فتح باب لأنظمة الطاقة الشمسية

نظرة عامة على طريقة اكتشاف الكواكب الجديدة خارج المجموعة الشمسية وما ينتظرنا في المستقبل بفضل أدوات الرصد الجديدة

 المقدمة

على مدى السنوات العشر الماضية، تم إجراء أبحاث رائدة في علم فلك الكواكب. فالإشارة ليست إلى النجوم التي تحيط بنا، ضمن النظام الشمسي الذي نعيش فيه، بل إلى الكواكب التي تدور حول شموس أخرى. حتى الآن، تم اكتشاف أكثر من 10 كوكب، وهذه مجرد البداية. معظم الكواكب التي تم العثور عليها، مقياس حجمها هو كوكب المشتري، وهذا بسبب القيود التكنولوجية. حلم علماء الفلك هو العثور على كواكب بحجم الأرض، وذلك لأن هناك فرصًا للعثور على الحياة كما نعرفها. وليس من الصعب تخمين ما سيشعر به المجتمع الفلكي عندما يتم تطوير التكنولوجيا التي ستسمح بالمراقبة المباشرة لهذه النجوم، على غرار توجيه التلسكوب من الأرض نحو المريخ. إن الكمية الصغيرة من المعلومات التي تم الكشف عنها بالفعل للباحثين تثير أسئلة مهمة حول نظامنا الشمسي، وخاصة حول تلك الأنظمة الشمسية التي بدأ الكشف عنها. تسمح المعلومات القليلة المتاحة للمجتمع الفلكي بإجراء تصنيف أولي.

طرق الاكتشاف

اليوم، هناك ثلاث طرق مقبولة لاكتشاف الكواكب وهي الاكتشاف من خلال الاهتزاز، والاكتشاف من خلال تسوية الجاذبية، والاكتشاف من خلال العبور. الطريقة الرائدة والتي تم من خلالها اكتشاف معظم الكواكب الجديدة هي الطريقة المتذبذبة. الافتراض العملي الذي تقوم عليه هذه الطريقة هو أن الكواكب بحجم المشتري، على الرغم من أنها صغيرة مقارنة بالنجوم التي تدور حولها، إلا أنها لا تزال تتمتع بتأثير إلى حد خلق اهتزاز في شمسها ونتيجة لذلك تسحبه نحوها إلى حد ما. ويمكن تشخيص مدى هذا الاهتزاز باستخدام المعدات الطيفية. بسبب حركتهم يخلقون دورات في اهتزازات شمسهم. عندما "يقترب" الاهتزاز من الأرض، يتم الشعور بالتأثير في تحول أزرق وعندما "يتحرك الاهتزاز بعيدًا" يتم الشعور بالتحول في تحول أحمر. ومن خلال مدة الدورة وشدة الاهتزاز، من الممكن الحصول على بيانات أساسية عن الكوكب. إذا تم اكتشاف اهتزاز دوري آخر، فيمكن الافتراض أنه تم اكتشاف كوكب آخر. وهذا في الواقع استخدام لتأثير دوبلر المعروف لدى كل فيزيائي وفلكي.

الطريقة الثانية هي عدسة الجاذبية الدقيقة. تشير هذه الطريقة إلى الحالات التي يتصرف فيها المجال المغناطيسي للنجم مثل العدسات. يزيد من شدة ضوء النجم في الخلفية. إذا كان النجم القريب من الأرض (بالنسبة للنجم الموجود في الخلفية) لديه كوكب، فإن مجال جاذبية الكوكب نفسه يعزز القدرة على التكبير ومن الاختلافات بين قوى التكبير يمكن التعرف عليها الكون.

وهناك طريقة أخرى لاكتشاف الكواكب وهي العثور عليها بين شمسها والأرض، وهي ظاهرة تعرف بأنها عبور يشبه عبور الزهرة وعطارد. وبما أن هذه مسافات كبيرة جداً، سنوات ضوئية، فإنهم يخفون ضوء شمسهم. إن الاختلافات بين شدة ضوء الشمس قبل العبور وأثناء حدوثه ودورية الظاهرة يمكن أن تعطي معلومات أولية عن هذه الكواكب.

