مشتری هاي داغ
نويسنده: کرول استات
ترجمه: شادي حامدي آزاد
ترجمه: شادي حامدي آزاد
يکي از شگفتي هاي عالم ما مشتري هاي داغ اند؛ سيارات پرجرمي که در فاصله اي کم به دور ستاره هاي دوردست مي گردند و تازه در همين چند سال اخير کشف شده اند.
فقط پانزده سال پيش، اخترشناسان تصور مي کردند که منظومه شمسي ما نمونه اي کامل از منظومه هاي سياره اي موجود در عالم است. آنها بر اين باور بودند که هر منظومه اي که سرانجام به دور ديگر ستاره هاي عالم پيدا شود، حتماً سياراتي مشابه سيارات منظومه شمسي دارد. اين منظومه ها بايد شامل گروه کوچکي از سيارات سنگي زمين مانند باشند که نزديک به ستاره شان در مدار مي گردند و گروه کوچک ديگري از سيارات غول پيکر گازي که درنواحي دورتر و سرد تر منظومه در گردش اند. همچنين دانشمندان پيش بيني مي کردند که اين منظومه ها، مانند منظومه ما، قرص شکل و مدارهاي سيارات هم تقريباً دايره اي باشند. شايد نوعي نظم هم وجود داشته باشد، درست مانند منظومه ما که در آن مدار هر سياره نسبت به سياره دروني تر خودش75 درصد از خورشيد دورتر است.
همچنين کشف سياراتي که به ستارشان نزديک اند و دوري تناوب کوتاهي دارند نسبت به سياراتي که دور از ستاره شان و در مدتي طولاني تر مي گردند آسان تر است. کم جرم ترين سياره اي که تا به حال کشف شده است 1/9 برابر زمين جرم دارد. اما پيش بيني مي شود که تلسکوپ فضايي تازه پرتاب شده کپلر در يافتن سيارات کم جرم تر، و حتي شايد سيارات هم جرم زمين کمک کند.
برخي از منظومه هاي سياره اي تازه کشف شده مانند منظومه شمسي ما چندين سياره دارند، اما اخترشناسان از اين موضوع شگفت زده اند که اين منظومه ها اصلاً شبيه منظومه ما نيستند در عوض، در بسياري از اين منظومه هاي جديد سيارات پرجرم در فاصله اي بسيار نزديک تر ازآنچه انتظار داريم به دور ستاره مادر خود مي گردند. برخلاف مشتري و زحل که در فاصله هايي بيش از 5 واحد نجومي(هر واحد نجومي حدود 150 ميليون کيلومتر است) به دور خورشيد مي گردند، در بسياري از اين منظومه هاي جديد سيارات غول پيکر در فاصله هايي بسيار نزديک تر(حدود 0/1 واحد نجومي) به دور ستاره شان مي گردند.سياراتي با جرم هاي مشابه مشتري هر چند روز يکبار به دور ستاره مادر خود مي گردند و نه هر چند دهه يک بار -مانند مشتري و زحل خودمان. اين نوع سيارات فراخورشيدي را در مجموع «مشتري هاي داغ» مي نامند. «داغ» به سبب نزديکي بيش از حد به ستاره شان که دما را در آنها بسيار بالا مي برد «مشتري» به سبب جرم شان. دانش ما درباره اين مشتري هاي داغ محدود است. با مشاهده نحوه ي حرکت ستاره مرکزي منظومه در حين حرکت سياره مي توانيم به حد پايين جرم اين سيارات پي ببريم. گاهي اوقات ستاره به سوي ما حرکت مي کند و نورش به سوي انتهاي آبي طيف منتقل مي شود و اگر از ما دور شود شاهد انتقال به سرخ خواهيم بود. اين همان اثر دوپلر است(درباره اثر دوپلر نجوم شماره 195، ص 26 را ببينيد).
بررسي اين تغييرات طيفي و زمان سنجي آنها به درک شکل مدار اين سيارت و حد پايين جرم آنها کمک مي کند. در برخي موارد نادر نه تنها شاهد اثر دوپلر مستقيم هستيم، بلکه همچنين گرفت حاصل از گذر سياره از مقابل قرص ستاره را نيز مشاهده خواهيم کرد. اين گذر موجب اندکي افت درخشندگي ستاره مي شود. البته اين فقط زماني اتفاق مي افتد که زمين در امتداد صفحه مداري اين منظومه قرار داشته باشد. اگر اين اتفاق رخ بدهد مي توانيم اندازه سياره را نيز به دست آوريم و با دانستن جرمش به چگالي آن نيز پي ببريم.
پرسش بزرگ درباره اين مشتري هاي داغ اين است که آنها چگونه در مدارهايي اين چنين نزديک به ستاره شان قرار گرفته اند؟ بيشتر اخترشناسان بر اين باورند که چگالي سحابي هاي پيش سياره اي -ابر گاز و غباري که فشرده مي شود و سيارات را شکل مي دهد- معمولاً در اين نواحي دروني بسيار کمتر ازآن است که اين مشتري هاي داغ در آنجا شکل بگيرند. آنها بايست خارج از اين ناحيه شکل گرفته و سپس به اين نواحي دروني مهاجرت کرده باشند.
