چکیده
جان گروونسفلد ، مدیر ماموریت علمی ناسا گفت: در بیستمین سالگرد کشف این مطلب که خورشیدهای دیگرمیتوانند میزبان سیارات باشند ، كپلر سیاره و ستاره ای را کشف كرده است كه بیشترین شباهت به زمین و خورشید ما را دارد. این کشف و معرفی 12 سیاره دیگربه عنوان نامزد در منطقه قابل سکونت نقطه عطف دیگری در سفر برای یافتن "زمین" دیگر است.حال این پرسش مطرح میشود که چه ویژگی هایی این سیاره را به زمین دوست داشتنی ما شبیه کرده است؟! و اینکه ما برای یافتن سیارات فراخورشیدی چه مسیری پیش رو خواهیم داشت؟!
سیستم Kepler-452
سیستم کپلر 452 در فاصله 1400 سال نوری از ما و در صورت فلکی Cygnus واقع شده است.Kepler-452b کوچکترین سیاره ای است که تاکنون کشف شده و در حال گردش بدور یک ستاره G2 خورشید مانند در منطقه قابل سکونت است. تایید Kepler-452b ، تعداد کل سیارات تأیید شده را به 1.030 می رساند
Kepler-452b
در ژوئیه 2015 ، تیمی از مأموریت کپلر ناسا با معرفیKepler-452b به جهان طوفانی بپا کرد. طبق بیانیه رسمی ، این سیاره پسر عموی بزرگتر زمین است.
این سیاره فقط 1.6 برابر بزرگتر از زمین بود و در مدار مشابه زمین قرار داشت و در اطراف ستاره مشابه خورشید میچرخید. خیلی زود از او بعنوان نزدیکترین چیزی که از سیاره دوقلو برای زمین می شناسیم ، صحبت شد. یافتن این دنیای خیره کننده به هیچ وجه موفقیت یک شبه نبود. مأموریت کپلر حاصل بیش از 20 سال کار با عشق و مبارزه با ناشناخته ها بوده است.
Kepler-452b با قطر 60 درصد بزرگتر از زمین در مدار 385 روزه که تنها 5 درصد طولانی تر از زمین است بدور ستاره مادرش میچرخد. فاصله Kepler-452b با ستاره اش نسبت به فاصله زمین از خورشید نیز تنها 5 درصد دورتر است. هنوز جرم و ترکیب Kepler-452b مشخص نشده است ، اگرچه تحقیقات قبلی نشان می دهد که سیاراتی به اندازه آن شانس صخره ای بودن را دارند. بهرحال با توجه به بزرگتر بودن اين سياره نيروي گرانش سطح آن نسبت به زمين قوي‌تر خواهد‌بود، از اين رو هر فردي كه به اين سياره قدم بگذارد، وزنش دو برابر وزن زميني‌اش خواهد‌بود. و البته میتوان نتیجه دیگری نیز گرفت: هرچه شدت نيروي گرانش يك سياره بالاتر باشد، قابليت آنها در حفظ آب‌هاي سطحي افزايش پيدا خواهد‌كرد.
Kepler-452
این ستاره با قطر10 درصد بزرگتر از خورشید ما ، ستاره ای 6میلیارد ساله است که 1.5 میلیارد سال از خورشید ما پیرتر اما با همان درجه حرارت و 20 درصد درخشان تر است. بنابراین اندازه و وسعت منطقه قابل سکونت Kepler-452 تقریباً برابر با خورشید و کمی بزرگتر است زیرا Kepler-452 قدری قدیمی تر ، بزرگتر و روشن تر است.جرم این ستاره تنها 4% بیشتر از خورشید است.
آنچه در همین ابتدا می توان نتیجه گرفت این است که بالاتر بودن سن ستاره به آن معني است كه او درحال سپري كردن مرحلي‌اي پرانرژي‌تر از زندگي خويش است و اين انرژي بالا مي‌تواند به معني خشك شدن و از دست رفتن اقيانوس‌هاي سياره باشد. مدل‌سازي‌هاي انجام شده از Kepler-452b نشان مي‌دهد که او به زودي دچار تاثير گلخانه‌اي شديدي خواهد شد، پديده‌اي مشابه آنچه ميلياردها سال پيش سياره ناهید را از سياره‌اي قابل سكونت به سياره سوزان امروزي‌اش تبديل كرد.
