ديجيتال
09-07-2009, 12:37 PM
على الشمس حاليا بقعة سوداء صغيرة(**)
إن فكرة البحث عن حوادث عبور ليست جديدة، فالكسوف الشمسي هو أساسا عبور للقمر أمام الشمس. وفي وقت مبكر يعود إلى القرن السابع عشر توقع<J. كپلر> عبورا لعطارد أمام الشمس، ثم إن أحد أسباب توجه القبطان <J. كوك> في أول رحلة له إلى البحار الجنوبية South Seas، هو مشاهدة عبور كوكب الزهرة عام 1769. وكان فلكيو تلك الأيام يستخدمون حوادث العبور لحساب بُعْد الأرض عن الشمس. وأول من اقترح ـ في مذكرة صغيرة ـ فكرة إمكان رصد عبور الكواكب أمام نجوم أخرى غير الشمس هو<O. شتروڤي> [من مرصد يِركيس] عام 1951، ثم طور هذه الفكرة <F. روزنبلات> [من جامعة كورنيل] عام 1971 و<W. بوروكي> [من مركز إيمز للبحوث التابع للوكالة ناسا] في مطلع الثمانينات من القرن الماضي.
وخلال عبور لعطارد أو للزهرة، يشاهد الفلكيون نقطة سوداء صغيرة تنزلق عبر وجه الشمس. ولكن عبور كواكب من خارج نظامنا الشمسي لا يمكن كشفه إلا بطريقة غير مباشرة. وهنا يتعين على الراصدين مراقبة منحني ضوء(2) light curve النجم والبحث عن انخفاض دوري فيه، وهذه علامة مميزة على وجود كوكب يمر من أمام النجم. إن القياس الدقيق لضيائية luminosity النجم هو فرع قائم بذاته من علم الفلك، يطلق عليه اسم الفوتومترية (قياس الشدة الضوئية) photometry. ويمكن للعين المجردة أن تميز بسهولة تغير شدة سطوع نجم بمقدار 2.5 مرة تقريبا. وبمقارنة سطوع نجمين بطريقة تسمى الفوتومترية التفاضلية differential photometry، يمكن للعين المدربة كشف تغيرات أدق. وبإمكان المقاريب الصغيرة، المزودة بكاميرات حديثة تستعمل أداة قرن بالشحنة(3) charge-coupled device CCD ، بلوغ دقة قدرها 0.1 في المئة. أما المقاريب الكبيرة فيمكنها أن تؤدي ما هو حتى أفضل من هذا، وذلك بتجميعها قدرا أكبر من الضوء، وبحسابها لمتوسط الشذوذات الجوية.
http://www.oloommagazine.com/images/Articles/18/SCI2002b18N4_H04_002260.jpg
ربما يكون قد كُشف عن كوكب شبيه بالأرض حول النجم الثنائي CM دراكونيس. وقد رصد مؤلفو هذه المقالة إعتاما طفيفا يتكرر بانتظام لضوء النجم ـ وقد يشير ذلك إلى وجود كوكب يمر أمام النجم الثنائي. وسواء ثبت هذا الأمر أو لا، فإن تقنية البحث عن ذبذبات في السطوع النجمي هي الآن أفضل أمل للفلكيين في العثور على عوالم تصلح لوجود حياة عليها.
وفي حالة الكواكب الصغيرة، تكون قياسات العبور بالطريقة الفوتومترية أشد حساسية من طرق الكشف الأخرى. وقد تُحدَّد الحساسية بالإشارة التي يراد قياسها ـ أي بكمية الضوء النجمي المحجوب بالكوكب. وهذه الإشارة تتناسب طرديا مع مساحة المقطع العرضي للكوكب، ومن ثم فهي تتغير طرديا مع مربع نسبة نصف قطر الكوكب إلى نصف قطر النجم. وبالمقابل، فإن الارتعاش في السرعة نصف القطرية لنجم يتناسب طرديا مع نسبة كتلة الكوكب إلى كتلة النجم، ومن ثم مع النسبة بين مكعبي نصفي قطريهما. وبسبب كون الكواكب أصغر بكثير من النجوم ـ فنصف قطر المشتري يساوي نحو 10 في المئة من نصف قطر الشمس، ونصف قطر الأرض يساوي نحو 1 في المئة من نصف قطر الشمس ـ فإن النسبة بين المربعين تكون أصغر من النسبة بين المكعبين، وهذا يؤدي إلى قياسات أفضل للعبور.