طريقة أخرى للتفكير فيها هي الرياح الشمسية. ولهذا سنقبل افتراضًا بأن هذه الكواكب لها مجالات مغناطيسية، وأن في شموسها أيضًا ظاهرة الرياح الشمسية. ومن المحتمل أن يكون هناك تفاعل بين الرياح الشمسية والمجالات المغناطيسية لهذه الكواكب على غرار ما يحدث في نظامنا الشمسي. بالنظر إلى الكواكب الكبيرة جدًا (المقاسة بكتلة المشتري)، فإن تفاعلها سيكون أكبر على سبيل المثال من التفاعل بين المجال المغناطيسي للمشتري والشمس. من الصعب متابعة هذا التفاعل في التلسكوبات البصرية، لكنه قد يكون ممكنًا في الأشعة تحت الحمراء و/أو فوق البنفسجية. قد يكون المنتج المرئي نوعًا من الخفقان (المتقلب). ستبدو الومضات كنمط متكتل. فإذا كان الكوكب بعيدا بما فيه الكفاية عن شمسه، على سبيل المثال 5 وحدات فلكية، فإنه سيكون من الممكن ملاحظة حركته المدارية ومن ذلك سيكون من الممكن حساب حجمه وكتلته. وبهذه الطريقة يمكن التمييز بين عدة كواكب في نفس الوقت.

التصنيف

لقد اعتدنا حتى الآن على بنية واحدة للنظام الشمسي. الكواكب الأرضية القريبة من الشمس وحزام الكويكبات والكواكب الغازية وحزام كوبفر. كان التقليد العام هو أن الكواكب الغازية تكون دائمًا بعيدة عن الشمس. وبمجرد البدء في اكتشاف الكواكب الجديدة، حصل الكثير منها على اسم "المشتريات الساخنة" والسبب وجيه أن بعضها قريب جدًا من شمسها ونظرًا لقربها تكون درجات الحرارة عليها مرتفعة جدًا، مئات الدرجات. درجة مئوية. ونظراً لقربهم من شمسهم فإن دورتهم المدارية قصيرة جداً وتقاس بأيام قليلة، وفي الاكتشافات الحديثة وجد أن بعضها تقاس دورته المدارية بالساعات. يبعد الكوكب SWEEPS-10 عن شمسه 1 كيلومتر، ويدور حوله مرة كل 184 ساعات، وتبلغ كتلته 100 كتلة المشتري (10: "اكتشافات هابل" على شبكة الإنترنت). النجم كوراناي بوراليس له كوكب كتلته 1.6 كتلة المشتري، ويبعد عنه 4 وحدة فلكية، ويدور حوله مرة واحدة كل 10 يومًا. وللنجم 06HD كوكب تبلغ كتلته 1 كتلة المشتري على الأقل، ويدور حوله مرة كل 1 يوما ويبعد عنه 0 وحدة فلكية. وللنجم 23 جليزا كوكب تبلغ كتلته 39 كتلة المشتري، ويبعد عنه 6 مليون كيلومتر (115019 وحدة فلكية) ويدور حوله مرة كل 3 يوما.

نوع آخر من المفاجأة هو اختراع الكواكب في الأنظمة الثنائية. يمكن العثور على الكوكب بين الشمسين عندما يدور حول الشمس الداخلية، ويمكن أن يدور حول الشمس الخارجية ويمكن أن يدور حول الشمسين كما لو كانا نجمًا واحدًا. مثال على كوكب يدور حول الشمس الداخلية هو الكوكب الذي يدور حول 195019 HD. تبلغ كتلة الكوكب 3 كتلة المشتري، ويدور حول شمسه مرة كل 4. 18 أيام وبعده عنها 3 وحدة فلكية. وتبلغ المسافة بين الشمس الثانية 0 وحدة فلكية على الأقل. الكوكب الذي يدور حول الشمس الخارجية هو الموجود في النجم المزدوج 14 HD. وهو قزم بني له 150 كتلة من كتلة المشتري محاطة بكوكب وكلاهما يدوران معًا حول نجم بحجم شمسنا تقريبًا. الكوكب نفسه أصغر من زحل، مسافة القزم البني عن الشمس المركزية تزيد عن 3651 أضعاف مسافة بلوتو عن الشمس (50. 10. 19: "العثور على العلماء" على شبكة الإنترنت). الكوكب الذي يدور حول نظام ثنائي هو الذي يدور حول النجم المزدوج MACHO-9-BLG-06. المسافة بين الشموس من بعضها البعض هي 91 وحدة فلكية. الكوكب نفسه يبعد عنهم 41 وحدات فلكية، حتى 1 كتلة المشتري (8-7: 3 Bennett DP et al). وإلى جانب هذه الأنظمة الثنائية، تم اكتشاف نظام غير عادي مكون من 57 شموس. نجم بحجم شمسنا تقريبًا في نظام 59 HD لديه كوكب بحجم المشتري يدور حوله مرة واحدة في 1999. 3 أيام وكلاهما يدوران حول الشمسين الأخريين (188753: شبكة "الكوكب الأول").

