تاريخچه کشف سيارات فراخورشيدي

عبارت «سيارات فراخورشيدي» کمتر از دو دهه است که در علم نجوم به چشم مي خورد اما داستان وجود سياره اي خارج از منظومه شمسي، که به دور ستاره اي غير از خورشيد بگردد، بسيار کهن است.
 

پيش بيني وجود چنين سياراتي به سال هاي بسيار دور باز مي گردد؛ زماني که فيلسوف ايتاليايي، جوردانو برونو، ستارگان آسمان را به خورشيد ما به همراه سياراتي در گردش به دور آنها تشبيه کرد. حدود دو هزار سال پيش از زمان تعاليم ارسطو و افلاطون، با موعظه هاي کليساي کاتوليک رم بشر به سوي اين باور هدايت مي شد که زمين مرکز عالم است و فقط ما براي زندگي در اين عالم خلق شده ايم. اين عقيده آن قدر محکم بود که وقتي جوردانو برونو در قرن شانزدهم جرأت کرد سخني از ديگر سيارات به ميان آورد، زنده زنده در آتش سوزانده شد! احتمالاً پيش و پس از برونو افراد ديگري نيز درباره وجود سياراتي خارج از منظومه شمسي خيال پردازي هايي کرده اند اما تا زمان نيوتن، که در سال 1713 ميلادي در يکي از کتاب هايش به اين موضوع اشاره کرده است، اثري از فراخورشيدي ها نيست.
ادعاي کشف اين سيارات به قرن هجدهم ميلادي باز مي گردد که برخي از رصدگران اعلام مي کردند که جسم کوچکي را به صورت نقطه اي بسيار ريز در کنار ستاره اي ديده اند يا متوجه تغيير نور ستاره در اثر عبور جسمي تيره از مقابل آن شده اند. به علت دقت پايين ابزارهاي رصدي و ابزارهاي اندازه گيري در آن زمان عملاً امکان کشف اين سيارات وجود نداشته است. به همين سبب، بيشتر نوساناتي که در شدت نور ستارگان يا ساير مشخصه هاي رصدي ديده مي شد، احتمالاً يک ستاره دوتايي گرفتي يا ستاره اي متغير يا اختلالاتي ناشي از خطاي تجهيزات رصدي بوده است.
کشف نخستين سياره فراخورشيدي، که مورد تأييد قرار گرفت، مربوط به ستاره گاما-قيفاووس است که در سال 1367/1988 مقاله اي درباره آن انتشار يافت. کمپبل، والکر و يانگ با روش سرعت شعاعي پيشنهاد کردند که سياره اي بايد حول اين ستاره در گردش باشد. اگر سياره اي با جرم ناچيز نسبت به ستاره اش به دور آن بگردد مرکز جرم مشترک ستاره و سياره تقريباً با مرکز جرم خود ستاره يکي خواهد بود و سياره به دور ستاره مي گردد. اما اگر سياره اي نسبت به ستاره اش جرم قابل توجهي داشته باشد و فاصله آن از ستاره کم باشد، ستاره و سياره هر دو حول مرکز جرم مشترک شان مي گردند. در اين صورت اگر صفحه گردش آنها تقريباً در راستاي ديد ما باشد ستاره به تناوب از ما دور و به ما نزديک مي شود. اين حرکت دور شونده و نزديک شونده به صورت اثر دوپلر بر طيف دريافتي از ستاره اثر مي گذارد و مي توانيم وجود سياره اي پرجرم در اطراف ستاره را آشکار کنيم(درباره اثر دوپلر مي توانيد در نجوم شماره 117 صفحه 26 و نجوم شماره 195 ص 26 مطالب بيشتري ببينيد).