داستان کشف کپلر 452b
در 10 مه 2014 ، برنامه نویس علمی ارشد جان جنکینز(تحلیلگر داده های کپلر در مرکز تحقیقات آمس ناسا در مرکز تحقیقات آمس ناسا در مفتوت فیلد ، کالیفرنیا) ، جو تووین ، هنگام بررسی نتایج آزمایشی نرم افزار تجزیه و تحلیل جدید ، سیاره ای را شناسایی کرد که دارای شعاع 1.1 زمین و به وضوح در منطقه قابل سکونت از آنچه که از نظر ظاهری یک ستاره G نامیده می شود ،قرار داشت. مثل خورشید! و این دقیقاً همان نوع سیاره و ستارگان بود که ما امیدوار بودیم کپلر آن را پیدا کند .
جان جنکینز می نویسد: اولش کمی تردید داشتیم، زیرا وقتی برای اولین بار به پارامترهای ستاره نگاه کردیم ، گرچه تقریباً به همان درجه حرارت خورشید بود ، شعاع ستاره تنها 80٪ شعاع خورشید بود و این کمی بد به نظر می رسید. داشتن ستاره ای به اندازه خورشید اما به طور قابل توجهی کوچکتر بسیار غیرمنتظره بود. انتظار داشتیم اندازه ستاره بسیار به اندازه خورشید ما نزدیک باشد .
بنابراین با چندین ستاره شناس تماس گرفتم ،تا با استفاده از تلسکوپ های نسبتاً کوچک تا متوسط طیف ستاره -برای درک بهتر از پارامترهای ستاره ای- را بدست آوریم. اولین طیف سنجی در دانشگاه تگزاس، رصدخانه مک دونالد انجام شد ، و نتایج کمی ناامیدکننده بود. تجزیه و تحلیل اولیه نشان می داد که این ستاره می تواند به اندازه 20 تا 25٪ از خورشید بزرگتر باشد و این باعث میشد تا سیاره به شعاع 1.8 برابر زمین بزرگتر باشد. در این اندازه ، ما معتقدیم که این احتمال وجود دارد که چنین سیاره ای سنگی نباشد.
به جای اینکه تسلیم شویم ، فکر کردیم ، "خوب ، بگذارید یک اندازه گیری دیگر انجام دهیم"...
در ژوئن 2014 طیف های دیگری از رصدخانه Fred L. Whipple در هاپکینز آریزونا، به دست آوردیم و نتایج بسیار هیجان انگیز بود. آنها اظهار داشتند که این ستاره تنها 5٪ از خورشید بزرگتر است. این باعث کاهش شعاع این سیاره به 1.5 برابر شعاع زمین می شد. هنوز هم به اندازه برآورد اولیه نبود ، اما اگر به شعاع کمتر از 1.5 برابر زمین میرسید ، احتمال اینکه سنگی باشد بسیار بیشتر میشد.
روش های آنالیز و تشخیص سیاره
کپلر سیارات را به طور مستقیم تشخیص نمیدهد. در عوض ، نرم افزار تجزیه و تحلیل با جستجوی افت نور ستاره در هنگامی که سیاره ای از جلوی ستاره اش عبور می کند و مانع عبور نور میشود، حضور آنها را استنباط می کند. بنابراین باید بررسی میکردیم که آیا یکی از این گذرهای سیاره ای ما را گمراه کرده است یا خیر؟!
ما می خواستیم همسایگی ستاره را رصد کنیم ، تا مطمئن شویم یک سیستم ستاره پس زمینه کم نور، سیگنال را آلوده نکرده باشد. بنابراین با تلسکوپ Keck در Mauna Kea ، هاوایی مشاهدات نوری با وضوح بالایی را انجام دادیم. ما می دانستیم که یک گرفتگی مضاعف یا یک ستاره با یک سیاره غول پیکر در حال عبور می تواند با نور ستاره پیش زمینه ترکیب شود و یک ویژگی ترانزیت مانند ایجاد کند.اما تحقیقات نشان میداد که هیچ مدرکی در داده های تصویر با وضوح بالا برای وجود هرگونه شیء پس زمینه ای وجود ندارد.
