هواشناسي سياره هاي فراخورشيدي

پژوهش هاي پيگير فضاشناسان، آنها را در راه چگونگي يافتن سياره هايي که در دوردست هاي کهکشان به گرد مدار ستاره هايشان در گردشند ياري فراوان رسانده است. بدين روي دور نويني از پژوهش ها در زمينه ي Exoplanet آغاز شده است.
Exoplanet يا Extrasolar Planet سياره اي است که بيرون از سامانه ي خورشيدي جاي دارد و به گرد ستاره ي ديگري جز خورشيد در گردش است. بسياري از اين گونه سياره ها داراي اندازه اي بزرگتر از سياره ي Jupiter يا مشتري هستند. هرمز بزرگترين سياره سامانه خورشيدي ما و در زمينه فاصله از خورشيد پنجمين سياره پس از تير، ناهيد، زمين و بهرام است.

يابندگان
 

دانشمندان براي يافتن سياره هاي فرا خورشيدي و آگاهي از چگونگي آنها ناچار از يافتن روش هايي نو و ساختن دستگاه هايي دقيق هستند. بدين روي دانشمندان مي توانند از چگونگي وزش باد و دماي اين سياره ها به همراه مواد اصلي سازنده و مولکول هاي اتمسفر سياره هاي فرا خورشيدي که چندين سال نوري از زمين فاصله دارند نيز آگاهي يابند. در اين ميان بسياري از سياره هاي فرا خورشيدي همچنان با روش هاي کلاسيک که بر پايه ي حرکت هاي مداري و جابه جايي اندک يک ستاره، در پيوند با تأثيرپذيري نيروهاي کششي سياره هاي ديگر روي مي دهند يافت مي شوند. فضاشناسان با به کار بستن اين روش سياره هاي فرا خورشيدي نويي را يافته اند که سوپر زمين يا ابر زمين نام دارند. اين گونه سياره ها همانگونه که از نام آنها پيداست از زمين ما بزرگتر هستند، اما از سياره هاي گازي بسيار کوچکترند. با اينکه ابر زمين ها شبيه به سياره هايي که ما از سامانه خورشيدي خود مي شناسيم نيستند، اما شايد پژوهش هاي آينده نشان دهند که اين گونه سياره ها در زمره سياره هاي بسيار عادي در کهکشان باشند.

