دوره ی آموزشی سیارت فراخورشیدی و حیات فرازمینی

روش های آشکار سازی سیارات فراخورشیدی

روش گذر:
رایج ترین و جامع ترین روش برای درک سیارات فراخورشدی روش ترانزیت یا گذر است. روشی که از نظر اجرایی کمی دشواراما برای فهم بسیار آسان است.
وقتی یک جرم از بین منظر دید ما و یک ستاره عبور می کند به آن گذر گفته می شود.
شاید برای همه گذر مهم و اخیری که اتفاق افتاده است آشنا باشد: گذر سیاره ی زهره! یا حتی مثال بسیار مشهود دیگری که همه با آن آشنا هستیم: پدیده ی خورشید گرفتگی! هنگامی که ماه از بین زمین و خورشید عبور می کند.




در واقع هنگامی که ما ستاره های دوردست را می بینیم نمی توانیم سیاره هایی که از مقابل آنها در حال گذر هستند را ببینیم، برای اینکه آنها بیش از حد از ما دور هستند و حتی با بهترین تلسکوپ های زمین هم نمی توانیم آنها را مشاهده کنیم.
در واقع ما روند گذر را می توانیم با افت نوری ای که در منحنی نوری دریافتی از آن ستاره بدست می آوریم تشخیص دهیم.
از این منحنی ها می توانیم اطلاعات زیادی مثل طول دوره ی مداری، مقدار سطح نوری که مسدود شده و همچنین جزئیات دیگری را بدست آوریم.


گذر ثانویه
گذر ثانویه زمانی است که یک سیاره ای از پشت ستاره اش در حال عبور باشد نه از مقابل آن، در این جا یک مقدار کوچک کاهش در نور ستاره وجود دارد. زیرا نوری که به طور معمول توسط سیاره منعکس می شد در حال حاضر توسط ستاره ی خودش مسدود شده است.
در زیر شما می تونید دو نمونه از دارهای واقعی از سیاره کپلر B-74 را ببینید.




با توجه به مقیاس عمودی در این گراف ها نشان می دهند که آنها متفاوت هستند. شما می توانید ببینید که گذر ثانویه بسیار ضعیف تر از اثر گذر اولیه است.
گذر ثانویه اطلاعات زیادی درباره سیاره به ما می دهد. مخصوصا مقدار نور منعکس شده، با نگاهی به این گذر در طیف های مختلف نوری به ما اجازه داده می شود تا حدس بزنیم چه موادی در سطح سیاره وجود دارد.
روش Wobble
خورشید ما حدود سیصدهزار بار سنگین تر از زمین است در حالی که زمین و خورشید هردو جذب گرانشی یکدیگر هستند و اثر برروی زمین به آسانی آشکار است. به دلیل اینکه جرم زمین بسیار کمتر است.
مشتری که تنها 1000بار سبکتر از خورشید است، وقتی ما نگاه می کنیم به بعضی از سیستم های ستاره ای دیگری که پیدا کرده ایم سیاراتی وجود دارند که بسیار سنگین تر از مشتری هستند و در مدار ستاره ای خود در فاصله ای که عطارد از خورشید قرار دارند، در حال گردش اند.