ومن بين هذه الكواكب الكبيرة هناك ما يتميز بكثافته المنخفضة، وهو ما يذكرنا بكثافة كوكب زحل البالغة 0، ومن أمثلة هذه الكواكب: الكوكب الذي يدور حول النجم 69 HD، ويبعد عن الشمس 1897336 وحدة فلكية. يبلغ قطره 0.03 قطر المشتري، وكتلته 1.25 كتلة المشتري، وكثافته 1، ويدور حول شمسه مرة كل 15 يوما، ودرجة حرارة سطحه 0.75 درجة، وكوكب آخر هو الذي يدور حول 2.219 HD. يبلغ نصف قطره 844 نصف قطر المشتري، وكتلته الدنيا 209548. 1.3 كتلة وكثافته 0. ويدور حول شمسه مرة واحدة كل 63 يوما، ويبعد عنها 0.38 وحدة فلكية، ودرجة حرارته 3.523 درجة مئوية.

الكوكب الخاص هو الذي يدور حول 179949 HD. . وهذا هو حجم كوكب المشتري، فهو يدور حول شمسه مرة كل ثلاث مرات. 3 سنوات ويتسبب في ظهور بقع ساخنة (Hot Spots) على وجهها. وتتحرك هذه البقع على طول سطح الشمس بشكل موازٍ لحركة الكوكب، إلا أنها تسبقه قليلاً. وبحسب الباحثين فإن تفسير هذه الظاهرة يكمن في المجال المغناطيسي القوي للكوكب الذي ينقل الطاقة إلى الشمس. تخلق الطاقة نقاطًا مضيئة يمكن ملاحظتها من خلال التلسكوبات (09: شبكة "الاكتشاف").

ومن حيث هندسة المدار، فبالنسبة لمعظم الكواكب المكتشفة، يكون مسارها المداري دائريًا، ولكن هناك أيضًا بعضها ذو انحراف كبير. ومن الأمثلة على ذلك الكوكب الذي يدور حول 168443 HD. تبلغ كتلته 5 أضعاف كتلة المشتري، ويدور حول شمسه مرة واحدة كل 58 يومًا، وأبعد نقطة في مداره هي 0 و45. 0 وحدة فلكية. . والكواكب الأخرى هي التي تكون مسافاتها عن شمسها أرضية مثل الكوكب الذي يدور حول 15 جليزا. وهو نجم تبلغ كتلته 614 كتلة المشتري على الأقل، وتبلغ المسافة بينه وبين الشمس 3 وحدة فلكية، ويدور حوله مرة كل 3. 2 سنوات في مدار شبه دائري. كوكب آخر هو الموجود في Ursa Majoris 5، كتلته 4 كتلة المشتري، وبعده عن شمسه 9 وحدة فلكية، ويدور حوله مرة كل 47 سنوات ودرجة حرارة سطحه 3 درجة مئوية.

وهناك مجموعة أخرى من الكواكب وهي مجموعة النجوم التي مقياس قياسها هو الأرض. إنها أكبر من الأرض ولكنها أصغر بعدة مرات من عمالقة الغاز ويتم تعريفها على أنها الأرض الفائقة.

876 جليزا هو كوكب متحرك تبلغ كتلته 7 كتلة الأرض، ونصف قطره 5 نصف قطر الأرض، وبعده عن شمسه صغير جدًا لدرجة أنه يدور مرة واحدة كل يومين. كوكب آخر ينتمي لهذه المجموعة هو نجم كتلته 2 كتلة الأرض، وبعده عن شمسه 13 وحدة فلكية ودرجة حرارة سطحه مئوية؟ 2 - شمسه من نوع القزم الأحمر. الاسم الذي يطلق على هذا الكوكب هو 6-BLG-200LB (2005: شبكة "الأرض العملاقة").