سياره هاي صخره اي
 

در سال 2008 فضاشناسان 3 ابر زمين در کهکشان هاي دور دست در فاصله 42 سال نوري از زمين يافتند. هر سه اين سياره ها به دور ستاره HD 40307 که اندکي کوچکتر از خورشيد ماست درگردشند. اين 3 سياره هر کدام بين 4/2 تا 6/4 بار بزرگتر از زمين ما هستند و در مداري بسيار نزديک به ستاره ي خود مي گردند. زمان يک دور گردش اين سياره ها به دور خورشيدشان نيز بين 4 روز تا 3 هفته است. نزديکي اين سياره ها به ستاره شان گوياي گرماي بسيار بالاي آنهاست که خود گوياي گرماي آنست که هيچ فرمي از زندگي نمي تواند در آنها جريان داشته باشد. در اين ميان شايد مهمترين رويداد اين باشد که دانشمندان با پيدا کردن اين گونه سياره ها که چون زمين در مدار خورشيدشان در گردشند، شايد روزي سياره هايي از اين دست را بيابند که در آنها امکان زندگي نيز فراهم باشد. به باور فضاشناسان، ابر زمين ها بر دو دسته اند. دسته نخست سياره هاي صخره اي چون زمين هستند و دسته دوّم سياره هايي که بيش از 10 درصد از جرمشان از آب و يا يخ درست شده است. در اين ميان با اينکه سياره هاي صخره اي چون زمين نيز مي تواند در بردارنده ي درياها و اقيانوس ها باشند، اما سياره هاي آبي و يا دريايي بي گمان داراي اقيانوس هايي بسيار ژرف با حجم بزرگي از يخ در زير فشاري بسيار سنگين هستند. امروزه دانشمندان با پژوهش هاي گسترده خود همچنان در حال يافتن سياره هاي نو در کهکشان هستند. هم اکنون شمار سياره هاي فراخورشيدي به ثبت رسيده به 344 رسيده که به گرد مدارهاي 292 ستاره در گردشند. اين بدان معناست که ما هم اکنون ستاره هاي فراواني را مي شناسيم که هر کدام بيش از يک سياره در مدار خود دارند. با اين حال در اين ميان شمار بيش از 300 سياره از سياره هاي نام برده همچنان در زمره ي سياره هاي گازي در اندازه ي ژوپيتر جاي دارند، چرا که يافتن اين گونه سياره ها نيز آسان تر از گونه هاي ديگر است. آسان تر بودن يافتن چنين سياره هايي نيز بدان انگيزه است که اين گونه سياره هاي بزرگ تأثير بيشتري روي ستاره هاي خود دارند. در اين زمينه واپسين يافته هاي فضاشناسان سخن از آن دارند که سياره هاي کوچکتري از اين دسته نيز در کهکشان يافت مي شوند که با به کار بستن روش هاي نوين چون به کارگيري تلسکوپ هيا فضايي در آينده يافت خواهند شد. هم اکنون دانشمندان با پژوهش هاي گسترده ي خود به پيروزي هاي بزرگي در زمينه نگاره برداي از سياره هاي فرا خورشيدي دست يافته اند. اين پيروي با توجه به فاصله بسيار زياد اين گونه سياره ها که چندين سال نوري با زمين فاصله دارند و با نگرش به نور بسيار اندکي که از اين سياره ها به ما مي رسد پيروزي بزرگي به شمار مي آيد. نخستين نگاره ها از سياره هاي فرا خورشيدي که در مدار ستاره ي Fomalhaut و ستاره ي HR8799 جاي دارند گرفته شده اند. دراين ميان فومال هاوت يک ستاره ي جوان و در فاصله تنها 25 سال نوري از زمين است. اين ستاره آن چنان جوان است که همچنان داراي مداري از گاز و غبار است و درست در همين غبارهاست که دانشمندان سياره اي نو را يافته اند. دانشمندان پيش از اين در سال 2005 نيز گمانه زني هايي درباره ي وجود اين سياره داشتند، چرا که در مدار يا حلقه غبارآلود گرداگرد اين ستاره نيز مرز ديگري از غبار ديده شده بود که به باور دانشمندان مي توانست نشان دهنده ي نيروهاي کششي يک سياره ديگر باشد. پس از آن دانشمند فضاشناس آقاي poul kalas با پژوهش در نگاره هايي که درسال هاي 2004 تا 2006 گرفته شده بود پرداخت. با اين حال دانشمندان نخست در ماه نوامبر سال 2008 با اطمينان بالا نگاره اي را به چاپ رسانيدند که نشان دهنده ي حرکت هاي سياره بين سال هاي 2004 تا 2006 بود. اين نگاره با تکنيکي ويژه که در آن براي بالاتر بودن دقّت نور ستاره هاي ديگر از نگاره فيلتر مي شوند گرفته شده است. دراين ميان دانشمندان همچنين توانسته اند از 3 سياره فراخورشيدي ديگر که هر 3 از هرمز سنگين ترند و به گرد ستاره HR8799 (که ستاره اي جوان و پر نور از خورشيد است) در گردشند نيز نگاره برداري نمايند. اين 3 سياره داراي فاصله اي ميان 24 تا 68 برابر فاصله زمين تا خورشيد تا ستاره خود هستند. زمان هر بار گردش اين سياره ها به گرد خورشيدشان نيز بين 100 تا 460 سال است. به همين انگيزه مي توان گفت که 3 سياره نام برده، سياره هاي گازي بسيار سردي هستند.
 