به علت نبود تجهيزات مناسب، ادعاي گروه کمپبل تا بيش از 14 سال بعد مورد تأييد قطعي قرار نگرفت. يکي ديگر از علت هايي که اين ادعا را مورد ترديد قرار مي دهد، جرم نامعلول اين سياره بود. سياره اي که جرمي بيشتر از سيارات منظومه شمسي اما کمتر از ستارگان داشت. در سال 1368/1989 سلسله رصدهايي براي رد يا تأييد اين کشف انجام شد اما تا سال 1371/1992 همچنان بسياري از اختر شناسان به وجود اين سياره شک داشتند. بيش از يک دهه پس از ادعاي اين سياره در سل 1381/2002 اخترشناسان توانستند با ابزارهاي رصدي توانمند جديد به طور قطع وجود اين سياره را تأييد کنند.
کشف سياره اي ديگر، که به دور يک تپ اختر مي گشت، در سال 1370/1991 توسط گروهي به سرپرستي اندرو لينه اعلام شد. به علت هاي بسيار، از جمله تصورپذير نبودن چنين منظومه اي و اين که در اثر انفجار ابرنواختري چنين منظومه اي حتماً نابود مي شود. اين گروه به سرعت ادعاي خود را پس گرفت اما دقيقاً يک سال بعد، گروه ديگري به سرپرستي الکساندر ولسز کزن سياره اي ديگر را حول تپ اختري ديگر(1257+12 PRS) کشف کردند. اين سيارات به احتمال بسيار باقي مانده هسته سنگين سيارات گازي پس از انفجار ابرنواختري هستند. تحقيقات اخير نشان مي دهد که سيارات بسياري قابليت نجات يافتن از انفجاري در اين ابعاد را دارند، اما بدون شک هيچ موجود زنده اي قادر به زندگي روي آنها نخواهد بود.
سرانجام انتظار به سر رسيد و در آبان 1374/اکتبر 1995، ميشل مايور وديديه کلو از دانشگاه ژنو، نخستين سياره فراخورشيدي را به دور ستاره اي از رشته اصلي ستارگان کشف کردند. اين سياره به دور ستاره 51-فرس اعظم ميگردد و با روش سرعت شعاعي کشف شده است. اين سياره حدود 160 برابر زمين جرم دارد و فقط به اندازه نصف فاصله زمين تا خورشيد، از ستاره اش فاصله دارد و سال آن فقط 5 روز زميني طول مي کشد سياره هاي غول پيکري که نزديک به ستارگان هستند، مشتري هاي داغ نام گرفته اند.
کشف و تأييد وجود نخستين سياره فراخوشيدي و نخستين مشتري داغ سياره شناسان را، که بر روي نظريه هاي تشکيل منظومه هاي سياره اي و منظومه شمسي کار مي کردند، دچار سردرگمي کرد. زيرا در منظومه شمسي سيارات گازي و غول پيکر در فاصله اي دور از خورشيد شکل گرفته اند. چرا غولي چون سياره 51-فرس اعظم برخلاف همه نظريه ها موجود توانسته است در چنين فاصله اندکي از ستاره اش شکل بگيرد؟ مدتي طول کشيد تا سرانجام پاسخي براي توجيه اين مسئله ارايه شد: ممکن است اين سياره و سيارات مشابه، در فاصله دوري از ستاره شکل گرفته باشند و به مرور زمان در اثر پديده هاي مختلف به مداري نزديک تر به ستاره کشيده شده باشند.(براي اطلاعات بيشتر مقاله «مشتر هاي داغ» را در همين شماره، ص 70 ببينيد).
فناوري هاي جديد در طيف سنجي و همچنين ابزار اپتيک سازگار، که اثر سوسو کردن نور ستاره در اثر عبور از جو زمين را کاهش مي دهد، باعث رشد بسياري در کشف سيارات فراخورشيدي شده اند. در سال 1375/1996 نخستين سياره شبيه به مشتري کشف شد که در صورت فلکي دب اکبر واقع شده است. اين سياره در مداري تقريباً مشابه با مدار مريخ حرکت مي کند.