لقد أخذ استكشاف جزئي للعبور أمام النجم HD 209458 نحو 40000 فوتون من الطاقة الضوئية، في حين أخذ قياس ارتعاشه بنفس الدرجة من الثقة نحو 10 ملايين فوتون. وبالطبع، فقد استعملت هذه الفوتونات على نحو مختلف: ففي طريقة العبور، كانت تُعَدّ طوال الوقت بوساطة فوتومتر (مقياس الشدة الضوئية) photometer؛ وفي طريقة الارتعاش كانت تقسم جزئيا في المطياف إلى نُطُق (عصائب) bands ضيقة من الأطوال الموجية بوساطة مطياف. ولكن الميزة الجوهرية للطريقة الفوتومترية هي أنها تمكننا من استعمال مقاريب أصغر للعثور على كواكب من حجمٍ معطى. هذا وإن كوكبا بحجم المشتري يجعل نجمه يعتم بنسبة 1 في المئة تقريبا، وهذا أمر يمكن كشفه جيدا بوساطة المقاريب التي قطرها متر واحد. أما الكواكب التي هي بحجم الأرض، التي تعتم نجومها بنسبة تقرب من 0.01 في المئة، فيتعذر كشفها حتى بأكبر المقاريب المتوفرة حاليا. ومع ذلك، فالدقة المطلوبة يمكن بلوغها باستخدام حيل رصدية خاصة وتقنيات معينة لكشف الإشارات.
هذا ويجب أيضا أن تؤخذ في الاعتبار المسافة بين الكوكب ونجمه. فطريقة الارتعاشات تنخفض حساسيتها بدرجة تتناسب طرديا مع الجذر التربيعي لهذه المسافة، لأن الكواكب البعيدة تمارس شدا تثاقليا أضعف على نجومها. وهذا هو السبب في أن معظم الكواكب التي عُثِر عليها بهذه الطريقة كانت بحجم المشتري، وكانت تسير في مدارات قريبة من نجومها. ولكن حوادث العبور يمكن كشفها في حال رفيقين بعيدين على استقامة مع الراصد بالسهولة ذاتها التي يُكشف بها الرفيقان القريب أحدهما من الآخر. والتأثير الذي ينشأ عن المواقع النسبية للنجم والكوكب والراصد هندسي محض. وبمقارنة المسافة بين النجم والكوكب بالسنين الضوئية التي تفصل النجم عن الأرض، يظهر أن هذه المسافة غير مؤثرة على الإطلاق؛ ومع أنها يمكن أن تتغير بجزء كسري كبير من قيمتها، فإن مقدار الإعتام من منظورنا سيبقى دون تغيير تقريبا.
الآن أنت تراه، الآن أنت ترى منه جزءا أقل: هذه هي الفكرة التي تكمن وراء طريقة العبور في كشف الكواكب. لنأخذ كوكبا في نظام نجم ثنائي. إن الفلكيين لا يرون في الواقع نجمين منعزلين، ذلك أن ضوءيهما يتجمعان معا. وحين يمر الكوكب أمام كل من النجمين من منظورنا، يعتم النظام بأسلوب مميز. ويتوقف قدر الإعتام ومدته، المقيسين بدقة، على موقعي النجمين في مدارهما المشترك.
http://www.oloommagazine.com/images/Articles/18/SCI2002b18N4_H04_002261.jpg
هنا تكون المسافة الظاهرية الفاصلة بين النجمين أكبر ما يمكن. ويكون عبور الكوكب مزدوجا لأنه يمر أمام أحدهما، ثم أمام الآخر.
http://www.oloommagazine.com/images/Articles/18/SCI2002b18N4_H04_002262.jpg
إذا مر الكوكب من الأمام حين يكون أحد النجمين كاسفا للآخر، فيمكن للعبور أن يدوم مدة أطول ويُحْدِث نقصانا نسبيا أكبر في السطوع.
