ابزارهاي کشف سيارات فراخورشيدي

حدود دو دهه از وارد شدن بحث سيارات فراخورشيدي به قلمرو اختر فيزيک مي گذرد. نوپا بودن اين بخش از علم، به سبب نداشتن آگاهي يا علاقه مند نبودن دانشمندان به کشف سياراتي در خارج از منظومه شمسي نيست بلکه کشف و آشکارسازي سياراتي در وراي منظومه شمسي، نياز به ابزارهاي دقيق طيف سنجي و نورسنجي دارد. همچنين جذب نور در جو و اختلالاتي که جو زمين در پرتوهاي عبوري از جو ايجاد مي کند، نيز مزيد بر علت است.
پيش از کشف نخستين سياره فراخورشيدي در ابتداي دهه 1370/1990 دغدغه رصد اين سيارات براي اخترشناسان وجود داشت. اما با کشف و تأييد وجود نخستين فراخورشيدي ها، اين موضوع به بخش ويژه اي در اخترشناسي بدل شد و به دنبال آن پروژه هاي ويژه اي براي کشف و بررسي سيارات فراخورشيدي آغاز شد. برخي از پروژه ها نياز به ابزارهاي ويژه اي دارند که تماماً در خدمت پژوهش درباره سيارات فراخورشيدي اند. در برخي پروژه ها نيز بخشي از زمان کار ابزارهايي چون تلسکوپ بسيار بزرگ(VLT) به پژوهش درباره فراخورشيدي ها اختصاص يافته است.

هارپس(HARPS)
 

يکي از ابزارهاي رصدخانه جنوبي اروپاست که به طور ويژه به جست و جوي سيارات فراخورشيدي مي پردازد. هارپس از طيف نگاري تشکيل شده که در کانون تلسکوپي 3/6 متري قرار گرفته است. هنگامي که سياره اي پرجرم به دور ستاره اي بگردد، درواقع ستاره نيز حول مرکز جرم مشترک ستاره و سياره مي گردد و اندکي جابه جا مي شود. با انداز گيري اين جابه جايي و سرعت شعاعي مي توان سياره را کشف کرد و جرم آن را تخمين زد. هارپس با اين روش تاکنون 75 سياره فراخورشيدي را رصد کرده است که 32 تاي نها در سال 1388/2009 کشف شده اند.

کوروت(COROT)
 

رصد خانه اي فضايي متعلق به سازمان فضايي فرانسه(CENS) و سازمان فضايي اروپاست. هدف اصلي اين پروژه کشف سيارات فراخورشيدي با دوره تناوب کوتاه، با روش آشکارسازي کاهش نور ستاره در اثر عبور سياه از مقابل آن، است. اين فضاپيما 620 کيلوگرم جرم و 4 متر طول و 1/9 متر عرض دارد و شامل تلسکوپي 27 سانتي متري(10/6 اينچي) با ميدان ديد 2/7*3/5 درجه است و با کمک آرايه اي از سي سي دي ها، نورسنجي مي کند. اين تلسکوپ علاوه بر رصد تغيير نور ستاره ها امکان لرزه نگاري از ستاره ها را نيز دارد. کوروت در سال 1385/2006 به مدار زمين پرتاب شد و تلسکوپ آن در زمستان 1385/2007 کار رصد را آغاز کرد. اين پروژه نخستين تلسکوپ فضايي با هدف رصد فراخورشيدي ها بود که براي مدت 2/5 سال طراحي شده بود اما تا سال 1389/2010 و سپس تا 1392/2013 تمديد شد

کپلر(Kepler)
 

تلسکوپ فضايي کپلر متعلق به ناساست و در سال 1386/2007 در مدار زمين قرار گرفت. اين تلسکوپ در بازه نور مرئي 400-865 نانومتر رصد مي کند و پيش بيني شده است که دست کم 3/5 سال به جست و جو سيارات فراخورشيدي بپرازد. اين تلسکوپ به نورسنجي با ميدان ديد 10 درجه مربع مجهز است که در آنِ واحد صد هزار ستاره در ميدان ديدش قرار مي گيرد. اين نورسنج مي تواند ستاره هايي با قدر کمتر از 14 را رصد کند و تغيير نور تا يک درصد را آشکار کند. قرار است اخترشناسان با اين تلسکوپ به نورسنجي از 140 هزار ستاره رشته اصلي بپردازند و با آشکارسازي تغيير نور ستاره در اثر عبور سياره اش از مقابل آن سياره هاي فراخورشيدي به ويژه سيارات زمين گون را کشف کنند. در شش ماه اول آغاز به کار کپلر با اين روش پنج سياره فراخورشيدي کشف شد که اين سيارات کم چگالي ترين سيارات فراخورشيدي کشف شده تاکنون اند.