سياره Gliess 876b نخستين سياره کشف شده به دور يک کوتوله سرخ است که در سال 1377/1998 همزمان توسط دو گروه مستقل وجودش اعلام شد. اين سياره، همانند بسياري از سيارات کشف شده ديگر به ستاره خود بسيار نزديک است و تحت گرانش بسيار شديد، رو به سوي ستاره قفل شده است. پديده اي که براي قمر زمين و سياره عطارد نيز در منظومه شمسي اتفاق افتاده است. در سال 1378/1999 مقاله اي درباره نخستين منظومه فراخورشيدي منتشر شد که تمام سيارات کشف شده در اين منظومه شبيه به مشتري اند. زياد بودن نسبت جرم يک سياره به جرم ستاره مادر، امکان کشف اين سيارات را افزايش مي دهد؛ چرا که با افزايش اين نسبت، ميزان تغييرات مشاهده شده روي منحني نوري ستاره يا تغييرات در سرعت شعاعي ستاره بيشتر مي شود و راحت تر قابل تشخص خواهند بود.
نخستين نشانه ها از تشخيص جو روي يک سياره در سال 1380/2001 منتشر شد. اين اتفاق، تحولي در راستاي اکتشافات سيارات فراخورشيدي بود، چرا که براي نخستين بار دانشمندان توانستند عناصر تشکيل دهنده جو سياره اي ديگر را تشخيص بدهند. ترکيبات جو يک سياره، يکي از مشخصه هاي مهم براي تشکيل حيات روي آن سياره است.
يکي از شگفت آورترين اکتشافات در صورت فلکي عقرب و در سال 1382/2003 به وقوع پيوست. زماني که دانشمندان از روي تصاوير تلسکوپ فضايي هابل توانستند سياره اي درابعاد مشتري را به دور يک تپ اختر و يک کوتوله سفيد پيدا کنند. به علت شرايط سخت پايداري در منظومه اي سه تايي و علت هاي ديگر، تاکنون فقط سه سياره حول ستارگان دوتايي پيدا شده اند.
با تعريف جديد انجمن جهاني نجوم، هشت سياره اصلي در منظومه شمسي وجود دارد، چهار سياره خاکي و چهار سياره گازي و تا چند دهه پيش، دانشمندان الگوي شکل گيري سيارات را براساس همين سيارات دنبال مي کردند. اما در ميان اکتشافات اخير، دو گونه جديد از سيارات مشاهده شده است. گروه نخست سياراتي اند با جرمي قابل مقايسه با سياره مشتري ولي در مداري مشابه مدار عطار به دور خورشيد يا حتي بسيار نزديک تر و با دوره گردشي حدود چند روز؛ گروه دوم سياراتي اند با جرمي بين جرم سيارات خاکي و گازي منطقه شمسي که ما آن ها را به نام ابرزمين ها و در بعضي موارد که نزديک به ستاره مادرند به نام نپتون هاي داغ مي شناسيم. در سال 1383/2004 نخستين سياره ابرزمين کشف شد که نشان مي داد سياره شناسان بايد به دنبال الگويي جديد براي توصيف تشکيل سيارات باشند.
در همين سال، نخستين سياره حول يک کوتوله قهوه اي نيز کشف شد و نشان داد که حتي ستارگان نارس هم مي توانند همدم سياره اي داشته باشند! البته شايد از نگاهي ديگر بتوان اين منظومه را به صورت سياره اي معلق که قمري هم دارد تعبير کرد، چرا که کوتوله هاي قهوه اي نه سياره اند و نه ستاره. در حال حاضر اين اجرام به يکي از مراکز توجه سياره شناسان بدل شده اند. نکته قابل توجه ديگر اين که، اين سياره کشف شده نخستين سياره اي است که تصويربرداري مستقيم از آن انجام شده و دانشمندان توانستند در پرتوهاي فرو سرخ اين سياره را از کوتوله قهوه اي همدش تشخيص بدهند. همچنين نخستين سياره احتمالاً خاکي با جرمي معادل 7/5 برابر جرم نيز در همين سال کشف شد و فاصله اين سياره تا ستاره همدش به حدي کم است در کمتر از 2 روز يکبار به دور آن مي گردد!
