אַסטרוֹנוֹמִיָה

איך נוכל לדעת כמה כוכבי לכת יש לכוכב?

איך נוכל לדעת כמה כוכבי לכת יש לכוכב?

חלק מתשובה זו (הדנה במרכז המסה הנע של מערכת השמש שלנו) מסביר שתנועה זו היא דרך אחת שאנחנו יודעים שכוכב מכיל כוכבי לכת:

בונוס: אנו משתמשים בתופעה זו כדי למצוא כוכבי לכת מחוץ למערכת השמש! אם נצפה בכוכב רחוק 'מתנודד' או מתנודד לגבי מיקומו הממוצע, אנו יכולים להשתמש בנתונים אלה כדי להסיק נוכחותו של כוכב לכת אחד או יותר, ולחשב את מסתם.

זה הגיוני בעיניי שנוכל לדעת שיש התחלה כמה כוכבי לכת במסלול סביבו, בהתבסס על האופן שבו הם משפיעים על מיקום הכוכב. אך האם התנועה הזו באמת מדויקת וצפויה מספיק בכדי לאתר כמה כוכבי לכת, וכמה הם גדולים? האם אנו יכולים לייצר "מפה" של מערכת שמש רחוקה על בסיס תנועה זו?

במידת הצורך, אנו יכולים אפילו להגביל את הדיון לכוכבי לכת ש"גדולים "לאיתורם. לדוגמא, האם כאשר אנו מבצעים תרגיל זה על השמש שלנו, האם היינו יכולים לחזות במדויק לפחות את ארבע ענקיות הגז, גם אם לא נוכל להשיג את מרקורי?


מה שאתה מתאר הוא בעיה בסיסית בעיבוד אותות. העברת הדופלר המתבוננת נובעת מתנועת הכוכב במערכת סביב מרכז המסה של המערכת. הכוכב יושפע ממשיכת הכבידה של כל אחד מכוכבי הלכת באותה מערכת, שכל אחד מהם מפעיל משיכה כבידתית המגדילה עם מסת כדור הארץ ויורדת ברדיוס מסלול הכוכב.

התנועה הכוללת של הכוכב תהיה סְכוּם מההשפעות של כל כוכבי הלכת. חשוב לציין כי ההשפעה של כל כוכב לכת תהיה משרעת משלה והיא תהיה תקופתית עם תקופה השווה לתקופת מסלול ההופעה של אותו כוכב לכת.

בואו נדמיין שכל כוכב לכת נמצא במסלול מעגלי (מסלולים אליפטיים מורכבים יותר, אך העיקרון זהה). כל כוכב לכת היה גורם לתנועה מעגלית בכוכב סביב מרכז המסה של צמד כוכבי הכוכב, מה שמוביל לאות דופלר נצפה בעל צורת גל סינוס עם תקופה השווה לתקופת מסלול כדור הארץ. ה אמפליטודה של אותו אות יגדל עם מסת כדור הארץ ויגדל ברדיוס מסלולית יורד.

האות הכללי הוא הסכום על פני כל כוכבי הלכת במערכת. למרבה המזל הפירוק של האות הזה חזרה למרכיביו האינדיבידואליים הוא בעיה דרוסה היטב בפיזיקה, אלקטרוניקה ובתחומים רבים אחרים והיא מכונה ניתוח פורייה. בין אם אתה יכול לשחזר בהצלחה את האותות המקוריים מכל אחד מכוכבי הלכת תלוי כמה זמן תצפית במערכת (באופן אידיאלי אתה רוצה להתבונן לאורך תקופת ההקפה הארוכה ביותר) ובמשרעת האותות בהשוואה לרעש בתצפיות שלך.

באופן כללי קל יותר לשחזר כוכבי לכת בעלי מסה גבוהה עם תקופות מסלול קצרות וקשה יותר לשחזר כוכבי לכת בעלי מסה נמוכה עם תקופות מסלול ארוכות.

התמונה למטה עשויה להועיל. הוא מראה את מסלול מרכז המסה של מערכת השמש בהשוואה למרכז השמש לאורך תקופה של כמה עשורים. שימו לב כיצד השמש מבצעת מסלול מורכב (ביחס למרכז מערכת השמש) בעיקר נגרמת על ידי מסלולו של צדק, אך אז ישנם אותות קטנים יותר, שהונחו על ידי כוכבי הלכת הקטנים יותר. באופן עקרוני, אם תצפית זמן רב יותר מתקופת נפטון והיה לך גלאי שנתן מדידות מושלמות, תוכל לשחזר כמה כוכבי לכת יש במערכת השמש, מה היו תקופות ההקפה שלהם (ואז מהחוק השלישי של קפלר, מה החוק הפרדת כוכב כוכב הלכת היה) ומה היו המוניהם (מוכפל בנטיית מסלוליהם ביחס לקו הראייה של התצפית, שהוא בדרך כלל לא ידוע במדידות הדופלר).

במונחים של מה שיכולנו לראות כיום אם נצפה בשמש ככוכב: בעצם היינו (בהנחה שנצפה במשך 20 שנה) מזהים את צדק די בקלות עם משרעת דופלר של כ- 13 מ / ש. נראה גם שהייתה דריסה באותו של צדק עקב השפעתו של שבתאי, אך נצטרך להתבונן במשך תקופת המסלול של שבתאי על מנת לאשר את נוכחותו של שבתאי, את תקופת מסלולו ומסתו. כוכבי הלכת הפנימיים מייצרים משרעת קטנה מכדי להיראות באמצעות הטכנולוגיה הקיימת כיום. לְמָשָׁל כדור הארץ ייצר נענוע דופלר של משרעת $ 8 $ ס"מ / שנייה, אך הדיוק הנוכחי של מדידות הדופלר מוגבל לכ- 50 ס"מ לשנייה.

