ما هي طريقة التصوير المباشر؟

Send

مرحبًا بعودتك إلى أحدث إصدار في سلسلتنا حول طرق صيد الكواكب الخارجية. نبدأ اليوم بالطريقة الصعبة للغاية ، ولكن الواعدة جدًا المعروفة بالتصوير المباشر.

في العقود القليلة الماضية ، ازداد عدد الكواكب المكتشفة خارج نظامنا الشمسي بسرعة فائقة. اعتبارًا من 4 أكتوبر 2018 ، تم تأكيد 3،869 كوكبًا خارجيًا في 2887 نظامًا كوكبيًا ، مع 638 نظامًا يستضيف العديد من الكواكب. لسوء الحظ ، بسبب القيود التي اضطر الفلكيون إلى التعامل معها ، تم اكتشاف الغالبية العظمى منها باستخدام طرق غير مباشرة.

حتى الآن ، تم اكتشاف عدد قليل من الكواكب من خلال التصوير أثناء دورانها حول نجومها (المعروف أيضًا باسم التصوير المباشر). على الرغم من التحدي مقارنة بالطرق غير المباشرة ، فإن هذه الطريقة هي الأكثر واعدة عندما يتعلق الأمر بتوصيف أجواء الكواكب الخارجية. حتى الآن ، تم تأكيد 100 كوكب في 82 نظامًا كوكبيًا باستخدام هذه الطريقة ، ومن المتوقع العثور على المزيد في المستقبل القريب.

وصف:

كما يوحي الاسم ، يتكون التصوير المباشر من التقاط صور للكواكب الخارجية مباشرة ، وهو أمر ممكن من خلال البحث عن الضوء المنعكس من الغلاف الجوي لكوكب الأرض بأطوال موجات الأشعة تحت الحمراء. والسبب في ذلك هو أنه في أطوال موجات الأشعة تحت الحمراء ، من المرجح أن يكون النجم أكثر سطوعًا بمليون مرة من كوكب يعكس الضوء ، بدلاً من مليار مرة (وهذا هو الحال عادة في الأطوال الموجية البصرية).

واحدة من أكثر مزايا التصوير المباشر وضوحًا هي أنها أقل عرضة للإيجابيات الزائفة. في حين أن طريقة العبور عرضة لإيجابيات كاذبة في ما يصل إلى 40 ٪ من الحالات التي تنطوي على نظام كوكب واحد (مما يتطلب ملاحظات متابعة) ، تتطلب الكواكب التي تم اكتشافها باستخدام طريقة السرعة الشعاعية تأكيدًا (وبالتالي لماذا يتم إقرانها عادةً مع طريقة العبور) . في المقابل ، يسمح التصوير المباشر لعلماء الفلك برؤية الكواكب التي يبحثون عنها.

في حين أن فرص استخدام هذه الطريقة نادرة ، حيثما يمكن إجراء عمليات الكشف المباشر ، إلا أنها يمكن أن توفر للعلماء معلومات قيمة عن الكوكب. على سبيل المثال ، من خلال فحص الأطياف المنعكسة من الغلاف الجوي للكوكب ، يستطيع الفلكيون الحصول على معلومات حيوية حول تكوينه. هذه المعلومات هي جوهرية لتوصيف الكواكب الخارجية وتحديد ما إذا كان من المحتمل أن تكون صالحة للسكن.

في حالة Fomalhaut b ، سمحت هذه الطريقة لعلماء الفلك بمعرفة المزيد عن تفاعل الكوكب مع قرص الكواكب الأولية للنجم ، ووضع قيود على كتلة الكوكب ، وتأكيد وجود نظام حلقي ضخم. في حالة HR 8799 ، قدمت كمية الأشعة تحت الحمراء المنعكسة من الغلاف الجوي لكوكبها الخارجي (مع نماذج تكوين الكواكب) تقديرًا تقريبيًا لكتلة الكوكب.

