دنیاهای دیگه
چطور بیشتر از پنج هزار سیاره دور ستاره‌های دیگه پیدا شد بدون اینکه حتی یکی‌شون دیده بشه، کمربند حیات چی می‌گه و چی نمی‌گه، و یه نگاه صادقانه به سؤال حیات.
روش اول
دنبال یه افت ریز تکرارشونده بگرد
اگه مدار یه سیاره از دید ما اتفاقی از لبه دیده بشه، سیاره هر دور یه بار از جلوی ستاره‌ش رد می‌شه و یه باریکه از نورش رو می‌گیره. ستاره ناپدید نمی‌شه؛ کسری از یک درصد، برای چند ساعت، کم‌نور می‌شه و بعد با همون فاصله دوباره تکرار می‌کنه. به این می‌گن گذر. تلسکوپی که هم‌زمان صد هزار ستاره رو تماشا می‌کنه و دنبال افت‌های تکرارشونده می‌گرده، می‌تونه هزاران سیاره پیدا کنه.
گیر کار هندسه‌ست، همون مشکل باریکه‌ی تپ‌اخترها تو درس ۰۷. فقط سهم کوچیکی از سامانه‌های سیاره‌ای از دید ما از لبه‌ن. هر گذری که پیدا می‌شه نماینده‌ی خیلی سیاره‌های دیگه‌ست که مدارشون کجه و ما کاملاً از دستشون می‌دیم.
سیاره‌ای که گذر می‌کنه چقدر نور رو می‌گیره؟
نسبت دو تا قرصه: (پهنای سیاره ÷ پهنای ستاره) به توان دو
مشتری از جلوی خورشید:
۱۴۰٬۰۰۰ ÷ ۱٬۴۰۰٬۰۰۰ = ۰٫۱ ← ۰٫۱ × ۰٫۱ = ۰٫۰۱
زمین از جلوی خورشید:
۱۲٬۷۰۰ ÷ ۱٬۴۰۰٬۰۰۰ = ۰٫۰۰۹ ← ۰٫۰۰۹ × ۰٫۰۰۹ = ۰٫۰۰۰۰۸مشتری خورشید رو حدود ۱٪ کم‌نور می‌کنه. زمین حدود ۰٫۰۰۸٪.هشت قسمت در صد هزار، با یه برنامه‌ی زمانی ثابت تکرارشونده، اندازه‌گیری‌شده از فاصله‌ی چند سال نوری. روش گذر برای پیدا کردن سیاره‌ای مثل مال ما همین دقت رو می‌خواد، و تلسکوپ‌های فضایی بهش رسیدن.
خودت رو امتحان کن
کاوه دو سال یه ستاره رو زیر نظر می‌گیره و سه تا افت ۱٪ ثبت می‌کنه که هر کدوم پنج ساعت طول کشیدن و دقیقاً ۲۰۰ روز از هم فاصله دارن. معقول‌ترین برداشت چیه؟
- سیاره‌ای هم‌اندازه‌ی خود ستاره
- ستاره‌ای که خودش نورش نوسان می‌کنه
- یه سیاره با پهنای حدود یک‌دهم ستاره، با مدار ۲۰۰ روزه
- ابرهای جو زمین که از جلوی تلسکوپ رد می‌شن
جواب رو ببین
یه سیاره با پهنای حدود یک‌دهم ستاره، با مدار ۲۰۰ روزه
درسته. فاصله‌ی برابر یعنی مدار، و افت ۱٪ یعنی سیاره ۱٪ از قرص ستاره رو می‌پوشونه، پس پهناش حدود یک‌دهم ستاره‌ست. یه سیاره‌ی هم‌اندازه‌ی مشتری با سال ۲۰۰ روزه.
روش دوم
لق زدن ستاره رو تماشا کن
سیاره دور یه ستاره‌ی ثابت نمی‌چرخه. هر دوشون دور نقطه‌ی تعادل مشترکشون می‌چرخن، پس ستاره هم یه دایره‌ی کوچیک خودش رو می‌زنه. وقتی ستاره میاد سمت ما خط‌های طیفیش به آبی می‌رن و وقتی دور می‌شه به قرمز، و این با دوره‌ی سال سیاره مدام تکرار می‌شه. این همون اثر دوپلر درس ۰۲ه، فقط تو مقیاسی خیلی کوچیک‌تر، و اولین سیاره‌ی دور یه ستاره‌ی شبیه خورشید سال ۱۹۹۵ همین‌جوری پیدا شد.