משרעת הדופלר ב- m / s עקב כל אחד מכוכבי הלכת (בהנחה שאנו רואים אותם בקצה) הם:

כספית <0.01 ונוס 0.08 כדור הארץ 0.08 מאדים <0.01 צדק 12.5 שבתאי 2.6 אורנוס 0.28 נפטון 0.26

כך שבטכנולוגיה הנוכחית ניתן לזהות רק צדק ושבתאי.

להלן אני מדמה מה יהיה אות הדופלר הנובע משני כוכבי הלכת הללו. אני מקווה שאתה יכול לִרְאוֹת שהאות הכללי מורכב מסופרפוזיציה של שני אותות סינוסים עם תקופות ומשרעות שונות. קיימים מספר רב של כלים חישוביים לביצוע פירוק ארבעה כדי לבסס אותם.


סיווג כוכבי הלכת: כיצד לקבץ כוכבי לכת

עם גילוי אלפי מועמדים לכוכבי לכת, אסטרונומים מתחילים להבין כיצד לקבץ אותם כדי לתאר אותם ולהבין אותם טוב יותר. תוכניות סיווג כוכבי לכת רבות הוצעו לאורך השנים, החל מדע בדיוני וכלה במדעיות יותר. אבל אנחנו עדיין יודעים מעט על כוכבי לכת, וכמה מדענים עדיין מתווכחים מה צריכה להיות ההגדרה של כוכב לכת.


איך אסטרונומים מזהים שלכוכב כוכב לכת שמקיף אותו?

מדהים איזה כושר המצאה אנושי יכול לעלות! במקרה זה, יש לכם אלפי אסטרונומים שמציצים בשמים בכל לילה באמצעות סט כלים קטן יחסית (טלסקופים שאוספים אור או גלי רדיו), ולכן הם מקדישים זמן רב לחשוב על דרכים שונות להשתמש בכלים אלה. היכולת לחוש עצמים קטנים כמו כוכב לכת במרחק של טריליוני קילומטרים באמצעות כלים אלה היא הישג מרכזי.

אתה יכול להבין מה אסטרונומים עושים אם אתה חושב על השמש שלנו ועל כוכבי הלכת שמקיפים אותה. הגדול ביותר מבין כוכבי הלכת הללו הוא צדק. צדק שוקל כאלפית ממשקל השמש, והוא מקיף את השמש כל 11.8 שנים בערך במרחק של 5 יחידות אסטרונומיות (AU, המרחק הממוצע בין כדור הארץ לשמש, שהוא 92,955,800 מייל או 149,597,870 ק"מ) .

השמש אינה מעוגנת בחלל כשצדק מסתובב סביבו. כשצדק נע סביב השמש, צדק מושך את השמש ומניע אותה. המרחק שהוא מושך את השמש הוא פרופורציונלי למשקלם של שני הגופים, ולכן השמש נעה אלפית מהמרחק שעושה צדק. כשצדק נע במסלולו, השמש עוברת במעגל קטן פי 1,000. במילים אחרות, השמש נעה במעגל בקוטר של כ -1,000,000 מייל (1.6 מיליון ק"מ). (לכוכבי הלכת האחרים שמקיפים את השמש יש השפעות גם על תנועת השמש - צדק פשוט יש לו את ההשפעה הגדולה ביותר, ולכן זה מורגש ביותר.)

במונחים אסטרונומיים, 1,000,000 הקילומטרים שהשמש עוברת זעירים. לוקח גם זמן רב להעביר את המרחק הזה (11.8 שנים). עם זאת, עדיין ניתן לזהות תנועות כמו אלה. ישנן שתי דרכים שבהן מישהו יכול לזהות אותן:

  • תנועה מצד לצד - אתה יכול לזהות תנועה מצד לצד פשוט על ידי התבוננות בכוכב, תכנון המסלול שאתה חושב שעליו לעקוב ואז חיפוש אחר וריאציות בנתיב. אם נראה שהכוכב נע מצד לצד מעת לעת, הרי שיש לו & quot & זילוף & quot שכוכב לכת במסלול עשוי לייצר.
  • תנועה מקדימה לאחור - ניתן לזהות תנועה מקדימה לאחור על ידי גילוי תזוזת הדופלר באור שהכוכב מייצר. כשמשהו נע לעברך או רחוק ממך, צבע האור משתנה (ראה כיצד פועל מכ"ם לפרטים). על ידי מדידת שינוי הצבע של כוכב ומחפש תבנית, אתה יכול לזהות תנועה מקדימה לאחור.

ראה קישורים למטה לקבלת פרטים רבים יותר.

כוכב אחד שיש לו נדנוד מורגש מאוד הוא 51 פגסי. הוא מתנדנד כל 4.2 יום, מרמז על כוכב לכת שמקיף אותו במהירות רבה. זה קשה לדמיין, אבל זה הפך את הגילוי לקל מאוד (לעומת 11.8 שנים.). שניים מהקישורים שלהלן מפרטים הרבה על 51 פגסי, כולל טבלה של נתוני התנועה שלה, כמה דיאגרמות נחמדות והנוסחאות שאסטרונומים משתמשים בהן לחישוב מסת כדור ומרחק.


