شکار سیاره‌های دور دست

 با چنین سرعتی می‌توانید در بازه زمانی که عدد 1001 را بلند به زبان می‌آورید 150 بار از تهران به مشهد رفته و دوباره به تهران بازگردید حال تصور 100 هزار سال حرکت با این سرعت برای طی کردن قطر کهکشان می‌تواند چشم‌اندازی از وسعت این خانه بزرگ مادری ما در جهان را ترسیم کند. بیایید از طریق دیگری سعی کنیم این ابعاد شگفت‌انگیز را درک کنیم. تخمین زده می‌شود در کهکشان راه‌شیری حدود 200 میلیارد ستاره، (از جمله خورشید ما) وجود داشته باشد. به یاد داشته باشید این عدد برخلاف ظاهر ساده‌اش نشانگر کمیتی بسیار بزرگ است به طوری که اگر قصد داشته باشید عدد یک تا یک میلیارد را به طور پی در پی و با سرعتی بسیار زیاد بشمارید این کار حدود 100 سال طول می‌کشد. (اگر به طور متوسط شمارش هر عدد با توجه به اعداد بزرگی مانند 456234125 حدود 3 ثانیه طول بکشد شما برای شمارش کامل یک تا یک میلیارد نیازمند 3 میلیارد ثانیه یا 95 بیش از سال زمان هستید، ‌البته می‌توانید خودتان هم دست به امتحان بزنید.)

این 200 میلیارد ستاره اما در کهکشان درکنار هم قرار نگرفته‌اند، بلکه میان آنها فواصل بسیار بزرگی وجود دارد مثلا اگر خورشید را در نظر بگیرید نزدیکترین ستاره به ما پروکسیما قنطورس است که 2/4 سال نوری ازخورشید فاصله دارد. بیایید دست به یک تغییر مقیاس بزنیم تا عمق وسعت کیهانمان را بهتر درک کنیم. فرض کنید خورشید (با قطری معادل 109 برابر قطر زمین)‌،‌ پروکسیما قنطورس و تمام فواصل میان آن را به یک نسبت کوچک کنیم به طوری که ابعاد خورشید به اندازه یک پرتقال متوسط شود و هم ارز آن همه فواصل و مقیاس‌ها نیز کوچک شود. در این صورت اگر خورشید کوچک شده را در کنار برج میلاد در تهران قرار دهیم ستاره پروکسیما نارنگی کوچکی خواهد بود که در کنار رودخانه تایمز لندن قرار خواهد داشت. حال در نظر بیاورید که چنین فواصل عظیمی میان حدود 200 میلیارد ستاره کهکشان ما برقرار است.

اگر تا اینجا شمه‌ای از ابعاد وسیع کیهان را تجسم کرده‌اید بد نیست به خاطر آورید همه آنچه گفته شد مربوط به کهکشان راه‌شیری است که میزبان خورشید و منظومه‌شمسی ما است جهان بسیار بزرگتر از کهکشان ما است و تخمین زده می‌شود میلیاردها کهکشان در جهان وجود دارند که هر یک درون خود چنین وسعتی و تعددی از ستاره‌ها را به نمایش می‌گذارند.

با مرور سریع چنین صحنه‌ای در عالم یکی از قدیمی‌ترین سوال‌هایی که ذهن بشر را به خود مشغول داشته است بار دیگر خود را آشکار می‌کند: آیا ما در جهانی به این بزرگی تنها هستیم؟ ‌آیا در گوشه دیگری از این عالم سیاره‌ای همانند زمین وجود دارد که میزبان موجودات زنده و حتی هوشمند باشد؟‌

بسیاری از محققان بر این باورند که این تنوع عظیم احتمال وجود سیاره‌ای زنده را در جایی از کیهان بسیار افزایش می‌دهد اما برای رسیدن به این سیاره زنده ابتدا باید از مسیر کشف سیاره‌های فراخورشیدی عبور کرد تا بتوانیم سیارات مناسب زیست را در گام بعدی کشف کنیم.

سیارات فراخورشیدی به معنی سیاره‌هایی هستند که به دور ستاره‌هایی غیر از خورشید درحال چرخشند. اگرچه وجود چنین سیاراتی تا سال 1988 تایید نشدند اما بحث‌ها درباره وجود آنها به زمانی خیلی قبل‌تر از این تاریخ باز می‌گردد. یکی از پیشگامانی که در باره امکان وجود این سیارات ابراز نظر کرده است،‌ جوردانو برونو است او در قرن 17 میلادی نظریات جنجال برانگیزی را در کنار اعتقاد به خورشید مرکزی کپرنیکی مطرح کرد که عاقبت باعث خشم کلیسا و سوزاندن او شد. یکی از نظریات او امکان وجود سیاراتی مانند زمین به دور ستاره‌هایی دیگر و حتی امکان وجود حیات روی آنها بود. سر ایزاک نیوتون نیز در یکی از رساله‌های خود به امکان وجود چنین سیاراتی اشاره می‌کند و آنها را تابع قوانین جاذبه خود می‌داند و اتفاقا همین نقطه، ‌آغاز راه کشف این دنیاهای دور دست است.