روش ريزعدسي هاي گرانشي در حال حاضر تنها روشي است که با آن مي توان در اعماق کهکشان(و حتي در کهکشان هاي همسايه) به دنبال سيارات گشت. در اين روش نور ستاره يا جسمي دور در اثر گرانش جسمي پر جرم و نزديک تر، خميده و متمرکزمي شود؛ درست مانند کاري که عدسي محدب انجام مي دهد. دورترين و سردترين سياره، با همين روش، در سال 1384/2005 رصد و در سال 1385/2006 توسط پروژه اگل(OGEL) کشف آن تأييد شد. اين سياره فقط 5/5 برابر زمين جرم دارد و در مداري شبيه به مدار مريخ نسبت به ستاره مادرش قرار گرفته است. روش ريز عدسي گرانشي براي يافتن اجرام بسيار دور و بسيار کوچک(و حتي اقمار آنها) مناسب است اما هيچ گاه نمي شود با اين روش يک سياره را مجدداً رصد کرد و به همين سبب، بخت تشخيص و تحقيق بر روي جو اين سيارات در حال حاضر نزديک به صفر است.
سال 1386/2007 به واسطه پيشرفت در تجهيزات رصدي و سرمايه گذاري هاي جديد جهش بزرگي در تعداد اکتشافات سيارات فراخورشيدي رخ داد. در اين سال براي نخستين بار جو سياره اي خارج از منظومه شناسايي شد و بررسي دقيقي درباره اش صورت گرفت و پديده هاي جوي بسيار جالب و جديدي را براي سياره شناسان عرضه کرد. از مهم ترين اکتشافات اين سال مي توان به کشف «مولکول آب» در جو اين سيارات و ادعاي امکان وجود حيات در سياره Gliess 581d اشاره کرد(هرچند که اين ادعا با انجام تحقيقاتي رد شد).
سال 1387/2008 پراز اکتشافات هيجان انگيز بود، از کشف «بخارآب» در جوسيارات تا رصد نخستين منظومه ي چندتايي با چند سياره ابرزمين. اما بدون شک مهم ترين اتفاق در اين سال تصويرداري از منظومه اي سياره اي در نور مرئي بود. گفته مي شود احتمالاً در تصاوير بايگاني شده هابل، بيش از 100 سياره قابل کشف است که به تازگي محققان جست و جو برروي تصاوير قديمي هابل را براي يافتن اين سيارات آغاز کرده اند.
سال 1388/2009 انتظار دانشمندان براي داشتن تلسکوپي مختص به کشف سيارات فراخورشيدي در فضا به سر رسيد و فضاپيماي کپلر، با مرکز عملياتي در دانشگاه کلرادو-بولدر، به فضا پرتاب شد. با وجود مشکلات فني در کپلر، اطلاعات به دست آمده از اين تلسکوپ در کمتر از يک سال محققان را شگفت زده کرد. کشف پنج سياره فراخورشيدي در همان آغاز کار کپلر، که چگال ترين سيارات کشف شده نيز به شمار مي آيند، ديدن اثر مستقيم نور يک سياره و تشخيص دومين اختفاي سيارات از اين دسته اند. در همين سال، سياره اي با جرمي کمتر از دو برابر جرم زمين کشف شد که به دور يک ستاره رشته اصلي مي گردد. همچنين در اقدامي عجيب، پژوهش گراني از اروپا و چند کشور ديگر، کشف 32 سياره را به طور همزمان اعلام کردند تا نام خود را در فهرست «ترين» هاي سيارات فراخورشيدي ثبت کنند!
سال 1389/2010، سال يافتن شواهدي دقيق تر از سيارات فراخورشيدي است؛ از تشخيص مستقيم شب و روز بر روي يک سياره تا طيف سنجي مستقيم از جو اين سيارات، و تمام اين ها تاکنون فقط در کمتر از سه ماه اتفاق افتاده است و شايد بتوان انتظار کشف نخستين سياره با مشخصاتي همانند زمين را نيز در اين سال داشت. سالي که بدون شک مجموع تعداد سيارات کشف شده تا پايان آن، از مرز 500 سياره خواهد گذشت: آرزويي دست نيافتني در نيم قرن پيش و تحقيقي باور نکردني در عصر ما.
منبع: نجوم، شماره 197.