نجوم پارسی

سیارات فراخورشیدی 2

ترجمه : آرش فراست

سيارات داراي ترانزيت تنها اجرامي هستند كه ستاره شناسان خصوصيات فيزيكي آنان را ميتوتنند اندازه بگيرند. چگالي (جرم بر حجم) اساسي ترين پارامترهاي فيزيكي در بين تمامشان هست، چرا كه به ما درباره ي تركيبات عمده ي سياره مي گويند. اخترشناسان مي توانند جرم سياره ي ترانزيت كننده را از انداره گيريهاي  سرعت شعاعي سياره تعيين كنند. مقدار تضعيف نور ستاره به ما اندازه ي سياره را ميدهد. از اين روش ما فهميديم كه 8 تا از 9 سياره ي داراي ترانزيت چگاليهاي كمي دارند پس بايد اجرام گازي باشند كه از تركيب هليوم و هيدروژن اند- مثل مشتري و زحل. اما دو تا از سيارات بيروني چنان عجيب و غريب هستند كه جرقه اي براي تحقيقاتي گسترده اند. اولين كشف شده، اچ دي 209458 بي، قطرهايي 35% بيشتر از قطر مشتري و جرمهايي دو سوم مشتري دارتد. اين اعداد نشان دهنده ي چگالي كم 0.33 گرم در هر سانتيمتر مكعب است (كم چگاليترين سياره ي منظومه ي ما زحل است،كه چگالي اش 0.69 g/cm  است). اچ دي 209458 بي، نسبت به وزنش خيلي بزرگ است. غولهاي گازي داغ و بزرگ متولد ميشوند، اما در پيري سرد و منقبض ميشوند. اين سياره هم احتمالاً تقريباً به اندازه و دماي مشتري منقبض و سرد شده. اما منبع گرمايي ديگر(علاوه بر ستاره نزديكش) كه مستمراً به داخل سياره منتقل ميشود محتمل ترين راه براي متورم ماندن سياره است. منبع اين انرژي از كجاست؟ شايد بادها كسر كوچكي از انرژي ستاره را به سياره منتقل ميكنند. عمل همرفتي هم مي تواند اين انرژي را به مركز سياره منتقل كند. ولي چرا همچين فرايند گرمسازي كلي بر ديگر سيارات داراي ترانزيت شناخته شده تاثير نميگذارد. محتمل ترين توضيح گرمسازي كشندي است. با اين مجاورت نزديك، ستاره ي مادر برامدگي كشندي در اتمسفر مشتري داغ ايجاد مي كند. با تقلاي اين تورم طي ميليونها سال، ستاره مشتري داغ را به كسب مداري مداري مستدير وادار ميكند. در بيشتر موارد ستاره تكاني سخت و شديد به محور چرخشي  سياره وارد ميكند كه آنرا عمودي كرده و به صفحه اي مداري تبديل ميكند. اچ دي 209458 بي مداري دايره اي دارد، همانطور كه انتظار ميرفت، ولي انحراف محوري اش اندازه گرفته نشده است. اگر محور سياره در اثر رزونانس كج شده باشد، تورم كشندي به وجود آمده توسط ستاره، با حركت به جنوب و شمال سياره، در تمام سال 3.5 روزه ي سياره گرماي دروني كافي براي متورم نگاه داشتن سياره را توليد ميكند. به ندرت عواملي مثل تاريخ مهاجرت سياره، تاريخ تصادم و وجود سيارات اضافي يك مشتري داغ را به اين حالت غيرعادي در مي آورد، كه مي تواند توضيح دهد كه چرا اچ دي 209458 بي تنها سياره ي داراي ترانزيت بيروني با اين چگالي اند است. اخترشناسان حتي از دومين سياره ي غول پيكر داراي ترانزيت غيرعادي، بهت زده تر شدند، اچ دي 149026 بي عجيبترين حيوان در باغ وحش سيارات. اين سياره به طور شگفت انگيزي نسبت به حجمش چگال است(1.4 g/cm) كه بايد 50 تا 70 درصدش از عناصر سنگين تشكيل شده باشند. اچ دي 149026 بي اين قدر با سياره ي ترانزيت كننده ي تفاوت دارد،كه به طور برجسته از هيدروژن و هليوم  تشكيل شده اند. اخترشناسان هنوز به توافق نرسيده اند كه چگونه اج دي 149026 بي ميتواند با چنين مواد سنگيني شكل گرفته باشند-  قابل قياس با تمام موادي كه در سيارات منظومه ي شمسي ما تركيب شده اند. اين يك نمونه ي مخالف با فرضيات متداول است كه تمام سيارات بيروني پرجرم  غولهاي گازي مانند مشتري و زحل هستند.

   كاهش نور ستاره

فراتر از اندازه گيري چگالي  اختر شناسان مي توانند اتمسفرهاي سيارات مشتري داغ داراي ترانزيت را شناسايي كنند. وقتي يك سياره از جلوي ستاره ي مادرش عبور ميكند، مقدار كمي از نور ستاره با اتمسفر بالايي برخورد مي كند. گازهاي اتمسفري،كمي از اين نور را در طول موجهاي خاصي جذب مي كنند كه خطوط جذبي خيلي ضعيفي روي طيف ستاره ايجاد ميكند.با مقايسه ي طيفهاي گرفته شده در خارج وطي ترانزيت ستاره شناسان ميتوانند مواد شيميايي  در اتمسفر سياره را شناسايي كنند. با پيش بيني هاي بي پروا در شناسايي اتمسفر يك سياره ي بيروني ، من در سال 1999 مقاله اي در هاروارد-اسميتسونيان(Harvard-Smithsonian) مركز دانشگاه اخترفيزيك ديميتار ساسلوف نوشتم. ما پيش بيني كرديم كه سديم  تركيبي بسيار قوي است، اگر تركيب عمده ي جذب شده در طول موجهاي مرئي نباشد. ما اساس پيش بيني را اساساً دماي سياره قرار داديم.

