سیارات فراسیاره توضیح: چگونه دانشمندان جهان های بالقوه قابل سکونت را پیدا و مطالعه می کنند
انتشار:
به‌طور خلاصه
دانشمندان سیارات فراسیاره را در درجه اول با رصد کاهش ریز نور ستاره هنگام عبور سیاره از جلوی ستاره خود، یا با اندازه گیری لرزش ریز ناشی از جاذبه سیاره در حرکت ستاره، تشخیص می دهند. ناسا بیش از 6000 سیاره فراسیاره را از این طریق تایید کرده است و تعداد کمی از آنها - آنهایی که در "منطقه سکونی" ستاره می گردند که در آن آب مایع می تواند وجود داشته باشد - اکنون برای جستجوی نشانه های احتمالی حیات با تلسکوپ هایی مانند جیمز وب مورد مطالعه قرار می گیرند.
این نسخه ترجمهٔ ماشینی متن اصلی (English) است. خواندن متن اصلی
تاکنون هیچ تلسکوپی عکس نزدیکی از سیاره ای شبیه به زمین را حول ستاره دیگری برنداشته است. به جای آن، تقریباً تمام دانستنی های مربوط به هزاران جهان فراتر از منظومه شمسی ما از سرنخ های غیرمستقیم حاصل می شود: درخشش پریشان نور ستاره، تغییر کوچک در طیف ستاره، یا کاهش کوتاهی در درخشندگی ستاره ای پس زمینه ای دور. بخش علوم سیارات فراسیاره ناسا تایید می کند که شمارش فعلی بیش از 6000 سیاره است، با هزاران کاندیدای اضافی در انتظار تایید.
چه چیزی به عنوان سیاره فراسیاره شمرده می شود
سیاره فراسیاره صرفاً سیاره ای است که حول ستاره ای دیگری غیر خورشید می گردد. اولین سیاره فراسیاره تایید شده حول ستاره ای شبیه خورشید، 51 Pegasi b، طبق ناسا در اکتبر 1995 با استفاده از روش سرعت شعاعی کشف شد. سه دهه بعد، بخش علوم ناسا یادآور می شود که محققان اکنون بر این باور هستند که در کهکشان راه شیری کواکب بیش از ستارگان وجود دارند.
روش های شناسایی اصلی
از آنجا که سیاره ها تاریک هستند و نزدیک ستارگان بسیار روشن تر قرار دارند، اخترشناسان بیشتر به سیگنال های غیرمستقیم نه تصاویر مستقیم متکی هستند. تیم علوم سیارات فراسیاره ناسا چهار تکنیک اصلی را فهرست می کند، که هر کدام برای انواع مختلف سیاره ها و فاصله ها مناسب است.
نحوه کار روش های شناسایی اصلی سیارات فراسیاره
روش
نحوه کار
بهترین برای
عبور
کاهش کوچک در درخشندگی ستاره را زمانی که سیاره از جلوی آن عبور می کند اندازه گیری می کند، همانطور که توسط بعثات Kepler و TESS ناسا استفاده می شود
سیارات که مدارهای آنها مستقیماً بین ستاره آنها و زمین قرار دارند
سرعت شعاعی (لرزش)
تغییرات در طیف نور ستاره را که توسط اثر داپلر ناشی از جاذبه سیاره که ستاره را جلو و عقب می کشد تشخیص می دهد
سیارات بزرگتر و نزدیکتر حول ستارگان نزدیک و روشن
تصویر برداری مستقیم
از تاج یا سایه های ستاره استفاده می کند تا درخشش ستاره را مسدود کند بطوری که خود سیاره را می توان عکسبرداری کرد
عمالقه های گاز جوان، بزرگ و خود تابشی دور از ستاره خود
عدسه بندی میکروگرانشی
اسپایک کوتاهی در درخشندگی ستاره ای پس زمینه ای دور را زمانی که گرانش ستاره و سیاره جلویی نور را خم و تکبیر می کند پیگیری می کند
سیارات در فاصله های دور، شامل آنهایی که نزدیک ستاره خود مدار نمی برند
تکنیک پنجم، طیف سنجی عبور، برای یافتن سیارات استفاده نمی شود بلکه برای مطالعه آنها پس از شناخته شدن استفاده می شود. نور ستاره که از طریق جو سیاره در حین عبور عبور می کند بصمات شیمیایی را ترک می کند که تلسکوپ هایی مثل هابل و تلسکوپ فضایی جیمز وب می توانند بخوانند، طبق بخش علوم ناسا.