على مر السنين، تم العثور على أنظمة شمسية تحتوي على أكثر من كوكب، ودعونا لا ننسى أنه قد يتم اكتشاف كواكب إضافية في تلك الأنظمة التي يوجد بها كوكب واحد بالفعل. أحد الاكتشافات المثيرة للاهتمام هو النجم النابض 1257+12 PSR مع 4 كواكب (S. Stephens 1996:50-55). الكوكب الأول كتلته 3 كتلة الأرض، وبعده عن الشمس 4 وحدة فلكية، ومدة دورانه 0 يومًا. أما الكوكب الثاني فتبلغ كتلته 36 كتلة الأرض، ويبعد عن الشمس 66 وحدة فلكية، ومدة دورته المدارية 6 يوما. ومدارات هذين الكوكبين شبه دائرية. وهناك كوكب ثالث كتلته تعادل كتلة القمر (2 كتلة الأرض) ويبعد عنه 8 وحدة فلكية. من الممكن أن يكون هناك كوكب آخر يتحرك حول هذا النجم النابض. إبسيلون أندروميدا لديه 0 كواكب. أقرب نجم له كتلته 47 كتلة المشتري، يدور حوله مرة كل 98. 2 أيام، والثاني يعادل ضعفي كتلة المشتري ويدور حوله مرة واحدة كل 0 يومًا. أما الثالث وهو الأبعد فتبلغ كتلته 015 كتلة المشتري، وتبلغ المسافة بينه وبين الشمس 0 وحدة فلكية، ويدور حوله مرة واحدة كل 19 سنوات. كانيري 3 لديه 0 كواكب. الأول على مسافة 75 وحدة فلكية (4 مليون كم)، يدور حوله مرة كل 6 أيام والكواكب الأخرى تدور حوله مرة كل 2 يوماً، والثالث مرة كل 242 والرابع مرة كل 4 سنة.

نقاش

ولاستخدام التسميات العميلة من عالم المفاهيم البيولوجية، تم الكشف عن حديقة حيوانات للأنظمة الشمسية المختلفة للمجتمع الفلكي سواء من حيث أنواع الشموس أو أنواع الكواكب. فإذا أخذنا على سبيل المثال النجوم الكبيرة التي تقاس كتلتها بكتلة المشتري، بالنسبة إلى الأقرب إلى شمسها، فمن الواضح أنها لا تظهر إلا جانبا واحدا من وجهها (Mazar H. 2002: 15، 17)، ومن بينها تلك التي تبعد عن شمسها 7، 8 وحدات فلكية، مثلاً، وتدور حول محورها ما هي سرعتهم المحورية؟ ربما تكون سرعتهم رائعة أيضًا. فكوكب المشتري، على سبيل المثال، يدور حول محوره مرة كل 10 ساعات بسرعة 45 ألف كيلومتر في الساعة. وتهب الرياح في أعلى غلافه الجوي بسرعة مئات الكيلومترات في الساعة. تؤدي سرعة الدوران العالية هذه إلى تسطيح النجم عند قطبيه. وهذا ما سيحدث في هؤلاء النجوم أيضًا. وكانت سرعة دوران المشتري أكبر، وكان غموضه أكبر، وكان النجم سيأخذ شكلًا بيضاويًا إلى حد ما. ما هي ديناميكيات الرياح على كوكب كبير الكتلة مقارنة بكوكب كروي؟ تبعث الكواكب الغازية في نظامنا الشمسي طاقة أكبر مما تمتصه من الشمس. فهل تحدث هذه العملية أيضًا في هذه الكواكب؟ هل تحدث أيضًا في هذه النجوم أعاصير ضخمة ذات أبعاد تشبه البقعة الحمراء لكوكب المشتري. كشفت المركبة الفضائية جاليليو وزكسيني عن تفاصيل غير معروفة سابقًا حول عمليات الأرصاد الجوية في الكواكب الغازية. هل يمكن لهذه المعلومات الجديدة أن تلقي بعض الضوء على عمليات مماثلة في كواكب المشتري العملاقة؟

مثلما تمتلك الكواكب الغازية العملاقة في نظامنا الشمسي أقمارًا، فمن المحتمل أن يكون لها أقمار خاصة بها. أكبر قمر في نظامنا الشمسي هو تيتان ويبلغ قطره 5100 كم. ونظرًا لحجم عمالقة المشتري، فقد يكون لديهم أقمار بحجم الأرض، وقد يكون لديهم أيضًا أغلفة جوية وربما مجالات مغناطيسية. وفي هذه الحالة سنواجه ظاهرة لم نواجهها من قبل. كوكب أرضي يتفاعل مجاله المغناطيسي مع الرياح الشمسية لشمسه والمجال المغناطيسي للكوكب الذي يدور حوله. سيكون يومه غريبا. فإذا كان بعيدا بما فيه الكفاية عن الكوكب فإنه يدور حول محوره، ويتعرض في النهار لأشعة الشمس، وفي الليل يتعرض للضوء القادم من سطح الكوكب الذي يحيط به بسبب انعكاس ضوء الشمس. ضوء. يتم إضاءته طوال اليوم، لكن شدة الضوء تتغير بشكل دوري. ضوء الشمس القوي نهارا والضوء الضعيف ليلا. وتتعقد الصورة عندما تظهر بانتظام جانبًا واحدًا من وجهها لكوكب مثل قمرنا. ما هي عواقب يوم كهذا على الطقس؟ وإذا كانت هناك حياة عليه فماذا يعني ذلك من حيث الساعة البيولوجية. إذا كان يحتوي على مياه متدفقة أو ميثان سائل كما هو الحال على تيتان، فماذا ستكون أنماط المد والجزر؟