وسپ(SuperWasp)
 

اين پروژه، که ميدان ديد براي جست و جوي سيارات فراخورشيدي نام گرفته، شامل دو رصدخانه روبوتيک، يکي رصدخانه موچاچو و لاپالما در جزاير قناري و ديگري رصدخانه آفريقاي جنوبي است. هر رصدخانه مجهز به آرايه اي با 8 دوربين کانن 200 ميلي ليتري با کيفيت بالاست. ميدان ديد باز هريک از دوربين ها اجازه مي دهد که هر رصدخانه بتواند در آن واحد 500 درجه مربع از آسمان را پوشش بدهد. دوربين ها به طور پيوسته آسمان را جارو مي کنند و در هريک دقيقه يک تصوير با کيفيت بالا تهيه مي کنند.

تلسکوپ فضايي جيمز وب(JWST)
 

جيمز وب تلسکوپ فضايي بزرگي با قطر 6/5 متر است که در محدوده فرو سرخ به رصد خواهد پرداخت و قرار است در سال 1393/2014 در مدار زمين قرار بگيرد. اين پروژه بين سازمان فضايي ناسا و اسا و سازمان فضايي کانادا(CSA) مشترک است و قرار است به بررسي تاريخچه عالم با رصد نخستين نورهاي قابل رصد، پس از انفجار بزرگ، و سپس تشکيل منظومه شمسي بپردازد. اين پروژه همچنين به بررسي وجود حيات در سيارات زمين گون خواهد پرداخت. فناوري به کار گرفته شده در اين تلسکوپ بسيار نو و بديع است. آينه ثانوي تلسکوپ به صورت چند تکه ساخته شده است که پس از پرتاب و قرار گرفتن در مدار زمين، در نهايت به شکل آينه اي يک تکه قرار خواهد گرفت. قطعات اپتيکي آن بسيار سبک و از جنس بريليوم اند و تلسکوپ به آشکارسازهايي مجهز است که مي توانند پرتوهاي بسيار ضعيف را آشکار و ثبت کنند. تلسکوپ به دريچه(شاتر) هايي مجهز است که امکان برنامه ريزي آن و انتخاب دقيق جسم مورد نظر را به رصدگر مي دهند. آشکارساز فروسرخ اين تلسکوپ به سرد کننده هاي کريستالي مجهز است که ابزارها را تا دماي 7 کلوين سرد مي کنند. ابزارهاي اين پروژه تا سال 1387/2008 ساخته شده اند و در حال بررسي و آزمايش نهايي اند و قرار است تا پايان امسال ابزارها کاملاً آماده شوند.

مأموريت تداخل سنجي فضايي
 

(SIM Sapace Interferometry Mission)
اين مأموريت، که يکي از مأموريت هاي فضايي ناساست، با هدف يافتن سيارات زمين گون طراحي شده و زمان پرتاب آن سال هاي 1395 يا 1396 /2016 يا 2017 پيش بيني شده است. در اين پروژه دو تلسکوپ نوري با قطر نيم متر و تداخل سنج مايکلسون در طول موج 0/6 تا 0/4 ميکرومتر به کار گرفته مي شوند. پيش بيني شده است که به مدت 5/5 تا10 سال در منطقه کمربند حيات ستاره هاي نزديک به ما، به جست و جوي سياراتي با ابعاد حدود زمين بپردازد. همچنين قرار است علاوه بر جست و جوي سيارات فراخورشيدي، نقشه هايي از کهکشان راه شيري تهيه کند و با بررسي جرم ستاره هايي خاص، توزيع جرم و ماده تاريک در کهکشان را بررسي کند. دو تلسکوپ به کار گرفته شده در پروژه با روش تداخل سنجي به رصد ستاره ها مي پردازند و مانند تلسکوپي بسيار بزرگ عمل مي کنند. قرار بود اين مجموعه در سال 1384/2005 درمدار زمين قرار بگيرد اما به علت مشکلات مالي پروژه به تعويق افتاد.