رصد اتمسفر
 

يکي ديگر از گام هاي بسيار بزرگ در زمينه پژوهش در کيهان يافتن بخارآب، گاز متان و دي اکسيد کربن در اتمسفر يک سياره فرا خورشيدي است که از راه به کارگيري روش هاي نگاره برداري گرمايي تلسکوپ Splitzer به دست آمده است. در اين نگاره ها سياره اي ديده مي شود که به گرد ستاره ي HD189733 که 63 سال نوري از زمين فاصله دارد در گردش است. دراينجا سخن از يک ستاره دو تايي است که دربردارنده ي يک ستاره ي نارنجي رنگ با اندازه اي اندکي کوچکتر از خورشيد است که از فاصله ي دور يک ستاره ي کوتوله سرخ رنگ را نيز در مدار خود دارد (ستاره هاي دو تايي به ستاره هايي نسبتاً بزرگ گفته مي شود که در فاصله اي نزديک به دور مرکز ثقلشان در گردشند و مدار آنها مشخص کننده ي جرم آنهاست. به ستاره هاي کوچکتر از اين دست نيز ستاره هاي همدم گفته مي شود). سياره HD189733b در فاصله اي بسيار نزديک به گرد ستاره نارنجي در گردش است و زمان يک دور گردش آن به دور ستاره ي خود تنها 2/2 شبانه روز است. اين سياره اندکي بزرگتر از ژوپيتر است و به انگيزه ي فاصله ي کم آن با ستاره اش، دماي آن نزديک به 1000 درجه سانتي گراد است. پس در اين سياره نيز امکان زندگي يافت نمي شود. با اين حال يافتن گاز متان در اين سياره نيز فضاشناسان را به شگفتي انداخته است، چرا که اين گاز بر روي زمين به دو گونه يافت مي شود. يکي گونه ي نخستين که از ديرباز بر اثر واکنش هاي بيولوژيکي بر روي زمين بوده است و ديگري گونه اي که بر پايه ي پروسه هاي گوناگون زمين شناسي بر روي زمين پديد آمده است. پديد آمدن گاز متان بر روي يک سياره گازي نيز با اين دما با هيچ يک از گونه هايي که ما از زمين مي شناسيم همخواني ندارد. به همين انگيزه فضاشناسان بر پايه ي دماي بالاي اين سياره بيشتر در انتظار يافتن دي اکسيد کربن بودند تا گاز متان.

سياره هاي گذري
 

سياره HD 189733b يک Transit Planet يا يک سياره ي گذري است. (گذرهاي سياره اي از پديده هاي کمياب آسمانند و از ديد بيننده ي زميني تنها براي دو سياره تير و ناهيد قابل ديد هستند. از اين گذشته گذرها پديده هايي چون خورشيد گرفتگي يا خورگير هستند). تفاوت خورشيد گرفتگي با ستاره گرفتگي گذري در آنست که در يک خورشيد گرفتگي کامل، ماه تمام خورشيد را مي پوشاند و ديگر نوري از خورشيد به زمين نمي رسد، اما سياره هاي گذري به انگيزه دوري آنها از زمين در يک ستاره گرفتگي تنها لکه اي کوچک بر روي ستاره خود ايجاد مي کنند. سياره HD189733b در هنگام ديدن از روي زمين با فاصله هاي معين درست جلو ستاره خود جاي مي گيرد و بدين روي تا اندازه اي جلو نور ستاره خود را مي گيرد. اين گونه سياره ها با اين حرکت مداري خود کمک درخوري در راه اندازه گيري هاي گوناگون فضا شناسان در زمينه هاي اندازه گيري دما و اندازه سياره به شمار مي آيند. سياره ي نام برده از سوي ديگر يک سياره ي فراخورشيدي است و دانشمندان بسياري از روش هاي اندازه گيري نو را درباره ي آن به کار بسته اند. يکي از اين روش ها، روش خورشيد يا ستاره گرفتگي دومي يا Secundary eclipse نام دارد که از سال 2006 براي سياره هاي فرا خورشيدي کاربرد داشته است. دراين روش تفاوت ميان نوردهي خورشيد يا ستاره گرفتگي اصلي يا کامل که به انگليسي Primary eclips نام دارد با خورشيد گرفتگي دوّم اندازه گيري شده و بدين روي اندازه ي سياره محاسبه مي شود. (ستاره گرفتگي دوّم هنگامي است که سياره در پس ستاره جاي مي گيرد و ديگر قابل ديد نيست). يک ستاره گرفتگي دوّم موقعيتي درخشان براي اندازه گيري پرتوهاي فرا سرخ که از خود سياره فرستاده مي شوند را در اختيار پژوهشگران مي گذارد. در هنگامي که سياره هاي فرا خورشيدي در پشت ستاره خود نيستند، ما مي توانيم نور و پرتوهاي فرا سرخ را از ستاره و سياره دريافت کنيم. اين درحالي است که در هنگامي که سياره در پشت ستاره خود پنهان است، تنها نور ستاره به ما مي رسد. با مقايسه اين دو نور مي توان به نور سياره فراخورشيدي دست يافت. اين روش از آنجا که سياره هاي فراخورشيدي گرم پرتو افشاني بسيار زيادي در دامنه پرتوهاي فراسرخ دارند شيوه ي بسيار کارآمدي در اندازه گيري به شمار مي آيد. با به کارگيري روش نام برده دماي سياره ي HD189733b برابر با 1000 درجه سانتيگراد اندازه گيري شده است.