تمام  گوي گاز بايد  ْ1000 تا 1500ْ كلوين باشد در فاصله ي مشتري داغ با ستاره ي مادر. در اين دماها، بخار آب، مونوكسيد كربن، فلزات قليايي و احتمالاً متان بايد گازهاي اصلي جذب شده جذب شده از نور ستاره باشند. اما فقط  سديم فلزات قليايي و پتاسيم،نور را قوياً در طول موجهاي مرئي جذب مي كنند. فقط دو سال بعد David Charbonneau   (مركز اخترفيزيك هاروارداسميت سونيان) و Timothy Brown ( مركز ملي تحقيقات اتمسفري) و همكارانشان شناسايي اولين اتمسفر يك سيارهي بيروني را اعلام كردند. بعد از ساختن مدلهاي كامپيوتري از اتمسفرهاي مشتريهاي داغ در طول چند سال ، من از يك رصد واقعي،خيلي هيجان زده شدم. با استفاده از تلسكوپ فضايي هابل، گروه كاربنا و براون در اتمسفر سياره ي اچ دي 209458 بي سديم را شناسايي كردند، همانطور كه ما پيش بيني كرده بوديم. اين كشف مهم در تاريخ به ما اولين دسته بندي از اتمسفر مشتريهاي داغ را داد.شناسايي سديم تصوير اساسي ما از اين جهانها را حمايت ميكرد. اما همانگونه كه انتظار مي رفت، اندازه گيري به ما نشان داد كه مدل نمونه ي ما اشتباه بوده. خط جذبي سديم از آنچه پيش بيني ميشد خيلي ضعيفتر بود. ابرهاي داغ متشكل از غبار سيليكات يا غبار آهن مايع ميتوانست با جلوگيري  مشاهده ي از قسمت عظيمي از جو  نشان سديم را كاهش دهد(مثل تكه اي از ابر كه از ديد يك هواپيما جلوي مشاهده ي زمين را ميگيرد. دوران اتمسفري ،سردتر از دماهايي كه انتظار ميرفت، اثرات شيميايي از تشعشعات  پرتو فرابنفش ستاره ي مادر، يا مقدار كمي سديم مي توانست عمل جذب را كاهش دهد. اما هنوز اطلاعات كافي براي تعيين توضيحات درست در دست نيست.

                     سياره ي ترانزيت كننده ي hd209458b

   ستاره ي مادر  تورم كشندي اي  بر روي سياره ايجاد كرد. اگر چرخش محوري سياره با صفحه ي مداري اش نسبت دارد، تورم كشندي در مدار 3.5 روزه اش به شمال و جنوب سياره حركت خواهد كرد. اين اثر درون سياره را داغ مي كند كه سياره  را به اندازه اي  بزرگ و شگفت آور نسبت به جرم و مكانش متورم مي كند.

( اگزوسفر)exosphere:

      اخترشناسان هيدروژن اتمي را در پوشش دنباله دار- مانند بزرگي كه

hd 209458b  را احاطه كرده ، شناسايي كرده اند.

     با استفاده از تلسكوپ فضايي اسپيتزر، اخترشناسان مستقيماً تشعشعات گرمايي از  hd209458b را شناسايي كرده اند. آنها ستاره را هنگامي كه سياره در حال ترانزيت يا در پشت ستاره است  رصد كرده اند، كه تشعشعات فروسرخ را هم از ستاره و هم سياره دريافت كرده اند. آنها همچنين ستاره را در حالي كه سياره پشت ستاره پنهان شده ( گرفت ثانويه) رصد مي كنند بنابراين فقط تشعشعات فروسرخي

ستاره را مي بينند. ببعد با حذف كردن آن از جسم جلويي( سياره)، اخترشناسان اندازه ي دقيقي از تشعشعات فروسرخي سياره بدست مي آورند.  كه حاصل آن اطلاعاتي درباره ي دما، اجزا و تركيبات اصلي و هواسنجي سياره است.

   وقتي يك سياره از مقابل ستاره اش ترانزيت مي كند،درصد كمي از نور ستاره در اتمسفر فوقاني گرفته مي شود. جذب نور متنوع شيميايي اتمسفر در طول موجهايي به خصوص، نقش عمده اي در تركيبات جذب شونده در طيفسنجي ستاره دارد. اخترشناسان براي شناسايي سديم در اتمسفر hd209458b  از تلسكوپ فضايي هابل استفاده كردند.

   يك ترانزيت پديد آورنده ي كاهش نور ستاره ي مادر است. ميزان كاهش نور به موقعيت سياره نسبت به موقعيت ستاره بستگي دارد، كه به اخترشناسان اجازه ي  سنجش اندازه ي سياره را مي دهد.

بر گرفته از : Sky & Telescope