چه چیزی یک جهان را "بالقوه قابل سکونت" می کند
محققان به طور کلی بر سیاره های موجود در منطقه سکونی ستاره تمرکز می کنند - دامنه فاصله هایی که در آن دما می تواند آب مایع را بر سطح سیاره باقی گذارد. اینکه سیاره در آن منطقه باشد اثبات نمی کند که سیاره قابل سکونت است؛ این فقط به این معناست که سوال شایسته بررسی بیشتر است. ناسا اشاره می کند که بسیاری از سیارات سنگی که برای مطالعات جو فعلی قابل دسترسی هستند حول ستارگان کم نور و سردتر می گردند، زیرا آن سیارات سیگنال قوی تر و شناسایی پذیرتری تولید می کنند.
مورد K2-18b: نحوه آزمایش ادعای بیوسیگنچر
واضح ترین مثال اخیر از این جستجو در عمل K2-18b است، سیاره ای با جرم تقریباً 8.6 برابر زمین که در فاصله تقریباً 120 تا 124 سال نوری قرار دارد، بسته به منبع. در منطقه سکونی ستاره خود می گردد و به عنوان احتمالی جهان "Hycean" پیشنهاد شده است - سیاره ای که توسط اقیانوس آب شیرین تحت جو پر هیدروژن پوشش داده شده است، طبق بخش علوم ناسا.
با استفاده از داده های تلسکوپ فضایی جیمز وب، تیمی تحت رهبری Nikku Madhusudhan از موسسه اخترشناسی دانشگاه کمبریج، بصمات شیمیایی سازگار با دی متیل سولفید (DMS) و احتمالاً دی متیل دی سولفید (DMDS) در جو K2-18b را گزارش کردند. در زمین، این مرکبات تقریباً به طور انحصاری توسط ارگانیسم های زندگی مانند فیتوپلانکتون دریایی تولید می شوند، طبق دانشگاه کمبریج.
شناسایی به اطمینان آماری سه سیگما رسید - یعنی تقریباً احتمال 0.3% برای اینکه الگو از سر و صدای تصادفی رخ داده است - که طبق تیم کمبریج، بسیار کمتر از استاندارد پنج سیگما (حدود 0.00006% احتمال حادثه) است که معمولاً برای صدا زدن نتیجه به عنوان کشف علمی ثابت شده مورد نیاز است. محققان تخمین زدند که 16 تا 24 ساعت اضافی از زمان رصد وب می تواند به آن آستانه برسد.
با توجه به همه چیزی که درباره این سیاره می دانیم، جهان Hycean با اقیانوسی پر از حیات سناریویی است که بهترین تناسب را با داده هایی که داریم دارد.
— Nikku Madhusudhan، دانشگاه کمبریج
Madhusudhan همچنین احتیاط را توصیه کرد، اشاره کرد که شیمی غیر بیولوژیکی نامشخص می تواند در اصل همان مولکول ها را تولید کند، و کار نظری و آزمایشگاهی بیشتری قبل از اینکه بتوانید ادعای قوی تری کنید لازم است. بخش علوم ناسا این موضوع را تکرار می کند، اظهار می کند که شناسایی یک مولکول منفرد معادل کشف حیات نخواهد بود؛ دانشمندان نیاز به چندین خط همگرای از شواهد دارند، و نتایج می توانند با تغیر ستاره و جو سیاره در طول زمان پیچیده شوند.
چرا این جستجو سخت است
ناسا اشاره می کند که تایید بیوسیگنچر می تواند صدها ساعت زمان رصد وب برای یک سیاره واحد - منبع نادر و بسیار مطلوب - نیاز داشته باشد. سیگنال های مربوطه ضعیف هستند، ستارگان مورد مطالعه اغلب کوچک و مستعد شعله وری یا تغییرپذیری هستند، و هر بصمه شیمیایی باید در برابر هر دو توضیح بیولوژیکی و غیر بیولوژیکی قبل از اینکه دانشمندان آن را به عنوان شواهد حیات در نظر بگیرند بررسی شود.
بیش از 6000 سیاره فراسیاره تایید شده اند، طبق بخش علوم ناسا، با هزاران کاندیدای اضافی در انتظار تایید
وضعیت منطقه سکونی به فاصله مداری و دمای سطح احتمالی اشاره می کند، نه اثبات سکونی
مولکول شناسایی شده مرتبط با حیات در زمین، خود، اثبات حیات در جای دیگر نیست
اعت��اد آماری (سطح سیگما) نشان می دهد که احتمال آن است که نتیجه از طریق شانس رخ ندهد، نه اینکه چقدر مطمئن توضیح بیولوژیکی است
تلسکوپ فضایی Nancy Grace Roman ناسا، که در اوت 2026 پرتاب شد، انتظار می رود حدود 100000 سیاره فراسیاره اضافی را یافته است، بیشتر از طریق عدسه بندی میکروگرانشی
بعد چه می آید
بخش علوم ناسا توصیف سیارات فراسیاره را به عنوان فرآیندی جاری نه لحظه واحدی از کشف توصیف می کند: هر مشاهده جدید یا تقویت یا ضعیف کردن توضیحات بیوسیگنچر کاندیدا است. وقت رصد وب اضافی برای K2-18b، به همراه تلسکوپ Roman که اخیراً پرتاب شده است، انتظار می رود که هم سیارات کاندیدای جدید و هم داده های جو تیز تر در سال های آینده اضافه شود.
