سیارات فراخورشیدی و حیات فرازمینی
. نويسنده: nssri
مقدمه ای بر اجرام شناسی
قسمت اول
منظومه ی شمسی ما دارای پهنه ی گسترده ای از متنوع ترین اجرام است. اجرامی از قبیل گازهای میکروسکوپی تا اجرام بزرگتری مثل غول های گازی.
در مرحله اول برای اینکه درک بیشتری نسبت به اجرام های فضایی پیدا کنیم، بهتر است با سیارات فراخورشیدی آشنا شویم، زیرا آشنایی با آنها به ما کمک می کند تا سیاراتی که در خارج از منظومه ی شمسی پیدا می کنیم را با الگوبندی های مناسبی طبقه بندی کنیم. سیاراتی که ممکن است از نظر سایز همانند سایز زمین یا زهره باشند و یا از نظر ترکیبات سیاره ای مانند مشتری، زحل، زمین، مریخ و عطارد سنگی باشند و یا مثل زحل و مشتری بزرگ و متشکل از گاز باشند. و یا ویژگی هایی با شاخص های دیگری که سعی می شود در ادامه به آن پرداخته شود.
برای آغاز شاید مناسب تر باشد که اول از خودمان بپرسیم اصلا به چه جرمی سیاره گفته می شود؟
سیاره چیست؟
طبق تعریف رسمی منتشر شده از اتحادیه ی بین المللی نجوم به جرمی سیاره اطلاق می شود که بر سه اصل زیر منطبق باشد:
به دور ستاره اش در حال گردش باشد (در مورد سیارات منظومه ی ما، به دور خورشید) و به دور جرم دیگری در حال گردش نباشد. برای مثال اجرامی که این قاعده را می شکنند قمرها هستند، مثل ماه که همزمان به دور زمین و به دور خورشید در حال گردش است.
جرم آن به اندازه ای باشد تا نیروی گرانشش بتواند آن را به شکلی گرد در آورد. اجرامی که این قاعده را نقض میکنند، نسبتا کوچک هستند و بیشتر مشمول سیارک ها می شوند.
همسایگیش را از اجرام هم سایز خودش پاکیزه کرده باشد، قاعده ای که اصطلاحا به آن پاکیزگی همسایگی گفته می شود. به این معنا که نباید در اطراف مدار خود جرمی داشته باشد که گرانش غالب آن ناحیه از فضا باشد. برای مثال پلوتو با داشتن تعداد زیادی اجرام هم سایز خودش در حوالی مدارش این معیار را نقض می کند.
البته تعیین این معیارها بدون نقد نیست، اما در حال حاضر عمومی ترین تشریح پذیرفته شده برای تعریف یک سیاره است.
سیارات خاکی
چهار سیاره ی خاکی (سنگی) در منظومه ی شمسی ما وجود دارد: عطارد، زهره، زمین، مریخ. هر کدام از این ها از سنگ و فلز با یک پوسته ی جامد و یک گوشته ی ضخیم و یک هسته سنگین فلزی که تحت فشار و دمای بالایی قرار دارد، تشکیل شده اند.
زمین بزرگتر از سیارات خاکی دیگر در منظومه ی شمسی است، اما سیارات خاکی بزرگتری که در اطراف ستاره ی خود شان در حال گردشند، نیز کشف شده است.
پلوتوییدی ها و دیگر سیارات کوتوله
اجرامی که پارامتر سوم را نقض می کنند- اجرامی که مدار خود را از دیگر اجرام هم اندازه ی خود پاکسازی نکرده اند- شامل سیارات کوتوله هستند. پلوتو نیز در این طبقه بندی قرار گرفته است. در کمربند کویپر که منطقه ی وسیعی در ورای نپتون است، تعداد زیادی اجرام دیگر در این ناحیه وجود دارد که شما می توانید تعدادی از آنها را در تصویر پایین مشاهده کنید.
بزرگترین اجرام شناخته شده در کمربند کوئیپر
پلوتو بسیار دوراز خورشید است، به طور میانگین حدود چهل برابر فاصله ی زمین نسبت به خورشید ازآن فاصله دارد. بنابراین این سیاره به شدت سرد است و از این فاصله نور کمی از خورشید به آن می رسد. حتی بهترین تلسکوپ های ما در زمین نمی توانند به طور شفاف و واضح آن را رصد کنند. با این حال در تابستان 2015 کاووشگر افق های نو ناسا از کنار این سیاره عبور کرد.
