذ المساعد في علم الفلك بجامعة واشنطن والمؤلف المشارك لورقة بحثية عن الاكتشافات نُشرت في مجلة Science ، على Kepler-62f ، التي تبلغ مدتها المدارية 267 يومًا.

يتم الآن قياس حجم Kepler-62f ، لكن كتلته وتكوينه ليسا كذلك. ومع ذلك ، بناءً على الدراسات السابقة للكواكب الخارجية الصخرية المماثلة في الحجم ، يستطيع العلماء تقدير كتلتها عن طريق الارتباط.

& # 8220 كشف وتأكيد الكواكب هو جهد تعاوني هائل من المواهب والموارد ، ويتطلب خبرة من جميع أنحاء المجتمع العلمي لتحقيق هذه النتائج الهائلة ، & # 8221 قال ويليام بوروكي ، الباحث الرئيسي في علوم كيبلر في NASA & # 8217s Ames Research Center في موفيت فيلد ، كاليفورنيا ، والمؤلف الرئيسي لورقة نظام Kepler-62 في العلوم. & # 8220Kepler جلبت الاكتشافات الفلكية من جديد ونحن نحقق تقدمًا ممتازًا نحو تحديد ما إذا كانت الكواكب مثلنا هي الاستثناء أو القاعدة. & # 8221

يحتوي العالمان الصالحان للحياة اللذان يدوران حول Kepler-62 على ثلاثة رفقاء في مدارات أقرب إلى نجمهم ، اثنان أكبر من حجم الأرض وواحد بحجم المريخ. تدور Kepler-62b و Kepler-62c و Kepler-62d كل خمسة و 12 و 18 يومًا على التوالي ، مما يجعلها شديدة الحرارة وغير مضيافة للحياة كما نعرفها.

تدور الكواكب الخمسة في نظام كبلر -62 حول نجم مُصنف على أنه قزم K2 ، حيث يبلغ حجمه ثلثي حجم الشمس وخمسه فقط ساطع. في عمر سبعة مليارات سنة ، يكون النجم أقدم إلى حد ما من الشمس. تبعد حوالي 1200 سنة ضوئية عن الأرض في كوكبة Lyra.

رفيق Kepler 69c ، المعروف باسم Kepler 69b ، يزيد حجمه عن ضعف حجم الأرض ويتأرجح حول نجمه كل 13 يومًا. تنتمي الكواكب Kepler-69 & # 8217 النجم المضيف إلى نفس فئة شمسنا ، والتي تسمى G-type. يبلغ حجم الشمس 93 في المائة و 80 في المائة من حجمها مضيئًا وتقع على بعد حوالي 2700 سنة ضوئية من الأرض في كوكبة الدجاجة.

& # 8220 لا نعرف إلا نجمًا واحدًا يستضيف كوكبًا بالحياة ، وهو الشمس. إن العثور على كوكب في المنطقة الصالحة للسكن حول نجم مثل شمسنا هو علامة بارزة نحو إيجاد كواكب شبيهة بالأرض حقًا ، وقال توماس باركلي ، عالم كبلر في معهد Bay Area Environmental Research Institute في سونوما بكاليفورنيا ، والمؤلف الرئيسي من اكتشاف نظام Kepler-69 المنشور في مجلة الفيزياء الفلكية.

عندما يعبر كوكب مرشح أو يمر أمام النجم من المركبة الفضائية & # 8217s ، يتم حجب نسبة مئوية من الضوء من النجم. يكشف الانخفاض الناتج في سطوع ضوء النجم عن حجم الكوكب العابر & # 8217s بالنسبة إلى نجمه. باستخدام طريقة العبور ، اكتشف كبلر 2740 مرشحًا. باستخدام تقنيات التحليل المختلفة والتلسكوبات الأرضية وغيرها من الأصول الفضائية ، تم تأكيد 122 كوكبًا.

في بداية المهمة ، وجد تلسكوب كبلر في المقام الأول عمالقة غازية كبيرة في مدارات قريبة جدًا من نجومهم. المعروفة باسم & # 8220hot Jupiters & # 8221 يسهل اكتشافها نظرًا لحجمها وفتراتها المدارية القصيرة جدًا. ستستغرق الأرض ثلاث سنوات لإنجاز ثلاث عمليات عبور مطلوبة لقبولها كمرشح كوكب. مع استمرار كبلر في الملاحظة ، ستبدأ في الظهور إشارات عبور لكواكب المنطقة الصالحة للسكن بحجم النجوم التي تدور حول الأرض مثل الشمس.

أميس مسؤولة عن تطوير نظام الأرض Kepler & # 8217s ، وعمليات المهمة ، وتحليل البيانات العلمية. ناسا ومختبر الدفع النفاث # 8217s في باسادينا ، كاليفورنيا ، أدار تطوير مهمة كبلر.

طورت شركة Ball Aerospace & # 038 Technologies Corp. في بولدر بولاية كولورادو نظام طيران كبلر وتدعم عمليات البعثة مع مختبر فيزياء الغلاف الجوي والفضاء بجامعة كولورادو في بولدر.

يقوم معهد علوم تلسكوب الفضاء في بالتيمور بأرشفة واستضافة وتوزيع بيانات كبلر العلمية. كبلر هي مهمة الاكتشاف العاشرة لناسا و # 8217s ومولتها وكالة & # 8217s مديرية المهام العلمية.


محتويات

أثبتت الطرق التالية نجاحها مرة واحدة على الأقل في اكتشاف كوكب جديد أو اكتشاف كوكب تم اكتشافه بالفعل:

تحرير السرعة الشعاعية

سيتحرك نجم مع كوكب في مداره الصغير استجابةً لجاذبية الكوكب. يؤدي هذا إلى اختلافات في السرعة التي يتحرك بها النجم باتجاه الأرض أو بعيدًا عنها ، أي أن الاختلافات في السرعة الشعاعية للنجم فيما يتعلق بالأرض. يمكن استنتاج السرعة الشعاعية من الإزاحة في الخطوط الطيفية للنجم الأصل بسبب تأثير دوبلر. [1] تقيس طريقة السرعة الشعاعية هذه الاختلافات لتأكيد وجود الكوكب باستخدام دالة الكتلة الثنائية.

سرعة النجم حول مركز كتلة النظام أصغر بكثير من سرعة الكوكب ، لأن نصف قطر مداره حول مركز الكتلة صغير جدًا. (على سبيل المثال ، تتحرك الشمس بحوالي 13 م / ث بسبب كوكب المشتري ، ولكن فقط حوالي 9 سم / ث بسبب الأرض). ومع ذلك ، يمكن اكتشاف اختلافات السرعة التي تصل إلى 3 م / ث أو حتى أقل إلى حد ما باستخدام مقاييس الطيف الحديثة ، مثل مطياف HARPS (الباحث عن السرعة الشعاعية عالية الدقة) في تلسكوب ESO 3.6 متر في مرصد لا سيلا ، تشيلي ، أو HIRES مطياف في تلسكوبات كيك. طريقة بسيطة وغير مكلفة بشكل خاص لقياس السرعة الشعاعية هي "قياس التداخل المشتت خارجيًا". [2]

حتى عام 2012 تقريبًا ، كانت طريقة السرعة الشعاعية (المعروفة أيضًا باسم مطيافية دوبلر) هي التقنية الأكثر إنتاجية التي يستخدمها صيادو الكواكب. (بعد عام 2012 ، تجاوزتها طريقة العبور من مركبة الفضاء كبلر في العدد). إشارة السرعة الشعاعية مستقلة عن المسافة ، ولكنها تتطلب أطياف نسبة إشارة إلى ضوضاء عالية لتحقيق دقة عالية ، وبالتالي فهي تستخدم بشكل عام فقط للنجوم القريبة نسبيًا ، على بعد حوالي 160 سنة ضوئية من الأرض ، للعثور على كواكب منخفضة الكتلة. كما أنه من غير الممكن مراقبة العديد من النجوم المستهدفة في نفس الوقت باستخدام تلسكوب واحد. يمكن اكتشاف كواكب من كتلة جوفيان حول النجوم التي تبعد بضعة آلاف من السنين الضوئية. تكتشف هذه الطريقة بسهولة الكواكب الضخمة القريبة من النجوم. يمكن لأجهزة الطيف الحديثة أيضًا أن تكتشف بسهولة كواكب كتلة المشتري التي تدور حول 10 وحدات فلكية بعيدًا عن النجم الأم ، لكن اكتشاف هذه الكواكب يتطلب سنوات عديدة من المراقبة. لا يمكن حاليًا اكتشاف الكواكب ذات الكتلة الأرضية إلا في مدارات صغيرة جدًا حول النجوم منخفضة الكتلة ، على سبيل المثال بروكسيما ب.

من الأسهل اكتشاف الكواكب حول النجوم منخفضة الكتلة ، وذلك لسببين: أولاً ، تتأثر هذه النجوم بشكل أكبر بجاذبية الكواكب. السبب الثاني هو أن نجوم التسلسل الرئيسي منخفضة الكتلة تدور ببطء نسبيًا. يجعل الدوران السريع بيانات الخط الطيفي أقل وضوحًا لأن نصف النجم يدور بسرعة بعيدًا عن وجهة نظر المراقب بينما يقترب النصف الآخر. يكون اكتشاف الكواكب حول النجوم الأكثر ضخامة أسهل إذا ترك النجم التسلسل الرئيسي ، لأن ترك التسلسل الرئيسي يبطئ دوران النجم.

ينتج أحيانًا مطياف دوبلر إشارات خاطئة ، خاصة في أنظمة الكواكب المتعددة والنجوم المتعددة. يمكن أن تعطي الحقول المغناطيسية وأنواع معينة من النشاط النجمي إشارات خاطئة. عندما يكون للنجم المضيف كواكب متعددة ، يمكن أن تنشأ إشارات خاطئة أيضًا من عدم وجود بيانات كافية ، بحيث يمكن أن تتلاءم الحلول المتعددة مع البيانات ، حيث لا يتم ملاحظة النجوم بشكل عام بشكل مستمر. [3] يمكن القضاء على بعض الإشارات الخاطئة عن طريق تحليل استقرار النظام الكوكبي ، وإجراء تحليل قياس الضوء على النجم المضيف ومعرفة فترة دورانه وفترات دورة النشاط النجمي.

تنتج الكواكب ذات المدارات التي تميل بشدة إلى خط الرؤية من الأرض تذبذبات مرئية أصغر ، وبالتالي يصعب اكتشافها. تتمثل إحدى مزايا طريقة السرعة الشعاعية في أنه يمكن قياس الانحراف في مدار الكوكب بشكل مباشر. أحد العيوب الرئيسية لطريقة السرعة الشعاعية هو أنه يمكن فقط تقدير الحد الأدنى من كتلة الكوكب (M صحيح ∗ sin ⁡ i > * < sin i> ،>). التوزيع الخلفي لزاوية الميل أنا يعتمد على التوزيع الكتلي الحقيقي للكواكب. [4] ومع ذلك ، عندما يكون هناك عدة كواكب في النظام تدور قريبًا نسبيًا من بعضها البعض ولها كتلة كافية ، يسمح تحليل الاستقرار المداري للمرء بتقييد الكتلة القصوى لهذه الكواكب. يمكن استخدام طريقة السرعة الشعاعية لتأكيد النتائج التي توصلت إليها طريقة العبور. عند استخدام كلتا الطريقتين معًا ، يمكن تقدير الكتلة الحقيقية للكوكب.

على الرغم من أن السرعة الشعاعية للنجم تعطي فقط الحد الأدنى من كتلة الكوكب ، إذا كان من الممكن تمييز الخطوط الطيفية للكوكب عن الخطوط الطيفية للنجم ، فيمكن العثور على السرعة الشعاعية للكوكب نفسه ، وهذا يعطي ميل مدار الكوكب. يتيح ذلك قياس الكتلة الفعلية للكوكب. يستبعد هذا أيضًا الإيجابيات الخاطئة ، ويوفر أيضًا 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. [5]

تحرير قياس الضوء العابر

تقنية ومزايا وعيوب تحرير

بينما توفر طريقة السرعة الشعاعية معلومات حول كتلة الكوكب ، يمكن للطريقة الضوئية تحديد نصف قطر الكوكب. إذا عبر (عبور) كوكب أمام قرص نجمه الأم ، فإن السطوع المرئي المرصود للنجم ينخفض ​​بمقدار ضئيل ، اعتمادًا على الأحجام النسبية للنجم والكوكب. [8] على سبيل المثال ، في حالة HD 209458 ، يخفت النجم بنسبة 1.7٪. ومع ذلك ، فإن معظم إشارات العبور أصغر بكثير على سبيل المثال ، ينتج كوكب بحجم الأرض يمر بنجم شبيه بالشمس تعتيمًا بنسبة 80 جزءًا فقط في المليون (0.008 بالمائة).

يتنبأ نموذج منحنى الضوء النظري العابر للكواكب الخارجية بالخصائص التالية لنظام كوكبي مرصود: عمق العبور (δ) ، ومدة العبور (T) ، ومدة الدخول / الخروج (τ) ، وفترة الكوكب الخارجي (P). ومع ذلك ، فإن هذه الكميات المرصودة تستند إلى عدة افتراضات. للراحة في الحسابات ، نفترض أن الكوكب والنجم كرويان ، والقرص النجمي منتظم ، والمدار دائري. اعتمادًا على الموضع النسبي الذي يكون فيه كوكب خارجي عابر مرصود أثناء عبوره نجمًا ، ستتغير المعلمات الفيزيائية المرصودة لمنحنى الضوء. يصف عمق العبور (δ) لمنحنى الضوء العابر الانخفاض في التدفق الطبيعي للنجم أثناء العبور. يوضح هذا نصف قطر كوكب خارج المجموعة الشمسية مقارنة بنصف قطر النجم. على سبيل المثال ، إذا كان كوكب خارج المجموعة الشمسية يعبر نجمًا بحجم نصف قطره الشمسي ، فإن كوكبًا بنصف قطر أكبر سيزيد من عمق العبور وكوكب بنصف قطر أصغر سيقلل من عمق العبور. مدة عبور كوكب خارج المجموعة الشمسية هي طول الفترة الزمنية التي يقضيها الكوكب في عبور نجم. تتغير هذه المعلمة المرصودة بالنسبة إلى مدى سرعة أو بطء تحرك الكوكب في مداره أثناء عبوره للنجم. تصف مدة الدخول / الخروج (τ) لمنحنى الضوء العابر طول الوقت الذي يستغرقه الكوكب لتغطية النجم بالكامل (دخوله) وكشف النجم بالكامل (الخروج). إذا كان كوكب ما ينتقل من أحد طرفي قطر النجم إلى الطرف الآخر ، فإن مدة الدخول / الخروج تكون أقصر لأنه يستغرق وقتًا أقل لكي يغطي الكوكب النجم بالكامل. إذا عبر كوكب ما عبر نجم بالنسبة إلى أي نقطة أخرى غير القطر ، فإن مدة الدخول / الخروج تطول كلما ابتعدت عن القطر لأن الكوكب يقضي وقتًا أطول في تغطية النجم جزئيًا أثناء عبوره. [9] من خلال هذه المعلمات التي يمكن ملاحظتها ، يتم تحديد عدد من المعلمات الفيزيائية المختلفة (المحور شبه الرئيسي ، كتلة النجم ، نصف قطر النجم ، نصف قطر الكوكب ، الانحراف ، والميل) من خلال الحسابات. مع الجمع بين قياسات السرعة الشعاعية للنجم ، يتم أيضًا تحديد كتلة الكوكب.

هذه الطريقة لها عيبان رئيسيان. أولاً ، يمكن ملاحظة عبور الكواكب فقط عندما يكون مدار الكوكب محاذيًا تمامًا من وجهة نظر علماء الفلك. احتمالية أن يكون المستوى المداري الكوكبي على خط الرؤية مباشرة إلى النجم هو نسبة قطر النجم إلى قطر المدار (في النجوم الصغيرة ، يعتبر نصف قطر الكوكب عاملًا مهمًا أيضًا) . حوالي 10٪ من الكواكب ذات المدارات الصغيرة لها مثل هذا المحاذاة ، ويقل الكسر بالنسبة للكواكب ذات المدارات الأكبر. بالنسبة لكوكب يدور حول نجم بحجم الشمس عند 1 AU ، فإن احتمال الاصطفاف العشوائي ينتج عنه عبور هو 0.47٪. لذلك ، لا تضمن الطريقة أن أي نجم معين ليس مضيفًا للكواكب. ومع ذلك ، من خلال مسح مساحات كبيرة من السماء تحتوي على آلاف أو حتى مئات الآلاف من النجوم في وقت واحد ، يمكن لمسوح العبور العثور على كواكب خارج المجموعة الشمسية أكثر من طريقة السرعة الشعاعية. [10] اتخذت العديد من الاستطلاعات هذا النهج ، مثل مشروع MEarth الأرضي ، SuperWASP ، KELT ، و HATNet ، بالإضافة إلى بعثات COROT و Kepler و TESS الفضائية. تتميز طريقة العبور أيضًا بميزة اكتشاف الكواكب حول النجوم التي تقع على بعد بضعة آلاف من السنين الضوئية. تقع الكواكب الأكثر بعدًا التي اكتشفها Sagittarius Window Eclipsing Extrasolar Planet Search بالقرب من مركز المجرة. ومع ذلك ، فإن عمليات المتابعة الموثوقة لهذه النجوم تكاد تكون مستحيلة مع التكنولوجيا الحالية.

