منذ الاكتشاف التاريخي في عام 1992 من كوكبين يدوران حول نجم خارج نظامنا الشمسيو آلاف العوالم الجديدة تمت إضافتها إلى قائمة متزايدة بسرعة من “الكواكب الخارجية” في مجرة درب التبانة.
لقد تعلمنا أشياء كثيرة من هذا كتالوج واسع من العوالم الغريبة التي تدور حول النجوم الغريبة. لكن هناك تفصيلاً صغيراً يبرز كإبهام مؤلم. لم نجد شيئًا آخر مثل نظامنا الشمسي.
وقد دفع هذا البعض إلى استنتاج أن نجمنا الأصلي وحضنه يمكن أن يكونا متطرفين بطريقة ما – ربما النظام الكوكبي الوحيد من نوعه.
بالامتداد ، قد يعني هذا أن الحياة نفسها هي حالة شاذة ؛ أن الظروف التي شكلت الأرض وقشرة الكيمياء الذاتية التكاثر يصعب تكرارها.
إذا كنت تنظر فقط إلى الأرقام ، فإن التوقعات قاتمة. بهامش كبير ، فإن الكواكب الخارجية الأكثر عددًا التي حددناها حتى الآن هي من نوع غير معروف أنه يساعد على الحياة: عمالقة وكواكب فرعية ، من الغاز وربما تنوع الجليد.
معظم الكواكب الخارجية التي رأيناها حتى الآن تدور حول نجومها بشكل قريب جدًا ، وتعانقهم عمليًا ؛ قريبة جدًا لدرجة أن درجات الحرارة الصاخبة ستكون أعلى بكثير من نطاق صلاحيتها للسكنى المعروف.
من المحتمل أنه مع استمرارنا في البحث ، ستتوازن الإحصائيات وسنرى المزيد من الأماكن التي تذكرنا بالفناء الخلفي الخاص بنا. لكن القضية أكثر تعقيدًا بكثير من مجرد النظر إلى الأرقام. علم الكواكب الخارجية محدود بقدرات تقنيتنا. أكثر من ذلك ، فإن انطباعنا عن التنوع الحقيقي للعوالم الفضائية يخاطر بالحد من خيالنا.
ما هو موجود حقًا في مجرة درب التبانة وما وراءها قد يكون مختلفًا تمامًا عما نراه بالفعل.
التوقعات وكيفية إفشالها
علم الكواكب الخارجية له تاريخ في تخريب التوقعات ، منذ البداية.
“إذا عدت إلى ذلك العالم الذي نشأت فيه عندما كنت طفلاً ، فنحن نعرف فقط نظام كوكبي واحد ،” قال عالم الكواكب جونتي هورنر من جامعة جنوب كوينزلاند لـ ScienceAlert.
“وهكذا كان هذا النوع من الافتراض الضمني ، وأحيانًا الافتراض الصريح ، أن جميع أنظمة الكواكب ستكون على هذا النحو. كما تعلم ، سيكون لديك كواكب صخرية بالقرب من النجم صغيرة جدًا ، وسيكون لديك عمالقة غاز على بعد مسافة طويلة من النجم الذي كان كبيرًا جدًا. وهذا ما ستكون عليه أنظمة الكواكب “.
لهذا السبب ، استغرق العلماء بعض الوقت لتحديد كوكب خارج المجموعة الشمسية يدور حول نجم تسلسل رئيسي ، مثل شمسنا. إذا افترضنا أن أنظمة شمسية أخرى تشبه أنظمتنا ، فإن العلامات المنذرة للكواكب ذات الوزن الثقيل التي تجر على نجومها سوف تستغرق سنوات لرصدها ، تمامًا كما يستغرق عمالقة الغاز لدينا سنوات لإكمال مدارهم.
بناءً على هذه الفترات الطويلة من قياس واحد ، لا يبدو أنه يستحق عناء التدقيق في تاريخ قصير نسبيًا من الملاحظات للعديد من النجوم لفحص النظام الشمسي الزميل في التسلسل الرئيسي بشكل قاطع.
عندما نظروا أخيرًا ، كان ملف كوكب خارج المجموعة الشمسية وجدوه لا يشبه شيئًا ماذا كانوا يتوقعون: عملاق الغاز نصف الكتلة (وضِعف الحجم) من كوكب المشتري يدور في مدار قريب جدًا من نجمه المضيف ، ويساوي عامه 4.2 يومًا ، ويشتعل غلافه الجوي عند درجات حرارة تبلغ حوالي 1000 درجة مئوية (1800 درجة فهرنهايت).