أما بالنسبة للكواكب الأرضية التي تدور حول الشمس، فيمكن أن يكون هناك مثل الأرض والمريخ، ويمكن أن يكون هناك أرض عملاقة (Giant Earthes). فإذا كانت شمسهم أصغر من الشمس التي تدور حولها الأرض، ستكون شدة الضوء أضعف مما نعرفه. ما هو الفرق في شدة الضوء بين النهار والليل؟ ما هو معدل دورانهم حول أنفسهم؟ ماذا يعني هذا بالنسبة لانتقال الحرارة من نصف الكرة المضيئة إلى نصف الكرة المظلمة؟ وفي حالة وجود حياة عليها، كيف تؤثر شدة الضوء الضعيفة على بنية حدقة العين؟ للتوضيح سنستخدم مثالًا مصورًا. لنفترض أن الظروف على أحد هذه الكواكب هي نفسها تمامًا تلك السائدة على الأرض باستثناء شدة ضوء الشمس، فهي أضعف بمعامل اثنين ويعيش عليها البشر مثلنا. خلال زيارتهم لعالمنا، سيتعين عليهم ارتداء النظارات الشمسية في جميع الأوقات، وإلا فلن يشعروا بالراحة وأيضًا لمنع حدوث ضرر محتمل للعيون. ماذا يعني هذا بالنسبة لنظرتهم للعالم؟ الحالة المتطرفة بشكل خاص هي نفس الحالة التي تم فيها العثور على كواكب أرضية تدور حول النجوم النابضة. ومن أجل المناقشة، لنفترض أن الحياة يمكن أن توجد عليها. هذه العوالم ستكون قاتمة إلى الأبد. الحالات المتوسطة المحتملة هي تلك الحالات التي تكون فيها الأقزام البنية أو الحمراء محاطة بغلاف جوي لكوكبها. ما هو لون سمائهم؟ يمكن أن يكون الأحمر والبني والأرجواني. صور سريالية جميلة. حالة أخرى هي كوكب يدور حول شمس داخلية في نظام ثنائي أو شمس تدور حول نجم مزدوج (النظام بأكمله ثلاثي). سيكون يومه مشرقًا دائمًا في معظم أيام السنة، باستثناء تلك الحالة التي يكون فيها الكوكب والشمس في خط مستقيم. تم وصف مثل هذا الموقف في قصة "غروب الشمس" لأسيموف.

فإذا كانت هذه النجوم لها عدة كواكب، من حيث مسافاتها عن بعضها البعض، فهل هناك شرعية حسب قانون بودي، حتى لو كانت هذه الشرعية جزئية؟ ما مدى دائرية مداراتها؟ دعونا لا ننسى أنه تم العثور على كواكب ذات مدارات غريبة الأطوار، وهذا بالتأكيد له تأثيرات مناخية بعيدة المدى. هل النجوم مائلة على محورها مثل الأرض؟ هل مستويات مداراتها أفقية تمامًا بالنسبة لمستوى طيرانها أم أن هناك شذوذات في شكل مدار بلوتو؟

סיכום

مجموعة متنوعة من الأسئلة لا نهاية لها. من الممكن أن نبني عوالم وفقًا لخيالنا الجيد ومن المرغوب فيه أن نفعل الكثير من ذلك وبالتالي نكتسب نظرة ثاقبة لعالمنا أيضًا. بالنسبة لأولئك الكتاب الذين يتعاملون مع الخيال العلمي، يفتح مجال واسع للعمل.

 מקורות

مزار ه. - "الأسئلة التي تطرح بعد اكتشاف الأنظمة الشمسية الجديدة" علم الفلك المجلد 28 العدد 3 2002 ص. 15، 17
بينيت دي بي وآخرون "اكتشاف كوكب يدور حول نظام ثنائي من عدسة الجاذبية الدقيقة" Nature Vol. 402 4. 11. 1999

ستيفنس س. - "كواكب الفرصة الثانية" علم الفلك يناير 1996 ص 50-55