כיצד אסטרונומים גילו לראשונה מים על כוכב-לכת שיכול להיות ראוי למגורים

התרשמות האמן מכוכב K2-18 b, הכוכב המארח שלו וכוכב הלכת הנלווה למערכת זו. קרדיט: ESA / Hubble, M. Kornmesser, המחבר סיפק

עם יותר מ -4,000 כוכבי לכת exoplaneten - כוכבי לכת שמקיפים כוכבים שאינם השמש שלנו - שהתגלו עד כה, זה אולי נראה כאילו אנחנו נמצאים על סף הבירור אם אנחנו לבד ביקום. למרבה הצער, אנחנו לא יודעים הרבה על כוכבי הלכת האלה - ברוב המקרים רק המסה שלהם והרדיוס שלהם.

ההבנה אם כוכב לכת יכול לארח חיים דורשת הרבה יותר מידע. כרגע, פיסת מידע חשובה ביותר שחסרה היא נוכחותם, הרכבם ומבנה האטמוספרות שלהם. סימנים של מים אטמוספריים, חמצן ומתאן יהיו סימנים לכך שכוכב לכת עשוי לתמוך בחיים.

עכשיו הצלחנו בפעם הראשונה לזהות אדי מים באטמוספירה של כוכב לכת שעשוי להיות מיושב. התוצאות שלנו פורסמו בשנת טבע אסטרונומיה.

לאטמוספירה של כוכב לכת תפקיד חיוני בעיצוב התנאים בתוכו - או על פניו, אם יש לו כזה. ההרכב, היציבות והמבנה שלו מספקים רמזים חשובים לגבי איך זה להיות שם. באמצעות מחקרים אטמוספריים, אנו יכולים ללמוד על ההיסטוריה של כדור הארץ, לחקור את יכולת המגורים שלו ובסופו של דבר לגלות סימני חיים.

השיטה העיקרית בה אנו משתמשים בעת בחינת כוכבי לכת היא ספקטרוסקופיית מעבר. זה כולל הסתכלות על אור הכוכבים כשכוכב לכת עובר מול הכוכב המארח שלו. בזמן שהוא עובר, אור הכוכבים מסונן דרך האטמוספירה של כדור הארץ - כאשר האור נקלט או מוסט על סמך התרכובות שהאטמוספירה מורכבת מהן.

לכן האווירה משאירה טביעת רגל אופיינית באור הכוכבים אותו אנו מנסים לצפות. ניתוח נוסף יכול לעזור לנו להתאים טביעת רגל זו לאלמנטים ומולקולות ידועים, כגון מים או מתאן.

כרגע המחקר של אטמוספירות כוכבי לכת מוגבל, מכיוון שמדידה מסוג זה דורשת דיוק גבוה מאוד, שהמכשירים הנוכחיים לא נבנו כדי לספק. אך חתימות מולקולריות ממים נמצאו באטמוספירה של כוכבי לכת גזיים, בדומה ליופיטר או לנפטון. זה מעולם לא נראה בכוכבי לכת קטנים יותר - עד עכשיו.

K2-18 b התגלה בשנת 2015 והוא אחד ממאות "כדור הארץ העל" - כוכבי לכת עם מסה בין כדור הארץ לנפטון - שנמצאו על ידי חלליות קפלר של נאס"א. זהו כוכב לכת שמסתו פי שמונה של כדור הארץ שמקיף כוכב "גמד אדום" כביכול, שהוא קריר בהרבה מהשמש.

עם זאת, K2-18b ממוקם ב"אזור המגורים "של הכוכב שלו, כלומר יש לו את הטמפרטורה הנכונה לתמוך במים נוזליים. בהתחשב במסתו ורדיוסו, K2-18 b אינו כוכב לכת גזי, אלא בעל סבירות גבוהה שיהיה לו משטח סלעי.

פיתחנו אלגוריתמים לניתוח אור הכוכבים המסונן על ידי כוכב לכת זה באמצעות ספקטרוסקופיית מעבר, עם נתונים המסופקים על ידי טלסקופ החלל האבל.

זה איפשר לנו לגילוי מוצלח ראשון של אטמוספירה עם אדי מים סביב כוכב לכת לא גזי, שנמצא גם באזור המגורים של הכוכב שלו.

על מנת להגדיר כי כוכב לכת אקסופלנטי הוא ראוי למגורים, יש רשימה ארוכה של דרישות שיש לעמוד בהן. האחת היא שכוכב הלכת צריך להיות באזור המיושב למגורים בו מים יכולים להתקיים בצורה נוזלית. כמו כן יש צורך שלכוכב הלכת תהיה אווירה שתגן על כדור הארץ מפני כל קרינה מזיקה שמגיעה מכוכבו המארח.

אלמנט חשוב נוסף הוא נוכחותם של מים, חיוניים לחיים כפי שאנו מכירים אותם. למרות שיש עוד קריטריונים רבים למגורים, כמו נוכחות חמצן באטמוספירה, המחקר שלנו הפך את K2-18b למועמד הטוב ביותר עד כה. זהו כוכב הלכת היחיד שממלא שלוש דרישות למגורים: הטמפרטורות הנכונות, האווירה ונוכחות המים.

עם זאת, איננו יכולים לומר, עם הנתונים הנוכחיים, בדיוק מה הסבירות שכדור הארץ יתמוך בחיים. הנתונים שלנו מוגבלים לאזור של הספקטרום - זה מראה כיצד האור מתפרק על ידי אורך הגל - שם המים שולטים, כך שלצערנו לא ניתן לאשר מולקולות אחרות.