http://www.oloommagazine.com/images/Articles/18/SCI2002b18N4_H04_002263.jpg
إذا مر الكوكب من الأمام قبل الكسوف النجمي مباشرة، حدث عبور ثلاثي: أولا عبر النجم القريب، ثم عبر النجم البعيد (ولكن خلال مدة أقصر لأن النجم والكوكب يتحركان في اتجاهين متعاكسين)، وأخيرا عبر النجم البعيد مرة أخرى
إن فكرة البحث عن حوادث عبور ليست جديدة، فالكسوف الشمسي هو أساسا عبور للقمر أمام الشمس. وفي وقت مبكر يعود إلى القرن السابع عشر توقع<J. كپلر> عبورا لعطارد أمام الشمس، ثم إن أحد أسباب توجه القبطان <J. كوك> في أول رحلة له إلى البحار الجنوبية South Seas، هو مشاهدة عبور كوكب الزهرة عام 1769. وكان فلكيو تلك الأيام يستخدمون حوادث العبور لحساب بُعْد الأرض عن الشمس. وأول من اقترح ـ في مذكرة صغيرة ـ فكرة إمكان رصد عبور الكواكب أمام نجوم أخرى غير الشمس هو<O. شتروڤي> [من مرصد يِركيس] عام 1951، ثم طور هذه الفكرة <F. روزنبلات> [من جامعة كورنيل] عام 1971 و<W. بوروكي> [من مركز إيمز للبحوث التابع للوكالة ناسا] في مطلع الثمانينات من القرن الماضي.
وخلال عبور لعطارد أو للزهرة، يشاهد الفلكيون نقطة سوداء صغيرة تنزلق عبر وجه الشمس. ولكن عبور كواكب من خارج نظامنا الشمسي لا يمكن كشفه إلا بطريقة غير مباشرة. وهنا يتعين على الراصدين مراقبة منحني ضوء(2) light curve النجم والبحث عن انخفاض دوري فيه، وهذه علامة مميزة على وجود كوكب يمر من أمام النجم. إن القياس الدقيق لضيائية luminosity النجم هو فرع قائم بذاته من علم الفلك، يطلق عليه اسم الفوتومترية (قياس الشدة الضوئية) photometry. ويمكن للعين المجردة أن تميز بسهولة تغير شدة سطوع نجم بمقدار 2.5 مرة تقريبا. وبمقارنة سطوع نجمين بطريقة تسمى الفوتومترية التفاضلية differential photometry، يمكن للعين المدربة كشف تغيرات أدق. وبإمكان المقاريب الصغيرة، المزودة بكاميرات حديثة تستعمل أداة قرن بالشحنة(3) charge-coupled device CCD ، بلوغ دقة قدرها 0.1 في المئة. أما المقاريب الكبيرة فيمكنها أن تؤدي ما هو حتى أفضل من هذا، وذلك بتجميعها قدرا أكبر من الضوء، وبحسابها لمتوسط الشذوذات الجوية.
http://www.oloommagazine.com/images/Articles/18/SCI2002b18N4_H04_002260.jpg
ربما يكون قد كُشف عن كوكب شبيه بالأرض حول النجم الثنائي CM دراكونيس. وقد رصد مؤلفو هذه المقالة إعتاما طفيفا يتكرر بانتظام لضوء النجم ـ وقد يشير ذلك إلى وجود كوكب يمر أمام النجم الثنائي. وسواء ثبت هذا الأمر أو لا، فإن تقنية البحث عن ذبذبات في السطوع النجمي هي الآن أفضل أمل للفلكيين في العثور على عوالم تصلح لوجود حياة عليها.
وفي حالة الكواكب الصغيرة، تكون قياسات العبور بالطريقة الفوتومترية أشد حساسية من طرق الكشف الأخرى. وقد تُحدَّد الحساسية بالإشارة التي يراد قياسها ـ أي بكمية الضوء النجمي المحجوب بالكوكب. وهذه الإشارة تتناسب طرديا مع مساحة المقطع العرضي للكوكب، ومن ثم فهي تتغير طرديا مع مربع نسبة نصف قطر الكوكب إلى نصف قطر النجم. وبالمقابل، فإن الارتعاش في السرعة نصف القطرية لنجم يتناسب طرديا مع نسبة كتلة الكوكب إلى كتلة النجم، ومن ثم مع النسبة بين مكعبي نصفي قطريهما. وبسبب كون الكواكب أصغر بكثير من النجوم ـ فنصف قطر المشتري يساوي نحو 10 في المئة من نصف قطر الشمس، ونصف قطر الأرض يساوي نحو 1 في المئة من نصف قطر الشمس ـ فإن النسبة بين المربعين تكون أصغر من النسبة بين المكعبين، وهذا يؤدي إلى قياسات أفضل للعبور.