یکی از بهترین تصاویری گرفته شده از پلوتو در سال 2014 بوسیله ی تلسکوپ هابل
تصویر بالا نیز یکی از بهترین عکسها از سطح پلوتو است که می تواند جزییات بیشتری از سطح آن را برای دانشمندن نشان دهد که توسط کاووشگر افق های نو ارسال شده است
ترکیبات سیارات کوتوله هنوز کاملا مشخص نیست، اما هر روز با سرعت بیشتری در حال بدست آوردن اطلاعات هستیم. به نظر می رسد که پلوتو و اجرام شبیه به آن از یخ و سنگ ساخته شده اند. چگالی پلوتو نشان می دهد که به نظر میزان سنگ بیشتر از یخ آن باشد. با بیشترین قسمت سنگی در هسته ی مرکزیش.
از این فاصله ی بسیار زیاد که پلوتو نسبت به خورشید قرار دارد دمایش بسیار کم است و یخ آن فقط از آب نیست بلکه از کربن دی اکسید و حتی نیتروژون جامد تشکیل شده است.
باور رایج بر این است که سیارات کوتوله اتمسفر قابل توجه ای ندارند. گازهای سنگین تر تمایل دارند که در این دما به صورت مایع و یا حتی جامد باشند سیارات کوتوله ی کوچک گرانش کافی برای اینکه گازهای سبک تر را به دام بیاندازند ندارند.
سرس که بزگترین جرم در کمربند سیارک هاست دراین دسته ی سیارات کوتوله نیز قرار می گیرد.
سیارک ها و دنباله دار ها
پایین تر از سایز سیارات کوتوله، سیارک ها و دنباله دارها قرار دارند.که همچنین به عنوان minor planet ها یا SSSB ها (اجسام کوچک منظومه ی شمسی: small solary system bodies) نیز خوانده می شوند. قطعاتی از سنگ، فلز یا یخ که به دور خورشید ما در حال گردش هستند.
سیارک ها بر اساس ترکیباتشان طبقه بندی می شوند. بیشتر آنها از سنگ های کربناتی، بعضی از آنها از سنگ های سیلیسی و بعضی بیشتر فلزی هستند. محدوده ی سایزی آنها از اندازه ی کوچک تا اندازه ای به قدر سیارک سرس متنوع است. با اندازه ای حدود 1000 کیلومتر قطر، سیارک سرس بزرگترین جرم در کمربند سیارکی است (که معمولا بین مدارد مریخ و مشتری است) سیارکی که به عنوان اولین جرم از این دسته بود که به عنوان سیاره در منظومه ی شمسی ما فرض شده بود.
سیارک وستا حدود یک چهارم جرم سیارک سرس است. در تصاویر پایین شما میتوانید هر دوی آنها را مشاهده کنید. فضاپیمای Dawn ناسا در سال 2014 سیارک وستا را ملاقات کرد و در نزدیکی سال 2015 به سرس رسید.
نقشه رنگی سیارک سرس
سیارک وستا
دنباله دار ها تفاوت بیشتری دارند. مدار آنها به شدت بیضوی است. آنها از لبه ی بیرونی منظومه ی شمسی ما می آیند و ترکیبات آنها مخلوطی از سنگ، آب، یخ، گازهای منجمد و گردو غبار است. دنباله دارها از سه بخش هسته ، گیسو و دم تشکیل شده اند.
تصویری از قسمت های مختلف یک دنباله دار که نشان می دهد هر دنباله دار از سه بخش هسته، گیسو و دم تشکیل شده است.
هسته ی دنباله دار در واقع تکه های جامدی در مرکز گیسوی آن است که شبیه به یک گلوله ی برفی کثیف است که از یخ ساخته شده است. در واقع هسته بخش مرکزی دنباله دار است که مخزن گردو غبار و گازهای جامد است.
وقتی که یخ های موجود در هسته ی دنباله دار تبخیر می شود، تبدیل به یک ابر بزرگ پیرامون بخش مرکزی دنباله دار می شود، این ابر گیسو نامیده می شود.
دم دنباله دارها می تواند یونی، گازی ، گرد و غباری باشد . دم دنباله دار ها همیشه در جهت مخالف خورشید است.
علت شکل گیری نوار ها در دم دنباله دار نیروی مغناطیسی بسیار قوی می باشد.
کوچکترین اجزای منظومه ی ستاره ای
منظومه ی ما در فضایی که بین سیارات وجود دارد آن طور که به نظر می رسد خالی نیست، این فضا با گازهای میان ستاره ای پر شده است.
این اجزای بسیار کوچک اهمیت زیادی در مشاهده ی کیهان برای ما دارند. منظومه های ستاره ای دیگر نیز این اجزای میان ستاره ای را دارند.