עם הדור הבא של הטלסקופים, כמו טלסקופ החלל ג'יימס ווב ומשימת החלל ARIEL, נוכל למצוא מידע נוסף על ההרכב הכימי, כיסוי הענן ומבנה האטמוספירה של K2-18 b. זה יעזור לנו להבין עד כמה הוא מיושב.

משימות אלה יכולות גם להקל על גילוי דומים עבור גופות סלעיות אחרות באזורים המגורים של כוכבי האם שלהם.

זה בהחלט יהיה מרגש. כאשר K2-18 b נמצא במרחק של 110 שנות אור, זה לא באמת כוכב לכת שנוכל לבקר בו - אפילו עם בדיקות רובוטיות זעירות - בעתיד הנראה לעין.

באופן מרגש, זה כנראה רק עניין של זמן עד שנמצא כוכבי לכת דומים הקרובים יותר. אז אולי אנחנו בדרך לענות על השאלה העתיקה האם בכל זאת אנחנו לבד ביקום.


במחקר החדש, קיפינג ותרחי עקבו אחר חתימות האור של עצמים סביב הכוכב קפלר -1625. בעקבות תפיסה המבוססת על כמה נתונים מבטיחים מטלסקופ החלל קפלר, הם השתמשו בטלסקופ החלל האבל כדי לאסוף נתונים נוספים על הכוכב קפלר -1625. כך הם הבינו שקפלר -1625b, שגודלו כגודל צדק ומקיף את הכוכב שלו באותו מרחק בו כדור הארץ מקיף את השמש, עשוי להיות בית לירח.

בחיפוש אחר כוכבי לכת, אסטרונומים מחפשים מטבלים בכמות האור הבוקעת מכוכב. על ידי מדידת האופן שבו כוכב לכת חוסם את האור של כוכב הבית שלו כשהוא עובר לפניו, אסטרונומים יכולים ללמוד הרבה על גודלו, מסלולו ואף הרכבו של כדור הארץ. כשכוכב לכת חולף על פני הכוכב שוב ושוב, הנתונים המצטברים מאפשרים לאסטרונומים למסמר את תקופת מסלול הכוכב בצורה די מדויקת.

כאשר התבוננו באור מקפלר -1625 בצורה זו, הבחינו תורכי וקיפינג בחריגה קלה בנתוני המעבר של כוכב הלכת קפלר -1625b: כל טבילה באור לוותה עוד מטבל קטן - אחד שלא ניתן להסביר רק על ידי נוכחותו של כוכב לכת. עם זאת, נתונים על שלוש מעברות בלבד הם ידעו שהם זקוקים ליותר. הם הבטיחו 40 שעות בטלסקופ החלל האבל, ובנו מקרה חזק בהרבה לחשדם: הדף בנתוני המעבר של קפלר -1625b נראה כמו ירח, לפעמים נגרר אחר כדור הארץ, לפעמים מוביל אותו.

בגלל האופי הייחודי של הירחים, מחקריהם דרשו גישה שונה במקצת מרוב צידי כוכב הלכת. נתוני מעבר הם דרך נהדרת ללמוד על כוכבי לכת, אך מכיוון שלירחים יש דפוסי מסלול מעט לא סדירים, הם מסובכים יותר לזהות דרך זו.

"ירחים מקיפים את כוכבי הלכת, ולכן הם מופיעים במקום אחר בכל פעם שכוכב הלכת עובר, לפעמים לפני המעבר הפלנטרי, לפעמים אחריו", אומר טישי. "אז אתה לא רואה את אותו סוג של מחזוריות, ואתה לא באמת יכול לערום את מעברי הירח באותו אופן כדי לנקות את האות."

למרבה המזל, תוספת הזמן ב- HST אפשרה לת'ירקי וקיפינג לחדד את קפלר -1625b ולהעריך שכוכב הלכת וירחו הם בערך בגודל יחסי זה לזה של כדור הארץ והירח - אלא שהם בערך גדול פי 11 מאשר עולמנו הביתי וירחו.


איך נוכל לדעת כמה כוכבי לכת יש לכוכב? - אסטרונומיה

כיצד קובעים אסטרונומים שהם גילו כוכבי לכת גדולים יותר "יחיד" ולא כוכבי לכת פחות "מרובים"?

אם לכוכבי לכת יש מרחקים שונים לכוכבים המארחים שלהם, כמו כל כוכבי הלכת במערכת השמש שלנו ומערכות הרוב-כוכבי לכת הידועות רבות, כוכבי הלכת יסתובבו עם תקופות שונות. המשמעות היא שהם מסתובבים בכוכבים המארחים שלהם במהירויות שונות ויפרידו את עצמם באופן מרחבי ותדיר. בכל השיטות לאיתור כוכבי לכת (מיקרו-עדשה, תזמון פולסרי, מהירות רדיאלית, מעברים והדמיה ישירה) ניתן להפריד בין כוכבי לכת אלה. לדוגמה, עם הדמיה ישירה, אתה יכול לראות שתי נקודות אור שונות. בעזרת מדידות מהירות רדיאליות, תוכלו להפריד בין התדרים. כשכוכב לכת מסתובב סביב כוכב, גם הכוכב מסתובב מעט סביב מרכז המסה המשותף שלהם. כוכב לכת גדול יגרום לשינוי סינוסי בתדר בודד (הזמן של אותו כוכב לכת) בתנועתו לכאורה של הכוכב לעברנו או הרחק מאיתנו. לשני כוכבי לכת יהיו שתי שנות אורך שונות, ויגרמו להתנדנדות בתנועת הכוכב של שני תדרים שונים. כך אנו יודעים מתי אנו מסתכלים רק על כוכב לכת אחד.