لقد أخذ استكشاف جزئي للعبور أمام النجم HD 209458 نحو 40000 فوتون من الطاقة الضوئية، في حين أخذ قياس ارتعاشه بنفس الدرجة من الثقة نحو 10 ملايين فوتون. وبالطبع، فقد استعملت هذه الفوتونات على نحو مختلف: ففي طريقة العبور، كانت تُعَدّ طوال الوقت بوساطة فوتومتر (مقياس الشدة الضوئية) photometer؛ وفي طريقة الارتعاش كانت تقسم جزئيا في المطياف إلى نُطُق (عصائب) bands ضيقة من الأطوال الموجية بوساطة مطياف. ولكن الميزة الجوهرية للطريقة الفوتومترية هي أنها تمكننا من استعمال مقاريب أصغر للعثور على كواكب من حجمٍ معطى. هذا وإن كوكبا بحجم المشتري يجعل نجمه يعتم بنسبة 1 في المئة تقريبا، وهذا أمر يمكن كشفه جيدا بوساطة المقاريب التي قطرها متر واحد. أما الكواكب التي هي بحجم الأرض، التي تعتم نجومها بنسبة تقرب من 0.01 في المئة، فيتعذر كشفها حتى بأكبر المقاريب المتوفرة حاليا. ومع ذلك، فالدقة المطلوبة يمكن بلوغها باستخدام حيل رصدية خاصة وتقنيات معينة لكشف الإشارات.
هذا ويجب أيضا أن تؤخذ في الاعتبار المسافة بين الكوكب ونجمه. فطريقة الارتعاشات تنخفض حساسيتها بدرجة تتناسب طرديا مع الجذر التربيعي لهذه المسافة، لأن الكواكب البعيدة تمارس شدا تثاقليا أضعف على نجومها. وهذا هو السبب في أن معظم الكواكب التي عُثِر عليها بهذه الطريقة كانت بحجم المشتري، وكانت تسير في مدارات قريبة من نجومها. ولكن حوادث العبور يمكن كشفها في حال رفيقين بعيدين على استقامة مع الراصد بالسهولة ذاتها التي يُكشف بها الرفيقان القريب أحدهما من الآخر. والتأثير الذي ينشأ عن المواقع النسبية للنجم والكوكب والراصد هندسي محض. وبمقارنة المسافة بين النجم والكوكب بالسنين الضوئية التي تفصل النجم عن الأرض، يظهر أن هذه المسافة غير مؤثرة على الإطلاق؛ ومع أنها يمكن أن تتغير بجزء كسري كبير من قيمتها، فإن مقدار الإعتام من منظورنا سيبقى دون تغيير تقريبا.
الآن أنت تراه، الآن أنت ترى منه جزءا أقل: هذه هي الفكرة التي تكمن وراء طريقة العبور في كشف الكواكب. لنأخذ كوكبا في نظام نجم ثنائي. إن الفلكيين لا يرون في الواقع نجمين منعزلين، ذلك أن ضوءيهما يتجمعان معا. وحين يمر الكوكب أمام كل من النجمين من منظورنا، يعتم النظام بأسلوب مميز. ويتوقف قدر الإعتام ومدته، المقيسين بدقة، على موقعي النجمين في مدارهما المشترك.
http://www.oloommagazine.com/images/Articles/18/SCI2002b18N4_H04_002261.jpg
هنا تكون المسافة الظاهرية الفاصلة بين النجمين أكبر ما يمكن. ويكون عبور الكوكب مزدوجا لأنه يمر أمام أحدهما، ثم أمام الآخر.
http://www.oloommagazine.com/images/Articles/18/SCI2002b18N4_H04_002262.jpg
إذا مر الكوكب من الأمام حين يكون أحد النجمين كاسفا للآخر، فيمكن للعبور أن يدوم مدة أطول ويُحْدِث نقصانا نسبيا أكبر في السطوع.
http://www.oloommagazine.com/images/Articles/18/SCI2002b18N4_H04_002263.jpg
إذا مر الكوكب من الأمام قبل الكسوف النجمي مباشرة، حدث عبور ثلاثي: أولا عبر النجم القريب، ثم عبر النجم البعيد (ولكن خلال مدة أقصر لأن النجم والكوكب يتحركان في اتجاهين متعاكسين)، وأخيرا عبر النجم البعيد مرة أخرى