منذ ذلك الحين ، تعلمنا أن هذه الكواكب من النوع “Hot Jupiter” ليست غريبة على الإطلاق. إذا كان هناك أي شيء ، فإنها تبدو شائعة نسبيًا.
نحن نعلم الآن أن هناك تنوعًا أكبر بكثير في المجرة مما نراه في نظامنا المنزلي. ومع ذلك ، من المهم عدم افتراض أن ما يمكننا اكتشافه حاليًا هو كل ما تقدمه درب التبانة. إذا كان هناك أي شيء مثل نظامنا الشمسي ، فمن المحتمل جدًا أنه يتجاوز قدرات الكشف لدينا.
يقول هورنر: “من الصعب جدًا علينا العثور على أشياء مثل النظام الشمسي ، فهي تتجاوزنا قليلاً من الناحية التكنولوجية في الوقت الحالي”.
“من غير المرجح أن يتم التقاط الكواكب الأرضية من أي من الدراسات الاستقصائية التي أجريناها حتى الآن. من غير المحتمل جدًا أن تتمكن من العثور على الزئبقو كوكب الزهرةوالأرض و المريخ حول نجم مثل الشمس “.
كيف تجد كوكب
لنكن واضحين تمامًا: الاساليب التي نستخدمها للكشف عن الكواكب الخارجية ذكية بشكل لا يصدق. يوجد حاليًا نوعان من وحدات العمل الخاصة بمجموعة أدوات اكتشاف الكواكب الخارجية: طريقة العبور وطريقة السرعة الشعاعية.
في كلتا الحالتين ، أنت بحاجة إلى تلسكوب حساس للتغييرات الدقيقة جدًا في ضوء النجم. ومع ذلك ، لا يمكن أن تكون الإشارات التي يبحث عنها كل شخص أكثر اختلافًا.
بالنسبة لطريقة العبور ، ستحتاج إلى تلسكوب يمكنه إبقاء النجم ثابتًا في عرضه لفترة طويلة من الزمن. هذا هو السبب في أن أدوات مثل القمر الصناعي لمسح الكواكب الخارجية العابر (TESS) التابع لوكالة ناسا الفضائية هو مركز قوي قادر على الإغلاق على جزء من السماء من أجل أكثر من 27 يومًا دون أن يقطعها دوران الأرض.
غزو علم الفلك gif واحد خارج المجموعة الشمسية في وقت واحد! هذه المرة مع صورة متحركة توضح طريقة العبور لاكتشاف الكواكب الخارجية pic.twitter.com/2ZHv24DRTH
– أليسا أوبرتاس (محاكاة ساخرة) (AstroAlysa) 1 سبتمبر 2021
الهدف من هذه الأنواع من التلسكوبات هو تحديد إشارة العبور – عندما يمر كوكب خارج المجموعة الشمسية بيننا وبين نجمه المضيف ، مثل سحابة صغيرة تحجب بعض أشعة الشمس. هذه الانخفاضات في الضوء صغيرة ، كما يمكنك أن تتخيل. ومضة واحدة غير كافية للاستدلال بثقة على وجود كوكب خارج المجموعة الشمسية ؛ هناك العديد من الأشياء التي يمكن أن تخفت ضوء النجم ، والعديد منها أحداث لمرة واحدة. تعتبر عمليات العبور المتعددة ، خاصة تلك التي تظهر دورية منتظمة ، هي المعيار الذهبي.
لذلك ، فإن الكواكب الخارجية الأكبر حجمًا الموجودة في فترات مدارية قصيرة ، أقرب إلى نجومها من عطارد هي الشمس (بعضها أقرب كثيرًا ، في مدارات تقل عن أسبوع أرضي واحد) ، مفضلة في البيانات.