אם יש מערכת כוכבי לכת בינארית, שבה שני כוכבי לכת מקיפים זה את מרכז המסה המשותף של זה שמסתובב סביב הכוכב המארח, זה יכול להיות קשה יותר לאיתור בשיטות מסוימות. עם הדמיה ישירה, שני כוכבי הלכת עשויים להיראות קרובים כל כך עד שייראו כמו אחד. עם מדידות מהירות רדיאליות, ההשפעה על הכוכב תיראה בעיקר זהה מכיוון ששני כוכבי הלכת יראו בעצם לכוכב המארח כמשיכת משיכה אחת. לשיטת המעבר, הבחנה בין כוכבי לכת בינאריים לכוכבי לכת בודדים היא קלה יותר, מכיוון שזמני התחלת המעבר ישתנו בהתאם לחלק מהמסלול הבינארי שעומד בקו אחד עם הכוכב. אולם החל משנת 2015 לא נמצאו כוכבי לכת בינאריים סביב כוכבים אחרים.

עודכן ב -18 ביולי 2015 על ידי אוורט שלאווין.

על הסופר

דייב קורנרייך

דייב היה המייסד של שאל אסטרונום. הוא קיבל את הדוקטורט מקורנל בשנת 2001 וכיום הוא עוזר פרופסור במחלקה לפיזיקה ומדע גופני באוניברסיטת הומבולדט סטייט בקליפורניה. שם הוא מריץ גרסה משלו ל- Ask the Astronomer. הוא גם עוזר לנו בשאלה הקוסמולוגית המוזרה.


דוגמאות לכוכבי לכת

גמא צ'פיי אב: כוכב הלכת הראשון שזוהה, נמצא בשנת 1998 סביב הכוכב גמא צ'פיי. זה לא אושר עד שנת 2003, אז פותחו טכניקות איתור טובות יותר.

PSR 1267 + 12 B ו- C: כוכבי הלכת הפולסריים הראשונים. אלה נמצאו בשנת 1992, כשהם מקיפים את שרידיו המסתובבים במהירות של כוכב מסיבי שהתפוצץ כסופרנובה. אסטרונומים מצאו כוכב לכת שלישי במערכת זו, ועדיין מנסים להבין מתי נוצרו אותם כוכבי לכת וכיצד הם שרדו את פיצוץ הסופרנובה. אחד מכוכבי הלכת הוא כדור-על.

51 פגסי ב: הפלנטה הראשונה סביב כוכב כמו השמש. אסטרונומים מצאו אותו באמצעות המצפה דה-הוט-פרובנס בצרפת, מתקן קרקעי. כוכב לכת זה ידוע גם בשם & # 8220hot Jupiter & # 8221 מכיוון שנראה שהוא עולם חם מאוד של סוג הגז.

קפלר 186f: כוכב הלכת הראשון בגודל כדור הארץ שמסתובב באזור המגורים של הכוכב שלו. נמצא על ידי שליחות קפלר בשנת 2014.

קפלר 11-f: מקיף כוכב דמוי שמש ויש לו לפחות פי 2.3 ממסת כדור הארץ. זה יכול להיות גמד גז, בגלל צפיפותו הנמוכה ואווירת מימן-הליום אפשרית.

מו ערי ג: כוכב לכת חם מסוג נפטון המקיף קרוב מאוד לכוכב האם שלו, מו ערה. זהו נפטון החם הראשון שהתגלה.


האם כוכבים מתנדנדים יובילו אותנו אל '100 אדמות'?

דברה פישר, פרופסור לאסטרונומיה של אוניברסיטת ייל, היא מומחית מובילה בשיטת המהירות & ldquoradial & rdquo או & ldquowobble & rdquo למציאת כוכבי לכת. היא בתצלום כאן עם המצפה הבין-אמריקני סרו טולולו בצ'ילה.

מאת פט ברנן,
תוכנית חקירת כוכב הלכת של נאס"א

הציד אחר כוכבי לכת סביב כוכבים אחרים עד כה זכה להצלחה מסחררת: יותר מ -3,400 אושרו בגלקסיית שביל החלב שלנו, שם, אנו יודעים כעת, ממתינים לגילוי יותר מאות מיליארדים. מרבית כוכבי הלכת האקזוטיים הללו נמצאו בשיטת & קוווטרנסיט & quot: מחפשים אחר קטנטן, אגדה & ldquoshadow & rdquo כשכוכב הלכת חוצה את פני הכוכב שלו.

אך כדי לדעת האם כוכב לכת עשוי להיות סלעי או גזי, מדענים צריכים להיות מסוגלים לחשב צפיפות, ובמקרים רבים הם זקוקים לדרך אחרת להגיע אליו מלבד שיטת המעבר. דברה פישר, פרופסור לאסטרונומיה של אוניברסיטת ייל, היא מומחית מובילה בשיטת המהירות & ldquoradial & rdquo או & ldquowobble & rdquo למציאת כוכבי לכת.

בשיטה זו, אסטרונומים עוקבים אחר המהירות המשתנה של כוכב בזמן שהוא מושך סביב כוכבי לכת. גודלן ואופיים של הגוררים יכולים לחשוף עד כמה כוכבי הלכת הללו מסיביים, כמו גם כמה זמן לוקח להם להקיף את כוכביהם ולנתח מידע קריטי בחיפוש אחר עולמות סלעיים, מימיים ונושאי חיים. משימות חלל עתידיות שנועדו לחקור אטמוספירות פלנטריות יכולות לעקוב אחר כוכבי הלכת הללו, ולבחור את ספקטרום האור כדי לחפש גזים שעשויים להצביע על קיומם של חיים, כגון חמצן ומתאן.