يعمل التصوير المباشر بشكل أفضل مع الكواكب التي لها مدارات واسعة وتكون ضخمة بشكل خاص (مثل عمالقة الغاز). كما أنها مفيدة للغاية في الكشف عن الكواكب التي يتم وضعها "وجها لوجه" ، مما يعني أنها لا تعبر أمام النجم بالنسبة للمراقب. وهذا يجعله مكملاً للسرعة الشعاعية ، وهو الأكثر فاعلية في الكشف عن الكواكب "الحافة" ، حيث تقوم الكواكب بعبور نجومها.

مقارنة بالطرق الأخرى ، يعد التصوير المباشر أمرًا صعبًا إلى حد ما بسبب تأثير الضوء المحجب من النجم. بعبارة أخرى ، من الصعب جدًا اكتشاف الضوء المنعكس من الغلاف الجوي للكوكب عندما يكون نجمه الأصلي أكثر إشراقًا. ونتيجة لذلك ، فإن فرص التصوير المباشر نادرة جدًا باستخدام التكنولوجيا الحالية.

بالنسبة للجزء الأكبر ، لا يمكن الكشف عن الكواكب إلا باستخدام هذه الطريقة عندما تدور حول مسافات كبيرة من نجومها أو تكون ضخمة بشكل خاص. وهذا يجعلها محدودة للغاية عندما يتعلق الأمر بالبحث عن الكواكب الأرضية (المعروفة أيضًا باسم "شبيهة بالأرض") التي تدور بالقرب من نجومها (أي داخل المنطقة النجمية الصالحة للسكن). نتيجة لذلك ، هذه الطريقة ليست مفيدة بشكل خاص عندما يتعلق الأمر بالبحث عن الكواكب الخارجية التي يحتمل أن تكون صالحة للسكن.

أمثلة على مسوحات التصوير المباشر:

تم الكشف عن أول كوكب خارج المجموعة الشمسية باستخدام هذه التقنية في يوليو من عام 2004 ، عندما استخدمت مجموعة من الفلكيين المرصد الجنوبي الأوروبي (ESO) صفيف تلسكوب كبير جدًا (VLTA) لتصوير كوكب عدة مرات كتلة المشتري على مقربة من 2M1207 - قزم بني يقع على بعد 200 سنة ضوئية من الأرض.

في عام 2005 ، أكدت ملاحظات أخرى مدار هذا الكوكب الخارجي حول 2M1207. ومع ذلك ، ظل البعض يشككون في أن هذه كانت الحالة الأولى من "التصوير المباشر" ، حيث أن انخفاض لمعان القزم البني هو الذي جعل اكتشاف الكوكب ممكنًا. بالإضافة إلى ذلك ، لأنه يدور حول قزم بني دفع البعض إلى القول بأن عملاق الغاز ليس كوكبًا مناسبًا.

في سبتمبر 2008 ، تم تصوير كائن بفصل 330 AU حول نجمه المضيف ، 1RXS J160929.1؟ 210524 - الذي يقع على بعد 470 سنة ضوئية في كوكبة العقرب. ومع ذلك ، لم يتم تأكيده حتى عام 2010 ليكون كوكبًا ورفيقًا للنجم.

في 13 نوفمبر 2008 ، أعلن فريق من علماء الفلك أنهم التقطوا صورًا لكوكب خارجي يدور حول النجم Fomalhaut باستخدام تلسكوب هابل الفضائي. تم هذا الاكتشاف بفضل القرص السميك للغاز والغبار المحيط بـ Fomalhaut ، والحافة الداخلية الحادة التي تشير إلى أن كوكبًا قد أزال الحطام من مساره.

أنتجت ملاحظات المتابعة مع هابل صورًا للقرص ، مما سمح لعلماء الفلك بتحديد موقع الكوكب. العامل الآخر المساهم هو حقيقة أن هذا الكوكب ، الذي هو ضعف كتلة المشتري ، محاط بنظام حلقي أكثر سمكًا عدة مرات من حلقات زحل ، مما تسبب في توهج الكوكب تمامًا في الضوء المرئي.