في حال فاتتك ، فإن ملفي gif الذي يوضح كيفية اكتشاف الكواكب الخارجية عبر طريقة السرعة الشعاعية متاح الآن في الوضع المظلم! pic.twitter.com/P4yvXQVSUt
– أليسا أوبرتاس (محاكاة ساخرة) (AstroAlysa) 15 أغسطس 2022
تكتشف طريقة السرعة الشعاعية تذبذب النجم الناجم عن جاذبية كوكب خارج المجموعة الشمسية أثناء تأرجحه في مداره. نظام الكواكب ، كما ترى ، لا يدور في الحقيقة حول نجم ، بقدر ما يرقص في خلط منسق. يدور النجم والكواكب حول مركز ثقل مشترك يعرف باسم مركز الثقل. للنظام الشمسي، هذه نقطة قريبة جدًا جدًا من سطح الشمس ، أو خارجها مباشرة ، ويرجع ذلك أساسًا إلى تأثير كوكب المشتري، الذي أكثر من مرتين كتلة كل الكواكب المتبقية مجتمعة.
على عكس حدث وميض العبور ، فإن التحول في موضع النجم هو تغيير مستمر لا يتطلب مراقبة مستمرة لتلاحظه. يمكننا اكتشاف حركة النجوم البعيدة التي تدور حول مراكزها الباريونية بسبب تلك الحركة يغير ضوءهم بسبب شيء يسمى تأثير دوبلر.
عندما يتحرك النجم نحونا ، فإن موجات الضوء القادمة في اتجاهنا تنضغط قليلاً ، نحو الطرف الأكثر زرقة من الطيف ؛ عندما تتحرك بعيدًا ، تمتد الموجات نحو الطرف الأحمر. يشير “التذبذب” المنتظم في ضوء النجم إلى وجود رفيق مداري.
مرة أخرى ، تميل البيانات إلى تفضيل الكواكب الأكبر التي لها تأثير جاذبية أقوى ، على مدارات أقصر وأقرب إلى نجمها.
بصرف النظر عن هاتين الطريقتين البارزتين ، من الممكن في بعض الأحيان تصوير كوكب خارج المجموعة الشمسية مباشرة أثناء دورانه حول نجمه. على الرغم من أنه من الصعب للغاية القيام به ، إلا أنه قد يصبح أكثر شيوعًا في عصر JWST.
وفقًا لعالم الفلك دانييل بايليس من جامعة وارويك في المملكة المتحدة ، فإن هذا النهج سيكشف عن فئة معاكسة تقريبًا من كوكب خارج المجموعة الشمسية إلى مجموعة متنوعة المدار القصير. من أجل رؤية كوكب خارج المجموعة الشمسية دون أن يغمره وهج نجمه الأم ، يحتاج الجسمان إلى فصل واسع جدًا. وهذا يعني أن طريقة التصوير المباشر تفضل الكواكب في مدارات طويلة نسبيًا.
ومع ذلك ، لا يزال من السهل رصد الكواكب الخارجية الأكبر من خلال هذه الطريقة لأسباب واضحة.
يوضح بايليس: “لكل طريقة من طرق الاكتشاف انحيازاتها الخاصة”.
ويضيف أن الأرض مع حلقة مدتها عام حول الشمس تقع بين طرفي مدار مداري مفضل بواسطة تقنيات الكشف المختلفة ، لذلك “لا يزال العثور على كواكب ذات مدار عام واحد أمرًا صعبًا للغاية”.
ماذا يوجد هناك؟
حتى الآن، المجموعة الأكثر عددًا من الكواكب الخارجية هي فئة غير ممثلة حتى في النظام الشمسي. هذا هو كوكب نبتون الصغير – الكواكب الخارجية المغطاة بالغاز والتي هي أصغر من نبتون وأكبر من حجم الأرض.
تقع معظم الكواكب الخارجية المؤكدة في مدارات أقصر بكثير من الأرض ؛ في الواقع ، أكثر من نصفهم لديهم مدارات أقل من 20 يومًا.
وجدنا معظم الكواكب الخارجية تدور حول نجوم منفردة ، مثل شمسنا. أقل من 10 في المائة في الأنظمة متعددة النجوم. بعد ممعظم النجوم في مجرة درب التبانة هي أعضاء في أنظمة متعددة النجوم ، مع تقديرات تصل إلى 80 في المائة في شراكة تدور حول نجم واحد آخر على الأقل.
فكر في ذلك للحظة. هل يعني ذلك أن الكواكب الخارجية أكثر شيوعًا حول النجوم الفردية – أو أن اكتشاف الكواكب الخارجية حول نجوم متعددة أصعب؟ يمكن أن يؤدي وجود أكثر من مصدر واحد للضوء إلى تشويه أو حجب الإشارات المتشابهة جدًا (ولكن الأصغر كثيرًا) التي نحاول اكتشافها من الكواكب الخارجية ، ولكن قد يكون أيضًا سببًا في أن الأنظمة متعددة النجوم تعقد تكوين الكواكب بطريقة ما.