در سحابي پيش سياره اي منظومه شمسي هرچه از مرکز فاصله مي گرفتيد دما کمتر مي شد. در ناحيه فراتر از کمربند امروزي سيارک ها دما چنان پايين بود که ذرات غبار و دانه هاي برف مانند هر دو منقبض مي شدند. سپس اين ذرات به هم پيوستند تا هسته هاي سياراتي مانند مشتري را بسازند و وقتي اين هسته ها به اندازه مشخصي رسيدند شروع به جذب گازهاي هيدروژن و هليوم کردند. محصول نهايي سيارات مشتري، زحل، اورانوس و نپتون بودند.
در اين مرحله، خورشيد مرکزي وارد مرحله اي از تحول خود به نام مرحله تي-ثوري شد. ستاره هاي تي–ثوري ستاره هاي بسيار جوان و بسيار فعالي اند که مقادير عظيمي از مواد سطح شان را به فضا پرتاب مي کنند. اين تندباد ستاره اي هر آنچه از سحابي سياره ساز باقي مانده جاروب مي کند و مي برد و به اين ترتيب سيارات به ثبات مي رسند. هرچند، اگر اين مرحله تي-ثوري به هر علت به تأخير بيفتد، سيارات تازه شکل گرفته در فضايي نسبتاً خالي در مدار نمي گردند بلکه در ميان ابرگازي چگالي حرکت مي کنند. اصطکاک بين اين سيارات تازه شکل گرفته و ابر گازي، انرژي سياره اي را مي گيرد و موجب مي شود که مدار سيارات جديد دايره اي تر و به آهستگي کوچک تر شود. نتيجه اين است که سيارات جديد به سوي ستاره مرکزي مهاجرت مي کنند و اين روند فقط زماني متوقف مي شود که باد تي-ثوري وزيدن بگيرد و ابرگازي از ميان برود. به سبب رخ دادن همين فرايند، طي بيش از چند ميليون سال، است که سياره اي هم جرم مشتري از نواحي خارجي منظومه سياره اي به مداري بسيار نزديک به ستاره اش مهاجرت مي کند. اگر مرحله تي-ثوري زود آغاز شود، غول گازي در نواحي خارجي منظومه باقي مي ماند. لازم نيست بگويم که اگر مرحله تي-ثوري زيادي به تأخير بيفتد سياره به درون ستاره سقوط مي کند.
منبع: نجوم، شماره 197.
فقط پانزده سال پيش، اخترشناسان تصور مي کردند که منظومه شمسي ما نمونه اي کامل از منظومه هاي سياره اي موجود در عالم است. آنها بر اين باور بودند که هر منظومه اي که سرانجام به دور ديگر ستاره هاي عالم پيدا شود، حتماً سياراتي مشابه سيارات منظومه شمسي دارد. اين منظومه ها بايد شامل گروه کوچکي از سيارات سنگي زمين مانند باشند که نزديک به ستاره شان در مدار مي گردند و گروه کوچک ديگري از سيارات غول پيکر گازي که درنواحي دورتر و سرد تر منظومه در گردش اند. همچنين دانشمندان پيش بيني مي کردند که اين منظومه ها، مانند منظومه ما، قرص شکل و مدارهاي سيارات هم تقريباً دايره اي باشند. شايد نوعي نظم هم وجود داشته باشد، درست مانند منظومه ما که در آن مدار هر سياره نسبت به سياره دروني تر خودش75 درصد از خورشيد دورتر است.
خانه خودمان؟
همچنين کشف سياراتي که به ستارشان نزديک اند و دوري تناوب کوتاهي دارند نسبت به سياراتي که دور از ستاره شان و در مدتي طولاني تر مي گردند آسان تر است. کم جرم ترين سياره اي که تا به حال کشف شده است 1/9 برابر زمين جرم دارد. اما پيش بيني مي شود که تلسکوپ فضايي تازه پرتاب شده کپلر در يافتن سيارات کم جرم تر، و حتي شايد سيارات هم جرم زمين کمک کند.
