כוכבי לכת חוץ: עולמות מעבר למערכת השמש שלנו

כוכב הלכת הצעיר ביותר שטרם התגלה הוא בן פחות ממיליון שנה.

כוכב הלכת הצעיר ביותר שטרם התגלה הוא בן פחות ממיליון שנה ומקיף את קוקו טאו 4, כוכב במרחק של 420 שנות אור. אסטרונומים הסיקו את נוכחותו של הפלנטה מחור עצום בדיסק המאובק החגור את הכוכב. החור גדול פי 10 ממסלול כדור הארץ סביב השמש וכנראה נגרם על ידי כוכב הלכת המנקה חלל באבק כשהוא מקיף את הכוכב. (אשראי תמונה: נאס'א)



כוכבי לכת אקסופ -כוכבים הם כוכבי לכת מעבר למערכת השמש שלנו. אלפי התגלו בשני העשורים האחרונים, בעיקר באמצעות טלסקופ החלל קפלר של נאס'א.



עולמות אלה מגיעים במגוון עצום של גדלים ומסלולים. חלקם כוכבי לכת ענקיים המתחבקים קרוב לכוכבי הוריהם; אחרים קפואים, חלקם סלעיים. נאס'א וסוכנויות אחרות מחפשות סוג מיוחד של כוכב לכת: אחד בגודל זהה לכדור הארץ, המקיף כוכב דמוי שמש באזור המגורים.

אזור המגורים הוא טווח המרחקים מכוכב שבו הטמפרטורה של כוכב הלכת מאפשרת אוקיינוסים מים נוזליים, קריטיים לחיים על כדור הארץ. ההגדרה המוקדמת ביותר של האזור התבססה על שיווי משקל תרמי פשוט, אך החישובים הנוכחיים של אזור המגורים כוללים גורמים רבים אחרים, כולל השפעת החממה של האטמוספירה של כוכב הלכת. זה הופך את גבולות אזור המגורים ל'מטושטש '.



אסטרונומים הודיעו באוגוסט 2016 שאולי הם מצאו כזה כוכב לכת המקיף את פרוקסימה קנטאורי . העולם החדש, המכונה Proxima b, הוא מסיבי פי 1.3 מכדור הארץ, מה שמרמז שכוכב הלכת הוא עולם סלעי, אמרו חוקרים. כוכב הלכת נמצא גם בכוכב אזור למגורים , רק 7.5 מיליון קילומטרים מהכוכב המארח שלה. הוא משלים מסלול אחד בכל 11.2 ימי כדור הארץ. כתוצאה מכך, סביר שכוכב הלכת נעול גאות, כלומר הוא תמיד מראה את אותם הפנים לכוכב המארח שלו, בדיוק כמו שהירח מראה רק פנים אחת (הצד הקרוב) לכדור הארץ.

רוב כוכבי הלכת הישנים התגלו על ידי טלסקופ החלל קפלר, מצפה כוכבים שהחל לפעול בשנת 2009 וצפוי לסיים את משימתו בשנת 2018, לאחר שייגמר לו הדלק. החל מאמצע מרץ 2018 , קפלר גילה 2,342 כוכבי לכת מאושרים וגילה את קיומם של אולי 2,245 אחרים. המספר הכולל של כוכבי הלכת שהתגלו על ידי כל המצפה הוא 3,706.

תגליות מוקדמות

אמנם כוכבי לכת אקסופולריים לא אושרו עד שנות התשעים, אך שנים קודם לכן אסטרונומים היו משוכנעים שהם נמצאים שם. זו לא הייתה רק משאלת לב, אלא בגלל כמה לאט השמש שלנו וכוכבים אחרים כמוה מסתובבים לאט לאט, אמרה האסטרופיזיקאית מאוניברסיטת קולומביה הבריטית ג'יימי מת'יוס ל- demokratija.eu. מתיוס, מדען השליחות של צופה טלסקופ מזדמן מדי פעם בכוכבי כוכב לכת (כוכב השונות והתנודות של כוכבים), היה מעורב בחלק מהתגליות המוקדמות של כוכבי לכת.



לאסטרונומים היה סיפור מוצא למערכת השמש שלנו. במילים פשוטות, ענן גז ואבק מסתובב (הנקרא ערפילית פרוטוזולרית) קרס תחת כוח הכבידה שלו ויצר את השמש וכוכבי הלכת. כשהענן התמוטט, שימור המומנטום הזוויתי פירושו שבקרוב השמש אמורה להסתובב מהר יותר ויותר. אך בעוד השמש מכילה 99.8 אחוזים ממסת מערכת השמש, לכוכבי הלכת יש 96 אחוזים מהמומנטום הזוויתי. אסטרונומים שאלו את עצמם מדוע השמש מסתובבת כל כך לאט.