وهذا يعيدنا إلى الوطن مرة أخرى ، إلى نظامنا الشمسي. بقدر ما يبدو المنزل غريبًا في سياق كل ما وجدناه ، فقد لا يكون غير شائع على الإطلاق.
يقول بايليس: “أعتقد أنه من العدل أن نقول إن هناك بالفعل أنواعًا شائعة جدًا من الكواكب مفقودة من نظامنا الشمسي”.
“الكواكب الفائقة التي تشبه الأرض إلى حد ما ولكن نصف قطرها ضعف ، وليس لدينا أي شيء من هذا القبيل. ليس لدينا هذه النبتون الصغيرة. لذلك أعتقد أنه من العدل أن نقول إن هناك بعضًا شائعًا جدًا الكواكب التي لا نراها في نظامنا الشمسي.
“الآن ، سواء كان ذلك يجعل نظامنا الشمسي نادرًا أم لا ، أعتقد أنني لن أذهب إلى هذا الحد. لأنه قد يكون هناك الكثير من النجوم الأخرى التي لديها مجموعة من الكواكب من نوع النظام الشمسي التي لم نرها بعد . “
على وشك الاكتشاف
تم اكتشاف الكواكب الخارجية الأولى قبل 30 عامًا فقط وهي تدور حول أ النجم النابض، نجم يختلف تمامًا عن نجمنا. منذ ذلك الحين ، تحسنت التكنولوجيا بعيدًا عن الأنظار. الآن بعد أن عرف العلماء ما الذي يبحثون عنه ، يمكنهم ابتكار طرق أفضل وأفضل للعثور عليها حول تنوع أكبر من النجوم.
ومع تقدم التكنولوجيا ، تزداد أيضًا قدرتنا على إيجاد عوالم أصغر وأصغر.
هذا يعني أن علم الكواكب الخارجية قد يكون على وشك اكتشاف آلاف العوالم المخفية عن رؤيتنا الحالية. كما يشير هورنر ، في علم الفلك ، هناك أشياء صغيرة أكثر من الأشياء الكبيرة.
نجوم القزم الحمراء هي خير مثال على ذلك. إنها أكثر أنواع النجوم شيوعًا في مجرة درب التبانة – وهي صغيرة جدًا ، حتى نصف كتلة الشمس تقريبًا. إنها صغيرة وخافتة لدرجة أننا لا نستطيع رؤيتها بالعين المجردة ، ومع ذلك فهي مسؤولة ما يصل إلى 75 في المئة من كل النجوم في المجرة.
في الوقت الحالي ، عندما يتعلق الأمر بالفهم الإحصائي للكواكب الخارجية ، فإننا نعمل بمعلومات غير كاملة ، لأن هناك أنواعًا من العوالم لا يمكننا رؤيتها.
هذا لا بد أن يتغير.
“لدي هذا الشعور المزعج أنك إذا عدت بعد 20 عامًا ، فسوف تنظر إلى تلك العبارات التي تفيد بأن نبتون الصغيرة هي النوع الأكثر شيوعًا من الكواكب التي لديها قدر من الشك بقدر ما تنظر إليه من بيانات من في أوائل التسعينيات من القرن الماضي قالت إنك ستحصل فقط على كواكب صخرية بجوار النجم ، “أخبر هورنر موقع ScienceAlert.
“الآن ، يمكن إثبات أنني على خطأ. هذه هي الطريقة التي يعمل بها العلم. ولكن تفكيري هو أنه عندما نصل إلى النقطة التي يمكننا فيها اكتشاف أشياء بحجم الأرض وأصغر ، سنجد أن هناك المزيد من الأشياء التي بحجم الأرض وأصغر من الأشياء الموجودة في حجم نبتون. “
وربما سنجد أن نظامنا الكوكبي الصغير غريب الأطوار ، بكل مراوغاته وعجائبه ، ليس وحيدًا في الكون بعد كل شيء.
“هواة الإنترنت المتواضعين بشكل يثير الغضب. مثيري الشغب فخور. عاشق الويب. رجل أعمال. محامي الموسيقى الحائز على جوائز.”