פישר התפנתה לאחרונה לשוחח על מכשיר חדש לציד כוכבי לכת שצוותה מפתח כחלק מפרויקט & ldquo100 Earths & rdquo, ותקוותיה לעתיד האסטרונומיה של כוכב-לכת.

מה אתה אומר לאנשים כשהם שואלים מה אתה עושה?

שאני צופה במאתר כוכבי לכת, צייד כוכבי לכת או אסטרונום. אני אומר להם שאני מזהה כוכבי לכת שמקיפים כוכבים סמוכים. ועכשיו אנו מנסים לבנות מכשירים רגישים יותר לאיתור כוכבי לכת קטנים יותר בטכניקת דופלר (& ldquowobble & rdquo).

כרגע הצוות שלי בונה ספקטרוגרף בשם EXPRES, ספקטרוגרף דיוק אקסטרים, אותו נעביר עד סוף השנה (למצפה הכוכבים Lowell & rsquos Discovery Channel Telescope בהפי ג'ק, אריזונה). I & rsquove הכניסו את כל מה שאני מכיר מ -20 שנות ציד כוכבי לכת בעיצוב הספקטרוגרף הזה. הכותרת של תוכנית המדע שלנו היא & ldquo החיפוש אחר 100 אדמות. & Rdquo אנו & rsquore מכוונים לכוכבים בהירים בקרבת מקום. אנו יודעים כעת מקפלר (טלסקופ החלל נאס"א ו- rsquos קפלר) שלמעשה לכל הכוכבים הללו יהיו מערכות פלנטריות. אולי למחציתם יהיו כוכבי לכת קטנים וסלעיים וחצי נדאש ומעלה. אנו מתעצבים, באמת, בהבטחתו של קפלר.

האם תצפיות אלה יועילו למשימות עתידיות של נאס"א?

במשימות רבות של נאס"א שמתוכננות היום יש התמקדות בכוכב לכת. קפלר, שטס כעת בשלב ה- K2 שלו. TESS, הלוויין לסקר כוכב הלכת העובר. JWST (טלסקופ החלל של ג'יימס ווב, שהושק בשנת 2018) יוכל להסתכל על כוכבי לכת. ל- WFIRST (טלסקופ הסקר האינפרא אדום השדה הרחב, תפיסת משימה) יש את הרכיב הקסואטי-כוכב העצום הזה. עכשיו אני & rququom יו"ר משותף לקהילה למחקר של נאס"א על ​​מושג תצפית עתידי שנקרא LUVOIR (הסקר האינפרא אדום האופטי האולטרה סגול). משימה זו תשרת אסטרונומים הלומדים את מקור היקום ואת התפתחות הגלקסיות. זה גם יקבל את הספקטרום של האטמוספירות של כוכבי הלכת דמויי כדור הארץ סביב הכוכבים הסמוכים כדי לחפש חתימות ביולוגיות.

אני חושב שהצעד הראשון ונדש את הדבר שאנחנו יכולים לעשות היום הוא לזהות אנלוגים של כדור הארץ סביב כוכבים סמוכים, לקבוע את מסלוליהם ולמדוד את המוני כוכבי הלכת. מדידת מסות הפלנטה היא דבר שניתן לעשות באופן ייחודי בטכניקת דופלר. אם אין לך מסה, אז כשיש לנו ספקטרום של האטמוספירה של כדור הארץ עם מצפה כוכבים של נאס"א, הפרשנות תהיה מעורפלת. אתה זקוק למסת כדור הארץ כדי להבין האם לדברים כמו חמצן ומתאן מקור גיאולוגי או ביולוגי.

החיים מניעים את הכימיה המטורפת שיש לנו כאן על כדור הארץ עם חמצן, פחמן דו חמצני, מתאן, המתקיימים במקביל באטמוספירה שלנו.

איזו עצה יש לך לאישה צעירה המעוניינת בקריירה מדעית או הנדסית?

לך על זה. זו תקופה מרגשת להפליא באסטרונומיה, בכוכבי לכת. התחום פשוט פורח לחלוטין. ואני חושב שזה חשוב מאוד שיש מגוון רב בתחום. אין לי ספק שהדרך בה אני ניגש לבעיות שונה מדור הגברים שעבדתי איתם. בגלל זה, אני מקווה שאני לוקח את התחום לכיוון ייחודי ומעט שונה. וזה מה שנשים צעירות שמגיעות לתחום יכולות לעשות ולייצר משהו חדש. זה באמת חשוב לחיוניות המדע.


החיים, כאן ומעבר להם

תשאל את רוב כל האמריקאים האם החיים קיימים בכוכבי לכת וירחים אחרים, והתשובה שתקבל היא "כן!" אם נחזור עשרות שנים (ובמובנים רבים לדורות), התוודענו למגזין של בני חוץ-לאומיים טובים ורעים. נוכחותם מספיקה את הבידור והתרבות שלנו, ונראה לנו, בני האדם, אמונה כמעט מולדת - או שמא זו תקווה - שאנחנו לא לבד ביקום.

אבל אותה נוכחות מחוץ לכדור הארץ בתצוגה רגילה היא, כמובן, פיקציה. מעולם לא נמצאו חיים מעבר לכדור הארץ אין שום עדות לכך שחיים זרים ביקרו אי פעם בכוכב הלכת שלנו. הכל סיפור.