לשמש הצעירה היה שדה מגנטי חזק מאוד, שקווי הכוח שלו הגיעו לדיסק הגז המתערבל שממנו ייווצרו כוכבי הלכת. קווי השדה הללו התחברו לחלקיקים הטעונים בגז, ופעלו כמו עוגנים, האטו את סיבוב השמש הנוצרת וסובבים את הגז שבסופו של דבר יהפוך לכוכבי הלכת. רוב הכוכבים כמו השמש מסתובבים לאט, ולכן האסטרונומים הסיקו כי אותה 'בלימה מגנטית' התרחשה עבורם, כלומר בוודאי התרחשה עבורם היווצרות כוכבי לכת. המשמעות: כוכבי לכת חייבים להיות נפוצים סביב כוכבים דמויי שמש.

מסיבה זו ואחרות, אסטרונומים הגבילו בתחילה את חיפושם אחר כוכבי לכת לכוכבים דומים לשמש, אך שתי התגליות הראשונות היו סביב פולסאר (גוויית מסתובב במהירות של כוכב שמת כסופרנובה) בשם PSR 1257+12, בשנת 1992. הגילוי הראשון שאושר על עולם המקיף כוכב דמוי שמש, בשנת 1995, היה 51 פגאסי ב '-כוכב לכת מסה צדק פי 20 קרוב לשמשו משלך. זו הייתה הפתעה. אבל מוזר נוסף צץ שבע שנים קודם לכן שרמז על עושר כוכבי הלכת העתידיים.



צוות קנדי ​​גילה כוכב הלכת בגודל צדק סביב גמא צפאי בשנת 1988, אך מכיוון שמסלולו היה קטן בהרבה מזה של צדק, המדענים לא טענו לגילוי כוכבי לכת סופי. ״לא ציפינו לכוכבי לכת כאלה. זה היה מספיק שונה מכוכב לכת במערכת השמש שלנו שהם היו זהירים ', אמר מתיוס.

רוב התגליות הראשונות לכוכב הלכת היו ענקי גז ענקיים (או גדולים) בגודל צדק שהקיפו קרוב לכוכבי הוריהם. הסיבה לכך היא שאסטרונומים הסתמכו על טכניקת המהירות הרדיאלית, שמודדת עד כמה כוכב 'מתנדנד' כאשר כוכב לכת או כוכבי לכת מקיפים אותו. כוכבי הלכת הגדולים האלה הסגורים גורמים להשפעה גדולה בהתאם על כוכב האם שלהם, וגורמים להתנודדות קלה יותר לזיהוי.

לפני עידן תגליות כוכב הלכת, מכשירים יכלו למדוד רק תנועות כוכביות עד קילומטר לשנייה, לא מדויקים מכדי לזהות התנודדות עקב כוכב לכת. כעת, כמה מכשירים יכולים למדוד מהירות של עד סנטימטר לשנייה, על פי מתיוס. 'בין השאר בגלל מכשור טוב יותר, אבל גם בגלל שהאסטרונומים מנוסים כיום יותר בהקנטת אותות עדינים מתוך הנתונים.'

קפלר, TESS ומצפות נוספות

קפלר הושק בשנת 2009 במשימה ראשית להתבונן באזור בקבוצת הכוכבים של ציגנוס. קפלר ביצע את המשימה הזו במשך ארבע שנים - כפול מחיי המשימה הראשונית - עד שרוב גלגלי התגובה שלו (מכשירי הצבעה) נכשלו. לאחר מכן העבירה נאס'א את קפלר למשימה חדשה בשם K2, בה משתמש קפלר בלחץ הרוח הסולרית כדי לשמור על המיקום בחלל. מצפה הכוכבים מעת לעת משנה את שדה הראייה שלו כדי להימנע מסנוור השמש. קצב הגילוי הכוכבי של קפלר הואט לאחר המעבר ל- K2, אך עדיין נמצא מאות כוכבי לכת בכוכב הלכת בשיטה החדשה. מהדורה האחרונה שלה, בפברואר 2018, הכילה 95 כוכבי לכת חדשים.