برای اعتبارسنجی به طور آماری ، ما از پکیج آنالیزی به نام Blender استفاده کردیم که در اصل کلیه تنظیمات احتمالی سیستم های ستاره ای سلسله مراتبی[1] را بررسی میکند و احتمال اینکه آیا آنها می توانند عامل سیگنال باشند را محاسبه می کند. ما توانستیم این احتمال را حذف کنیم ، چرا که اطمینان از سیاره بودن این جسم 99.76٪ برآورد شد. این میزان به اندازه کافی زیاد هست که ما آن را از نظرآماری معتبر درنظر بگیریم.از مه 2014 تا اکتبر اعتبار سنجی بطول انجامید.
این اندازه گیریها برای محققان مهم بود تا بتوانند ماهیت سیاره ای Kepler-452b را تأیید كنند ، اندازه و روشنایی ستاره میزبان او را تعیین كنند و بتوانند به اندازه كافی سیاره و مدار آن را اندازه بگیرند.
آیا Kepler-452b بیشترین شباهت به زمین ما را دارد یا خیر؟!
از بسیاری جهات بله، اما بدلیل شعاع حدودا 1.6 برابر شعاع زمین ، Kepler-452b دوقلوی زمین نیست. حتی اگر این شعاع به 1.0 زمین برسد، باز هم ما نمی دانیم که آیا اقیانوس و قاره های ان تکتونیک صفحه (صفحه پوسته زمین) دارد یا آیا دارای حیات ساده است یا پیچیده؟! اما می توانیم خوشحال باشیم که ما به این سؤال پاسخ داده ایم که آیا جهان های کوچک دیگری وجود دارند که در منطقه قابل سکونت ستاره های دیگر در گردش اند یا نه !؟ و در واقع جواب "بله" است ، از این سیارات میلیاردها عدد وجود خواهد داشت.
کاتالوگ کاندیدهای کپلر
تیم کپلر علاوه بر تأیید Kepler-452b ، تعداد کاندیداهای جدید سیارات فرازمینی را به 521 مورد افزایش داد. کاندیداها برای تأیید ، به مشاهدات و تحلیل های بعدی نیاز دارند.
دوازده عدد از این کاندیداهای جدید دارای قطرهای بین یک تا دو برابر زمین هستند و در منطقه قابل سکونت ستاره خود در مدار می چرخند. از این میان ، نه ستاره مدار که از نظر اندازه و دما با خورشید ما شباهت دارند.
جف كفلین ، دانشمند كپلر ، در موسسه SETI در Mountain View ، كالیفرنیا ، گفت: "ما توانسته ایم فرایند شناسایی كاندیداهای سیاره خود را بطور كامل اتوماسیون كنیم ، به این معنی كه ما می توانیم هر سیگنال ترانزیت را در كل مجموعه داده های كپلر به سرعت و یکنواخت ارزیابی كنیم." ، که منجر به تجزیه و تحلیل کاتالوگ جدید نامزدها می شود. وی افزود: "این امر به ستاره شناسان کمک میکند تا از نظر آماری تعداد نامزد های كوچك و احتمالاً سنگی مانند زمین را در كهكشان راه شیری به طور دقیق تعیین كنند."
این یافته ها ، که در هفتمین کاتالوگ کاندیدای کپلر ارائه شده است ، 4696 نامزد سیاره زیست پذیر را نشان میدهد- با افزایش 521 سیاره از زمان انتشار فهرست قبلی در ژانویه 2015.
دانشمندان اکنون در حال آماده کردن آخرین کاتالوگ براساس مجموعه داده های چهار ساله ماموریت کپلر هستند. تجزیه و تحلیل نهایی با استفاده از نرم افزار پیچیده ای انجام می شود که به طور فزاینده ای به سیارات در اندازه زمین حساس است.
Kepler 186f
در آوریل 2014 اعلام شد که یک سیاره به شعاع 1.2 زمین در منطقه قابل سکونت از یک ستاره کوچک که تقریباً نیمی از اندازه و جرم خورشید را دارد کشف شده است. تمام سیارات موجود در این سیستم ، از جمله Kepler 186f ، که بیرونی ترین آنهاست ، در مدار عطارد قرار می گیرند.