قرص های پیش ستاره ای (protoplanetary disk) توده هایی از گرد و غبار هستند و گونه ای قرص پیرا_ ستاره ای به شمار می روند که اغلب حول ستارگان جوان می چرخند.
خوب تا اینجا سعی شد در مورد بعضی از اجرام موجود در منظومه ی شمسی و فضا صحبت شود؛ در ادامه در مورد اجرامی بزرگتر نسبت به اجسامی که تا به اینجا از آنها یاد کردیم، صحبت خواهد شد.
غول های گازی
غول های گازی اجرام سیاره ای هستند که دارای یک اتمسفر عظیم و ضخیم از گاز هستند. در منظومه ی خورشیدی ما دو مثال برای آنها داریم: مشتری و زحل.
متشری حدود 318 برابر جرم زمین و زحل با حدود 95 برابر غول های گازی منظومه ی ما به حساب می آیند. مشتری در واقع بزرگترین جرم در منظومه ی شمسی به حساب می آید با گستردگی ای که می تواند حدود یازده سیاره ی زمین در آن قرار بگیرد.
اورانوس و نپتون هم گاهی به عنوان غول های گازی خوانده می شدند، اما بهتر است از آنها به عنوان غول های یخی منظومه ی شمسی نام ببریم.
ساختار غول های گازی نیز همچنین نسبت به سیارات خاکی متفاوت است. اگر شما ضخامت اتمسفر سیاره زمین را نسبت به کل سیاره در نظر بگیرید، ضخامت اتمسفر چیزی شبیه به پوست در میوه ی سیب است. در حالی که غول های گازی با یک هسته ی کوچک که توسط یک اتمسفر ضخیم از هیدروژن و هلیم احاطه شده تشیکل شده اند.
تصاویری از ساختار سیارات مشتری و زحل که دو غول بزرگ گازی منظومه ی شمسی محسوب می شوند.
اکثر سیارات فراخورشیدی که تاکنون کشف شده بسیار پر جرم تر از مشتری هستند. در واقع اینها مشتری گون های بزرگ و داغ یا سیارات سوپر ژوپیتری هستند.
غول های یخی
تفکر رایج بر این بوده است که غول های گازی اساسا یکسان هستند، یعنی یک توپ پر از گازهای هیدروژن و هلیم. اما با بررسی های بیشتر مشخص شد که غول های بیرونی تر یعنی اورانوس و نپتون کمی متفاوت تر از مشتری و زحل هستند.
در واقع غول های یخی دارای اتمسفری با تفاوت قابل توجه ای نسبت به غول های گازی هستند. در ارتفاعات بالایی هیدروژن و هلیم شایع است و در ارتفاعات پایین تر (که به سیاره رنگ آبی می دهد) متان ، همینطور آمونیاک و وسولفیدهای مختلف شایع تر است. هسته ی اورانوس و نپتون نیز بسیار مورد توجه است زیرا از درصد بسیار بالایی از مولکول های کربن دار تشکیل شده است.
تصاویری از ساختار سیارات اورانوس و نپتون که در دسته ی غول های یخی منظومه ی شمسی قرار می گیرند.
ستاره ی همدم
خورشید ما یک ستاره در یک سیستم تک ستاره ای است. تحقیقات نشان می دهد که بیشتر ستارگان از نوع کوتوله های سرخ هستند و همینطور نشان داده که ستاره های کم نور تر مثل کوتوله های سرخ به نظر می رسد بیشتر دریک سیستم تک ستاره ای هستند. و ستاره های پر نور تر و روشن تر در سیستم های دوتایی و سه تایی بیشتر رایج هستند. حالا اینکه آیا سیستم های چند ستاره ای (Multiple system stars)کمتر یا بیشتر می توانند احتمال حضور سیارات را داشته باشند به عنوان یک سوال باز در نظر گرفته می شود که با کشف هرچه بیشتر سیارات فراخورشیدی قادر خواهیم بود که به یک الگوبندی مناسب برای این موضوع برسیم.
ستاره ی دوتایی به یک سامانه ی ستاره ای گفته می شود که در آن دو ستاره به هم نزدیک هستند و به دور مرکز ثقل مشترک میان خود گردش می کنند. به ستاره ی دیگر ستاره ی همدم هم گفته می شود.
در این قسمت از مقاله سعی شد تا در مورد اجرام مختلفی که می تواند در یک منظومه وجود داشته باشد، صحبت کنیم. یادگیری این مطالب کمک شایانی به ما می کند تا بتوانیم سیاراتی که در منظومه های دیگر کشف می شوند را در دسته بندی درستی قرار دهیم. در قسمت بعدی این مقاله با روش های آشکار سازی و کشف سیارات فراخورشیدی 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
بازگشت