אינפוגרפיקת עולמות חייזרים 20

כרזת אינפוגרפיקה של Alien Worlds 20'x60 '. קנה כאן (אשראי תמונה: חנות demokratija.eu)

קפלר חשף שפע של כוכבי לכת מסוגים שונים. מלבד ענקי הגז וכוכבי הלכת, זה עזר להגדיר מעמד חדש לגמרי המכונה ' סופר-אדמות ': כוכבי לכת שהם בגודל של כדור הארץ ונפטון. חלקם נמצאים באזורים ראויים למגורים של כוכביהם, אך האסטרוביולוגים חוזרים ללוח השרטוט כדי לבחון כיצד יתפתחו חיים בעולמות כאלה. התצפיות של קפלר הראו שכוכבי-על נמצאים בשפע ביקום שלנו. (למרבה הפלא, נראה כי מערכת השמש שלנו אינה מכילה כוכב לכת בגודל כזה, אם כי יש הסבורים שכוכב לכת גדול שכונה 'כוכב תשע' עשוי להסתתר בהישגיה החיצוניים של מערכת השמש.)

השיטה העיקרית של קפלר לחיפוש כוכבי לכת היא שיטת ה'טרנזיט '. קפלר עוקב אחר אור כוכב. אם האור מתעמעם במרווחי זמן קבועים וצפויים, זה מצביע על כך שכוכב חולף על פני הכוכב. בשנת 2014 חשפו אסטרונומים של קפלר (כולל הסטודנט לשעבר של מתיוס ג'ייסון רו) שיטת 'אימות בריבוי' חדשה שהגבירה את הקצב שבו אסטרונומים מקדמים כוכבי לכת מועמדים לכוכבי לכת מאושרים. הטכניקה מבוססת על יציבות מסלולית - מעברים רבים של כוכב המתרחשים עם תקופות קצרות יכולים לנבוע רק מכוכבי לכת במסלולים קטנים, שכן ריבוי כוכבים ליקויים העלולים לחקות יגרשו זה את זה מכוח הכבידה מהמערכת תוך כמה מיליוני שנים בלבד.

כאשר קפלר מסיים את משימתו, מצפה כוכבים חדש בשם Transitting Exoplanet Survey Satellite (TESS) צפוי להשיק באביב 2018. TESS תקיף את כדור הארץ מדי 13.7 ימים ותבצע סקר בשמיים לאורך שנתיים. הוא יסקור את חצי הכדור הדרומי בשנה הראשונה שלו, ואת חצי הכדור הצפוני (הכולל את שדה קפלר המקורי) בשנתו השנייה. מצפה הכוכבים צפוי לחשוף כוכבי לכת רבים נוספים, כולל לפחות 50 שהם בערך בגודל כדור הארץ.

תצפיות בולטות אחרות לציד כוכבי לכת (בעבר ובהווה) כוללות:

  • ספקטוגרף HARPS על טלסקופ לה סילה של 3.6 מטר מצפה הכוכבים האירופאי לה צ'ילה, שאורו הראשון היה בשנת 2003. המכשיר נועד להסתכל על ההתנודדות שכוכב לכת מעורר בסיבוב של כוכב. HARPS מצא הרבה יותר ממאה כוכבי לכת בעצמו, והוא משמש באופן קבוע לאישור תצפיות של קפלר ומצפות אחרות.
  • טלסקופ מיקרוvariability והתנודות של כוכבים (MOST), שהחל תצפיות בשנת 2003. MOST נועד להתבונן באסטרוזאיזם של כוכב, או ברעידות כוכבים. אבל הוא גם השתתף בתגליות כוכב לכת, כגון מציאת כוכב הלכת השמאלי 55 Cancri e.
  • סוכנות החלל הצרפתית CoRoT (COnvection ROtation and Planetary Transits), שפעלה בין 2006 ל -2012. היא מצאה כמה עשרות כוכבי לכת מאושרים, כולל COROT-7b-כוכב הלכת הראשון בעל הרכב סלע או מתכת בעיקר.
  • סוכנות החלל נאס'א/אירופה לחלל האבל וטלסקופי החלל נאס'א שפיצר, המתבוננים מעת לעת בכוכבי לכת באורכי גל גלויים או אינפרא אדומים, בהתאמה. (מידע נוסף על האטמוספירה של כוכב הלכת זמין באינפרא אדום.)
  • האירופי המאפיין את הלוויין ExOPlanets (CHEOPS), שצפוי להיות מוכן לשיגור בשנת 2018. המשימה נועדה לחשב את קוטרי כוכבי הלכת במדויק, במיוחד את כוכבי הלכת הנופלים בין המוני-על-כדור הארץ לנפטון.
  • טלסקופ החלל ג'יימס ווב של נאס'א, שצפוי לשגר בשנת 2020. הוא מתמחה בהתבוננות באורכי גל אינפרא אדום. מצפה הכוכבים העוצמתי צפוי לגלות יותר אודות התגוררותם של אטמוספירות מסוימות של כוכבי לכת.
  • טלסקופ ה- PLAnetary ו- PLATnet של סוכנות החלל האירופית, שצפוי להשיק בשנת 2024. הוא נועד ללמוד כיצד נוצרים כוכבי לכת ואילו תנאים, אם בכלל, יכולים להיות נוחים לכל החיים.
  • משימת ה- ESA ARIEL (אטמוספירה של חישה מרחוק אינפרא אדום כוכב הלכת), שתצא לאמצע 2028. הוא צפוי לצפות ב -1,000 כוכבי לכת אקס -פלנטיים וגם לערוך סקר של ההרכבים הכימיים של האטמוספירה שלהם.