אולם אין זה אומר שהיקום חסר חיים. אף שמעולם לא אותרו סימני חיים ברורים, האפשרות לביולוגיה מחוץ לכדור הארץ - ההיגיון המדעי התומך בה - הלכה וגדלה יותר. זה אולי ההישג הגדול ביותר של תחום האסטרוביולוגיה המתפתח, המחקר הרחב על מקורות החיים כאן והחיפוש אחר חיים מעבר לכדור הארץ.

על ידי חקירה והארה של עולם החיים הקיצוניים על פני כדור הארץ, על ידי ניסויים כיצד התחילו החיים כאן, על ידי הבנה נוספת על ההרכב הכימי של הקוסמוס, על ידי בדיקת יכולת מגורים במשימות למאדים, לירח שבתאי טיטאן, ומעבר לכך, גוף עצום המדע כבר הורכב על מנת לנתח ולהסביר את מקורות החיים, המאפיינים והממדים האפשריים מחוץ לכדור הארץ. ובניגוד לתעודות הסל ולפולשים של ספינות הכוכבים של התרבות הפופולרית, תגליות אלה הן אמיתיות.

הפיכת מדע בדיוני לעובדה מדעית

קחו בחשבון: הנודד סקרנות קבע בתוקף כי מאדים הקדום היה רטוב וחם באופן משמעותי, והיה מקום ראוי למגורים לחיי המיקרוביאליות. כל המרכיבים הדרושים לחיים כפי שאנו מכירים אותם - הכימיקלים המתאימים, מקור אנרגיה עקבי ומים שככל הנראה היו קיימים ויציבים על פני השטח במשך מיליוני שנים - נכחו בבירור.

האם אז התחילו חיי מיקרוביאלית? אם כן, האם זה התפתח? שאלות אלו נותרות ללא מענה, אך ידוע על כך: אם התרחשות ראשונה שנייה על מאדים (או על ירח צדק אירופה, ירח של שבתאי אנסלדוס, או בכל מקום אחר במערכת השמש שלנו), אזי הסבירות עולה כי קיימות צורות חיים רבות אחרות. על אותם מיליארדי כוכבי-לכת ויוצאי-כוכב הידועים כיום כמסלול כוכבים וכוכבי לכת רחוקים. מקור חיים אחד על פני כדור הארץ יכול להיות תוצאה של דרך מדהימה ובלתי מוסברת לחיים. שני מקורות במערכת שמש אחת מרמזים מאוד על כך שהחיים הם דבר שבשגרה ביקום.

קחו גם את המהפכה בהבנות שהתרחשה מאז אמצע שנות התשעים בנוגע לכוכבי לכת וירחים במערכות שמש הרבה מעבר לשלנו. מאז ימי קדם, פילוסופים טבעיים, אז מדענים, ואחרים שלא התעניינו באחרים חזו, הניחו אפילו כי כוכבי לכת רבים אחרים מקיפים את כוכביהם. עד כה זוהו רשמית אלפי כוכבי לכת - באמצעות משימות נאס"א כמו קפלר וכן תצפיות קרקעיות - ומיליארדים נוספים ממתינים לגילוי. וזה רק בגלקסיית שביל החלב שלנו.

עם התקדמות המכשירים והידע המאפשרים את ציד כוכב הלכת האקס-פלנטית, המוקד גדל והיה מעודן לזיהוי כוכבי לכת השוכנים באזורים ראויים למגורים - במרחקים מכוכביהם שיאפשרו למים להישאר לפחות נוזלים מעת לעת על פני כדור הארץ. החיפוש אחר כוכבי לכת נולדו בתחומי האסטרונומיה והאסטרופיזיקה, אך מאז ומתמיד הוא שזור גם באסטרוביולוגיה. כמו בכל כך הרבה משימות של נאס"א, הדרך הרחבה והאינטנסיבית למצוא ולהבין כוכבי לכת וירחים באזורים מגורים, משפרת מאוד את האסטרוביולוגיה ומודעת על ידי האסטרוביולוגיה.

הניסיון שלנו במציאת כוכבי לכת רחוקים גורם לכם גם לתהות: האם החיפוש אחר הנוכחות הנוכחית או העבר של חיים מחוץ לכדור הארץ יתייחס יום אחד כהקבלה לחיפוש הקודם של כוכבי לכת? גברים ונשים של מדע, כמו גם ציבור הדיוטות, הניחו כי כוכבי הלכת קיימים מעבר למערכת השמש שלנו, אך כוכבי הלכת הללו זוהו רק כאשר הטכנולוגיה והחשיבה שלנו התקדמו מספיק. האם גילוי חיי ה- ET ממתין באופן דומה לבואנו לעידן המדעי?

העבר כמדריך לעתיד

מחקר אסטרוביולוגיה מתרחש מכיוון שהגיע זמנו. מדענים ברחבי הארץ וברחבי העולם צוללים לנושאי מקור חיים וחיים מעבר לכדור הארץ ומפתחים עבודה מרגשת וחדישה. אך לנאס"א יש גם "אסטרטגיה" של אסטרוביולוגיה המתארת ​​היכן הסוכנות רואה קווי מחקר מבטיחים - מהספציפי ביותר לרחב הרחב - שהסוכנות עשויה לתמוך בהם. דוגמה לדוגמאות:

• מה היו השלבים שהובילו חומרים דוממים - סלעים, משקעים, תרכובות אורגניות, מים - להתאחד ולבנות אורגניזמים חיים, עם גנים משכפלים, קירות תאים ויכולת להתרבות?

• מה הביא לריבוי צורות חיים חדשות על כדור הארץ?