وقتی که سیاره در مقایسه با ستاره جرم قابل توجهی داشته باشد، در نتیجه چرخش سیاره و ستاره به دور هم حول یک نقطه مرکزی واضح تر است.
این همچنین در منظومه شمسی ما هم صادق است، اما مشاهده در سیستم های ستاره ای که سیاره ها سنگین تر و نزدیک تر به ستاره ی شان هستند آسان تر است.
ما ستاره ای که در آسمان حرکت می کند را می توانیم ببینیم اما بیشتر ستاره ها خیلی دورتر از آن هستند که ما قادر به دیدن آنها باشیم. اما خوشبختانه ما می توانیم از روش دیگری استفاده کنیم.
حرکت یک منبع نور، مانند یک ستاره فرکانس های نوری که ستاره منتشر می کند را تغییر می دهد.
این مثل همان اثر دوپلر است که وقتی که آژیر یک ماشین آتش نشانی از کنار شما عبور می کند، دانگ صدای آن تغییر می کند. (دانگ بالاتر وقتی به سمت شما حرکت می کند، دانگ پائین تر وقتی از شما دور می شود)
هنگامی که ستاره به سمت ما حرکت می کند، نور با فرکانس بالاتر آزاد می کند، وقتی در حال دور شدن باشد نور با فرکانس پائین تر.
این تفاوت کوچک است اما ابزارهای ما به فرکانس بسیار حساس هستند که ما را قادر می سازد تا بتوانیم سرعت نیم متر در ثانیه را تشخیص بدهیم.
اگر ما یک نوع از تغییر ریتمیک را در فرکانس نور ستاره ببینیم، متوجه می شویم که ستاره در حال دور زدن جرم قابل توجه ای است.
این روش برای تشخیص سیارات فراخورشیدی به عنوان داپلر طیف سنجی یا گاهی اوقات روش سرعت شعاعی شناخته می شود، و از آنجایکه ستاره در اطراف یک دایره در حال حرکت است روش تلوتلو خوردن هم گاهی خوانده می شود.
مثل همه ی روشها، این روش نیز محدودیتهای خودش را دارد، واضح ترین این است که سیاره ی کوچکتر و دورتر از ستاره ی مرکزیش اثر کوچکتری روی ستاره اش را می گذارد.
به عنوان مثال، اثر گرانشی زمین روی خورشید فرارتر از محدودیت های تشخیص دستگاه های طیفی فعلی ماست.
همچنین برای ما تشخیص سیستم ستاره ای که در زاویه ای کج نسبت به ما قرار گرفته است نیز دشوار است.
وقتی روش Wobble به کار گرفته می شود، تنها به ما در مورد وجود سیاره و بعضی اطلاعات دیگر مثل جرم و فاصله ی مداری آن می گوید، اما در مورد اندازۀ سیاره و همچنین به دنبال آن چگالی سیاره اطلاعاتی نمی دهد.
روش ترانزیت اطلاعات بیشتری در مورد سیاره می دهد. اما اطلاعاتی در مورد جرم سیاره به ما نمی دهد. بنابراین دو روش ترانزیت و Wobbleهمراه هم می توانند بهتر کارکرد داشته باشند و اطلاعات بیشتری به ما بدهند.
تصویر برداری مستقیم:
ستاره ها فوق العاده روشن و دور هستند. از سوی دیگر سیارات نور بسیار کمی از خود نشان می دهند و در واقع منعکس کننده ی نور ستاره ی مادریشان هستند. از منظر دید ما ستارگان تنها یک پیکسل در آشکارسازی های تلسکوپ های ما هستند و نور سیاره نیز در همان یک پیکسل می افتد. بنابراین ما نمی توانیم نور سیاره و نور ستاره را به راحتی از یکدیگر تفکیک کنیم.
با این حال برای سیستم های ستاره ای نزدیکتر برای تشخیص سیاره از این روش شانس بیشتری داریم زیرا تلسکوپ های ما در آن صورت قادر به آشکار سازی با جزییات بیشتری هستند.
با این قیاس که اگر شما تلاش کنید که شخصی را که تابش خیره کننده ای ازچراغ قوه اش دارد ببینید، اولین حرکتی که انجام می دهید این است که دستان خود را روی نور قرار می هید.
این همان کاری است که اخترشناسان در تصویر برداری مستقیم انجام می دهند.آنها تمام تلاش خودشان را به کار می گیرند که جلوی نور ستاره را بگیرند.دانشمندان از ابزار های پیچیده ی توسعه یافته و تکنیک های زیادی که به آنها در جلوگیری از نور ستاره کمک می کند؛ استفاده می کنند.
ما به طور معمول به نورهایی که خارج از طیف مرئی قرار دارند نگاه می کنیم. برای این منظور مثلا به نور مادون قرمز توجه می شود.
هنگامی که شما نور ستاره را مسدود می کنید؛ چه نوع سیاره ای را می توانید ببینید؟
سیاره هایی که به ستاره یشان بسیار نزدیک باشند حتی در بهترین شرایط، تابش نور خیره کننده را از دست خواهند داد. سیاراتی که به صورت مستقیم تصویر برداری شده اند در فاصله ی دورتری نسبت به ستاره یشان قرار دارند و به طور معمول مداری با دوره ای حدود صد ها سال دارند.
این همچنین به این معنی است که ستارگانی که به ما نزدیکتر هستند هدف های بهتری می باشند زیرا در آن صورت جدایی زاویه ای ستاره و سیاره بزرگتر خواهد بود.
ستاره ای که در عکس زیر مشاهده می کنید حدود 120 سال نوری از زمین فاصله دارد و نسبتا در کهکشان نزدیکی قرار دارد.




در ادامه با روش میکرولیزینک آشنا خواهیم شد.

زهرا سلطانی (کارشناس زیست شناسی)
در صورت داشتن هر گونه سوال مرتبط با این مطلب، با ایمیل z.soltanib612@gmail.com مکاتبه فرمایید.

مرجع تصاویر: سایت ناسا
اقتباس از دوره ی آموزشی اخترزیست شناسی دانشگاه هاروارد