يابنده سيارات زمين گون
 

(TPF- Terrestrial Planet Finder)
اين پروژه، که يکي از پروژه هاي مهم براي جست و جوي سيارات فراخورشيدي زمين گون است، در سال 1381/2002 در دستور کار ناسا قرار گرفت. هدف آن يافتن روشي بود که به کمک آن بتواند نور بسيار ناچيز بازتاب شده از سياره را در نور زياد ستاره تشخيص بدهد. همچنين اخترشناسان بتوانند با بررسي نور سياره، جو آن و مواد تشکيل دهنده اش را براي جست و جوي سرچشمه هاي حيات بررسي کنند. در سال 1383/2004 دو ساختار براي اين پروژه پيشنهاد شد: ساختار اول: تداخل سنجي در طول موج فروسرخ بود. در اين روش چند تلسکوپ فروسرخ، که در ساختار معين در فاصله اي ثابت نسبت به هم در فضا قرار مي گيرند، با روش تداخل سنجي همانند تلسکوپي بسيار بزرگ عمل مي کنند. دراين روش، تداخل سنج با شيوه اي ويژه نور ستاره را تا يک ميليون مرتبه کاهش مي دهد بنابراين آشکارسازي پرتوهاي فروسرخ بسيار ضعيف گسيل شده از سياره امکان پذير خواهد بود. ساختار دوم طيف نمايي با تلسکوپي بسيار بزرگ در نور مرئي است. در اين تلسکوپي با اندازه 2 تا 4 برابر و دقت 100 برابر تلسکوپ هابل نور ستاره ها و نور کم سياره ها را گردآوري مي کند و تلسکوپ مجهز به سامانه اي ويژه است که نور ستاره را تا يک ميليارد مرتبه کم مي کند، در نتيجه اخترشناسان مي توانند نور کم سوي سياره را بررسي کنند. قرار بود اين پروژه تا سال 1393/2014 تکميل شود و در سال 1399/2020 به بهره برداري برسد اما به سبب کاهش بودجه هاي تحقيقاتي در سال 1386/2007 پروژه به مدت نامعلومي به تأخير افتاد.

گايا(Gaia)
 

هدف اصلي گايا تهيه نقشه اي از کهکشان ماست. در اين پروژه دو فضاپيما که هرکدام مجهز به تلسکوپ و آشکارسازهاي حساس اند در فاصله 1/6 ميليون کيلومتر از زمين در مداري به دور خورشيد قرار خواهند گرفت. ابزارهاي گايا با طيف نگاري از ستاره ها و تهيه تصاويري از آنها به طور مستمر اطلاعاتي از موقعيت دقيق، سرعت و طيف حدود يک ميليون ستاره را در اختيار اخترشناسان قرار مي دهند. قرار است اين اطلاعات، علاوه بر تهيه نقشه هايي از کهکشان مان، در جست وجوي سيارات فراخورشيدي به کار گرفته شوند زيرا گايا مي تواند جابه جايي بسيار ناچيز در مکان و سرعت ستاره ها را آشکار کند. اخترشناسان انتظار دارند با استفاده از داده هاي گايا ده هزار سياره فراخورشيدي و 50 هزار اختروش کشف و بررسي شوند. پيش بيني شده است که فضاپيماي گايا در سال 1391/2012 پرتاب مي شوند و پروژه تا سال 1396/2017 به پايان مي رسد.

تلسکوپ فضايي داروين
 

پروژه يکي از پروژه هاي جست و جوي حيات اسا(سازمان فضايي اروپا) است. در اين پروژه 4 تا 9 فضاپيما -که هرکدام مجهز به تلسکوپي 3 متري، ابزارهاي تداخل سنجي، طيف نگاري و تصوير برداري که در طول موج فرو سرخ اند- در فاصله اي معين از هم در فضا قرار مي گيرند و قرار ست که نشانه هاي حيات را در سيارات زمين گون در اطراف ستاره هاي نزديک به ما بررسي کنند. هدف پروژه آشکارسازي و تحليل داده هاي مربوط به سيارات زمين گون به ويژه بررسي گازهاي جو سيارات و گازهايي است که مي توانند آغازگر حيات نخستين باشند. در نخستين طراحي قرار بود سه تلسکوپ در فضا قرار بگيرند اما بعدها استفاده تعداد بيشتري تلسکوپ پيش بيني شد که به صورت آرايه اي بزرگ از تلسکوپ هاي فروسرخ در فضا قرار خواهند گرفت. دقت قرارگيري تلسکوپ ها بايد در حد ميکرون و دقت در فاصله تلسکوپ ها از يکديگر بايد در حد نانومتر باشد. اما فناوري امروز چنين دقتي ندارد و رسيدن به چنين افقي نياز به پيشرفت هاي بيشتر دارد. مطالعات وطراحي بخش اصلي پروژه بدون آرايه ي برنامه اي براي فعاليت هاي آينده پروژه در سال 1386/2007 به پايان رسيد.
منبع: نجوم، شماره 197.