• כיצד מגיעים מים ותרכובות אורגניות חיוניות לכוכבי לכת וירחים, וכיצד הם מתקשרים עם כוכבי הלכת והירחים עליהם הם נוחתים?

• האם ניתן ללמוד מכימיקלים ומינרלים על פני כוכבי הלכת האם חיידקים עשויים לחיות שם, כולל מתחת לפני כדור הארץ?

• האם יתכן, ככל הנראה, שהחיים קיימים במקום אחר על בסיס אלמנטים שאינם פחמן ומערכת שונה מ- DNA? האם חיים כאלה יכולים להתקיים אפילו כאן על כדור הארץ, אך הם עדיין לא מזוהים?


אסטרונומיה ושיתוף פעולה בינלאומי

הישגים מדעיים וטכנולוגיים נותנים יתרון תחרותי גדול לכל מדינה. אומות מתגאות בכך שיש להן את הטכנולוגיות החדשות היעילות ביותר ואת המירוץ להשגת תגליות מדעיות חדשות. אך אולי חשובה יותר היא הדרך בה המדע יכול להפגיש בין מדינות, לעודד שיתוף פעולה וליצור זרימה מתמדת כאשר החוקרים מסתובבים ברחבי העולם לעבוד במתקנים בינלאומיים.

אסטרונומיה מתאימה במיוחד לשיתוף פעולה בינלאומי בשל הצורך להיות בטלסקופים במקומות שונים ברחבי העולם כדי לראות את כל השמים. לפחות עוד בשנת 1887 - כאשר אסטרונומים מרחבי העולם איגשו את תמונות הטלסקופ שלהם ויצרו את המפה הראשונה של כל השמים - היו שיתופי פעולה בינלאומיים באסטרונומיה ובשנת 1920 האיחוד האסטרונומי הבינלאומי הפך לאיחוד המדעי הבינלאומי הראשון.

בנוסף לצורך לראות את השמים מנקודות תצפית שונות על פני כדור הארץ, בניית מצפה כוכבים אסטרונומית על הקרקע ובחלל היא יקרה ביותר. לכן רוב המצפים הנוכחיים והמתוכננים הם בבעלות כמה מדינות. כל שיתופי הפעולה הללו היו עד כה שלווים ומוצלחים. חלק מהישויות הבולטות ביותר:

מערך Atacama Large Millimeter / Submillimeter Array (ALMA), שותפות בינלאומית בין אירופה, צפון אמריקה ומזרח אסיה בשיתוף פעולה עם הרפובליקה של צ'ילה, הוא הפרויקט האסטרונומי הגדול ביותר שקיים.

The European Southern Observatory (ESO) which includes 14 European countries and Brazil, and is located in Chile.

Collaborations on major observatories such as the NASA/ESA Hubble Space Telescope between USA and Europe.


Astronomers Discover Seventeen New Extrasolar Planets

Using data gathered by NASA’s Kepler space telescope, a team of astronomers in Canada has discovered 17 new exoplanets, including an Earth-sized world. Designated KIC 7340288b, this planet is both rocky and in the habitable zone of its parent star.

Sizes of 17 new planet candidates, compared to Mars, Earth, and Neptune. The planet in green is KIC 7340288b. Image credit: Michelle Kunimoto.

“KIC 7340288b is about 1,000 light-years away, so we’re not getting there anytime soon,” said Michelle Kunimoto, a Ph.D. candidate at the University of British Columbia.

“But this is a really exciting find, since there have only been 15 small, confirmed planets in the habitable zone found in Kepler data so far.”

This planet is just 1.6 times bigger than Earth. It orbits its host star once every 142.5 days at a distance of 0.444 AU (just bigger than the orbit of Mercury in the Solar System) and receives about a third of the light Earth gets from the Sun.

Of the other 16 new planets discovered, the smallest is only two-thirds the size of Earth — one of the smallest planets to be found with Kepler so far. The rest range in size up to 8 times the size of Earth.

In the study, Kunimoto and her colleagues — Dr. Henry Ngo of the NRC Herzberg Astronomy and Astrophysics and University of British Columbia’s Professor Jaymie Matthews — used the transit method to look for planets among the roughly 200,000 stars observed by the Kepler mission.

“Every time a planet passes in front of a star, it blocks a portion of that star’s light and causes a temporary decrease in the star’s brightness,” she said.

“By finding these dips, known as transits, you can start to piece together information about the planet, such as its size and how long it takes to orbit.”

The astronomers also used the Near InfraRed Imager and Spectrometer (NIRI) on the Gemini North 8-m Telescope in Hawaii to capture follow-up images of some of the planet-hosting stars.

“We took images of the stars as if from space, using adaptive optics,” Kunimoto said.

“We’re able to tell if there was a star nearby that could have affected Kepler’s measurements, such as being the cause of the dip itself.”

In addition to the new planets, the team was able to observe thousands of known Kepler planets using the transit method, and will be reanalyzing the exoplanet census as a whole.

“We’ll be estimating how many planets are expected for stars with different temperatures,” Professor Matthews said.

“A particularly important result will be finding a terrestrial habitable zone planet occurrence rate. How many Earth-like planets are there? Stay tuned.”

The team’s paper was published in the כתב עת אסטרונומי.

Michelle Kunimoto ואח '. 2020. Searching the Entirety of Kepler Data. I. 17 New Planet Candidates Including One Habitable Zone World. AJ 159, 124 doi: 10.3847/1538-3881/ab6cf8


צפו בסרטון: טיול לחור שחור (יָנוּאָר 2022).