در قرن 19بحث روی چنین سیاره‌هایی جنبه علمی بیشتری به خود گرفت در سال 1855 میلادی کاپیتان جاکوب از کمپانی هند شرقی اعلام کرد حدس می‌زند بر اساس بررسی‌هایی که در رصد خانه مدرس انجام داده و بررسی مدار ستاره‌های سیستم 70 مارافسای، ‌جسمی سیاره‌ای در مدار این ستاره وجود دارد. این ادعا بحث‌های فراوانی را در پی داشت به طوری که در دهه 1890 توماس سی،‌ از دانشگاه شیکاگو با تکمیل این بررسی‌ها ادعا کرد این سیستم میزبان سیاره‌ای با دوره تناوب 36 سال است و چندی بعد فارست مولتون در مقاله‌ای امکان وجود این سیاره را به دلیل ناپایداری مداری که به وجود می‌آورد رد کرد. در دهه 1950 نیز بررسی‌هایی روی ستاره بارنارد انجام شد و ادعاهایی در رابطه با وجود سیاره‌ای در مدار آن مطرح شد که به زودی اشتباه بودن آن آشکار شد. در این دوران اگرچه هنوز سیاره فراخورشیدی کشف نشده بود اما اعتقاد به وجود آنها از حوزه فانتزی خارج شده بود و دانشمندان آن را به عنوان واقعیتی موجود در جهان پذیرفته بودند و تنها منتظر فرصتی برای شکار آنها بودند.

سال 1988 نخستین کشف تایید شده به وقوع پیوست در این سال 3 دانشمند کانادایی به نام‌های بروس کمپبل، ‌جی ای والکر و اس یانگ توانستند با بررسی تغییرات سرعت شعاعی (که یکی از روش‌های اصلی آشکار کردن سیارات فراخورشیدی به شمار می‌رود) وجود سیاره‌ای به دور ستاره گاما قیفاووس را مشخص کنند این کشف تا چند سال موضوع بحث محافل نجومی بود علت اصلی طولانی شدن بحث‌ها در این خصوص به این موضوع برمی‌گشت که رصدهای انجام شده در مرزهای توانایی‌های ابزارهای رصدی آن دوران قرار داشت و امکان بروز خطا در آنها بسیار بالا بود. بسیاری نیز این ایده را مطرح می‌کردند که ممکن است جرمی که وجود آن در اثر تاثیرات گرانشی بر ستاره مادر پیدا شده است، یک کوتوله قهوه‌ای باشد ستاره‌های نارسی که در رده میان ستاره‌ها و سیارات قرار می‌گیرند. این بحث‌ها همچنان ادامه یافت تا با توسعه ابزارهای تشخیص و رصد سرانجام در سال 2003 مشخص شد حدس اولیه مبنی بر وجود سیاره‌ای به دور ستاره گاما قیفاووس را تایید کرد و این زمانی بسیار پس از آن بود که وجود سیارات دیگری به دور ستاره‌های دیگر تایید شده بودند. اگرچه این حدس اولین حدس درستی بود که از وجود یک سیاره فراخورشیدی ارائه شد اما نخستین سیاره‌ای که وجودش به دور ستاره‌ای از رشته اصلی (ستاره‌هایی مانند خورشید که مرحله اصلی عمر خود را می‌گذرانند) اثبات شد. این کشف در 6 اکتبر سال 1995 و توسط 2 دانشمند دانشگاه جنو به نام‌های مایکل مایور و دایدر کوئلز، صورت پذیرفت و آنها توانستند ثابت کنند سیاره‌ای به دور ستاره رشته اصلی 51 فرس اعظم در حال چرخش است. به این ترتیب این تاریخ را باید تاریخ ورود رسمی سیارات فراخورشیدی به فهرست‌های نجومی به شمار آورد از آن زمان تاکنون تعداد بسیار زیادی سیاره فراخورشیدی کشف شده‌اند. براساس آمار رسمی سایت شکار سیارت فراخورشیدی سازمان ناسا، تاکنون ما توانسته‌ایم 353 سیاره فراخورشیدی را کشف کنیم که در برخی از موارد 2 یا چند مورد از آنها منظومه‌ای را به دور یک ستاره تشکیل می‌داده‌اند به این ترتیب که 297 ستاره میزبانی این سیارات را بر عهده دارند.