برخي از منظومه هاي سياره اي تازه کشف شده مانند منظومه شمسي ما چندين سياره دارند، اما اخترشناسان از اين موضوع شگفت زده اند که اين منظومه ها اصلاً شبيه منظومه ما نيستند در عوض، در بسياري از اين منظومه هاي جديد سيارات پرجرم در فاصله اي بسيار نزديک تر ازآنچه انتظار داريم به دور ستاره مادر خود مي گردند. برخلاف مشتري و زحل که در فاصله هايي بيش از 5 واحد نجومي(هر واحد نجومي حدود 150 ميليون کيلومتر است) به دور خورشيد مي گردند، در بسياري از اين منظومه هاي جديد سيارات غول پيکر در فاصله هايي بسيار نزديک تر(حدود 0/1 واحد نجومي) به دور ستاره شان مي گردند.سياراتي با جرم هاي مشابه مشتري هر چند روز يکبار به دور ستاره مادر خود مي گردند و نه هر چند دهه يک بار -مانند مشتري و زحل خودمان. اين نوع سيارات فراخورشيدي را در مجموع «مشتري هاي داغ» مي نامند. «داغ» به سبب نزديکي بيش از حد به ستاره شان که دما را در آنها بسيار بالا مي برد «مشتري» به سبب جرم شان. دانش ما درباره اين مشتري هاي داغ محدود است. با مشاهده نحوه ي حرکت ستاره مرکزي منظومه در حين حرکت سياره مي توانيم به حد پايين جرم اين سيارات پي ببريم. گاهي اوقات ستاره به سوي ما حرکت مي کند و نورش به سوي انتهاي آبي طيف منتقل مي شود و اگر از ما دور شود شاهد انتقال به سرخ خواهيم بود. اين همان اثر دوپلر است(درباره اثر دوپلر نجوم شماره 195، ص 26 را ببينيد).
بررسي اين تغييرات طيفي و زمان سنجي آنها به درک شکل مدار اين سيارت و حد پايين جرم آنها کمک مي کند. در برخي موارد نادر نه تنها شاهد اثر دوپلر مستقيم هستيم، بلکه همچنين گرفت حاصل از گذر سياره از مقابل قرص ستاره را نيز مشاهده خواهيم کرد. اين گذر موجب اندکي افت درخشندگي ستاره مي شود. البته اين فقط زماني اتفاق مي افتد که زمين در امتداد صفحه مداري اين منظومه قرار داشته باشد. اگر اين اتفاق رخ بدهد مي توانيم اندازه سياره را نيز به دست آوريم و با دانستن جرمش به چگالي آن نيز پي ببريم.
مدارهاي متحرک
پرسش بزرگ درباره اين مشتري هاي داغ اين است که آنها چگونه در مدارهايي اين چنين نزديک به ستاره شان قرار گرفته اند؟ بيشتر اخترشناسان بر اين باورند که چگالي سحابي هاي پيش سياره اي -ابر گاز و غباري که فشرده مي شود و سيارات را شکل مي دهد- معمولاً در اين نواحي دروني بسيار کمتر ازآن است که اين مشتري هاي داغ در آنجا شکل بگيرند. آنها بايست خارج از اين ناحيه شکل گرفته و سپس به اين نواحي دروني مهاجرت کرده باشند.
در سحابي پيش سياره اي منظومه شمسي هرچه از مرکز فاصله مي گرفتيد دما کمتر مي شد. در ناحيه فراتر از کمربند امروزي سيارک ها دما چنان پايين بود که ذرات غبار و دانه هاي برف مانند هر دو منقبض مي شدند. سپس اين ذرات به هم پيوستند تا هسته هاي سياراتي مانند مشتري را بسازند و وقتي اين هسته ها به اندازه مشخصي رسيدند شروع به جذب گازهاي هيدروژن و هليوم کردند. محصول نهايي سيارات مشتري، زحل، اورانوس و نپتون بودند.
در اين مرحله، خورشيد مرکزي وارد مرحله اي از تحول خود به نام مرحله تي-ثوري شد. ستاره هاي تي–ثوري ستاره هاي بسيار جوان و بسيار فعالي اند که مقادير عظيمي از مواد سطح شان را به فضا پرتاب مي کنند. اين تندباد ستاره اي هر آنچه از سحابي سياره ساز باقي مانده جاروب مي کند و مي برد و به اين ترتيب سيارات به ثبات مي رسند. هرچند، اگر اين مرحله تي-ثوري به هر علت به تأخير بيفتد، سيارات تازه شکل گرفته در فضايي نسبتاً خالي در مدار نمي گردند بلکه در ميان ابرگازي چگالي حرکت مي کنند. اصطکاک بين اين سيارات تازه شکل گرفته و ابر گازي، انرژي سياره اي را مي گيرد و موجب مي شود که مدار سيارات جديد دايره اي تر و به آهستگي کوچک تر شود. نتيجه اين است که سيارات جديد به سوي ستاره مرکزي مهاجرت مي کنند و اين روند فقط زماني متوقف مي شود که باد تي-ثوري وزيدن بگيرد و ابرگازي از ميان برود. به سبب رخ دادن همين فرايند، طي بيش از چند ميليون سال، است که سياره اي هم جرم مشتري از نواحي خارجي منظومه سياره اي به مداري بسيار نزديک به ستاره اش مهاجرت مي کند. اگر مرحله تي-ثوري زود آغاز شود، غول گازي در نواحي خارجي منظومه باقي مي ماند. لازم نيست بگويم که اگر مرحله تي-ثوري زيادي به تأخير بيفتد سياره به درون ستاره سقوط مي کند.
منبع: نجوم، شماره 197.