العيب الثاني لهذه الطريقة هو ارتفاع معدل الاكتشافات الخاطئة. وجدت دراسة أجريت عام 2012 أن معدل الإيجابيات الزائفة لعمليات العبور التي لاحظتها مهمة كبلر يمكن أن يصل إلى 40٪ في أنظمة الكوكب الواحد.[11] لهذا السبب ، يتطلب النجم بكشف عبور واحد تأكيدًا إضافيًا ، عادةً من طريقة السرعة الشعاعية أو طريقة تعديل السطوع المداري. طريقة السرعة الشعاعية ضرورية بشكل خاص للكواكب ذات حجم المشتري أو الأكبر ، لأن الأجسام بهذا الحجم لا تشمل الكواكب فحسب ، بل تشمل أيضًا الأقزام البنية وحتى النجوم الصغيرة. نظرًا لأن المعدل الإيجابي الخاطئ منخفض جدًا في النجوم ذات الكواكب المرشحة أو أكثر ، يمكن التحقق من صحة هذه الاكتشافات غالبًا دون ملاحظات متابعة مكثفة. يمكن أيضًا تأكيد البعض من خلال طريقة تغيير توقيت العبور. [12] [13] [14]

العديد من نقاط الضوء في السماء لها اختلافات في السطوع قد تظهر ككواكب عابرة عن طريق قياسات التدفق. تظهر الإيجابيات الكاذبة في طريقة القياس الضوئي العابر في ثلاثة أشكال شائعة: الأنظمة الثنائية المختلطة ، والكسوف الذي يحجب الأنظمة الثنائية ، والعبور بواسطة النجوم بحجم الكوكب. عادةً ما ينتج عن الأنظمة الثنائية الكسوف خسوفًا عميقًا يميزها عن عبور الكواكب الخارجية ، نظرًا لأن الكواكب عادة ما تكون أصغر من حوالي 2RJ ، [15] لكن الكسوف يكون أقل عمقًا بالنسبة للأنظمة الثنائية الممزوجة أو الرعي.

تتكون الأنظمة الثنائية المختلطة للكسوف من ثنائي خسوف طبيعي ممزوج بنجم ثالث (عادة أكثر إشراقًا) على طول نفس خط الرؤية ، عادةً على مسافة مختلفة. يخفف الضوء الثابت للنجم الثالث من عمق الكسوف المقاس ، لذلك قد يشبه منحنى الضوء ذلك الخاص بكوكب خارجي عابر. في هذه الحالات ، غالبًا ما يحتوي الهدف على تسلسل رئيسي رئيسي كبير مع تسلسل رئيسي ثانوي صغير أو نجم عملاق مع تسلسل رئيسي ثانوي. [16]

الأنظمة الثنائية التي تكسوف الرعي هي الأنظمة التي بالكاد يخدش فيها كائن واحد طرف الآخر. في هذه الحالات ، لن يكون الحد الأقصى لعمق العبور لمنحنى الضوء متناسبًا مع نسبة مربعات نصف قطر النجمين ، بل سيعتمد فقط على الجزء الصغير من المرحلة الأولية المحظورة بواسطة المرحلة الثانوية. يمكن أن يحاكي الانخفاض الصغير المقاس في التدفق عبور كوكب خارج المجموعة الشمسية. يمكن العثور بسهولة على بعض الحالات الإيجابية الخاطئة لهذه الفئة إذا كان للنظام الثنائي الكسوف مدار دائري ، مع وجود كتلتين مختلفتين. نظرًا للطبيعة الدورية للمدار ، سيكون هناك حدثان خسوفان ، أحدهما يحجب الأول والثاني والعكس صحيح. إذا كان للنجمين كتلتان مختلفتان بشكل كبير ، وهذا الاختلاف في أنصاف الأقطار واللمعان ، فإن هذين الكسوفين سيكون لهما أعماق مختلفة. يمكن بسهولة اكتشاف هذا التكرار لحدث العبور الضحل والعميق ، وبالتالي يسمح بالتعرف على النظام باعتباره نظامًا ثنائيًا يكسوف الرعي. ومع ذلك ، إذا كان الرفيقان النجميان بنفس الكتلة تقريبًا ، فسيكون من الصعب التمييز بين هذين الكسوفين ، مما يجعل من المستحيل إثبات أن النظام الثنائي الخسوف للرعي يتم ملاحظته باستخدام قياسات قياس الضوء العابر فقط.

أخيرًا ، هناك نوعان من النجوم لها نفس حجم الكواكب الغازية العملاقة تقريبًا ، الأقزام البيضاء والأقزام البنية. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن الكواكب الغازية العملاقة والأقزام البيضاء والأقزام البنية كلها مدعومة بضغط الإلكترون المتدهور. لا يميز منحنى الضوء بين الكتل لأنه يعتمد فقط على حجم الجسم العابر. عندما يكون ذلك ممكنًا ، تُستخدم قياسات السرعة الشعاعية للتحقق من أن الجسم العابر أو الخسوف له كتلة كوكبية ، أي أقل من 13 مترًاي. يمكن أن تحدد اختلافات وقت العبور أيضًا Mص. يمكن أن يحصل التصوير المقطعي الدوبلري مع مدار سرعة شعاعي معروف على الحد الأدنى من Mص ومحاذاة المدار الغنائي المتوقعة.

النجوم الفرعية العملاقة الحمراء لديها مشكلة أخرى في اكتشاف الكواكب من حولها: في حين أن الكواكب حول هذه النجوم هي أكثر عرضة للعبور بسبب حجم النجوم الأكبر ، يصعب فصل إشارات العبور هذه عن منحنى ضوء سطوع النجم الرئيسي حيث أن العمالقة الحمراء تتكرر بشكل متكرر نبضات في سطوع لمدة بضع ساعات إلى أيام. هذا ملحوظ بشكل خاص مع العمالقة الفرعية. بالإضافة إلى ذلك ، فإن هذه النجوم أكثر سطوعًا ، وتحجب الكواكب العابرة نسبة أقل بكثير من الضوء القادم من هذه النجوم. في المقابل ، يمكن للكواكب أن تحجب نجمًا صغيرًا تمامًا مثل نجم نيوتروني أو قزم أبيض ، وهو حدث يمكن اكتشافه بسهولة من الأرض. ومع ذلك ، نظرًا لصغر حجم النجوم ، فإن فرصة محاذاة كوكب مع مثل هذه البقايا النجمية ضئيلة للغاية.

الميزة الرئيسية لطريقة العبور هي أنه يمكن تحديد حجم الكوكب من المنحنى الخفيف. عندما يتم دمجها مع طريقة السرعة الشعاعية (التي تحدد كتلة الكوكب) ، يمكن للمرء تحديد كثافة الكوكب ، وبالتالي معرفة شيء عن التركيب الفيزيائي للكوكب. الكواكب التي تمت دراستها بكلتا الطريقتين هي إلى حد بعيد الكواكب الأكثر تميزًا بين جميع الكواكب الخارجية المعروفة. [17]

تتيح طريقة العبور أيضًا دراسة الغلاف الجوي للكوكب العابر. عندما يمر الكوكب بالنجم ، يمر الضوء من النجم عبر الغلاف الجوي العلوي للكوكب. من خلال دراسة الطيف النجمي عالي الدقة بعناية ، يمكن للمرء أن يكتشف العناصر الموجودة في الغلاف الجوي للكوكب. يمكن أيضًا اكتشاف الغلاف الجوي الكوكبي والكوكب لهذه المسألة عن طريق قياس استقطاب ضوء النجوم أثناء مروره أو انعكاسه عن الغلاف الجوي للكوكب. [18]

بالإضافة إلى ذلك ، فإن الكسوف الثانوي (عندما يحجب نجمه الكوكب) يسمح بالقياس المباشر لإشعاع الكوكب ويساعد على تقييد الانحراف المداري للكوكب دون الحاجة إلى وجود كواكب أخرى. إذا تم طرح شدة قياس الضوء للنجم أثناء الكسوف الثانوي من شدته قبل أو بعد ، فإن الإشارة التي يسببها الكوكب فقط هي التي تبقى. ومن ثم يمكن قياس درجة حرارة الكوكب وحتى اكتشاف العلامات المحتملة لتشكيلات السحب عليه. في مارس 2005 ، أجرت مجموعتان من العلماء قياسات باستخدام هذه التقنية باستخدام تلسكوب سبيتزر الفضائي. قام الفريقان ، من مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية ، بقيادة ديفيد شاربونو ، ومركز جودارد لرحلات الفضاء بقيادة L.D Deming ، بدراسة الكواكب TrES-1 و HD 209458b على التوالي. كشفت القياسات عن درجات حرارة الكواكب: 1060 كلفن (790 درجة مئوية) لـ TrES-1 وحوالي 1130 كلفن (860 درجة مئوية) لـ HD 209458b. [19] [20] بالإضافة إلى ذلك ، من المعروف أن Neptune Gliese 436 b الساخن يدخل كسوف ثانوي. ومع ذلك ، فإن بعض الكواكب العابرة التي تدور في مدارات بحيث لا تدخل كسوفًا ثانويًا بالنسبة إلى Earth HD 17156 b من المحتمل أن تكون واحدة من هذه الأخيرة.

تحرير التاريخ

بدأت بعثة وكالة الفضاء الفرنسية ، CoRoT ، في عام 2006 للبحث عن عمليات عبور الكواكب من المدار ، حيث يسمح غياب التلألؤ الجوي بتحسين الدقة. صُممت هذه المهمة لتكون قادرة على اكتشاف الكواكب "أكبر من الأرض بعدة مرات إلى عدة مرات" وأداء "أفضل من المتوقع" ، مع اكتشافين لكواكب خارج المجموعة الشمسية [21] (كلاهما من النوع "كوكب المشتري الساخن") اعتبارًا من أوائل عام 2008 في يونيو 2013 ، كان عدد الكواكب الخارجية لـ CoRoT 32 مع وجود العديد من الكواكب التي لم يتم تأكيدها بعد. توقف القمر الصناعي بشكل غير متوقع عن إرسال البيانات في نوفمبر 2012 (بعد تمديد مهمته مرتين) ، وتقاعد في يونيو 2013. [22]

في مارس 2009 ، تم إطلاق بعثة ناسا كبلر Kepler لمسح عدد كبير من النجوم في كوكبة Cygnus بدقة قياس من المتوقع أن تكتشف وتميز الكواكب بحجم الأرض. تستخدم مهمة كبلر التابعة لناسا طريقة العبور لمسح مائة ألف نجم بحثًا عن الكواكب. كان من المأمول أنه بحلول نهاية مهمته التي استمرت 3.5 سنوات ، سيكون القمر الصناعي قد جمع بيانات كافية للكشف عن كواكب أصغر من الأرض. من خلال مسح مائة ألف نجم في وقت واحد ، لم يكن قادرًا على اكتشاف الكواكب بحجم الأرض فحسب ، بل كان قادرًا على جمع إحصاءات عن أعداد هذه الكواكب حول النجوم الشبيهة بالشمس. [23]

في 2 فبراير 2011 ، أصدر فريق كبلر قائمة تضم 1235 كوكبًا مرشحًا خارج المجموعة الشمسية ، بما في ذلك 54 كوكبًا قد يكون في المنطقة الصالحة للسكن. في 5 ديسمبر 2011 ، أعلن فريق كبلر أنهم اكتشفوا 2،326 كوكبًا مرشحًا ، منها 207 متشابهة في الحجم مع الأرض ، و 680 بحجم الأرض الفائق ، و 1181 بحجم نبتون ، و 203 بحجم كوكب المشتري و 55 أكبر. من كوكب المشتري. مقارنةً بأرقام فبراير 2011 ، زاد عدد الكواكب بحجم الأرض والكواكب الفائقة الحجم بنسبة 200٪ و 140٪ على التوالي. علاوة على ذلك ، تم العثور على 48 كوكبًا مرشحًا في المناطق الصالحة للسكن للنجوم التي تم مسحها ، مما يمثل انخفاضًا عن رقم فبراير ، وكان هذا بسبب المعايير الأكثر صرامة المستخدمة في بيانات ديسمبر. بحلول يونيو 2013 ، تم زيادة عدد الكواكب المرشحة إلى 3278 وبعض الكواكب المؤكدة كانت أصغر من الأرض ، وبعضها بحجم المريخ (مثل Kepler-62c) وواحد أصغر من عطارد (Kepler-37b). [24]

تعديل الانعكاس والانبعاثات

ستخضع الكواكب ذات الفترة القصيرة التي تدور في مدارات قريبة حول نجومها لتغيرات الضوء المنعكس لأنها ، مثل القمر ، ستمر بمراحل من الكامل إلى الجديد والعودة مرة أخرى. بالإضافة إلى ذلك ، نظرًا لأن هذه الكواكب تتلقى الكثير من ضوء النجوم ، فإنها تسخنها ، مما يجعل الانبعاثات الحرارية قابلة للاكتشاف. نظرًا لأن التلسكوبات لا يمكنها فصل الكوكب عن النجم ، فإنها لا ترى سوى الضوء المشترك ، ويبدو أن سطوع النجم المضيف يتغير في كل مدار بطريقة دورية. على الرغم من أن التأثير ضئيل - الدقة الضوئية المطلوبة هي نفسها تقريبًا للكشف عن كوكب بحجم الأرض يمر عبر نجم من النوع الشمسي - يمكن اكتشاف مثل الكواكب بحجم كوكب المشتري مع فترة مدارية لبضعة أيام بواسطة التلسكوبات الفضائية مثل مرصد كبلر الفضائي. كما هو الحال مع طريقة العبور ، من الأسهل اكتشاف الكواكب الكبيرة التي تدور بالقرب من نجمها الأصلي مقارنة بالكواكب الأخرى حيث تلتقط هذه الكواكب مزيدًا من الضوء من نجمها الأم. عندما يكون للكوكب بياض مرتفع ويقع حول نجم مضيء نسبيًا ، يكون من السهل اكتشاف اختلافات الضوء في الضوء المرئي بينما يمكن اكتشاف الكواكب أو الكواكب الأكثر قتامة حول النجوم ذات درجة الحرارة المنخفضة بسهولة أكبر باستخدام ضوء الأشعة تحت الحمراء بهذه الطريقة. على المدى الطويل ، قد تجد هذه الطريقة معظم الكواكب التي سيتم اكتشافها من خلال تلك المهمة لأن تباين الضوء المنعكس مع الطور المداري مستقل إلى حد كبير عن الميل المداري ولا يتطلب مرور الكوكب أمام قرص النجم. لا يزال غير قادر على اكتشاف الكواكب ذات المدارات الدائرية المواجهة من وجهة نظر الأرض لأن كمية الضوء المنعكس لا تتغير أثناء مدارها.

إن وظيفة طور الكوكب العملاق هي أيضًا دالة لخصائصه الحرارية وغلافه الجوي ، إن وجد. لذلك ، قد يقيد منحنى الطور خصائص الكواكب الأخرى ، مثل توزيع حجم جسيمات الغلاف الجوي. عندما يتم العثور على كوكب عابر وحجمه معروف ، يساعد منحنى تغيرات الطور في حساب أو تقييد بياض الكوكب. يكون الأمر أكثر صعوبة مع الكواكب شديدة الحرارة حيث يمكن أن يتداخل وهج الكوكب عند محاولة حساب البياض. من الناحية النظرية ، يمكن أيضًا العثور على البياض في الكواكب غير العابرة عند ملاحظة اختلافات الضوء ذات الأطوال الموجية المتعددة. يتيح ذلك للعلماء معرفة حجم الكوكب حتى لو لم يكن الكوكب يمر عبر النجم. [25]

تم إجراء أول اكتشاف مباشر على الإطلاق لطيف الضوء المرئي المنعكس من كوكب خارجي في عام 2015 من قبل فريق دولي من علماء الفلك. درس علماء الفلك الضوء من 51 Pegasi b - أول كوكب خارج المجموعة الشمسية اكتشف يدور حول نجم متسلسل رئيسي (نجم شبيه بالشمس) ، باستخدام أداة البحث عن الكوكب ذات السرعة الشعاعية عالية الدقة (HARPS) في مرصد لا سيلا التابع للمرصد الأوروبي الجنوبي في تشيلي. [26] [27]

قام كل من CoRoT [28] و Kepler [29] بقياس الضوء المنعكس من الكواكب. ومع ذلك ، كانت هذه الكواكب معروفة بالفعل منذ عبورها نجمها المضيف. أول الكواكب التي تم اكتشافها بهذه الطريقة هي Kepler-70b و Kepler-70c ، التي عثر عليها كبلر. [30]

نسبي مبتهج تحرير

طريقة جديدة منفصلة للكشف عن الكواكب الخارجية من الاختلافات الضوئية تستخدم الإشعاع النسبي للتدفق المرصود من النجم بسبب حركته. يُعرف أيضًا باسم إشعاع دوبلر أو تعزيز دوبلر. تم اقتراح هذه الطريقة لأول مرة من قبل أبراهام لوب وسكوت جودي في عام 2003. [31] عندما يسحب الكوكب النجم بجاذبيته ، تتغير كثافة الفوتونات وبالتالي السطوع الظاهر للنجم من وجهة نظر الراصد. مثل طريقة السرعة الشعاعية ، يمكن استخدامها لتحديد الانحراف المداري والحد الأدنى من كتلة الكوكب. باستخدام هذه الطريقة ، يسهل اكتشاف الكواكب الضخمة القريبة من نجومها لأن هذه العوامل تزيد من حركة النجم. على عكس طريقة السرعة الشعاعية ، فهي لا تتطلب طيفًا دقيقًا للنجم ، وبالتالي يمكن استخدامها بسهولة أكبر للعثور على الكواكب حول النجوم سريعة الدوران والنجوم البعيدة.