پرسش‌ها
دقیقاً سیاره فراسیاره چیست؟
سیاره فراسیاره سیاره ای است که حول ستاره ای دیگری غیر خورشید می گردد. اولین مورد تایید شده حول ستاره ای شبیه خورشید، 51 Pegasi b، طبق ناسا در سال 1995 یافت شد.
دانشمندان سیارات را که نمی توانند مستقیماً ببینند چگونه پیدا می کنند؟
اکثر سیارات فراسیاره به طور غیرمستقیم پیدا می شوند: روش عبور ستاره ای را تشخیص می دهد که زمانی تاریک می شود که سیاره از جلوی آن عبور می کند، در حالی که روش سرعت شعاعی ستاره ای را تشخیص می دهد که به دلیل جاذبه سیاره کمی لرزش دارد. تصویر برداری مستقیم و عدسه بندی میکروگرانشی کمتر استفاده می شوند و برای موقعیت های متفاوت، طبق بخش علوم سیارات فراسیاره ناسا.
تاکنون چند سیاره فراسیاره تایید شده اند؟
بخش علوم ناسا عدد تایید شده را بیش از 6000 قرار می دهد، با هزاران سیاره کاندیدای اضافی در انتظار تایید تا آخرین به روزرسانی.
آیا حیات واقعاً در سیاره فراسیاره ای مانند K2-18b پیدا شده است؟
خیر. محققان تحت رهبری Nikku Madhusudhan یک مولکول بیوسیگنچر احتمالی را در جو K2-18b با اطمینان آماری سه سیگما گزارش کردند، که کمتر از استاندارد پنج سیگما مورد نیاز برای صدا زدن کشف علمی ثابت شده است، طبق دانشگاه کمبریج و ناسا.
"منطقه سکونی" چیست؟
این دامنه فاصله هایی از ستاره است که دمای سطح سیاره می تواند تئوریک آب مایع را بر سطح باقی بگذارد - شرطی ضروری که دانشمندان به دنبال آن هستند، نه اثبات اینکه سیاره واقعاً قابل سکونت یا ساکن است.
تلسکوپ‌های فضایی بالای جو زمین مدار دارند، که بیشتر نور زیرقرمز، فرابنفش و اشعه ایکس را قبل از رسیدن به زمین مسدود یا مختل می‌کند. با کار کردن خارج از این مانع، رصدخانه‌هایی مانند هابل، وب، گایا و چاندرا هر کدام بخش متفاوتی از طیف الکترومغناطیسی را ثبت می‌کنند، و با هم تصویر کاملتری از ستارگان، کهکشان‌ها و جهان اولیه ایجاد می‌کنند.
بارش‌های ستاره‌های دنباله‌دار بهترین از راه چشم غیرمسلح، از مکانی تاریک، در ساعات میان نیمه‌شب و سپیده‌دم مشاهده می‌شوند، زمانی که نقطه‌ی درخشش بارش در بالاترین نقطه‌ی آسمان قرار دارد. متخصصان مکرر بر بررسی فاز ماه، دادن فرصت به چشم‌های خود برای سازگاری با تاریکی، و نگاه کردن کمی کنار نقطه‌ی درخشش تاکید می‌کنند.
مبتدیان می‌توانند مراقبه آسمان شب را بدون هیچ تجهیزاتی شروع کنند: اجازه دهید چشمان‌تان برای حداقل 15-20 دقیقه با تاریکی سازگار شوند، یاد بگیرید تفاوت سیارات و ستارگان را از طریق نور ثابت آنها (نور غیر تپنده‌ای) تشخیص دهید، و قبل از خریدن هیچ تجهیزی از نقشه‌ی ستارگان یا برنامه استفاده کنید. طبق NASA و EarthSky، دوربین دو چشمی و نه دورربین نجومی اولین ارتقای توصیه‌شده است.
تلسکوپ‌های رادیویی موج‌های رادیویی بسیار ضعیف را با استفاده از ظروف بزرگ یا شبکه‌هایی از آنتن‌ها جمع‌آوری می‌کنند، سپس آنها را تقویت و ترکیب می‌دهند—گاهی اوقات ابزارها را در سراسر قاره‌ها با تایم‌بندی ساعت اتمی پیوند می‌زنند—تا جزئیات نامرئی برای تلسکوپ‌های معمولی را آشکار کنند. این رویکرد اولین تصویر سیاهچاله را تولید کرده‌است، بیش از هزار پالسار را با یک ظرف واحد یافته‌است، و صدها فلش رادیویی سریع که در کسری از ثانیه اتفاق می‌افتند را ضبط کرده‌است.