با رشد ابزارهای زمینی و فضایی هر روز بر تعداد این سیارات افزوده می‌شود، اما همه این سیارات با روش‌های غیرمستقیم کشف شده‌اند. به دلیل کوچک بودن سیارات در مقایسه با ستاره‌ها و فواصل بسیار دور دست آنها با ما عملا شانس تصویربرداری مستقیم از آنها بسیار پایین است و تاکنون بهترین ابزارهای زمینی و فضایی تنها توانسته‌اند تصاویر مبهمی از چند مورد معدود از این سیارات تهیه کنند. به همین دلیل باید به سراغ روش‌های غیرمستقیم رفت. در این روش‌ها به طور کلی به تاثیراتی توجه می‌شود که وجود جرمی نظیر یک سیاره (که قابل رویت نیست) بر رفتار ستاره مادر خود می‌گذارد.

این تاثیر می‌تواند در اثر تاثیرات گرانشی، اثر خود را بر شکل مدار یا جابه‌جایی اندک و لنگ زدن ستاره مادر نشان دهد یا در میزان نور رسیده از ستاره مادر. روش اخیر که به روش گذر معروف است یکی از رایج‌ترین روش‌ها برای جستجوی سیارات فراخورشیدی است که اکثر این سیارات نیز به همین روش کشف شده‌اند. در این روش دانشمندان به دنبال سیاراتی می‌گردند که مدار آنها از دید ما روی زمین، از مقابل قرص ستاره مادرشان عبور می‌کند به این معنی که وقتی از زمین به آنها نگاه می‌کنیم در بخشی از حرکت انتقالی خود برای مدتی از مقابل قرص ستاره مادر رد می‌شوند و یک کسوف کوچک یا به عبارت بهتر گذر را به وجود می‌آورند. حال اگر شما از روی زمین به طور منظم به رصد ستاره‌ای بپردازید که چنین سیاره‌ای را بر گرد خود دارد و ابزار شما به نورسنج‌های دقیق مجهز باشد هنگام عبور آن سیاره از مقابل قرص ستاره مادرش، متوجه کاهش اندک افت نور ستاره خواهید شد. اگر این کاهش موقت نور به طور منظم تکرار شود می‌توان مطمئن بود سیاره‌ای با دوره تناوب مشخص در اطراف آن ستاره وجود دارد. شاید به نظر برسد احتمال کشف سیاره‌ای با این روش بسیار پایین است چون شرط لازم برای پیدا کردن آن این است که مدار سیاره در شرایط بسیار ویژه‌ای نسبت به زمین قرار گرفته باشد. واقعیت نیز همین است،اما بار دیگر به تعداد ستاره‌هایی که در کهکشان ما وجود دارد فکر کنید. بالا بودن این تعداد باعث می‌شود تعداد ستاره‌هایی که میزبان سیاراتی با چنین ویژگی هستند به شکل چشمگیری افزایش پیدا کند و باعث شود این روش به یکی از محبوب‌ترین روش‌های کشف سیارات فراخورشیدی تبدیل شود. روشی که امروز دامنه استفاده از آن از تلسکوپ فضایی کپلر که قرار است به شکار سیارات زمین مانند برود تا رصدخانه‌های آماتوری را شامل می‌شود.

سیارات فراخورشیدی که شاید بتوان کشف آنها را آغاز عصر جدیدی در دانش سیاره‌شناسی دانست، اهمیتی فوق‌العاده برای محققان دارند. تنها جویندگان حیات در دیگر نقاط کیهان نیستند که علاقه‌مند یافتن این سیارات به شمار می‌روند بلکه محققانی که در زمینه پیدایش و تحول منظومه شمسی مطالعه می‌کنند نیز به این سیارات علاقه‌مندند هر یک از این سیارات در مرحله‌ای از تکامل منظومه سیاره‌ای خود قرار دارند و به این ترتیب می‌توانند به دانشمندان کمک کنند تا مراحل مختلف شکل‌گیری و تحول منظومه شمسی خودمان را درک کنند. نکته جالب این که در ابتدا دانشمندان امیدوار بودند با کشف سیارات فراخورشیدی ایرادهای جزیی که در تئوری تکامل منظومه شمسی وجود داشت را برطرف کنند، اما اینک با کشف این سیارات آنها در صحت این نظریه نیز در حال بازنگری هستند و گمان می‌کنند حداقل باید سناریوهای دیگری برای پیدایش منظومه شمسی نیز در کنار نظریه رایج ارائه دهند. یکی از مشکلات را برای نظریه پیدایش منظومه شمسی، کشف سیارات فراخورشیدی به وجود آورد که به مشتری‌های داغ معروف شده‌اند. این سیارات ابعادی در حد سیاره مشتری دارند و به دور ستاره‌های خورشید مانندی در حال گردش هستند با این تفاوت که در فاصله بسیار نزدیکی نسبت به ستاره مادر خود قرار دارند. به طوری که اگر این سیارات را به منظومه شمسی خودمان منتقل کنیم به جای آن که در دوردست‌های منظومه و در جای فعلی مشتری قرار گیرند در مداری به فاصله مدار عطارد از خورشید یا حتی نزدیک‌تر از آن قرار می‌گیرند. این موضوع چندان با نظریه رایج شکل‌گیری سیارات منظومه شمسی که معتقد به نوعی ترتیب قرارگیری سیارات بر مبنای چگالی آنها است، مطابق نیست.