أحد أكبر عيوب هذه الطريقة هو أن تأثير اختلاف الضوء صغير جدًا. لا يمكن اكتشاف كوكب ذي كتلة جوفيان يدور حول 0.025 وحدة فلكية عن نجم شبيه بالشمس حتى عندما يكون المدار على حافة الهاوية. هذه ليست طريقة مثالية لاكتشاف كواكب جديدة ، حيث أن كمية ضوء النجوم المنبعث والمنعكس من الكوكب عادة ما تكون أكبر بكثير من تباينات الضوء بسبب الإشعاع النسبي. ومع ذلك ، لا تزال هذه الطريقة مفيدة لأنها تسمح بقياس كتلة الكوكب دون الحاجة إلى متابعة جمع البيانات من ملاحظات السرعة الشعاعية.

تم الإعلان عن أول اكتشاف لكوكب باستخدام هذه الطريقة (Kepler-76b) في عام 2013. [32] [33]

الاختلافات البيضاوية

يمكن للكواكب الضخمة أن تسبب تشوهات طفيفة في المد والجزر لنجومها المضيفة. عندما يكون للنجم شكل إهليلجي قليلاً ، فإن سطوعه الظاهري يختلف ، اعتمادًا على ما إذا كان الجزء المفلطح من النجم يواجه وجهة نظر الراصد. كما هو الحال مع طريقة الإشعاع النسبية ، فهي تساعد في تحديد الحد الأدنى من كتلة الكوكب ، وتعتمد حساسيته على الميل المداري للكوكب. يمكن أن يكون مدى التأثير على السطوع الظاهر للنجم أكبر بكثير من طريقة الإشعاع النسبية ، لكن دورة تغيير السطوع تكون أسرع بمرتين. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الكوكب يشوه شكل النجم أكثر إذا كان له محور منخفض شبه كبير إلى نسبة نصف قطر نجمي وكانت كثافة النجم منخفضة. هذا يجعل هذه الطريقة مناسبة لإيجاد الكواكب حول النجوم التي تركت التسلسل الرئيسي. [34]

تعديل توقيت النجم النابض

النجم النابض هو نجم نيوتروني: بقايا صغيرة شديدة الكثافة لنجم انفجر على شكل مستعر أعظم. تصدر النجوم النابضة موجات راديو بشكل منتظم للغاية أثناء دورانها. نظرًا لأن الدوران الجوهري للنجم النابض منتظم جدًا ، يمكن استخدام الانحرافات الطفيفة في توقيت النبضات الراديوية المرصودة لتتبع حركة النجم النابض. مثل أي نجم عادي ، فإن النجم النابض يتحرك في مداره الصغير إذا كان لديه كوكب. يمكن أن تكشف الحسابات القائمة على ملاحظات توقيت النبضة عن معلمات ذلك المدار. [35]

لم يتم تصميم هذه الطريقة في الأصل لاكتشاف الكواكب ، ولكنها حساسة جدًا لدرجة أنها قادرة على اكتشاف الكواكب الأصغر بكثير من أي طريقة أخرى ، حتى أقل من عُشر كتلة الأرض. كما أنه قادر على اكتشاف اضطرابات الجاذبية المتبادلة بين مختلف أعضاء نظام كوكبي ، وبالتالي الكشف عن مزيد من المعلومات حول تلك الكواكب ومعاييرها المدارية. بالإضافة إلى ذلك ، يمكنه بسهولة اكتشاف الكواكب البعيدة نسبيًا عن النجم النابض.

هناك عيبان رئيسيان في طريقة توقيت النجم النابض: النجوم النابضة نادرة نسبيًا ، وهناك حاجة لظروف خاصة لكي يتشكل كوكب حول نجم نابض. لذلك ، من غير المحتمل أن يتم العثور على عدد كبير من الكواكب بهذه الطريقة. [36] بالإضافة إلى ذلك ، من المحتمل ألا تعيش الحياة على الكواكب التي تدور حول النجوم النابضة بسبب الكثافة العالية للإشعاع المحيط.

في عام 1992 ، استخدم ألكسندر فولسزكان وديل فريل هذه الطريقة لاكتشاف الكواكب حول النجم النابض PSR 1257 + 12. [37] تم تأكيد اكتشافهم بسرعة ، مما جعله أول تأكيد لكوكب خارج المجموعة الشمسية. [ بحاجة لمصدر ]

تعديل التوقيت النجمي المتغير

مثل النجوم النابضة ، فإن بعض الأنواع الأخرى من النجوم المتغيرة النابضة تكون منتظمة بدرجة كافية بحيث يمكن تحديد السرعة الشعاعية بطريقة قياس ضوئي بحت من انزياح دوبلر لتردد النبض ، دون الحاجة إلى التحليل الطيفي. [38] [39] هذه الطريقة ليست حساسة مثل طريقة اختلاف توقيت النجم النابض ، نظرًا لأن النشاط الدوري يكون أطول وأقل انتظامًا. تعتمد سهولة اكتشاف الكواكب حول نجم متغير على فترة نبض النجم وانتظام النبضات وكتلة الكوكب وبعده عن النجم المضيف.

جاء النجاح الأول لهذه الطريقة في عام 2007 ، عندما تم اكتشاف V391 Pegasi b حول نجم شبه قزم نابض. [40]

تحرير توقيت العبور

تأخذ طريقة تغيير توقيت العبور في الاعتبار ما إذا كانت عمليات العبور تحدث بتواتر صارم ، أو إذا كان هناك اختلاف. عندما يتم الكشف عن عدة كواكب عابرة ، يمكن غالبًا تأكيدها باستخدام طريقة تغيير توقيت العبور. هذا مفيد في أنظمة الكواكب البعيدة عن الشمس ، حيث لا تستطيع طرق السرعة الشعاعية اكتشافها بسبب انخفاض نسبة الإشارة إلى الضوضاء. إذا تم اكتشاف كوكب بواسطة طريقة العبور ، فإن الاختلافات في توقيت العبور توفر طريقة حساسة للغاية لاكتشاف الكواكب الإضافية غير العابرة في النظام بكتل مماثلة لكوكب الأرض. من الأسهل اكتشاف اختلافات توقيت العبور إذا كانت الكواكب لها مدارات قريبة نسبيًا ، وعندما يكون أحد الكواكب على الأقل أكبر حجمًا ، مما يتسبب في اضطراب الفترة المدارية لكوكب أقل كتلة. [41] [42] [43]

العيب الرئيسي في طريقة توقيت العبور هو أنه عادة لا يمكن تعلم الكثير عن الكوكب نفسه. يمكن أن يساعد اختلاف توقيت العبور في تحديد الكتلة القصوى لكوكب ما. في معظم الحالات ، يمكن أن يؤكد ما إذا كان الجسم له كتلة كوكبية ، لكنه لا يضع قيودًا ضيقة على كتلته. ومع ذلك ، هناك استثناءات ، حيث أن الكواكب في نظامي Kepler-36 و Kepler-88 تدور بالقرب بما يكفي لتحديد كتلها بدقة.

تم إجراء أول اكتشاف مهم لكوكب غير عابر باستخدام TTV باستخدام مركبة الفضاء Kepler التابعة لناسا. يُظهر الكوكب العابر Kepler-19b قناة TTV بسعة تبلغ خمس دقائق وفترة حوالي 300 يوم ، مما يشير إلى وجود كوكب ثانٍ ، Kepler-19c ، والذي له فترة مضاعفة شبه عقلانية لفترة كوكب عابر. [44] [45]

في الكواكب الدائرية ، ترجع الاختلافات في توقيت العبور بشكل أساسي إلى الحركة المدارية للنجوم ، بدلاً من اضطرابات الجاذبية من قبل الكواكب الأخرى. تجعل هذه الاختلافات من الصعب اكتشاف هذه الكواكب من خلال الطرق الآلية. ومع ذلك ، فإنه يجعل من السهل تأكيد هذه الكواكب بمجرد اكتشافها. [ بحاجة لمصدر ]

تحرير تغيير مدة النقل

يشير "اختلاف المدة" إلى التغييرات في المدة التي يستغرقها النقل.قد تكون الاختلافات في المدة ناتجة عن قمر خارجي ، أو مقدمة مقلدة للكواكب غريب الأطوار بسبب كوكب آخر في نفس النظام ، أو النسبية العامة. [46] [47]

عندما يتم العثور على كوكب دائري من خلال طريقة العبور ، يمكن تأكيده بسهولة من خلال طريقة تغيير مدة العبور. [48] ​​في الأنظمة الثنائية القريبة ، تغير النجوم بشكل كبير حركة رفيقها ، مما يعني أن أي كوكب عابر له تباين كبير في مدة العبور. أول تأكيد من هذا القبيل جاء من Kepler-16b. [48]

كسوف تعديل توقيت الحد الأدنى الثنائي

عندما يتم محاذاة نظام نجمي ثنائي بحيث - من وجهة نظر الأرض - تمر النجوم أمام بعضها البعض في مداراتها ، يُطلق على النظام اسم "نظام نجمي ثنائي". وقت الحد الأدنى من الضوء ، عندما يكون النجم ذو السطح الأكثر إشراقًا محجوبًا جزئيًا على الأقل بواسطة قرص النجم الآخر ، يسمى الكسوف الأساسي ، وبعد نصف مدار تقريبًا ، يحدث الكسوف الثانوي عندما تحجب منطقة السطح الأكثر إشراقًا النجم. جزء من النجم الآخر. تشكل أوقات الحد الأدنى من الضوء ، أو الكسوف المركزي ، طابعًا زمنيًا على النظام ، يشبه إلى حد كبير نبضات النجم النابض (باستثناء أنه بدلاً من وميض ، فهي عبارة عن تراجع في السطوع). إذا كان هناك كوكب في مدار دائري حول النجوم الثنائية ، فسيتم تعويض النجوم حول مركز كتلة ثنائي الكوكب. عندما يتم إزاحة النجوم في الثنائي ذهابًا وإيابًا بواسطة الكوكب ، فإن أوقات الحد الأدنى للكسوف تختلف. قد تكون دورية هذا الإزاحة هي الطريقة الأكثر موثوقية للكشف عن الكواكب خارج المجموعة الشمسية حول الأنظمة الثنائية القريبة. [49] [50] [51] باستخدام هذه الطريقة ، يمكن اكتشاف الكواكب بسهولة أكبر إذا كانت كتلتها أكبر ، وتدور بالقرب نسبيًا حول النظام ، وإذا كانت النجوم ذات كتل منخفضة.

تسمح طريقة توقيت الكسوف باكتشاف الكواكب البعيدة عن النجم المضيف أكثر من طريقة العبور. ومع ذلك ، فإن الإشارات حول النجوم المتغيرة الكارثية التي تشير إلى الكواكب تميل إلى التوافق مع المدارات غير المستقرة. [ التوضيح المطلوب ] [52] في عام 2011 ، أصبح Kepler-16b أول كوكب يتم تمييزه بالتأكيد عن طريق تجاوز الاختلافات الثنائية في التوقيت. [53]

تحرير العدسة الدقيقة الجاذبية

تحدث عدسة الجاذبية الميكروية عندما يعمل مجال جاذبية النجم مثل العدسة ، مما يؤدي إلى تكبير ضوء نجم في الخلفية البعيدة. يحدث هذا التأثير فقط عندما يتم محاذاة النجمين تمامًا تقريبًا. أحداث العدسة قصيرة ، وتستمر لأسابيع أو أيام ، حيث يتحرك كل من النجمين والأرض بالنسبة لبعضهما البعض. وقد تم رصد أكثر من ألف حدث من هذا القبيل على مدى السنوات العشر الماضية.

إذا كان لنجم العدسة الأمامية كوكب ، فإن مجال الجاذبية لهذا الكوكب يمكن أن يساهم بشكل يمكن اكتشافه في تأثير العدسة. نظرًا لأن هذا يتطلب محاذاة غير محتملة للغاية ، يجب مراقبة عدد كبير جدًا من النجوم البعيدة باستمرار من أجل اكتشاف مساهمات العدسة الدقيقة الكوكبية بمعدل معقول. هذه الطريقة مثمرة للغاية بالنسبة للكواكب الواقعة بين الأرض ومركز المجرة ، حيث يوفر مركز المجرة عددًا كبيرًا من نجوم الخلفية.

في عام 1991 ، اقترح عالما الفلك شود ماو وبوهدان باتشينسكي استخدام العدسة الدقيقة للجاذبية للبحث عن رفقاء ثنائيين للنجوم ، وقد تم تنقيح اقتراحهم بواسطة آندي جولد وأبراهام لوب في عام 1992 كطريقة لاكتشاف الكواكب الخارجية. تعود النجاحات في هذه الطريقة إلى عام 2002 ، عندما طورت مجموعة من علماء الفلك البولنديين (Andrzej Udalski و Marcin Kubiak و Michał Szymański من وارسو و Bohdan Paczyński) خلال مشروع OGLE (تجربة العدسة الجاذبية البصرية). خلال شهر واحد ، وجدوا العديد من الكواكب المحتملة ، على الرغم من أن القيود في الملاحظات حالت دون تأكيد واضح. منذ ذلك الحين ، تم اكتشاف العديد من الكواكب المؤكدة خارج المجموعة الشمسية باستخدام العدسة الدقيقة. كانت هذه هي الطريقة الأولى القادرة على اكتشاف الكواكب ذات الكتلة الشبيهة بالأرض حول النجوم العادية ذات التسلسل الرئيسي. [54]

على عكس معظم الطرق الأخرى ، التي لديها تحيز في الكشف تجاه الكواكب ذات المدارات الصغيرة (أو للتصوير المحلول ، والكبير) ، فإن طريقة العدسة الدقيقة هي الأكثر حساسية للكشف عن الكواكب حول 1-10 وحدات فلكية بعيدة عن النجوم الشبيهة بالشمس.

من العيوب الملحوظة لهذه الطريقة أنه لا يمكن تكرار العدسة ، لأن المحاذاة بالصدفة لا تحدث مرة أخرى أبدًا. أيضًا ، تميل الكواكب المكتشفة إلى أن تكون على بُعد عدة كيلومترات فرسخ ، لذلك من المستحيل عادةً متابعة عمليات الرصد باستخدام طرق أخرى. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الخاصية الفيزيائية الوحيدة التي يمكن تحديدها بواسطة العدسة الدقيقة هي كتلة الكوكب ، ضمن قيود فضفاضة. تميل الخصائص المدارية أيضًا إلى أن تكون غير واضحة ، حيث أن الخاصية المدارية الوحيدة التي يمكن تحديدها بشكل مباشر هي محورها شبه الرئيسي الحالي من النجم الأم ، والذي قد يكون مضللًا إذا كان الكوكب يتبع مدارًا غريب الأطوار. عندما يكون الكوكب بعيدًا عن نجمه ، فإنه يقضي جزءًا صغيرًا فقط من مداره في حالة يمكن فيها اكتشافه بهذه الطريقة ، لذلك لا يمكن تحديد الفترة المدارية للكوكب بسهولة. من الأسهل أيضًا اكتشاف الكواكب حول النجوم منخفضة الكتلة ، حيث يزداد تأثير الجاذبية الميكروية مع نسبة كتلة الكوكب إلى النجم.

تتمثل المزايا الرئيسية لطريقة العدسة الدقيقة للجاذبية في قدرتها على اكتشاف الكواكب منخفضة الكتلة (من حيث المبدأ وصولاً إلى كتلة المريخ بمشاريع فضائية مستقبلية مثل WFIRST) يمكنها اكتشاف الكواكب في مدارات واسعة مماثلة لزحل وأورانوس ، والتي لها فترات مدارية أيضًا طويلة بالنسبة للسرعة الشعاعية أو طرق العبور ويمكنها اكتشاف الكواكب حول النجوم البعيدة جدًا. عندما يمكن ملاحظة عدد كافٍ من النجوم الخلفية بدقة كافية ، يجب أن تكشف الطريقة في النهاية عن مدى انتشار الكواكب الشبيهة بالأرض في المجرة. [ بحاجة لمصدر ]

عادة ما يتم إجراء عمليات المراقبة باستخدام شبكات التلسكوبات الروبوتية. بالإضافة إلى OGLE الممول من مجلس البحوث الأوروبي ، تعمل مجموعة رصد العدسات الدقيقة في الفيزياء الفلكية (MOA) على إتقان هذا النهج.