عددهاش بی‌رحمن. مشتری خورشید رو با سرعت حدود ۱۲ متر بر ثانیه جابه‌جا می‌کنه، کندتر از یه ماشین تو شهر. زمین با حدود ۹ سانتی‌متر بر ثانیه جابه‌جاش می‌کنه، یعنی سرعت یه قدم زدن آروم، که باید روی ستاره‌ای تو فاصله‌ی تریلیون‌ها کیلومتری اندازه گرفته بشه.
چرا اخترشناس‌ها هر دو روش رو می‌خوان
گذر بهت اندازه می‌ده
عمق افت، پهنای سیاره رو نسبت به ستاره می‌ده و فاصله‌ی افت‌ها طول سالش رو. ولی هیچی درباره‌ی وزن سیاره نمی‌گه: یه گوی گاز پفکی و یه سنگ چگال با پهنای یکسان، به یه اندازه نور می‌گیرن.
لق زدن بهت جرم می‌ده
اینکه ستاره با چه سرعتی نوسان می‌کنه جرم سیاره رو می‌ده. ولی هیچی درباره‌ی اندازه‌ش نمی‌گه. هر دو رو برای یه سیاره داشته باشی، جرم و حجم داری، که چگالی می‌ده، و چگالی می‌گه داری به سنگ نگاه می‌کنی یا یخ یا گاز.
خودت رو امتحان کن
هر تیکه اطلاعات رو کدوم روش بهت می‌ده؟
- قطر سیاره
- جرم سیاره
- فرصت خوندن جو از روی نور ستاره‌ای که ازش رد می‌شه
- کشفی که حتی با مدار کج نسبت به خط دید ما هم جواب می‌ده
- کسری از نور ستاره که گرفته می‌شه
- سرعت نزدیک و دور شدن ستاره نسبت به ما
جواب رو ببین
گذر (همون افت نور): قطر سیاره, فرصت خوندن جو از روی نور ستاره‌ای که ازش رد می‌شه, کسری از نور ستاره که گرفته می‌شه
لق زدن (همون اثر دوپلر): جرم سیاره, کشفی که حتی با مدار کج نسبت به خط دید ما هم جواب می‌ده, سرعت نزدیک و دور شدن ستاره نسبت به ما
ایده‌ای مفید ولی باریک
کمربند حیات (Habitable Zone / Goldilocks Zone)
کمربند حیات نواری از فاصله‌ها دور یه ستاره‌ست که توش یه سیاره با جو مناسب می‌تونه آب مایع روی سطحش نگه داره. نزدیک‌تر باشه آب بخار می‌شه؛ دورتر باشه یخ می‌زنه. کمربند یه کوتوله‌ی قرمز کم‌نور خیلی نزدیکه و کمربند یه ستاره‌ی پرنور خیلی دور. این یه صافی اولیه‌ست برای اینکه بدونیم کجا رو نگاه کنیم، نه حکمی درباره‌ی اینکه جایی قابل زندگی هست یا نه.
محدودیت‌هاش مهمن. زهره نزدیک لبه‌ی داخلی کمربند خورشیده و سطحش اون‌قدر داغه که سرب رو آب می‌کنه، به خاطر جوش. اروپا و انسلادوس، قمرهای مشتری و زحل، خیلی بیرون کمربندن و انگار زیر یخشون اقیانوس مایع دارن، که با کشندها گرم شده نه با نور خورشید. کمربند درباره‌ی آب سطحیه، و نه حیات رو تضمین می‌کنه نه برای حیات لازمه.
خودت رو امتحان کن
سیاره‌ای که تو کمربند حیات ستاره‌ش پیدا بشه، می‌تونه سطحی داشته باشه که سرب رو آب می‌کنه.
جواب رو ببین
درست
درسته، و نمونه‌ش تو منظومه‌ی خودمونه. کمربند فقط می‌گه فاصله برای آب مایع سطحی مناسبه، به شرط داشتن جو مناسب. زهره لبه‌ی کمربند خورشیده و جو غلیظ دی‌اکسید کربنش اون‌قدر گرما نگه می‌داره که سطحش سرب رو آب می‌کنه. فاصله فقط اولین فیلتره، نه حکم نهایی.