این کشف به ما می گوید که طبیعت عاشق ساخت سیستم های سیاره ای است و فرآیندهایی درون این سیستم های سیاره ای وجود دارند که سیارات را وادار به مهاجرت به درون سیستم می کنند. بسیاری از این سیستم ها بصورت بسته های دینامیک هستند. اگر سعی کنید سیارات را به ستاره آنها یا به یکدیگرنزدیک کنید ، از نظر دینامیکی پایدار نخواهند بود.
منظومه شمسی ما عجیب به نظر می رسد به این دلیل که سیارات کاملاً پراکنده شده اند . اما بخشی از ان امر به این دلیل است که تشخیص همه سیارات در سیستمی مانند خود ما بسیار دشوار است. سالها طول می کشد تا همه مدارها تراز گردند. بنابراین باید درک کنیم که منظومه شمسی ما چگونه است. حقیقت این است که هیچ یک از روشهای ما برای پیدا کردن سیارات ، به ما این اطمینان را نمی دهد که دیگر سیستم های خورشیدی را دقیقاً مانند خودمان بیابیم.
سیستم Kepler-186یک منظومه شمسی مینیاتوری است که به اندازه مدار عطارد است. منطقه قابل سکونت کپلر186 در مقایسه با کپلر 452 یا خورشید، بسیار کوچک است زیرا یک ستاره بسیار کوچکتر و خنک تر است.
راه سخت برای یافتن سیارات سخت!
تلاش برای پیشرفت ، کاهش نویز ابزار و افزایش حساسیت برای پیدا کردن سیارات جالب توجه در مناطق قابل سکونت از ستاره های خورشید مانند همواره ادامه داشته وحتی اگر فرض کنید سیارات شبیه زمین ویژگی مشترک دارند ، کشف آنها همچنان دشوار است. احتمال اینکه مدار سیاره به گونه ای هم تراز شود که یک گذر صورت بگیرد ،برابر با حاصل تقسیم اندازه ستاره به اندازه مدار است. سیاره‌هایی مانند زمین که در حال چرخش بدور ستارگانی مانند خورشید هستند در وهله اول تنها نیم درصد احتمال گذر دارند.همراه با این واقعیت که ما هنوز هم ممکن است حساسیت لازم برای پیدا کردن همه این سیارات ، حتی آنهایی که در حال گذر هستند را پیدا نکرده باشیم . مأموریت کپلر ناسا در حال کمک به دانشمندان در تلاش برای یافتن این جهان ها است ، که بعضاً سیارات Goldilocks نامیده می شوند ، زیرا در مدارهایی قرار می گیرند که شرایط مناسب برای زندگی را دارند. کپلر و تلسکوپ های دیگر تاکنون تعداد معدودی را تأیید کرده اند که همه آنها کمی بزرگتر از زمین هستند. اما جستجو برای دوقلوهای زمین ، سیاره ای قابل سکونت به اندازه زمین ، در حال انجام است.
[1]سیستم های ستاره ای سلسله مراتبی: اکثر سیستم های چند ستاره ای در آنچه سلسله مراتب نامیده می شود سازمان یافته اند: ستارگان موجود در این سیستم را می توان به دو گروه کوچکتر تقسیم کرد که هر یک مدار بزرگتری را به دور مرکز جرم سیستم طی می کنند. هر یک از این گروههای کوچکتر نیز باید سلسله مراتبی داشته باشند ، به این معنی که آنها باید به زیرگروههای کوچکتر تقسیم شوند که خودشان سلسله مراتبی هستند . هر سطح از سلسله مراتب را می توان با در نظر گرفتن جفت های نزدیک به گونه ای که انگار یک ستاره هستند ، به عنوان یک موضوع دو جسمی در نظر گرفت. در این سیستمها تعامل کمی بین مدارها وجود دارد و حرکت ستارگان به طور تقریبا پایدار ادامه خواهد داشت .
منابع:
https://www.nasa.gov/ames/kepler/kepler-452-and-the-solar-system[1]
[2]https://room.eu.com/article/Finding_Earthlike_worlds_the_tale_of_how_Kepler452b_was_discovered