إن مشروع PLANET (بحث شبكة الشبكات الشاذة لنسخة العدسة) / مشروع RoboNet أكثر طموحًا. يسمح بتغطية مستمرة على مدار الساعة تقريبًا من خلال شبكة تلسكوب تغطي العالم ، مما يوفر الفرصة لالتقاط مساهمات العدسة الدقيقة من الكواكب ذات الكتلة المنخفضة مثل الأرض. نجحت هذه الإستراتيجية في اكتشاف أول كوكب منخفض الكتلة على مدار واسع ، تم تحديده OGLE-2005-BLG-390Lb. [54]

تحرير التصوير المباشر

تعد الكواكب من مصادر الضوء الخافتة للغاية مقارنة بالنجوم ، ويميل الضوء القليل الذي يخرج منها إلى الضياع في وهج نجمها الأم. لذلك بشكل عام ، من الصعب جدًا اكتشافها وحلها مباشرة من نجمها المضيف. الكواكب التي تدور على مسافة بعيدة بما يكفي من النجوم لتعكس القليل جدًا من ضوء النجوم ، لذلك يتم اكتشاف الكواكب من خلال انبعاثها الحراري بدلاً من ذلك. من الأسهل الحصول على الصور عندما يكون النظام النجمي قريبًا نسبيًا من الشمس ، وعندما يكون الكوكب كبيرًا بشكل خاص (أكبر بكثير من كوكب المشتري) ، مفصولًا على نطاق واسع عن نجمه الأصلي ، وساخن بحيث ينبعث منه صور الأشعة تحت الحمراء المكثفة. صنعت في الأشعة تحت الحمراء ، حيث يكون الكوكب أكثر إشراقًا مما هو عليه في الأطوال الموجية المرئية. تستخدم Coronagraphs لحجب الضوء من النجم ، مع ترك الكوكب مرئيًا. يتطلب التصوير المباشر لكوكب خارجي يشبه الأرض ثباتًا حراريًا شديدًا. [55] أثناء مرحلة التراكم لتشكيل الكواكب ، قد يكون التباين بين النجوم والكواكب أفضل في H alpha مما هو عليه في الأشعة تحت الحمراء - يجري حاليًا مسح H alpha. [56]

يمكن أن يعطي التصوير المباشر قيودًا فضفاضة لكتلة الكوكب ، المشتقة من عمر النجم ودرجة حرارة الكوكب. يمكن أن تختلف الكتلة بشكل كبير ، حيث يمكن أن تتكون الكواكب بعد عدة ملايين من السنين بعد تشكل النجم. كلما كان الكوكب أكثر برودة ، كلما قلت كتلة الكوكب. في بعض الحالات ، من الممكن وضع قيود معقولة على نصف قطر الكوكب بناءً على درجة حرارة الكوكب ، وسطوعه الظاهري ، وبعده عن الأرض. لا يلزم فصل الأطياف المنبعثة من الكواكب عن النجم ، مما يسهل تحديد التركيب الكيميائي للكواكب.

في بعض الأحيان ، يلزم إجراء ملاحظات بأطوال موجية متعددة لاستبعاد كون الكوكب قزمًا بنيًا. يمكن استخدام التصوير المباشر لقياس مدار الكوكب حول النجم بدقة. على عكس غالبية الطرق الأخرى ، يعمل التصوير المباشر بشكل أفضل مع الكواكب ذات المدارات المواجهة بدلاً من المدارات ذات الحافة ، حيث يمكن ملاحظة كوكب في مدار وجهاً طوال مدار الكوكب ، بينما الكواكب ذات الحافة المفتوحة المدارات يمكن ملاحظتها بسهولة أكبر خلال فترة انفصالها الواضح عن النجم الأم.

تنقسم الكواكب المكتشفة من خلال التصوير المباشر حاليًا إلى فئتين. أولاً ، توجد الكواكب حول نجوم أضخم من الشمس وهي صغيرة بما يكفي لامتلاك أقراص كوكبية أولية. تتكون الفئة الثانية من الأقزام شبه البنية المحتملة الموجودة حول النجوم القاتمة جدًا ، أو الأقزام البنية التي تبعد 100 وحدة فلكية على الأقل عن نجومها الأم.

تم العثور على الأجسام ذات الكتلة الكوكبية غير المرتبطة جاذبيًا بنجم من خلال التصوير المباشر أيضًا.

الاكتشافات المبكرة تحرير

في عام 2004 ، استخدمت مجموعة من علماء الفلك مصفوفة التلسكوب الكبيرة جدًا التابعة للمرصد الأوروبي الجنوبي في تشيلي لإنتاج صورة 2M1207b ، وهي مصاحبة للقزم البني 2M1207. [59] في العام التالي ، تم تأكيد الوضع الكوكبي للرفيق. [60] يُقدر الكوكب بأنه أكبر بعدة مرات من كوكب المشتري ، وأن نصف قطر مداره أكبر من 40 وحدة فلكية.

في سبتمبر 2008 ، تم تصوير جسم على مسافة 330 وحدة فلكية عن النجم 1RXS J160929.1−210524 ، ولكن تم التأكد من أنه كوكب مصاحب للنجم وليس مجرد اصطفاف حتى عام 2010. [61]

تم تصوير أول نظام متعدد الكواكب ، تم الإعلان عنه في 13 نوفمبر 2008 ، في عام 2007 باستخدام تلسكوبات في مرصد كيك ومرصد جيميني. تمت ملاحظة ثلاثة كواكب تدور حول HR 8799 ، كتلتها تقارب عشرة ، عشرة ، وسبعة أضعاف كتلة كوكب المشتري. [62] [63] في نفس اليوم ، 13 نوفمبر 2008 ، أُعلن أن تلسكوب هابل الفضائي رصد مباشرةً كوكبًا خارج المجموعة الشمسية يدور حول فومالهاوت ، بكتلة لا تزيد عن 3 أمتار ي. [64] كلا النظامين محاطان بأقراص لا تختلف عن حزام كايبر.

في عام 2009 ، أُعلن أن تحليل الصور التي يعود تاريخها إلى عام 2003 ، كشف عن كوكب يدور حول بيتا بيكتوريس. [ بحاجة لمصدر ]

في عام 2012 ، أُعلن عن كوكب "سوبر جوبيتر" كتلته حوالي 12.8 م ي تم تصوير Kappa Andromedae التي تدور حول Kappa Andromedae مباشرة باستخدام تلسكوب سوبارو في هاواي. [65] [66] يدور حول نجمه الأم على مسافة حوالي 55 وحدة فلكية ، أو ما يقرب من ضعف مسافة نبتون من الشمس.

تم تصوير نظام إضافي ، GJ 758 ، في نوفمبر 2009 ، بواسطة فريق يستخدم أداة HiCIAO لتلسكوب سوبارو ، لكنه كان قزمًا بنيًا. [67]

تشمل الكواكب الخارجية المحتملة الأخرى التي تم تصويرها مباشرة GQ Lupi b و AB Pictoris b و SCR 1845 b. [68] اعتبارًا من مارس 2006 ، لم يتم تأكيد أي كواكب بدلاً من ذلك ، فقد يكونون هم أنفسهم أقزام بنية صغيرة. [69] [70]

تحرير أدوات التصوير

تتضمن بعض المشاريع لتجهيز التلسكوبات بأدوات قادرة على تصوير الكواكب التلسكوبات الأرضية Gemini Planet Imager و VLT-SPHERE وجهاز Subaru Coronagraphic Extreme Adaptive Optics (SCExAO) ومشروع Palomar 1640 والتلسكوب الفضائي WFIRST. تقترح بعثة العوالم الجديدة مركبة كبيرة في الفضاء مصممة لحجب ضوء النجوم القريبة من أجل مراقبة الكواكب التي تدور حولها. يمكن استخدام هذا مع التلسكوبات الحالية أو المخطط لها أو الجديدة المصممة لهذا الغرض.

في عام 2010 ، أظهر فريق من مختبر الدفع النفاث التابع لناسا أن دوامة كوروناجراف يمكن أن تمكن نطاقات صغيرة من تصوير الكواكب مباشرة. [72] قاموا بذلك عن طريق تصوير الكواكب HR 8799 التي تم تصويرها سابقًا ، باستخدام جزء بعرض 1.5 متر فقط من تلسكوب هيل.

كما تم اقتراح أن التلسكوبات الفضائية التي تركز الضوء باستخدام لوحات المنطقة بدلاً من المرايا ستوفر تصويرًا عالي التباين ، وتكون أرخص للإطلاق في الفضاء نظرًا لقدرتها على طي لوحة منطقة الرقائق خفيفة الوزن. [74]

تحرير قياس الاستقطاب

الضوء المنبعث من النجم غير مستقطب ، أي أن اتجاه تذبذب الموجة الضوئية عشوائي. ومع ذلك ، عندما ينعكس الضوء عن الغلاف الجوي للكوكب ، تتفاعل موجات الضوء مع الجزيئات الموجودة في الغلاف الجوي وتصبح مستقطبة. [75]

من خلال تحليل الاستقطاب في الضوء المشترك للكوكب والنجم (حوالي جزء واحد في المليون) ، يمكن إجراء هذه القياسات من حيث المبدأ بحساسية عالية جدًا ، حيث لا يقتصر قياس الاستقطاب على استقرار الغلاف الجوي للأرض. ميزة رئيسية أخرى هي أن قياس الاستقطاب يسمح بتحديد تكوين الغلاف الجوي للكوكب. العيب الرئيسي هو أنه لن يكون قادرًا على اكتشاف الكواكب بدون الغلاف الجوي. من السهل اكتشاف الكواكب الكبيرة والكواكب ذات البياض الأعلى من خلال قياس الاستقطاب ، لأنها تعكس المزيد من الضوء.

الأجهزة الفلكية المستخدمة في قياس الاستقطاب ، والتي تسمى أجهزة قياس الاستقطاب ، قادرة على اكتشاف الضوء المستقطب ورفض الحزم غير المستقطبة. مجموعات مثل ZIMPOL / CHEOPS [76] و PlanetPol [77] تستخدم حاليًا مقاييس القطبية للبحث عن الكواكب خارج المجموعة الشمسية. جاء أول اكتشاف ناجح لكوكب خارج المجموعة الشمسية باستخدام هذه الطريقة في عام 2008 ، عندما تم اكتشاف HD 189733 b ، وهو كوكب تم اكتشافه قبل ثلاث سنوات ، باستخدام قياس الاستقطاب. [78] ومع ذلك ، لم يتم اكتشاف أي كواكب جديدة باستخدام هذه الطريقة.

تحرير قياس الفلك

تتكون هذه الطريقة من القياس الدقيق لموضع النجم في السماء ، ومراقبة كيفية تغير هذا الموقع بمرور الوقت. في الأصل ، كان هذا يتم بصريًا ، مع تسجيلات مكتوبة بخط اليد. بحلول نهاية القرن التاسع عشر ، استخدمت هذه الطريقة لوحات فوتوغرافية ، مما أدى إلى تحسين دقة القياسات بشكل كبير بالإضافة إلى إنشاء أرشيف بيانات. إذا كان للنجم كوكب ، فإن تأثير الجاذبية للكوكب سوف يتسبب في تحرك النجم نفسه في مدار دائري أو إهليلجي صغير. بشكل فعال ، النجم والكوكب يدوران حول مركز كتلتهما المتبادلة (barycenter) ، كما هو موضح من خلال حلول مشكلة الجسمين. نظرًا لأن النجم أكبر بكثير ، فإن مداره سيكون أصغر بكثير. [79] في كثير من الأحيان ، يقع مركز الكتلة المشترك داخل نصف قطر الجسم الأكبر. وبالتالي ، من الأسهل العثور على كواكب حول النجوم منخفضة الكتلة ، وخاصة الأقزام البنية.

يعد علم الفلك هو أقدم طريقة للبحث عن الكواكب خارج المجموعة الشمسية ، وكان شائعًا في الأصل بسبب نجاحه في توصيف أنظمة النجوم الثنائية الفلكية. يعود تاريخه على الأقل إلى التصريحات التي أدلى بها ويليام هيرشل في أواخر القرن الثامن عشر. ادعى أن أ رفيق الغيب كان يؤثر على موقع النجم الذي قام بتصنيفه كـ 70 أوفيوتشي. تم إجراء أول حساب فلكي رسمي معروف لكوكب خارج المجموعة الشمسية بواسطة William Stephen Jacob في عام 1855 لهذا النجم. [80] كرر آخرون حسابات مماثلة لنصف قرن آخر [81] حتى تم دحضها أخيرًا في أوائل القرن العشرين. [82] [83] لمدة قرنين من الزمان انتشرت الادعاءات لاكتشاف الصحابة الغيب في مدار حول أنظمة نجمية قريبة ، تم العثور عليها جميعًا باستخدام هذه الطريقة ، [81] وبلغت ذروتها في إعلان عام 1996 عن كواكب متعددة تدور حول نجم قريب لالاندي 21185 بواسطة جورج غاتوود. [84] [85] لم ينج أي من هذه الادعاءات من التدقيق من قبل علماء الفلك الآخرين ، وسقطت سمعة هذه التقنية في سمعة سيئة. [86] لسوء الحظ ، فإن التغييرات في موقع النجم صغيرة جدًا - والتشوهات الجوية والمنهجية كبيرة جدًا - لدرجة أن أفضل التلسكوبات الأرضية لا يمكنها إنتاج قياسات دقيقة كافية. جميع مطالبات أ رفيق الكواكب أقل من 0.1 كتلة شمسية ، مثل كتلة الكوكب ، المصنوعة قبل عام 1996 باستخدام هذه الطريقة ، من المحتمل أن تكون زائفة. في عام 2002 ، نجح تلسكوب هابل الفضائي في استخدام القياس الفلكي لتوصيف كوكب تم اكتشافه سابقًا حول النجم Gliese 876. [87]

المرصد الفضائي جاياتم إطلاقه في عام 2013 ، ومن المتوقع أن يعثر على آلاف الكواكب عبر قياس الفلك ، ولكن قبل إطلاقه جايا، لم يتم تأكيد أي كوكب تم اكتشافه بواسطة قياس الفلك.

كان SIM PlanetQuest مشروعًا أمريكيًا (تم إلغاؤه في عام 2010) كان من الممكن أن يكون له قدرات مماثلة على اكتشاف الكواكب الخارجية مثل Gaia.

تتمثل إحدى الميزات المحتملة لطريقة القياس الفلكي في أنها أكثر حساسية للكواكب ذات المدارات الكبيرة. وهذا يجعله مكملًا للطرق الأخرى الأكثر حساسية للكواكب ذات المدارات الصغيرة. ومع ذلك ، ستكون هناك حاجة إلى أوقات مراقبة طويلة جدًا - سنوات ، وربما عقودًا ، حيث تستغرق الكواكب بعيدًا بما يكفي عن نجمها للسماح بالكشف عن طريق القياس الفلكي أيضًا وقتًا طويلاً لإكمال المدار.

من السهل اكتشاف الكواكب التي تدور حول أحد النجوم في الأنظمة الثنائية ، لأنها تسبب اضطرابات في مدارات النجوم نفسها. ومع ذلك ، مع هذه الطريقة ، هناك حاجة إلى ملاحظات المتابعة لتحديد أي نجم يدور الكوكب حوله.

في عام 2009 ، تم الإعلان عن اكتشاف VB 10b بواسطة قياس الفلك. تم الإبلاغ عن أن هذا الجسم الكوكبي ، الذي يدور حول النجم القزم الأحمر منخفض الكتلة VB 10 ، كتلته سبعة أضعاف كتلة كوكب المشتري. إذا تم تأكيد ذلك ، فسيكون هذا أول كوكب خارج المجموعة الشمسية تم اكتشافه بواسطة القياس الفلكي ، من بين العديد من الكواكب التي تم الادعاء بها على مر السنين. [88] [89] ومع ذلك ، فإن الدراسات المستقلة الحديثة حول السرعة الشعاعية تستبعد وجود الكوكب المزعوم. [90] [91]

في عام 2010 ، تم قياس ستة نجوم ثنائية قياسًا فلكيًا. تم العثور على أحد الأنظمة النجمية ، المسمى HD 176051 ، "بثقة عالية" في امتلاك كوكب. [92]

في عام 2018 ، تمكنت دراسة قارنت الملاحظات من المركبة الفضائية Gaia مع بيانات Hipparcos لنظام Beta Pictoris من قياس كتلة Beta Pictoris b ، وقيدتها إلى 11 ± 2 من كتلة المشتري. [93] هذا يتفق جيدًا مع تقديرات الكتلة السابقة لحوالي 13 كتلة كوكب المشتري.

تم استخدام الجمع بين السرعة الشعاعية والقياس الفلكي لاكتشاف وتمييز عدد قليل من الكواكب ذات الفترة القصيرة ، على الرغم من عدم اكتشاف كواكب المشتري الباردة بطريقة مماثلة من قبل. في عام 2019 ، تم استكمال البيانات من المركبة الفضائية Gaia وسابقتها Hipparcos ببيانات HARPS مما أتاح وصفًا أفضل لـ ε Indi Ab كأقرب كوكب خارجي يشبه المشتري بكتلة 3 كواكب في مدار غريب الأطوار قليلاً مع فترة مدارية تبلغ 45 عامًا . [94]

تحرير كسوف الأشعة السينية

في سبتمبر 2020 ، تم الإعلان عن اكتشاف كوكب مرشح يدور حول ثنائي M51-ULS-1 عالي الكتلة في مجرة ​​Whirlpool. تم اكتشاف الكوكب عن طريق كسوف مصدر الأشعة السينية ، والذي يتكون من بقايا نجمية (إما نجم نيوتروني أو ثقب أسود) ونجم ضخم ، من المحتمل أن يكون عملاقًا من النوع B. هذه هي الطريقة الوحيدة القادرة على اكتشاف كوكب في مجرة ​​أخرى. [95]

حركية القرص تحرير

يمكن اكتشاف الكواكب من خلال الفجوات التي تنتجها في أقراص الكواكب الأولية. [96] [97]

تحرير الكشف عن صدى التوهج والتباين

يمكن أن تنتج أحداث التباين غير الدورية ، مثل التوهجات ، أصداء باهتة للغاية في منحنى الضوء إذا انعكست عن كوكب خارج المجموعة الشمسية أو أي وسط تناثر آخر في النظام النجمي. [98] [99] [100] [101] في الآونة الأخيرة ، وبدافع من التقدم في تقنيات الأجهزة ومعالجة الإشارات ، من المتوقع أن تكون أصداء الكواكب الخارجية قابلة للاسترداد من القياسات الضوئية والطيفية عالية الإيقاع للأنظمة النجمية النشطة ، مثل الأقزام M . [102] [103] [104] يمكن ملاحظة هذه الأصداء من الناحية النظرية في جميع الميول المدارية.