خودت رو امتحان کن
آزاده یه سیاره با دو تا اندازه‌گیری پیدا می‌کنه: هر ۳۰۰ روز یه افت گذر ۰٫۰۳٪ روی ستاره‌ای هم‌اندازه‌ی خورشید، و یه لق زدن که جرمش رو حدود چهار برابر زمین می‌ده. صادقانه چی می‌تونه بگه؟
- مسکونیه، چون تو کمربند حیاته
- پهناش حدود دو برابر زمینه و جرمش چهار برابر، پس احتمالاً سنگیه
- حتماً یه غول گازیه، چون چهار برابر جرم زمین برای یه سیاره‌ی سنگی خیلی سنگینه
- هیچی، چون سیاره مستقیم دیده نشده
جواب رو ببین
پهناش حدود دو برابر زمینه و جرمش چهار برابر، پس احتمالاً سنگیه
درسته. جذر ۰٫۰۰۰۳ حدود ۰٫۰۱۷ه، پس سیاره تقریباً ۱٫۷٪ پهنای ستاره‌ست، یعنی نزدیک دو برابر زمین. چهار برابر جرم زمین تو اون حجم، چگالی‌ای در حد سنگ می‌ده. سال ۳۰۰ روزه دور ستاره‌ای شبیه خورشید هم فاصله‌ش رو تو نوار درست می‌ذاره، که دلیلیه برای دقیق‌تر نگاه کردن، نه نتیجه‌ای درباره‌ی حیات.
حالا چی بلدی
- هر ادعا رو از روی روشش بخون. هر واقعیتی تو این دوره از یه اندازه‌گیری اومده: یه جابه‌جایی اختلاف‌منظر، یه خط طیفی، یه افت نور، یه طول موج کش‌اومده، یه تصویر خم‌شده، یه موج تو فضازمان.
- اول از همه سراغ جرم برو. جرم تعیین کرد ستاره چطور زندگی و مرگ داشته باشه، باقی‌مونده‌ش کوتوله‌ی سفید بشه یا ستاره‌ی نوترونی یا سیاه‌چاله، و سیاره از چی ساخته شده باشه.
- فاصله و زمان رو از هم جدا نکن. نگاه به دوردست یعنی نگاه به گذشته؛ از ۸ دقیقه برای خورشید تا ۱۳٫۸ میلیارد سال برای تابش زمینه.
- اندازه‌گیری‌شده رو از نام‌گذاری‌شده جدا کن. اون ۹۵٪ کیهان که بهش می‌گیم تاریک، اندازه‌گیری شده؛ ولی اسم‌هاش جای‌نگه‌دارن. واضح گفتن همین، فرق علم با اعتمادبه‌نفسه.
خودت رو امتحان کن
یه مرور آخر روی کل دوره: هر چیزی که می‌دونیم رو به راهی که ازش می‌دونیم وصل کن
جواب رو ببین
- فاصله‌ی یه ستاره‌ی نزدیک → جابه‌جایی ریزش وقتی زمین مدارش رو طی می‌کنه
- اینکه ستاره از چی ساخته شده → خط‌های تاریک طیفش
- اینکه کیهان یه زمانی داغ و چگال بوده → تابش ریزموجی که از همه طرف می‌رسه
- اینکه یه کهکشان جرم نامرئی داره → ستاره‌های لبه‌ش که خیلی تند می‌چرخن
- پهنای سیاره‌ای که نمی‌بینیمش → عمقی که موقع گذر ستاره‌ش رو کم‌نور می‌کنه
مرور درس و دوره
- سیاره‌ها رو از روی افتی که موقع گذر تو نور ستاره‌شون می‌سازن پیدا می‌کنن، و از روی لق زدنی که تو حرکت ستاره ایجاد می‌کنن. گذر اندازه می‌ده، لق زدن جرم، و با هم چگالی.
- کمربند حیات نوار فاصله‌ایه که آب مایع سطحی توش ممکنه. جاییه برای نگاه کردن، نه یه قول، و قمرهای خیلی بیرون‌ترش هم ممکنه زیر یخ اقیانوس داشته باشن.
- نور ستاره که موقع گذر از جو سیاره رد می‌شه، ترکیب اون جو رو لو می‌ده؛ با همون خط‌های طیفی که تو درس ۰۲ دیدی.
- هیچ شاهد تأییدشده‌ای از حیات بیرون زمین نیست، و با یه نمونه نمی‌شه تخمین زد چقدر رایجه. جواب صادقانه همینه و همینم ارزش نگه داشتن داره.
- هر چی تو این دوره گفته شد روی یه اندازه‌گیری وایساده که یه نفر انجامش داده. دفعه‌ی بعد که ادعایی درباره‌ی کیهان خوندی، سؤال به‌دردبخور همونیه که تمرینش کردی: از کجا می‌دونیم؟