اندازه گيري قطبي
 

يکي ديگر از روش هاي اندازه گيري نور سياره هاي فرا خورشيدي روش Polarimety يا روش اندازه گيري قطبي يا قطبش دانش فيزيک است. اين روش جهت نوسان را در صفحه ي عمود بر انتشار موج نشان مي دهد. در الکترومغناطيس قطبش يک موج الکترومغناطيسي مانند نور نشان دهنده ي جهت بردار ميدان الکتريکي آن نسبت به راستاي انتشار است. در امواج قطبش هاي گوناگوني چون قطبش خطي، گرد و بيضوي قابل ديدن هستند. دانشمندان با آگاهي از اينکه نوري که از اتمسفر سياره به بيرون مي تابد پولاريزه مي شود (نور مستقيم ستاره داراي اين ويژگي نيست) به آساني مي توانند تفاوت ميان نور سياره هاي فرا خورشيدي از نور ستاره را بيابند. با به کار بسيتن اين روش براي سياره HD 189733b دانشمندان به زودي دريافتند که قطر اين سياره يک و نيم برابر بزرگتر از سياره ي ژوپيتر است. بدين روي فضاشناسان دريافتند که اندازه اين سياره با به کارگيري اين روش نزديک به 30% بزرگتر از آنست که با روش اندازه گيري از راه ستاره گرفتگي به دست آمده بود. بد نيست بدانيد که با به کارگيري اين روش اندازه سياره و اتمسفر آن با هم به دست مي آيند، ولي با روش اندازه گيري از راه ستاره گرفتگي تنها اندازه خود سياره به دست مي آيد. بدين روي اين اندازه گيري ها از سوي ديگر نشان مي دهند که در اتمسفر اين سياره گرد و غبار فراواني وجود دارد که مي تواند نور را پولاريزه کند. ناگفته نماند که اين گونه گرد و غبار انبوه به همراه گاز متان اين سياره، رنگ سرخ را جذب کرده و رنگ آبي برآمده از نور ستاره را بازتاب مي دهد. بدين روي اگر ما مي توانستيم اين سياره را از نزديک ببينيم، اين سياره بي گمان چون سياره ي نپتون آبي رنگ بود. در روش هاي اندازه گيري نام برده، روش نو اندازه گيري قطبي به گفته بسياري از آگاهان روشي بسيار دقيق است.

پايان سخن
 

هم اکنون تلسکوپ فضايي فرا سرخ اسپليتزر نگاره هاي فراواني از سياره ي HD189733b را به زمين فرستاده است. دانشمندان با کمک اين نگاره ها توانسته اند يک نقشه ي دقيق گرمايي از اين سياره که داراي فاصله اي نزديک به ستاره خود است را آماده سازند. نزديکي اين سياره به ستاره خود بدين معناست که اين سياره داراي مدار گردشي يکساني است. بدين روي همواره تنها يک سوي آن به روي ستاره جاي مي گيرد. با اين حال اين سوي اين سياره تنها سمت گرم آن نيست، چرا که بادهاي تندي که در سطح آن جريان دارند بزودي هواي گرم را به سراسر آن مي رسانند. بدين روي دانشمندان به گونه اي توانسته اند يک هواشناسي کهکشاني را سامان دهند.
منبع: ماهنامه ي نوآور، شماره ي 67.