تحرير التصوير العابر

لا تجمع مصفوفة مقياس التداخل البصري / بالأشعة تحت الحمراء قدرًا كبيرًا من الضوء مثل تلسكوب واحد من الحجم المكافئ ، ولكن لديها دقة تلسكوب واحد بحجم المصفوفة. بالنسبة للنجوم الساطعة ، يمكن استخدام قوة التحليل هذه لتصوير سطح النجم أثناء حدث العبور ورؤية ظل الكوكب يمر. يمكن أن يوفر هذا قياسًا مباشرًا لنصف القطر الزاوي للكوكب ، ومن خلال المنظر ، نصف قطره الفعلي. هذا أكثر دقة من تقديرات نصف القطر القائمة على قياس الضوء العابر ، والتي تعتمد على تقديرات نصف القطر النجمي التي تعتمد على نماذج من خصائص النجوم. يوفر التصوير أيضًا تحديدًا أكثر دقة للميل مما يوفره القياس الضوئي. [105]

تحرير الانبعاثات الراديوية في الغلاف المغناطيسي

يمكن الكشف عن الانبعاثات الراديوية من الغلاف المغناطيسي باستخدام التلسكوبات الراديوية المستقبلية. يمكن أن يتيح ذلك تحديد معدل دوران كوكب ما ، والذي يصعب اكتشافه بطريقة أخرى. [106]

تحرير انبعاثات الراديو الشفقية

يمكن الكشف عن الانبعاثات الراديوية الشفقية من الكواكب العملاقة ذات المصادر البلازمية ، مثل القمر البركاني للمشتري Io ، باستخدام التلسكوبات الراديوية مثل LOFAR. [107] [108]

تحرير التداخل البصري

في مارس 2019 ، أعلن علماء الفلك ESO ، باستخدام أداة GRAVITY على مقياس التداخل التلسكوب الكبير جدًا (VLTI) ، عن أول اكتشاف مباشر لكوكب خارج المجموعة الشمسية ، HR 8799 e ، باستخدام قياس التداخل البصري. [109]

تعديل قياس التداخل

من خلال النظر إلى اهتزازات مخطط التداخل باستخدام مطياف فورييه ، يمكن الحصول على حساسية محسنة من أجل اكتشاف الإشارات الخافتة من الكواكب الشبيهة بالأرض. [110]

تحرير الأقراص النجمية

تحيط أقراص الغبار الفضائي (أقراص الحطام) بالعديد من النجوم. يمكن الكشف عن الغبار لأنه يمتص ضوء النجوم العادي ويعيد إرساله كأشعة تحت الحمراء. حتى لو كانت كتلة جزيئات الغبار أقل بكثير من كتلة الأرض ، فلا يزال بإمكانها أن تمتلك مساحة إجمالية كبيرة بما يكفي لتفوق نجمها الأم في أطوال موجات الأشعة تحت الحمراء. [111]

تلسكوب هابل الفضائي قادر على مراقبة أقراص الغبار باستخدام أداة NICMOS (كاميرا الأشعة تحت الحمراء القريبة وجهاز قياس الطيف متعدد الأجسام). حتى الآن تم التقاط صور أفضل بواسطة الأداة الشقيقة ، تلسكوب سبيتزر الفضائي ، ومرصد هيرشل الفضائي التابع لوكالة الفضاء الأوروبية ، والذي يمكنه رؤية أطوال موجات الأشعة تحت الحمراء أعمق بكثير مما يستطيع هابل. تم الآن العثور على أقراص الغبار حول أكثر من 15٪ من النجوم القريبة الشبيهة بالشمس. [112]

يُعتقد أن الغبار ناتج عن الاصطدامات بين المذنبات والكويكبات. يدفع ضغط الإشعاع الصادر عن النجم جزيئات الغبار بعيدًا في الفضاء بين النجوم خلال فترة زمنية قصيرة نسبيًا. لذلك ، يشير اكتشاف الغبار إلى التجدد المستمر من خلال الاصطدامات الجديدة ، ويقدم دليلًا قويًا غير مباشر على وجود أجسام صغيرة مثل المذنبات والكويكبات التي تدور حول النجم الأم. [112] على سبيل المثال ، يشير قرص الغبار حول النجم Tau Ceti إلى أن هذا النجم يحتوي على مجموعة من الأجسام تشبه حزام كايبر الخاص بنظامنا الشمسي ، ولكنها أكثر سمكًا بعشر مرات على الأقل. [111]

وبشكل أكثر تخمينًا ، تشير الميزات الموجودة في أقراص الغبار أحيانًا إلى وجود كواكب كاملة الحجم. تحتوي بعض الأقراص على تجويف مركزي ، مما يعني أنها حلقية الشكل حقًا. قد يكون سبب التجويف المركزي هو قيام كوكب "بإزالة" الغبار داخل مداره. تحتوي الأقراص الأخرى على كتل قد تكون ناجمة عن تأثير جاذبية كوكب ما. كلا النوعين من الميزات موجودان في قرص الغبار حول إبسيلون إيريداني ، مما يشير إلى وجود كوكب بنصف قطر مدار يبلغ حوالي 40 وحدة فلكية (بالإضافة إلى الكوكب الداخلي المكتشف من خلال طريقة السرعة الشعاعية). [113] يمكن نمذجة هذه الأنواع من تفاعلات قرص الكوكب عدديًا باستخدام تقنيات الاستمالة التصادمية. [114]

تلوث الأجواء النجمية

غالبًا ما يجد التحليل الطيفي لأغلفة الأقزام البيضاء تلوثًا بعناصر أثقل مثل المغنيسيوم والكالسيوم. لا يمكن أن تنشأ هذه العناصر من لب النجوم ، ومن المحتمل أن يكون التلوث ناتجًا عن الكويكبات التي اقتربت كثيرًا (ضمن حدود روش) من هذه النجوم عن طريق تفاعل الجاذبية مع الكواكب الأكبر وتمزقها بفعل قوى المد والنجوم. قد يتلوث ما يصل إلى 50٪ من صغار الأقزام البيضاء بهذه الطريقة. [115]

بالإضافة إلى ذلك ، يمكن الكشف عن الغبار المسؤول عن تلوث الغلاف الجوي بواسطة الأشعة تحت الحمراء إذا كان موجودًا بكميات كافية ، على غرار اكتشاف أقراص الحطام حول النجوم المتسلسلة الرئيسية. تشير البيانات المأخوذة من تلسكوب سبيتزر الفضائي إلى أن 1-3٪ من الأقزام البيضاء تمتلك غبارًا يمكن اكتشافه. [116]

في عام 2015 ، تم اكتشاف كواكب صغيرة تعبر القزم الأبيض WD 1145 + 017. [117] تدور هذه المادة لمدة 4.5 ساعات تقريبًا ، وتشير أشكال منحنيات الضوء العابر إلى أن الأجسام الأكبر حجمًا تتفكك ، مما يساهم في تلوث الغلاف الجوي للقزم الأبيض.

تم العثور على معظم الكواكب خارج المجموعة الشمسية المؤكدة باستخدام التلسكوبات الفضائية (اعتبارًا من 01/2015). [118] يمكن أن تعمل العديد من طرق الكشف بشكل أكثر فاعلية مع التلسكوبات الفضائية التي تتجنب ضباب واضطراب الغلاف الجوي. كانت COROT (2007-2012) و Kepler بعثات فضائية مخصصة للبحث عن الكواكب خارج المجموعة الشمسية باستخدام العبور. اكتشف كوروت حوالي 30 كوكبًا خارجيًا جديدًا. اكتشف كبلر (2009-2013) و K2 (2013-) أكثر من 2000 كوكب خارجي تم التحقق منه. [119] قام تلسكوب هابل الفضائي و MOST أيضًا بالعثور على أو تأكيد بعض الكواكب. تم استخدام تلسكوب سبيتزر الفضائي الذي يعمل بالأشعة تحت الحمراء للكشف عن عبور الكواكب خارج المجموعة الشمسية ، بالإضافة إلى حالات اختفاء الكواكب من خلال منحنيات النجم والطور المضيف. [19] [20] [120]

ستستخدم مهمة جايا ، التي تم إطلاقها في ديسمبر 2013 ، [121] القياس الفلكي لتحديد الكتل الحقيقية لـ 1000 من الكواكب الخارجية القريبة. [122] [123] تم إطلاق TESS في عام 2018 ، وتم إطلاق CHEOPS في عام 2019 وسيستخدم PLATO في عام 2026 طريقة النقل.


هل هناك أي شخص بالخارج؟ العشرات من العوالم التي يُحتمل أن تكون صالحة للسكن يمكن أن ترى الأرض منذ فجر البشرية

(CN) - منذ الحضارة الإنسانية المبكرة ، كان من الممكن أن تكون العشرات من الكواكب الصالحة للسكن والآلاف من نجومها على مرمى البصر من موجات الراديو وعلى مرأى من الأدوات الفلكية & # 8212 بافتراض أن العوالم مأهولة وأن السكان طوروا تقنية متقدمة بما فيه الكفاية .

تتمثل إحدى طرق اكتشاف الكواكب الخارجية - الكواكب خارج نظامنا الشمسي - في البحث عن مساراتها أثناء مرورها عبر نجم. مع وضع هذا المفهوم في الاعتبار ، اقترح باحثون من جامعة كورنيل في إيثاكا ، نيويورك ، أنه يمكن أيضًا اكتشاف الأرض بواسطة كواكب أخرى باستخدام هذه الطريقة.

تم استكشاف الفكرة جزئيًا ، مع دراسات سابقة لفحص الفضاء حيث يمكن أن تكون النجوم القريبة قد شاهدت الأرض وهي تعبر الشمس.

الدراسة التي أجرتها جامعة كورنيل يوم الأربعاء ونشرت في مجلة نيتشر هي أول دراسة تأخذ بعين الاعتبار النقاط الفضلى المختلفة للنجوم والكواكب الخارجية القريبة بمرور الوقت.

بالنسبة للدراسة ، قام الباحثان ليزا كالتينيجر وجاكلين فهيرتي بالاستفادة من قاعدة بيانات وكالة الفضاء الأوروبية & # 8217s Gaia ، والتي تحتوي على كتالوج للأجسام الفضائية القريبة ضمن 100 فرسخ فلكي & # 8212 حوالي 300 سنة ضوئية من الشمس. لقد قرروا أن 1715 نجمة كانت في وضع يمكنها من رؤية الأرض في الخمسة آلاف سنة الماضية.

كتب مؤلفو الدراسة: "إن الكون ديناميكي ، ويغير وجهة نظر النجوم الأخرى ، والتي يمكن أن تجدنا منها على مدى آلاف السنين - بالإضافة إلى كوننا ، والتي يمكننا من خلالها اكتشاف الكواكب التي تعبر نجومًا أخرى". "خلال فترة الأنثروبوسين على الأرض - 237 عامًا حتى الآن ، بدءًا من المحرك البخاري في عام 1784 ، عندما بدأ البشر في التأثير على مناخ الأرض - شهد 1424 نجمًا الأرض وهي تعبر الشمس. ولفترة أخرى تبلغ 1000 و 5000 سنة ، سيرتفع هذا الرقم إلى 1489 و 1743 ، على التوالي ".

لاحظ الباحثون أن 319 نجمًا إضافيًا ستدخل نقطة المراقبة هذه في الخمسة آلاف سنة القادمة وأن 75 نجمًا قريبة بما يكفي الآن - في غضون 100 سنة ضوئية من الأرض - لتلقي إشارات راديو من صنع الإنسان.

كتب مؤلفو الدراسة: "هنا نفترض أن أي حضارة اسمية على كوكب خارج المجموعة الشمسية سيكون لها أدوات فلكية مماثلة لما لدينا الآن". بالإضافة إلى ذلك ، يمكن للبصمات التكنولوجية الحديثة - مثل موجات الراديو - أن تشير إلى حضارة تكنولوجية على الأرض. على الرغم من أن موجات الراديو لم تصدر من البشر إلا لفترة قصيرة نسبيًا (حوالي 100 عام) ، فقد وصلت بالفعل إلى 75 نجمًا في الماضي والحاضر [منطقة عبور الأرض] في منطقتنا وما زالت تسافر بعيدًا ".

وجدت الدراسة أن 29 من الكواكب التي يحتمل أن تكون صالحة للسكن تدور حول بعض هذه النجوم يمكن أن تكون قد تلقت موجات راديوية ولاحظت الأرض من مواقعها المفضلة. يعتمد التقدير على المسافة التي قطعتها موجات الراديو ، والتي تبلغ حوالي 100 سنة ضوئية.

تقترح الدراسة أن النجوم التي يمكنها مراقبة مرور الأرض عبر الشمس تعتبر أهدافًا ذات أولوية في البحث عن الكواكب التي يحتمل أن تكون صالحة للسكن.

وكتب الباحثون: "سبعة من أصل 2034 نجمًا معروفة بأنها نجوم مضيفة للكواكب الخارجية". يستضيف نظام Trappist-1 الواقع في 12.467 فرسخ فلكي سبعة كواكب عابرة بحجم الأرض ، أربعة منها في المنطقة المعتدلة الصالحة للسكن. سيدخل هذا النظام [منطقة عبور الأرض] خلال 1642 عامًا ويبقى هناك لمدة 2371 عامًا ".

ولم يرد الباحثون على الفور على طلب للتعليق حتى وقت نشر هذا الخبر.


تم اكتشاف أول مياه على كوكب يحتمل أن يكون "صالحًا للسكن"

تم اكتشاف بخار الماء في الغلاف الجوي للأرض العملاقة ذات درجات الحرارة الصالحة للسكن من قبل باحثي جامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس لأول مرة في العالم.

K2-18b ، الذي تبلغ كتلته ثمانية أضعاف كتلة الأرض ، هو الآن الكوكب الوحيد الذي يدور حول نجم خارج النظام الشمسي ، أو "كوكب خارج المجموعة الشمسية" ، معروف باحتوائه على كل من المياه ودرجات الحرارة التي يمكن أن تدعم الحياة.

هذا الاكتشاف ، الذي نُشر اليوم في علم الفلك الطبيعي، هو أول اكتشاف جوي ناجح لكوكب خارج المجموعة الشمسية يدور في "المنطقة الصالحة للسكن" لنجمه ، على مسافة حيث يمكن أن يتواجد الماء في شكل سائل.

قال المؤلف الأول ، الدكتور Angelos Tsiaras (مركز UCL لبيانات الكيمياء الخارجية للفضاء (CSED)): "إن العثور على الماء في عالم يحتمل أن يكون صالحًا للسكن بخلاف الأرض أمر مثير للغاية. K2-18b ليس "Earth 2.0" لأنه أثقل بشكل ملحوظ وله تركيبة جوية مختلفة. ومع ذلك ، فإنه يقربنا من الإجابة على السؤال الأساسي: هل الأرض فريدة من نوعها؟ "

استخدم الفريق بيانات أرشيفية من 2016 و 2017 تم التقاطها بواسطة تلسكوب هابل الفضائي التابع لوكالة الفضاء الأوروبية / ناسا وطوروا خوارزميات مفتوحة المصدر لتحليل ضوء النجوم الذي تمت تصفيته عبر الغلاف الجوي لـ K2-18b. كشفت النتائج عن التوقيع الجزيئي لبخار الماء ، مما يشير أيضًا إلى وجود الهيدروجين والهيليوم في الغلاف الجوي للكوكب.

يعتقد المؤلفون أن الجزيئات الأخرى بما في ذلك النيتروجين والميثان قد تكون موجودة ، لكن مع الملاحظات الحالية ، تظل غير قابلة للكشف. هناك حاجة إلى مزيد من الدراسات لتقدير التغطية السحابية والنسبة المئوية للمياه الموجودة في الغلاف الجوي.

يدور الكوكب حول النجم القزم البارد K2-18 ، والذي يبعد حوالي 110 سنة ضوئية عن الأرض في كوكبة الأسد. نظرًا للمستوى العالي من نشاط نجمها القزم الأحمر ، قد يكون K2-18b أكثر عدائية من الأرض ومن المحتمل أن يتعرض لمزيد من الإشعاع.

تم اكتشاف K2-18b في عام 2015 وهو واحد من مئات الكواكب الفائقة - كواكب ذات كتلة بين الأرض ونبتون - تم العثور عليها بواسطة مركبة الفضاء كبلر التابعة لناسا. من المتوقع أن تكتشف مهمة TESS التابعة لناسا مئات الكواكب الأرضية الفائقة في السنوات القادمة.

قال المؤلف المشارك الدكتور Ingo Waldmann (UCL CSED): "مع توقع العثور على العديد من الكواكب الأرضية الفائقة الجديدة خلال العقدين المقبلين ، فمن المحتمل أن يكون هذا هو الاكتشاف الأول للعديد من الكواكب التي يحتمل أن تكون صالحة للسكن. هذا ليس فقط لأن الكواكب الفائقة مثل K2-18b هي الكواكب الأكثر شيوعًا في مجرتنا ، ولكن أيضًا لأن الأقزام الحمراء - النجوم الأصغر من شمسنا - هي النجوم الأكثر شيوعًا ".

سيتمكن الجيل القادم من التلسكوبات الفضائية ، بما في ذلك تلسكوب جيمس ويب الفضائي التابع لناسا / وكالة الفضاء الأوروبية / وكالة الفضاء الكندية ، ومهمة ARIEL التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية ، من توصيف الأجواء بمزيد من التفصيل حيث ستحمل أدوات أكثر تقدمًا. من المتوقع أن يتم إطلاق ARIEL في عام 2028 ، وسوف ترصد 1000 كوكب بالتفصيل للحصول على صورة تمثيلية حقًا لما هم عليه.

قال البروفيسور جيوفانا تينيتي (UCL CSED) ، المؤلف المشارك والمحقق الرئيسي في ARIEL: "يجعل اكتشافنا K2-18 b أحد أكثر الأهداف إثارة للاهتمام للدراسة المستقبلية. تم اكتشاف أكثر من 4000 كوكب خارجي ولكننا لا نعرف الكثير عن تكوينها وطبيعتها. من خلال مراقبة عينة كبيرة من الكواكب ، نأمل في الكشف عن أسرار حول تركيبها وتكوينها وتطورها ".

قال الدكتور تسياراس: "تساهم هذه الدراسة في فهمنا للعوالم الصالحة للسكن خارج نظامنا الشمسي وتمثل حقبة جديدة في أبحاث الكواكب الخارجية ، وهو أمر حاسم في نهاية المطاف لوضع الأرض ، موطننا الوحيد ، في الصورة الأكبر للكون".

قال وزير الخارجية أندريا ليدزوم: "استكشاف الفضاء هو أحد أعظم المغامرات في عصرنا ، وعلى مدى عقود ، بحث العلماء وعلماء الفلك في السماء بحثًا عن كواكب قادرة على دعم الحياة. يعتبر هذا الاكتشاف من قبل باحثين بريطانيين قفزة عملاقة إلى الأمام في هذا المسعى ، وفتح عالم جديد من الاحتمالات. أسرار عالمنا موجودة هناك ، وأنا فخور للغاية بأن باحثينا ومجالسنا المدعومة من الحكومة في طليعة الجهود المبذولة للكشف عن إجابات للألغاز التي استمرت لقرون ".

قال كريس لي ، كبير العلماء بوكالة الفضاء البريطانية: "هذا الاكتشاف المثير يوضح نقاط القوة الرائدة في المملكة المتحدة في علم الكواكب الخارجية."

"نواصل البناء على هذه الخبرة ، مع وجود UCL في قلب مهمة جديدة - ARIEL - لدراسة أجواء العوالم التي تدور حول نجوم أخرى في مجرتنا. هذه واحدة من عدد من المهمات الدولية لعلوم الفضاء التي تنطوي على أدوار رائدة لعلوم وصناعة المملكة المتحدة وتشكل جزءًا من التزامنا المستمر لوكالة الفضاء الأوروبية.

قال الدكتور كولين فينسينت ، رئيس قسم علم الفلك في STFC: "إن العثور على كواكب أخرى قد يكون لديها القدرة على دعم الحياة هو أحد الكؤوس المقدسة لأبحاث علم الفلك. تعطي هذه النتيجة المستندة إلى بيانات من تلسكوب هابل الفضائي طعمًا مثيرًا لما يمكن أن يكون ممكنًا في السنوات القليلة المقبلة حيث أن عددًا من التلسكوبات والبعثات الفضائية الجديدة التي تدعمها STFC ووكالة الفضاء البريطانية أصبحت على الإنترنت ".

تم تمويل البحث من قبل مجلس البحوث الأوروبي ومجلس مرافق العلوم والتكنولوجيا في المملكة المتحدة ، وهو جزء من UKRI.


تناسب ضيق: الكواكب في المنطقة الصالحة للسكن

كم عدد الكواكب الصالحة للحياة التي يجب أن نتوقعها في النظام النجمي المتوسط؟ يبدو أحدهم عددًا جيدًا بالنسبة لي ، حتى أنه رقم متفائل. لكنه سؤال صعب لأننا لا نعرف بالضبط ما هو النظام النجمي "المتوسط" ، حيث يتم اكتشاف مثل هذا النطاق الواسع حاليًا.

كان هناك وقت مضى أقل من قرن عندما كانت فكرة أنه قد يكون هناك ثلاثة كواكب صالحة للسكن & # 8212 أي ، صالحة للسكن من قبل البشر & # 8212 في النظام الشمسي. تخيل كوكب الزهرة كشيء مثل بولينيزيا الفرنسية ، أو ربما ما كان يعرف آنذاك بالكونغو البلجيكية. تخيل كوكب المريخ بجو أكثر كثافة وبحارًا قديمة ، منطقة إدغار رايس بوروز.

اليوم نفكر في إمكانية السكن المتعددة هنا في النظام الشمسي على أنها ربما تتضمن حياة المحيط تحت جليد أقمار الكواكب العملاقة ، لكننا استبعدنا أي شيء يمكن للإنسان أن يمشي عليه براحة نسبية. أثار سؤال ما الذي يجعل نظامنا الشمسي قادرًا على دعم كوكب واحد فقط في نطاق قابلية الإنسان للسكن ستيفن كين (UC-Riverside) بسبب أمثلة مثل الكواكب السبعة حول TRAPPIST-1 ، يبدو أن ثلاثة منها موجودة في الماء السائل لهذا الكوكب منطقة صالحة للسكن. لماذا هذا العدد الكبير؟ لماذا القليل جدا حول نجمنا؟

صورة: يحتوي نظام الكواكب Trappist-1 على ثلاثة كواكب في منطقته الصالحة للسكن ، مقارنة بنظامنا الشمسي ، الذي يحتوي على كوكب واحد فقط. (ناسا / مختبر الدفع النفاث / معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا).

من هذه التكهنات جاءت طريقة لتحليل السؤال. قام كين وفريقه بمحاكاة تفاعلات الجاذبية حيث كانت الكواكب على مسافات مختلفة من بعضها البعض تدور حول نجومها لملايين السنين. النتيجة هي أنه وفقًا لهذه الحسابات ، يمكن لنجم مثل الشمس أن يدعم ما يصل إلى ستة كواكب في مدارات منطقة صالحة للسكن في المياه السائلة. قد تكون حقيقة أننا لا نرى شيئًا كهذا نتيجة كوكب المشتري وقدرته على تعطيل المدارات بسبب كتلته. سمة أخرى مطلوبة لكواكب المنطقة الصالحة للسكن: يجب أن تكون مداراتها دائرية.

نظر فريق Kane في عرض المنطقة الصالحة للسكن اعتمادًا على النوع الطيفي واعتبر القيود الديناميكية على المدارات المستقرة داخل المنطقة الصالحة للحياة ، مشيرًا إلى أن "& # 8230 القيود الديناميكية تسمح

6 هرتز كواكب كتلة الأرض لكتل ​​نجمية ≿0.7M، اعتمادًا على وجود كواكب عملاقة أبعد ".

لفحص هذه الأمور بشكل أكبر ، اهتم كين بشكل خاص بـ Beta Canum Venaticorum (Beta CVn) ، على بعد 27 سنة ضوئية في الكوكبة الشمالية Canes Venatici. هذا نجم من الدرجة G أكثر فقرًا بالمعادن من الشمس ، على الرغم من أنه في معظم النواحي الأخرى يمثل ضعفًا عادلًا لنجمنا من حيث الكتلة والعمر. ماجي تورنبول (معهد SETI) ، مؤلف مشارك في هذه الورقة ، اختارت Beta CVn منذ 12 عامًا كواحدة من النجوم ذات الأهمية الحيوية الفلكية في غضون 10 فرسخ فلكي.

لا توجد كواكب معروفة حاليًا هنا ، ولكن حقيقة عدم وجود عملاق غازي مصاحب تجعل كين مهتمًا بالبحث عن عوالم متعددة أصغر. هذا نجم قريب قد يؤدي إلى نتائج عبور ، بناءً على الاحتمالات التي يحسبها كين ، ويوفر فرصة لاختبار سيناريوهات تعبئة المنطقة الصالحة للسكن. يمكن أن يكون العثور على نجوم قريبة من فئة G بدون عمالقة غاز طريقة مربحة لتقييم البنى المدارية للكواكب ، وتقدير مدى شيوع نظامنا الشمسي:

على الرغم من أن الكواكب العملاقة أكثر شيوعًا حول نظائرها الشمسية من النجوم المتأخرة (Zechmeister et al. 2013 Wittenmyer et al. 2016) ، إلا أنها لا تزال نادرة نسبيًا ، بمتوسط ​​معدل حدوث يصل إلى 6.7٪ بعد الفترات المدارية التي تبلغ 300 يومًا (Wittenmyer) وآخرون .2020). وبالتالي ، قد لا يكون النظام الشمسي ممثلاً للمباني المدارية ، ومن المفيد المقارنة مباشرة بنجم آخر قريب من النوع الشمسي ، مثل Beta CVn.

تقدم الورقة 20 عامًا من بيانات السرعة الشعاعية على Beta CVn من HIRES (Keck / High Resolution Echelle Spectrometer) بالإضافة إلى أداة Automated Planet Finder (APF) ، مما يستبعد وجود كواكب أكثر ضخامة من زحل في أي مكان داخل 10 AU من النجم. يمكن أن توجد هنا الديناميكيات المدارية المحتملة للتعبئة المعطاة للديناميكيات المدارية حول هذا النجم & # 8212 العديد من عوالم الطبقة الأرضية هنا & # 8212 تظهر أن الأهداف القريبة نسبيًا مثل Beta CVn قد تكون أيضًا مثيرة للاهتمام لمهام التصوير المباشر المستندة إلى الفضاء في المستقبل مثل HabEx و LUVOIR ، عندما نبدأ في التعمق نحو عوالم أصغر على أمل تحديد أجواءها في النهاية.

لقد درسنا حتى الآن بشكل أساسي النجوم ذات الكتلة المنخفضة مع الكواكب العابرة ، الأمر الذي كشف عن ظاهرة الأنظمة المدمجة والمكتظة بإحكام. تستمر الورقة:

تم العثور على بعض هذه الأنظمة ، مثل TRAPPIST-1 ، لديها كواكب أرضية متعددة في HZ ، مما تسبب في تكهنات حول ما إذا كانت هذه التعبئة الديناميكية في HZ طبيعية أم نادرة. يوضح تحليلنا المقدم هنا أن القيود الديناميكية لتعبئة الكواكب الأرضية HZ هي ∼5 كواكب لمعظم الأنواع الطيفية ، و 6 كواكب للكتل النجمية ≳ 0.7M. من الممكن تعبئة 7 كواكب في HZ ضمن أنظمة محددة للكتلة النجمية والهندسة المعمارية ، ولكنها تصبح عرضة لاضطرابات MMR [متوسط ​​رنين الحركة] التي تعرض الاستقرار الديناميكي لمثل هذه التكوينات للخطر. تستبعد 20 عامًا من بيانات RV لـ Beta CVn المقدمة هنا مجموعة كبيرة من كتل الكواكب العملاقة والمعلمات المدارية ، مما يوفر مرشحًا ممتازًا للهياكل الأرضية المعقدة.

بعض الأفكار حول العمل السابق:

جذبت الأنظمة النجمية المكدسة للغاية مثل TRAPPIST-1 أيضًا انتباه أليسا أوبرتاس (جامعة تورنتو). عالج أوبرتاس السؤال في عام 2016 ، ولكن بقي مفتاحًا غير معروف ما إذا كانت هناك كتلة كافية في قرص تشكيل الكوكب لإنتاج أنظمة معبأة بالحدود التي تسمح بها عمليات المحاكاة الحاسوبية أم لا. بحثت الورقة الناتجة في عمليات المحاكاة التي تتضمن ما يصل إلى 10 مليارات مدار ، مع التركيز بشكل كبير على النجوم القزمة M ، والتي يعد TRAPPIST-1 مثالاً عليها. قالت الورقة البحثية: "بتطبيق نتائج عمليات المحاكاة التي أجريناها ، نظهر أن الأنظمة المعزولة لما يصل إلى خمسة كواكب كتلة الأرض يمكن أن تتلاءم مع المنطقة الصالحة للسكن لنجم شبيه بالشمس دون مواجهات قريبة لما لا يقل عن 10 9 مدارات". استقرار غير إشكالي.

تحدثنا أيضًا عن الآثار المترتبة على دوران الكواكب بإحكام فيما يتعلق ببيولوجيا الفضاء. على بعد 1530 سنة ضوئية في Cygnus ، يدور Kepler-36 بواسطة "Super-Earth" و "mini-Neptune" في مدارات تختلف بمقدار 0.013 AU ، مما ينتج عنه اختلافات في توقيت العبور لكلا الكوكبين. لدينا هنا صدى مداري 7: 6 ، ومناظر خلابة على الأرجح من السطح المنصهر للأرض العملاقة بينما يتحرك الكوكب الأكبر عبر سمائه.

استوحى النظام العمل من قبل جيسون ستيفن (UNLV) وجونججي لي (مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية) ، اللذان قاما بتوسيعه ليشمل تكهنات حول انتقال الحياة بين الكواكب القريبة في مناطق صالحة للسكن. لذلك ، انظر الكواكب الصالحة للسكن في نفس النظام.

صورة: كوكب غازي عملاق يمتد بثلاث مرات أكثر من القمر كما يُرى من الأرض يلوح في الأفق فوق المناظر الطبيعية المنصهرة لـ Kepler-36b. الائتمان: مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية.

كان كين وآخرون. الورقة هي "التعبئة الديناميكية في المنطقة الصالحة للسكن: حالة Beta CVn ،" المجلة الفلكية المجلد. 160 ، العدد 2 (27 يوليو 2020). الملخص / ما قبل الطباعة. راجع أيضًا Steffen and Li ، "الاعتبارات الديناميكية للحياة في أنظمة كوكبية متعددة الصالحة للسكن" ، مجلة الفيزياء الفلكية المجلد. 816 ، رقم 2 (14 يناير 2016). الملخص / ما قبل الطباعة. ورقة أوبرتاس هي "استقرار الأنظمة المعبأة بإحكام والمتساوية المسافات لكواكب كتلة الأرض التي تدور حول نجم شبيه بالشمس ،" إيكاروس المجلد 293 (1 سبتمبر 2017) ، الصفحات 52-58 (الملخص / ما قبل الطباعة).

التعليقات مغلقة على هذا الدخول.

تبشر هذه الدراسة بالخير ، ليس فقط بالنسبة لعدد العوالم الحاملة للمياه السائلة ، ولكن أيضًا لأعداد القص للكواكب الأصغر ذات درجات الحرارة الساخنة والباردة. الأكثر والاكثر مرحا. المزيد من العوالم لاستكشافها ، وفرة!

أتساءل عما إذا كان من الممكن أن يكون نظام Sol & # 8217s أقل من المتوسط ​​بالنسبة لإجمالي عدد الكواكب بين أنظمة النجم الواحد.

كلما كان النجم أكثر سطوعًا ، اتسع نطاق منطقته الصالحة للسكن ، كما هو محدد عادةً (يدور حيث تكون المياه السطحية للكواكب في شكل سائل). العمالقة الساطعة لها هابزونات واسعة للغاية ، والأقزام الحمراء لها أقزام ضيقة للغاية. لكن العديد من الكواكب الخارجية التي يحتمل أن تكون صالحة للسكن والتي اكتشفناها مؤخرًا هي قريبة من الأقزام ذات الإضاءة المنخفضة. هل هذا مجرد تأثير اختيار (من السهل على تقنية اكتشاف الكواكب لدينا العثور على الكواكب الضخمة القريبة من النجوم الصغيرة) أم أنه يتعلق بآليات تكوين نظام الكواكب (النجوم ذات الكتلة المنخفضة لها كواكب أقرب إليها ، كقاعدة عامة ، من منها ذات الكتلة العالية)؟

هذا السؤال له عواقب فلكية عميقة. قد تحتوي النجوم الضخمة والمضيئة على العديد من الكواكب في مناطق هابزوناتها السخية ، ولكن هذه النجوم نادرة جدًا ، وعادة ما تكون قصيرة العمر وتتطور بسرعة كبيرة جدًا بحيث لا تؤدي العمليات البيولوجية إلى حياة ذكية. من ناحية أخرى ، فإن الأقزام شائعة جدًا وقديمة جدًا ومستقرة ، لكن مناطقها المعيشية ضيقة جدًا لدرجة أنه من غير المحتمل أن يتشكل أي كوكب هناك.

تعمل هاتان العمليتان في أغراض متقاطعة مع بعضهما البعض ، وتقنيتنا أفضل بكثير في اكتشاف الكواكب الكبيرة جدًا القريبة جدًا من النجوم الصغيرة جدًا ، مما يزيد من تعقيد فحوصاتنا. هل يعرف أحد ما إذا كانت هذه المعلمات قد درست بعناية وأخذت أوزانها النسبية في الاعتبار؟

أي ، هل شمسنا تمثل حقًا عوالم تحمل الحياة ، أم أن الأنواع الطيفية الأصغر حجمًا هي مكان أفضل للبحث؟

& # 8220 تعمل هاتان العمليتان في أغراض متقاطعة مع بعضهما البعض & # 8221.
بالضبط! بالإضافة إلى قفل المد والجزر و superflares ، للصغار.
أعتقد أن المستوى الأمثل (لحياة أعلى) سيكون في مكان ما بالقرب من أواخر G ، أقرب K ، مع وجود HZ واسع بما فيه الكفاية وثابت طويل المدى ، وفي نفس الوقت لن يزعجك قفل المد والجزر.

نجوم K3 لها أعمار تسلسل رئيسي تتناسب أكثر مع أوقات المغزل للكواكب الأرضية في المنطقة الصالحة للحياة. (من فترة أولية 8 ساعات إلى قفل مد مداري 1: 1.)

هذا & # 8217s مجرد أثر جانبي لكيفية بحثنا عن الكواكب ، فمن الأسهل اكتشاف ما إذا كان النجم صغيرًا بالنسبة إلى الكوكب.

الآن هذا ليس صحيحًا إذا كان أي شيء يقيسه النظام القزم M هو نفسه مثل أي نظام آخر ومن المرجح أن يكون لديه كواكب في منطقته الصالحة للسكن. قام مثال Trappist 1 بتحويل فكرة أن الأقزام M ليسوا مكانًا جيدًا للبحث عن الحياة من حولهم. ما زلنا في وقت مبكر في فهم أنظمة الكواكب وكيفية تكوينها. أود قضاء بعض الوقت في البحث عن نتائج قائمة الكواكب الخارجية لمعرفة ما يخبئ في أسرار الكواكب في المنطقة الصالحة للسكن:

تذكر أن معظم الأبحاث كانت تبحث عن أنظمة مثل نظامنا G2V عندما تكون الأقزام الحمراء قاتمة ، ولا يزالون يعثرون على أنظمة جديدة بالقرب من الشمس. هم أكثر من 75 ٪ من جميع النجوم ولديهم أعلى اليابسة والبحر المتاحة لأطول وقت للحياة و ET للتطور. يسعدني أن أسمع أن نظامنا ليس غريبًا عن الطبيعة ولكن تحيزاتنا ساحقة ضد فكرة الحياة في أي مكان ولكن على الأرض! تحيا الأقوياء RED DWARF!

& # 8217d لديهم مدارات مستقرة مع بعضهم البعض ، ولكن هل يمكن لأي من هذه الكواكب الستة الافتراضية التي تزن كتلة الأرض الاحتفاظ بالأقمار؟ أم أنها ستفقدها بسبب تفاعل الجاذبية؟

ربما تكون صغيرة ، قريبة من أقمار (مثل المريخ) ، لكن الأقمار الأكبر على مدارات كبيرة ستكون خارجة في أنظمة معبأة بإحكام.

ماذا عن الأقمار الكبيرة حقًا ذات المدارات القريبة؟ هناك & # 8217s احتمال نادر هناك. إذا كان القمر كبيرًا بما فيه الكفاية ، أكبر بكثير من قمرنا ، فيمكن لكلا الجسمين أن يقتربا ببعضهما البعض في وقت مبكر من تاريخهما ، مما يمنع المزيد من تسارع المد والجزر ويتركهما يدوران في عدد قليل من مضاعفات حد روش. تم محاكاة تشكيل & # 8220 الكواكب الثنائية & # 8221 (https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2014DPS….4620102R/abstract) ومن المتوقع في عدد قليل جدا من تصادمات الرعي.

هذا أيضًا هو نوع الأشياء التي تحدث كثيرًا إذا بدأت بنظام معبأ. توقع 8217s أن يكون للأنظمة المعبأة عوامل تقليل تلال أكبر للأقمار ، ولكن إذا كان هناك كوكبان متساويان الكتلة تقريبًا يدوران حول بعضهما البعض مداريًا على مسافة 5 أنصاف أقطار ، فيجب أن يكونوا قادرين على الاستمرار لفترة أطول من الأقمار الأصغر التي لا يمكن أن تغلق كوكبهم قريبًا بما يكفي لتجنب التدوير للخارج لمواجهة تأثير الكواكب الأخرى ، أو الاصطدام إلى الداخل. يمكن أن يكون للكوكب الصالح للسكن قمر صالح للسكن بهذه الطريقة ، حتى في نظام مكتظ بإحكام (على الرغم من أنهم سيتصرفون مع الكواكب الأخرى بشكل أو بآخر كجسم بكتلته المشتركة)

إذا رأيت كوكبًا ثنائيًا / كوكبًا مزدوجًا مثل هذا ، فربما يكون من الصعب للغاية اكتشافه على هذا النحو.

تكوينات الكواكب المزدوجة هي احتمال مثير للاهتمام ريان.
أفترض أن الاستقرار المداري الطويل جدًا سيعتمد على مدى قرب الزوجين & # 8217 الكواكب المجاورة.

يتأثر الميل المحوري للكوكب # 8217s بالكواكب الأخرى في النظام. هل سيكون القمر ضروريًا إلى حد ما للحفاظ على ميل مستقر لكوكب في نظام مكتظ بإحكام؟

هنا قد يكون من المناسب أن نتذكر مرة أخرى أنه في الوقت الحالي ، لا يمكن اكتشاف أي من كواكبنا إذا كان حول نجم آخر شبيه بالشمس. حقيقة أننا نرى الكثير من النجوم ذات الكواكب الأكثر قابلية للاكتشاف (كواكب أكبر أو مدارات أضيق) تعني أن نظامنا ، إن وجد ، يحتوي على عدد صغير بشكل غير عادي من الكواكب. إذا افترضنا أنه لا يوجد شيء غير عادي في كواكبنا ، فعلينا أن نفترض أن هناك كواكب متشابهة حول معظم النجوم ، غير مكتشفة ، بالإضافة إلى تلك التي اكتشفناها. لذا ، هناك الكثير من الكواكب هناك ، أكثر مما يمكننا رؤيته ، والكواكب غير المرئية لا بد أن تكون شبيهة بكوكبنا أكثر من تلك التي يمكننا رؤيتها.

لا أطيق الانتظار حتى نحصل أخيرًا على معدات هناك يمكنها بالفعل رؤية كواكب مثل كوكبنا. أعتقد أنه مجرد جيل آخر من الأدوات ، ربما عقد أو نحو ذلك.

آمل (بصفتي أحد سكان الكوكب الصخري المعتدل) أن ينخفض ​​متوسط ​​كتلة الكواكب الخارجية مع تحسن قدراتنا على الكشف. قد تختلف أكياس الغاز ، لكنها مليئة بالهواء الساخن.

هل يمكن أن تكون ثيا المفترضة بحجم المريخ والتي اصطدمت بالأرض مثالاً لكوكب آخر في منطقة هرتز انتهى صلاحيته بسبب الاصطدام ، أم كان المدار غريب الأطوار؟

في منشور آخر ، كان هناك مثال لكوكبين يمكن أن يشغلوا مدارات متشابهة جدًا يتبادلان المواقع بشكل دوري. كان هذا مستقرًا ، على ما أعتقد. ربما غير عادي ، لكن هل سيساعد ذلك في إغلاق التعبئة؟

لكن نظرًا لكون ثيا بحجم المريخ ، فلن تكون ضخمة بما يكفي لتكون صالحة للسكن في الشمس & # 8217s هرتز.

أما بالنسبة للأقمار في منطقة مزدحمة بالطاقة الشمسية ، فإن ذلك سيعتمد جزئيًا على كل كوكب وكواكب # 8217s هيل. طالما لا يوجد تداخل & # 8217t ، فمن المحتمل أن تكون الأقمار الكبيرة على ما يرام.

منشور ممتاز مرة أخرى ، وموضوع مثير للفضول ، مشجع للغاية أيضًا. هذا النوع من الورق يجعلني سعيدا
كما قلت من قبل ، فإن هذا يعني أن النجوم من النوع الشمسي المعدني المنخفض ، بدون العمالقة الجشعين ، قد تكون أفضل المرشحين ، حيث تمتلك سلسلة كاملة من الكواكب الأرضية.
وقد يكون نوعًا طيفيًا لاحقًا من النوع الشمسي أفضل ، من أجل الحصول على HZ أكثر استقرارًا على المدى الطويل.

هذا أيضًا شكوكي الوحيد حول Beta CVn: إنه نجم G0 ، أكثر سخونة إلى حد ما من الشمس ، وأقدم إلى حد ما ، 5.3 gy orso. هذا يعني أن HZ يتحرك إلى الخارج أسرع من كوكبنا ، وأن أي كواكب كانت في HZ لأول 4 gy orso ، تركته ، على الجانب الداخلي (ساخن!). والكواكب الموجودة الآن داخل منطقة هرتز ، لم تكن كذلك بالنسبة لأول 3 أو 4 جي.

قد يكون من الأفضل (بل) دراسة النجوم الشمسية من النوع اللاحق ، حول G6 & # 8211 G8 ، مثل: Tau Ceti ، 82 Eridani ، 61 Virginis ، Alpha Mensae ، إلخ.
لم يكتشف Alpha Mensae أي كواكب (عملاقة).

أليكس توللي ، ثيا سيكون في منطقتنا الصالحة للسكن اليوم ، لكن كوكبًا شبيهًا بالمريخ في منطقة هرتز سيظل يفقده الغلاف الجوي وينتهي به الأمر مثل المريخ اليوم بسبب كتلته الأصغر حجمًا وانخفاض الجاذبية. تبلغ سرعة الهروب للمريخ 3.1 ميل في الثانية فقط والأرض 7 أميال في الثانية. الكوكب ذو سرعة الهروب المنخفضة سيفقد الغلاف الجوي بشكل أسرع بسبب مبادئ الهروب من الغلاف الجوي. كما يُفترض أن النواة الحديدية لثيا دخلت الأرض وما تبقى منها أصبح القمر. ربما ليس من الجيد أن يكون لديك كوكبان على نفس المسافة نسبيًا لأن احتمالات حدوث تصادم عالية.

في وقت سابق من حياتي ، أحببت أن أتخيل كيف سيكون شكل وجود أكثر من كوكب واحد صالح للسكن في نظامنا الشمسي أو واحد على الأقل بسطح مريح لن يحتاجه الشخص لبدلة الفضاء. سيكون من المفيد إذا كان حجم المريخ بحجم كوكب الزهرة أو أكبر. إذا كان كوكب الزهرة بعيدًا عن الشمس مثل 87 مليون ميل أو ربما 89 ، فسيكون ذلك مريحًا. الاحتمالات ضد وجود أكثر من كوكب واحد يشبه الأرض مع قمر ومجال مغناطيسي في نفس النظام الشمسي بسبب الحاجة إلى وجود ما ذكره أليكس توللي ، حيث يجب أن يكون هناك كوكبان على نفس المسافة المدارية تقريبًا ليصطدموا بها. ثلاثة كواكب شبيهة بالأرض ، نحتاج إلى ثلاثة كواكب شبيهة بالمريخ في مداراتها نفسها تقريبًا لتصطدم بها. تتضمن الاحتمالات الأكثر ملاءمة نظامًا نجميًا من الفئة G به ثلاثة كواكب شبيهة بالأرض في المنطقة الصالحة للسكن ، لكن واحدًا منهم فقط به قمر ومجال مغناطيسي من شأنه أن ينتج حياة بشرية.

هنري كوردوفا ، أعتقد بشكل بديهي أن حجم النجم وكتلته مهمان حقًا مثل نظام الكواكب Trappist-1 ، والذي يمتلك قزم M كل كواكبه بالقرب من بعضها نتيجة لامتلاك النجم لكتلة أصغر وجاذبية أقل من نجم فئة G. لذلك يجب أن يكون للنجم الأصغر قرص كوكبي أولي أصغر. في رأيي ، فإن هجرة الكواكب لإنتاج مدار قريب من الكواكب في حالة Trappist-1 مشكوك فيها لأكثر من سبب.

تم عمل مقال للنجوم المعتدلة & # 8211 أفضل النجوم مع أفضل النجوم للعثور على كواكب صالحة للسكن. اتضح أنها نجوم K-dwarf ، وليست M أو G. فهي أكثر عددًا ولديها حياة أطول من النجوم G ، ولديها إشعاع أقل بكثير وقضايا المنطقة الصالحة للسكن من الأقزام M.


تشير الدراسة إلى أن الكواكب الصالحة للسكن بحجم الأرض والمشتركة في جميع أنحاء الكون

توصلت دراسة جديدة إلى أن الكواكب الغريبة الصالحة للسكن المشابهة للأرض قد لا تكون نادرة في الكون.

وفقًا للدراسة الجديدة ، فإن حوالي واحد من كل خمسة نجوم شبيهة بالشمس رصدتها مركبة الفضاء كبلر التابعة لوكالة ناسا ، لديها كوكب بحجم الأرض في ما يسمى بالمنطقة الصالحة للسكن ، حيث يمكن أن توجد المياه السائلة - وربما الحياة -. إذا تم تطبيق هذه النتائج في مكان آخر من المجرة ، فقد يكون أقرب كوكب من هذا النوع على بعد 12 سنة ضوئية فقط.

قال الباحث في الدراسة إريك بيتيجورا ، وهو طالب دراسات عليا في جامعة كاليفورنيا ، بيركلي (يو سي بيركلي): "كان البشر ينظرون إلى النجوم منذ آلاف السنين". قال بيتيجورا لموقع ProfoundSpace.org: "كم عدد هذه النجوم التي لديها كواكب تشبه الأرض بطريقة ما؟ نحن متحمسون جدًا اليوم للبدء في الإجابة على هذا السؤال". [9 كواكب خارجية يمكن أن تستضيف حياة غريبة]

النتائج ، التي تم تفصيلها اليوم (4 نوفمبر) في مجلة Proceedings of the National Academy of Sciences وفي مقطع فيديو يصف تواتر الكواكب الشبيهة بالأرض ، لا تقول شيئًا عما إذا كانت هذه الكواكب تدعم الحياة بالفعل أم لا - فقط لأنها تلتقي ببعض من المعايير المعروفة لصلاحية السكن. قدم Petigura أيضًا النتائج اليوم في إيجاز في مؤتمر Kepler Science الثاني في NASA Research Park في موفيت فيلد ، كاليفورنيا ، حيث أعلن فريق كبلر أيضًا عن اكتشاف مئات الكواكب الخارجية الجديدة ، بما في ذلك العديد منها في المنطقة الصالحة للسكن.

قال فرانسوا فريسين ، عالم الفلك في مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية ، والذي لم يشارك في الدراسة: "أعتقد أن هذا هو التقدير المتاح الأكثر موثوقية إلى حد بعيد ، لكنني لا أعتقد أنه نهائي".

للعثور على هذه الكواكب الخارجية بحجم الأرض ، استخدم بيتيجورا وزملاؤه قياسات كبلر للسطوع النجمي للبحث عن علامات التعتيم ، المعروفة باسم العبور ، عندما تعبر الكواكب أمام نجمها المضيف.

إجراء تعداد للكوكب

طور Petigura وزملاؤه بشق الأنفس برنامجًا لفحص مجموعة بيانات Kepler العملاقة. يشتمل مجال رؤية المركبة الفضائية على حوالي 150000 نجم ، لكن معظمها يتقلب في السطوع بدرجة كبيرة بحيث يتعذر على كوكب ما اكتشافه. قام الفريق بفحص 42000 من النجوم "الأكثر هدوءًا" ، ووجدوا 603 كوكب مرشّح حول هذه النجوم ، 10 منها بحجم الأرض وتقع في المنطقة الصالحة للسكن.

حدد الفريق الكواكب بحجم الأرض على أنها كواكب نصف قطرها من ضعف إلى ضعف قطر الأرض. تم اعتبار الكواكب في المنطقة الصالحة للسكن إذا استقبلت قدرًا كبيرًا من الضوء مثل الأرض من الشمس (في حدود أربعة أضعاف). [7 طرق لاكتشاف الكواكب الغريبة]

استخدموا تلسكوب Keck I في هاواي لأخذ أطياف النجوم ، من أجل تحديد نصف قطر الكواكب.

لكن هذه لم تكن نهاية القصة. مثلما يتطلب إجراء التعداد بعض التصحيحات الإحصائية للأشخاص الذين فاتهم المسح ، كان على الباحثين إجراء تصحيحات للكواكب التي فاتها كبلر.

طريقة العبور لإيجاد الكواكب ، بحكم التعريف ، تكتشف فقط الكواكب التي تدور في نفس مستوى الرؤية مثل نجمها المضيف ، والذي لا يتضمن سوى جزء بسيط من العدد الإجمالي للكواكب. قارن الباحث في الدراسة جيف مارسي من جامعة كاليفورنيا في بيركلي مدارات الكواكب بالأوراق التي ترفرف في الهواء. وقال إن قلة قليلة منهم ستكون على حافة الهاوية.

ثانيًا ، يفتقد التحليل لبعض الكواكب لمجرد أن الكمية الضئيلة من ضوء النجوم التي تحجبها تجعل من الصعب اكتشافها. لتصحيح ذلك ، قام الباحثون بإدخال "كواكب وهمية" في البيانات حتى يتمكنوا من معرفة عدد برامجهم التي قد تفوتها.

قال مارسي إن التحليل كان "مهمة شاقة".

بعد إجراء هذه التصحيحات ، توصل الباحثون إلى نتائجهم: حوالي 22 بالمائة من النجوم الشبيهة بالشمس التي لاحظها كبلر لها كواكب بحجم الأرض ، ومن المحتمل أن تكون صالحة للسكن.

فرص الحياة

سارع الباحثون إلى الإشارة إلى أن حقيقة أن هذه الكواكب بحجم الأرض وتقع في المنطقة الصالحة للسكن لا تعني أنها يمكن أن تدعم الحياة. وقالوا إن الكواكب قد يكون لها أغلفة جوية شديدة الحرارة أو لا أجواء على الإطلاق. حتى لو كانت الكواكب تحتوي على جميع المكونات الأساسية للحياة ، فإن العلماء لا يعرفون احتمال أن تبدأ الحياة على الإطلاق.

قال فريسين إن تعريف الكواكب بحجم الأرض في هذه الدراسة كان واسعًا جدًا. على سبيل المثال ، قد لا يكون الكوكب الذي يبلغ نصف قطره ضعف حجم كوكب الأرض صخريًا.

توافق عالمة مهمة كبلر ناتالي باتالها ، عالمة الفلك في مركز أبحاث أميس التابع لناسا والتي لم تشارك في الدراسة ، على أن هذا تعريف سخي. قال باتالها لموقع ProfoundSpace.org إنه تم العثور على كواكب صخرية يبلغ نصف قطرها حوالي 1 إلى 1.5 مرة حجم كوكب الأرض ، ولكن من المحتمل أن يكون جزء الكواكب الصخرية الأكبر حجمًا أقل بكثير. قالت إنها مع ذلك ، إنها بداية عادلة.

وقال باتالها في مؤتمر صحفي: "كان الهدف الأساسي لكبلر هو فهم انتشار الكواكب الصالحة للسكن في المجرة". "هذه هي المرة الأولى التي يقدم فيها فريق مثل هذا الرقم لنجوم مثل الشمس."

كان على الباحثين استقراء عدد الكواكب ذات المدارات التي تزيد عن 200 يوم ، لأن هذه لم يتم اكتشافها في بيانات كبلر. قال باتالها: "من الناحية المثالية ، لن نعتمد على الاستقراء". "لكن كخطوة أولى ، هذا شيء صالح للقيام به."

في الأسبوع الماضي ، أبلغ مارسي وزملاؤه عن اكتشاف الكوكب الغريب كبلر -78 ب ، وهو عالم صخري بنفس حجم وكثافة الأرض تقريبًا. لكن Kepler-78b تعانق نجمها على مسافة بعيدة جدًا وساخنة لدرجة لا يمكن معها العيش ، حيث تبلغ درجة حرارة سطحها حوالي 3680 درجة فهرنهايت (2027 درجة مئوية).

خرج كبلر من الخدمة في مايو ، بعد فقدان عجلة تستخدم لتوجيه المركبة الفضائية. ومع ذلك ، فإن العلماء سوف ينقبون في بيانات كبلر لعقود للبحث عن الكواكب التي يحتمل أن تكون صالحة للسكن.

قال بيتيجورا: "ربما باستخدام أدوات المستقبل ، يمكننا بالفعل تصوير هذه الكواكب".


الكواكب الصالحة للسكن الشبيهة بالأرض شائعة بشكل مدهش ، تشير بيانات تلسكوب كبلر الفضائي (فيديو)

توصلت دراسة جديدة إلى أن الكواكب الغريبة الصالحة للسكن المشابهة للأرض قد لا تكون نادرة في الكون.

وفقًا للدراسة الجديدة ، فإن حوالي واحد من كل خمسة نجوم شبيهة بالشمس رصدتها مركبة الفضاء كبلر التابعة لوكالة ناسا ، لديها كوكب بحجم الأرض في ما يسمى بالمنطقة الصالحة للسكن ، حيث يمكن أن توجد المياه السائلة - وربما الحياة -. إذا تم تطبيق هذه النتائج في مكان آخر من المجرة ، فقد يكون أقرب كوكب من هذا النوع على بعد 12 سنة ضوئية فقط.

قال الباحث في الدراسة إريك بيتيجورا ، وهو طالب دراسات عليا في جامعة كاليفورنيا ، بيركلي (يو سي بيركلي): "كان البشر ينظرون إلى النجوم منذ آلاف السنين". قال بيتيجورا لموقع ProfoundSpace.org: "كم عدد هذه النجوم التي لديها كواكب تشبه الأرض بطريقة ما؟ نحن متحمسون جدًا اليوم للبدء في الإجابة على هذا السؤال". [9 كواكب خارجية يمكن أن تستضيف حياة غريبة]

النتائج ، التي تم تفصيلها اليوم (4 نوفمبر) في مجلة Proceedings of the National Academy of Sciences وفي مقطع فيديو يصف تواتر الكواكب الشبيهة بالأرض ، لا تقول شيئًا عما إذا كانت هذه الكواكب تدعم الحياة بالفعل أم لا - فقط لأنها تلتقي ببعض من المعايير المعروفة لصلاحية السكن.


تمثيل فنان لـ "المنطقة الصالحة للسكن" ، نطاق المدارات حول نجم حيث قد توجد مياه سائلة على سطح كوكب. تشير دراسة جديدة تم الكشف عنها في 4 نوفمبر 2013 إلى أن نجمًا واحدًا من كل خمسة نجوم شبيهة بالشمس شاهدته مركبة الفضاء كبلر التابعة لناسا يحتمل أن يكون له كواكب بحجم الأرض قابلة للحياة.

قدم Petigura أيضًا النتائج اليوم في إيجاز في مؤتمر Kepler Science الثاني في NASA Research Park في موفيت فيلد ، كاليفورنيا ، حيث أعلن فريق كبلر أيضًا عن اكتشاف مئات الكواكب الخارجية الجديدة ، بما في ذلك العديد منها في المنطقة الصالحة للسكن.

قال فرانسوا فريسين ، عالم الفلك في مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية ، والذي لم يشارك في الدراسة: "أعتقد أن هذا هو التقدير المتاح الأكثر موثوقية إلى حد بعيد ، لكنني لا أعتقد أنه نهائي".

إجراء تعداد للكوكب

طور Petigura وزملاؤه بشق الأنفس برنامجًا لفحص مجموعة بيانات Kepler العملاقة. يشتمل مجال رؤية المركبة الفضائية على حوالي 150000 نجم ، لكن معظمها يتقلب في السطوع بدرجة كبيرة بحيث يتعذر على كوكب ما اكتشافه. قام الفريق بفحص 42000 من النجوم "الأكثر هدوءًا" ، ووجدوا 603 كوكب مرشّح حول هذه النجوم ، 10 منها بحجم الأرض وتقع في المنطقة الصالحة للسكن.

حدد الفريق الكواكب بحجم الأرض على أنها كواكب نصف قطرها من ضعف إلى ضعف قطر الأرض. تم اعتبار الكواكب في المنطقة الصالحة للسكن إذا استقبلت قدرًا كبيرًا من الضوء مثل الأرض من الشمس (في حدود أربعة أضعاف). [7 طرق لاكتشاف الكواكب الغريبة]

استخدموا تلسكوب Keck I في هاواي لأخذ أطياف النجوم ، من أجل تحديد نصف قطر الكواكب.

لكن هذه لم تكن نهاية القصة. مثلما يتطلب إجراء التعداد بعض التصحيحات الإحصائية للأشخاص الذين فاتهم المسح ، كان على الباحثين إجراء تصحيحات للكواكب التي فاتها كبلر.


تُظهر هذه الصورة مجال رؤية تلسكوب كبلر الفضائي التابع لناسا ، والذي حدق في منطقة واحدة من النجوم في كوكبة الدجاجة ، فوق مستوى مجرة ​​درب التبانة.

طريقة العبور لإيجاد الكواكب ، بحكم التعريف ، تكتشف فقط الكواكب التي تدور في نفس مستوى الرؤية مثل نجمها المضيف ، والذي لا يتضمن سوى جزء بسيط من العدد الإجمالي للكواكب. قارن الباحث في الدراسة جيف مارسي من جامعة كاليفورنيا في بيركلي مدارات الكواكب بالأوراق التي ترفرف في الهواء. وقال إن قلة قليلة منهم ستكون على حافة الهاوية.

ثانيًا ، يفتقد التحليل لبعض الكواكب لمجرد أن الكمية الضئيلة من ضوء النجوم التي تحجبها تجعل من الصعب اكتشافها. لتصحيح ذلك ، قام الباحثون بإدخال "كواكب وهمية" في البيانات حتى يتمكنوا من معرفة عدد برامجهم التي قد تفوتها.

قال مارسي إن التحليل كان "مهمة شاقة".

بعد إجراء هذه التصحيحات ، توصل الباحثون إلى نتائجهم: حوالي 22 بالمائة من النجوم الشبيهة بالشمس التي لاحظها كبلر لها كواكب بحجم الأرض ، ومن المحتمل أن تكون صالحة للسكن.

فرص الحياة

سارع الباحثون إلى الإشارة إلى أن حقيقة أن هذه الكواكب بحجم الأرض وتقع في المنطقة الصالحة للسكن لا تعني أنها يمكن أن تدعم الحياة. وقالوا إن الكواكب قد يكون لها أغلفة جوية شديدة الحرارة أو لا أجواء على الإطلاق. حتى لو كانت الكواكب تحتوي على جميع المكونات الأساسية للحياة ، فإن العلماء لا يعرفون احتمال أن تبدأ الحياة على الإطلاق.

قال فريسين إن تعريف الكواكب بحجم الأرض في هذه الدراسة كان واسعًا جدًا. على سبيل المثال ، قد لا يكون الكوكب الذي يبلغ نصف قطره ضعف حجم كوكب الأرض صخريًا.

توافق عالمة مهمة كبلر ناتالي باتالها ، عالمة الفلك في مركز أبحاث أميس التابع لناسا والتي لم تشارك في الدراسة ، على أن هذا تعريف سخي. قال باتالها لموقع ProfoundSpace.org إنه تم العثور على كواكب صخرية يبلغ نصف قطرها حوالي 1 إلى 1.5 مرة حجم كوكب الأرض ، ولكن من المحتمل أن يكون جزء الكواكب الصخرية الأكبر حجمًا أقل بكثير. قالت إنها مع ذلك ، إنها بداية عادلة.

وقال باتالها في مؤتمر صحفي: "كان الهدف الأساسي لكبلر هو فهم انتشار الكواكب الصالحة للسكن في المجرة". "هذه هي المرة الأولى التي يقدم فيها فريق مثل هذا الرقم لنجوم مثل الشمس."

كان على الباحثين استقراء عدد الكواكب ذات المدارات التي تزيد عن 200 يوم ، لأن هذه لم يتم اكتشافها في بيانات كبلر. قال باتالها: "من الناحية المثالية ، لن نعتمد على الاستقراء". "لكن كخطوة أولى ، هذا شيء صالح للقيام به."


أظهر تحليل أربع سنوات من القياسات الدقيقة من مركبة الفضاء كبلر التابعة لوكالة ناسا التي تبحث عن الكواكب أن حوالي واحد من كل خمسة نجوم شبيهة بالشمس قد يكون لديه كواكب بحجم الأرض في المنطقة الصالحة للسكن.

في الأسبوع الماضي ، أبلغ مارسي وزملاؤه عن اكتشاف الكوكب الغريب كبلر -78 ب ، وهو عالم صخري بنفس حجم وكثافة الأرض تقريبًا. لكن Kepler-78b تعانق نجمها على مسافة بعيدة جدًا وساخنة لدرجة لا يمكن معها العيش ، حيث تبلغ درجة حرارة سطحها حوالي 3680 درجة فهرنهايت (2027 درجة مئوية).

خرج كبلر من الخدمة في مايو ، بعد فقدان عجلة تستخدم لتوجيه المركبة الفضائية. ومع ذلك ، فإن العلماء سوف ينقبون في بيانات كبلر لعقود للبحث عن الكواكب التي يحتمل أن تكون صالحة للسكن.

قال بيتيجورا: "ربما باستخدام أدوات المستقبل ، يمكننا بالفعل تصوير هذه الكواكب".


ما هي النسبة المئوية لكواكب المنطقة الصالحة للسكن التي يمكن اكتشافها بالعبور؟ - الفلك

من المعروف أن النجم الشبيه بالشمس Kepler-160 (KOI-456) يستضيف كوكبين عابرين ، Kepler-160 b و c ، يُظهر الكوكب c اختلافات كبيرة في توقيت العبور (TTVs). درسنا قياس الضوء العابر وتلفزيونات TTV لهذا النظام في بحثنا عن كوكب ثالث مشتبه به. استخدمنا القياس الضوئي Kepler الأرشيفية لـ Kepler-160 للبحث عن كواكب عابرة إضافية باستخدام مجموعة من خوارزمية Wōtan detrending وخوارزمية اكتشاف المربعات الصغرى الخاصة بنا. استخدمنا أيضًا رمز الجاذبية Mercury N-body لدراسة الديناميكيات المدارية للنظام في محاولة لشرح TTVs المرصودة للكوكب ج. أولاً ، استعدنا سلسلة العبور المعروفة للكواكب Kepler-160 b و c. ثم وجدنا مرشحًا جديدًا للعبور بنصف قطر 1.91 -0.14 +0.17 نصف قطر الأرض (R ⊕) ، وفترة مدارية من 378.417 -0.025 +0.028 د ، وتشميس شبيه بالأرض. يتنبأ برنامج vespa بأن هذه الإشارة لها احتمال إيجابي كاذب فيزيائي فلكي يبلغ FPP 3 = 1.8 × 10 -3 عندما يتم أخذ تعدد النظام في الاعتبار. ينتج عن تشخيصات فحص كبلر إحصائية أحداث متعددة لـ MES = 10.7 ، والتي تتوافق مع

موثوقية 85٪ ضد الإنذارات الكاذبة بسبب المشغولات اليدوية مثل العصابات المتدحرجة. نحن قادرون أيضًا على شرح TTVs المرصودة للكوكب c مع وجود كوكب غير معروف سابقًا. ومع ذلك ، فإن فترة وكتلة هذا الكوكب الجديد لا تتطابق مع فترة وكتلة مرشح العبور الجديد. يمكن تفسير عمليات محاكاة سلسلة ماركوف مونت كارلو الخاصة بنا لتلفزيونات TTV في Kepler-160 c بشكل قاطع من خلال كوكب جديد غير عابر كتلته تتراوح بين حوالي 1 إلى 100 كتلة أرضية وفترة مدارية بين حوالي 7 و 50 يومًا. نستنتج أن Kepler-160 لديه ثلاثة كواكب على الأقل ، أحدها هو الكوكب غير العابر Kepler-160 d. تتراوح سعة السرعة النجمية الشعاعية المتوقعة التي يسببها هذا الكوكب الجديد بين حوالي 1 و 20 م ث -1. وجدنا أيضًا الكوكب العابر بحجم الأرض الفائق KOI-456.04 في المنطقة الصالحة للسكن لهذا النظام ، والتي يمكن أن تكون الكوكب الرابع.


ما هي النسبة المئوية لكواكب المنطقة الصالحة للسكن التي يمكن اكتشافها بالعبور؟ - الفلك

نقدم نتائج دراسة مستفيضة لإمكانية اكتشاف الكواكب بحجم الأرض والأرض الفائقة في المناطق الصالحة للسكن للنجوم الباردة والمنخفضة الكتلة باستخدام طريقة اختلاف توقيت العبور. لقد درسنا نظامًا يتكون من نجم ، وكوكب عملاق عابر ، وخطأ من الدرجة الأرضية ، وقمنا بحساب TTVs لقيم مختلفة لمعلمات النظام. لتحديد نطاقات المعلمات التي يمكن من أجلها اكتشاف هذه الاختلافات بواسطة كبلر ، أخذنا في الاعتبار التحليل الذي قدمه Ford et al. (ملاحظات توقيت العبور من Kepler: I. التحليل الإحصائي للأشهر الأربعة الأولى. ArXiv: 1102.0544 ، 2011) وافترض أن التباين من الذروة إلى الذروة لمدة 20 ثانية سيكون ضمن نطاق الحساسية الضوئية لهذا التلسكوب. لقد أجرينا عمليات محاكاة للمدارات الرنانة وغير الرنانة ، وحددنا نطاقات من المحاور شبه الرئيسية والانحرافات للأجسام العابرة والمضطربة التي سيكون لها كوكب بحجم الأرض أو أرض عملاقة في المنطقة الصالحة للسكن لنجم منخفض الكتلة. إنتاج مثل TTVs. تشير نتائج عمليات المحاكاة التي أجريناها إلى أنه بشكل عام ، تُظهر الاضطرابات الخارجية بالقرب من الرنين من الدرجة الأولى والثانية احتمالية أعلى للكشف. من المحتمل أن تكون الاضطرابات الداخلية قابلة للاكتشاف فقط عندما تكون قريبة من 1: 2 و 1: 3 رنين متوسط ​​الحركة. بالنسبة لنجم M نموذجي مع كوكب عابر لكوكب المشتري ، على سبيل المثال ، يمكن أن ينتج عن اضطراب كتلة الأرض في المنطقة الصالحة للسكن تلفزيونات TTV قابلة للاكتشاف عندما يكون مدار الكوكب العابر ما بين 15 و 80 يومًا. نقدم تفاصيل عمليات المحاكاة الخاصة بنا ونناقش الآثار المترتبة على نتائج اكتشاف الكواكب الأرضية حول النجوم المختلفة منخفضة الكتلة.


شاهد الفيديو: العبور الجديدة هل هى الأفضل (شهر اكتوبر 2021).