بسیاری امیدوارند کشف سیارات فراخورشیدی بیشتر کمک کند تا سوال‌های قدیمی در این زمینه پاسخ داده شده و راه‌حل‌های تازه‌ای پیرامون مساله تولد و تحول منظومه‌های سیاره‌ای ارائه شود.

اما هنوز محدودیت‌های بسیاری پیش روی دانشمندان قرار دارد. یکی از اهداف اصلی محققان از این جستجوی طولانی پیدا کردن سیارات زمین مانند است تا الان تقریبا همه سیارات یافت شده در منظومه‌های فراخورشیدی، سیارات گازی غول پیکر هستند و هنوز سیاره زمین مانندی کشف نشده است. اهمیت کشف سیارات زمین مانند برای هدف غایی این پروژه که یافتن زیستگاه‌های احتمالی حیات در دیگر نقاط کیهان است بسیار مهم است. اگرچه حیات ممکن است در هر جایی از کیهان شکل بگیرد و شاید هم اینک نوعی از آن به شکلی در اقمار مشتری و به تبع آن اقمار احتمالی سیارات گازی فرا خورشیدی وجود داشته باشد، تشخیص چنین نوعی از حیات از زمین و با امکانات امروزین ما بسیار دشوار است. به همین دلیل یک راه حل معقول پیدا کردن جاهایی در کیهان است که می‌دانیم حداقل یک بار تجربه میزبانی حیات را داشته‌اند و چنین جایی که می‌شناسیم تنها سیاره زمین است به همین دلیل جستجو به دنبال سیارات سنگی در ابعاد زمین که در فاصله مناسب دمایی از ستاره مادر که اصطلاحا کمربند حیات نامیده می‌شود قرار داشته باشند می‌تواند نقاطی از کیهان را به ما معرفی کند که احتمال شکل‌گیری حیات در آنها بیش از سایر نقاط است.

فضا پیمای کپلر که چند روز پیش 150 روز اقامت در مدارش را پشت‌سر گذاشت با کمک ابزارهای دقیق و پیشرفته خود امیدوار است بتواند با استفاده از روش گذر سیاره‌ای، سیارات زمین مانند را کشف کند و داستان سیارات فراخورشیدی را گامی به پیش ببرد.

امروز سیارات فراخورشیدی در راس فهرست اولویت‌های بسیاری از رصدخانه‌های جهان قرار دارند و بسیاری از محققان رشته مختلف ستاره‌شناسی تمرکز خود را روی این دنیاهای دوردست و ناشناخته قرار داده‌اند. بی‌شک در طی سالیان آینده این موضوع در رده داغ‌ترین موضوعات علم قرار خواهد داشت و عرصه‌های جدیدی را به روی انسان امروزین باز خواهد کرد. خوشبختانه با بهبود ابزارهای دیجیتال نجومی فرصت مشارکت در بررسی و کشف این سیارات برای منجمان آماتور نیز فراهم شده است و آنها می‌توانند با تلسکوپ‌های معمولی که در بازار ابزارآلات نجومی ایران نیز یافت می‌شود به صف جستجوگران سیارات فراخورشیدی بپردازند و اطلاعات خود را با دانشمندان شریک شوند.

بازه سوال‌های وسیعی که این سیارات قادر به پاسخگویی آنها خواهند بود به قدری متنوع و اساسی است که شور و هیجان خاصی را به این بررسی علمی وارد کرده است شاید اگر شما هم منجم آماتور علاقه‌مندی هستید که ابزار مناسبی در اختیار دارید یا در آستانه انتخاب رشته دانشگاهی هستید که در آینده بتواند در مرزهای علم نقش‌آفرینی داشته باشد، بد نباشد که بیشتر و جدی‌تر به دنیاهای دوردستی فکر کنید که در این جهان پهناور وجود دارند و منتظرند تا به دام شکارچیان صبور و با پشتکار زمینی بیفتند.

پوریا ناظمی