תרשים המציג את הגדלים היחסיים של כוכבי הלכת החייזרים החדשים שגילה קפלר, בהשוואה לכדור הארץ ולצדק.

תרשים המציג את הגדלים היחסיים של כוכבי הלכת החייזרים החדשים שגילה קפלר, בהשוואה לכדור הארץ ולצדק.(אשראי תמונה: נאס'א/טים פייל)

כוכבי לכת בולטים

עם אלפים לבחירה, קשה לצמצם כמה. כוכבי לכת קטנים ומוצקים באזור המגורים בולטים באופן אוטומטי, אך מתיוס הבחין בחמישה כוכבי לכת אחרים שהרחיבו את נקודת המבט שלנו על האופן שבו כוכבי הלכת נוצרים ומתפתחים:

  • 51 פגסי ב:כפי שצוין קודם לכן, זה היה כוכב הלכת הראשון שאושר סביב כוכב דמוי שמש. חצי ממסתו של צדק, הוא מסתובב סביב השמש שלו בערך בערך מרקורי מהשמש שלנו. 51 פגסי ב כל כך קרוב לכוכב האם שלה עד שסביר להניח שהיא נעולה על גדותיה, כלומר צד אחד תמיד פונה לכוכב.
  • HD 209458 b:זה היה כוכב הלכת הראשון שנמצא (בשנת 1999) שהעביר את הכוכב שלו (אם כי הוא התגלה בטכניקת הנדנוד של דופלר) ובשנים שלאחר מכן נערמו תגליות נוספות. זה היה כוכב הלכת הראשון מחוץ למערכת השמש שעבורו נוכל לקבוע היבטים של האטמוספירה שלו, כולל פרופיל הטמפרטורה והיעדר עננים. (מתיוס השתתף בכמה מהתצפיות באמצעות רוב.)
  • 55 סרטן מ:כדור הארץ העל הזה מקיף כוכב בהיר מספיק כדי לראות בעין, כלומר אסטרונומים יכולים ללמוד את המערכת בפירוט רב יותר מכל כוכב אחר. אורכו של 'השנה' שלו הוא 17 שעות ו -41 דקות בלבד (מוכר כאשר רוב הביטו במערכת במשך שבועיים בשנת 2011). תיאורטיקנים משערים שכוכב הלכת עשוי להיות עשיר בפחמן, עם ליבת יהלום.
  • HD 80606 b:בזמן גילויו בשנת 2001, הוא החזיק בשיא ככוכב הלכת האקסצנטרי ביותר שהתגלה אי פעם. יתכן שמסלולו המוזר (הדומה לשביט של האלי מסביב לשמש) עשוי לנבוע מהשפעתו של כוכב אחר. מסלולו הקיצוני יהפוך את סביבת כדור הארץ למשתנה ביותר.
  • WASP-33b:כוכב הלכת הזה התגלה בשנת 2011 ויש לו מעין שכבת 'קרם הגנה' - סטרטוספירה - שסופגת חלק מהאור הנראה והאולטרה סגול מכוכב האם שלו. כוכב הלכת הזה לא רק מקיף את הכוכב שלו 'לאחור', אלא שהוא גם מעורר רעידות בכוכב, הנראות על ידי הלוויין MOST ביותר.