في نفس اليوم ، أعلن علماء الفلك الذين يستخدمون التلسكوبات من مرصد كيك ومرصد الجوزاء أنهم قاموا بتصوير 3 كواكب تدور حول HR 8799. هذه الكواكب ، التي يبلغ حجم كتلتها 10 و 10 و 7 أضعاف كتلة المشتري ، تم اكتشافها كلها بالأشعة تحت الحمراء. أطوال الموجة. ويعزى ذلك إلى حقيقة أن HR 8799 نجم صغير ويعتقد أن الكواكب المحيطة به لا تزال تحتفظ ببعض حرارة تكوينها.

في عام 2009 ، كشف تحليل الصور التي يعود تاريخها إلى عام 2003 عن وجود كوكب يدور حول بيتا بيكتوريس. في عام 2012 ، أعلن علماء الفلك الذين يستخدمون تلسكوب سوبارو في مرصد ماونا كيا عن تصوير "المشتري الفائق" (مع كتل المشتري 12.8) التي تدور حول النجم كابا أندروميداي على مسافة حوالي 55 AU (تقريبًا ضعف مسافة نبتون من شمس).

تم العثور على مرشحين آخرين على مر السنين ، ولكن حتى الآن ، لا يزالون غير مؤكدين ككواكب ويمكن أن يكونوا أقزامًا بنية. في المجموع ، تم تأكيد 100 كوكب خارجي باستخدام طريقة التصوير المباشر (ما يقرب من 0.3 ٪ من جميع الكواكب الخارجية المؤكدة) ، وكانت الغالبية العظمى من عمالقة الغاز التي تدور حول مسافات بعيدة عن نجومها.

ومع ذلك ، من المتوقع أن يتغير هذا في المستقبل القريب مع توفر التلسكوبات من الجيل التالي والتقنيات الأخرى. وتشمل هذه التلسكوبات الأرضية المجهزة بالبصريات التكيفية ، مثل تلسكوب Thirty Meter (TMT) وتلسكوب Magellan (GMT). وتشمل أيضًا التلسكوبات التي تعتمد على التصوير التاجي (مثل تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) ، حيث يتم استخدام جهاز داخل التلسكوب لحجب الضوء من نجم.

هناك طريقة أخرى يجري تطويرها تُعرف باسم "ستار شيد" ، وهو جهاز تم وضعه لحجب الضوء من نجم قبل دخوله التلسكوب. بالنسبة إلى التلسكوب الفضائي الذي يبحث عن الكواكب الخارجية ، فإن ظل النجوم سيكون عبارة عن مركبة فضائية منفصلة ، مصممة لتضع نفسها على المسافة والزاوية المناسبة لمنع ضوء النجوم من النجوم الفلكيين الذين كانوا يراقبون.

لدينا العديد من المقالات المثيرة للاهتمام حول صيد الكواكب الخارجية هنا في مجلة الفضاء. إليك ما هي طريقة العبور ؟، ما هي طريقة السرعة الشعاعية ؟، ما هي طريقة الجاذبية الميكروية ؟، وكون كبلر: كواكب في مجرتنا أكثر من النجوم.

يلقي علم الفلك أيضًا بعض الحلقات المثيرة للاهتمام حول هذا الموضوع. إليك الحلقة 367: سبيتزر يفعل الكواكب الخارجية والحلقة 512: التصوير المباشر للكواكب الخارجية.

لمزيد من المعلومات ، تأكد من مراجعة صفحة وكالة ناسا في استكشاف الكواكب الخارجية ، وصفحة جمعية الكواكب على الكواكب خارج المجموعة الشمسية ، وأرشيف الكواكب خارج ناسا / كالتيك.

مصادر: