كيف تكتشف كوكبًا خارجيًا من منزلك: دليل المبتدئين إلى بيانات TESS الحقيقية من ناسا
معظم الكواكب المعروفة خارج مجموعتنا الشمسية، وعددها يزيد على 6,000، لم يرها أحد مباشرة قط. اكتُشفت حين لاحظ الفلكيون أن نجمًا يخفت خفوتًا طفيفًا جدًا، مرة بعد مرة، كلما مرّ كوكب أمامه. هذه هي طريقة العبور، والبيانات التي تعتمد عليها متاحة للجميع. بمتصفح وقليل من الصبر، يمكنك أن تبحث عن كواكب في القياسات نفسها التي يستخدمها الفلكيون المحترفون.
يشرح هذا الدليل كيف يجري البحث عن العبور، خطوة بخطوة، مع النجوم الحقيقية في صائد الكواكب.
من أين تأتي البيانات: قمر TESS التابع لناسا
يرصد القمر الصناعي لمسح الكواكب الخارجية العابرة (TESS) التابع لناسا، الذي أُطلق في أبريل 2018، شريطًا من السماء مساحته 24° × 96° لمدة 27 يومًا تقريبًا في كل مرة («قطاع» واحد)، ثم ينتقل إلى القطاع التالي. ولمئات الآلاف من النجوم المختارة يسجل قياسًا للسطوع كل دقيقتين. والنتيجة لكل نجم هي منحنى الضوء: السطوع مرسومًا مقابل الزمن.
تُنشر هذه البيانات كلها للجمهور عبر أرشيف MAST التابع لناسا. وقد رصد TESS آلاف الكواكب المحتملة، تُسمى «أجرام TESS محل الاهتمام» (TOI)، وأُكِّد منها المئات حتى الآن. وما زالت إشارات كثيرة أخرى كامنة في البيانات، تنتظر من ينظر إليها.
ما عمق الانخفاض الذي يُحدثه كوكب؟
حين يعبر كوكب أمام نجمه، يحجب جزءًا من قرص النجم يساوي نسبة مساحتيهما، أي (نصف قطر الكوكب / نصف قطر النجم)². وهذا يعطيك فكرة عمّا تبحث عنه:
- كوكب بحجم المشتري أمام نجم شبيه بالشمس: خفوت بنحو 1%.
- كوكب بحجم الأرض أمام نجم شبيه بالشمس: نحو 0.008% (84 جزءًا في المليون).
- كوكب صغير أمام قزم أحمر صغير: انخفاض أعمق بكثير، لأن النجم صغير. ولهذا يدور كثير من كواكب TESS الصغيرة حول أقزام حمراء.
تغطي كواكب صائد الكواكب هذا المدى كله، من WASP-18 b، وهو عملاق يبلغ عمق انخفاضه نحو 1% ويتكرر كل 22.6 ساعة، وصولًا إلى Pi Mensae c، أول كوكب أعلن عنه TESS، الذي يُخفت عبوره نجمه الساطع بأقل من 0.03%.
الخطوة 1: ابحث عن انخفاض متكرر
منحنيات الضوء الحقيقية مليئة بالضجيج. فالنجوم تتذبذب، والمركبة تهتز، وكل قياس فيه قدر من التشتت. انخفاض واحد لا يثبت شيئًا. ما تبحث عنه هو انخفاض يتكرر، بالعمق نفسه والمدة نفسها في كل مرة.
في صائد الكواكب تحدد كل انخفاض تراه. وحين يصبح لديك اثنان أو ثلاثة، يجب أن تكون الفواصل بينها مضاعفات صحيحة لعدد واحد: هذا هو الدور المداري للكوكب. فالكوكب LHS 3844 b، وهو كوكب صخري يدور حول قزم أحمر، يُكمل دورته في 11 ساعة فقط، فيُظهر قطاع واحد مدته 27 يومًا عشرات من عبوراته.
الخطوة 2: اطوِ منحنى الضوء
حين تعرف الدور، يمكنك تقطيع منحنى الضوء إلى أجزاء طول كل منها دور واحد، ثم تكديسها بعضها فوق بعض. يُسمى هذا الطيّ الطوري. فإذا كان الدور صحيحًا، اصطفّت العبورات كلها، وظهر فجأة بوضوح انخفاض ضعيف كان مدفونًا في الضجيج. وإذا كان الدور خاطئًا، تلطّخت الانخفاضات وتبعثرت. بالطيّ يكتشف الفلكيون كواكب أضعف بكثير من أن تُرى بالعين في البيانات الخام.
الخطوة 3: اقرأ الكوكب من الانخفاض
يخبرك العبور المطويّ بالكثير:
- العمق يعطي حجم الكوكب نسبةً إلى النجم. وإذا عرفت نصف قطر النجم، حصلت على نصف قطر الكوكب.
- المدة تعتمد على حجم المدار وحجم النجم: فالكوكب البعيد عن نجمه يتحرك ببطء ويستغرق وقتًا أطول في العبور.
- الشكل مهم: يصنع الكوكب انخفاضًا مسطّح القاع بحافتين مائلتين، لأنه يكون أمام النجم بكامله لفترة من الوقت.
الخطوة 4: تأكد أنه ليس نجمين
أكثر المحتالين شيوعًا هو النجم الثنائي الكسوفي: نجمان يدور أحدهما حول الآخر ويحجب كل منهما ضوء الآخر بالتناوب. علامات التحذير:
- الانخفاضات على شكل حرف V بدلًا من أن تكون مسطّحة القاع.
- الانخفاضات المتعاقبة مختلفة العمق (الفردية لا تطابق الزوجية)، لأن النجمين مختلفان.
- يوجد انخفاض ثانٍ أصغر في منتصف المسافة بين الانخفاضات الرئيسية، حين يحجب النجم الأسطع النجم الأخفت.
- الانخفاض أعمق من أن يُحدثه أي كوكب: فالكوكب لا يمكنه أن يحجب أكثر من بضعة في المئة من نجم شبيه بالشمس.
لكن النجوم الثنائية الكسوفية ليست خبرًا سيئًا دائمًا. ففي عام 2020، كان متدرب في ناسا عمره 17 عامًا، اسمه وولف كوكير، يفحص بيانات مشروع Planet Hunters TESS بحثًا عن هذا النوع تحديدًا من الأزواج، وهو الزوج TOI-1338، حين لاحظ انخفاضًا إضافيًا لا يتناسب مع البقية. وتبيّن أنه TOI-1338 b، كوكب حجمه نحو 6.9 أضعاف حجم الأرض يدور حول النجمين معًا. ويمكنك دراسة النظام نفسه في صائد الكواكب.
الخطوة 5: هل هو معروف من قبل؟
قبل أن تحتفل، تحقق مما إذا كان للنجم بالفعل رقم TOI أو كوكب مؤكد. يقوم صائد الكواكب بذلك نيابةً عنك بمقارنة الدور الذي وجدته بفهارس ناسا. فإذا لم يطابق أي شيء معروف، فربما رصدت مرشحًا جديدًا حقيقيًا. وقد وجد المتطوعون في مشروع Planet Hunters TESS (على منصة Zooniverse) كثيرًا من هذه المرشحات، وأُكِّد بعضها كواكبَ.
جرّب بحثًا حقيقيًا
نجوم التدريب العشرة في صائد الكواكب أنظمة معروفة، فيمكنك التحقق من إجاباتك. وحين تصبح مستعدًا، يحمّل وضع بحث حقيقي منحنيات ضوء من أحدث قطاعات TESS مباشرة من أرشيف ناسا. ومعظم الإشارات فيه لم يفحصها أحد بعد.
افتح صائد الكواكب، وابدأ بـWASP-18 b، وانظر إلى أي حد يمكنك أن تجد انخفاضًا صغيرًا.
الأسئلة الشائعة
هل يستطيع الهواة حقًا اكتشاف كواكب خارجية؟ نعم. بيانات TESS وكبلر متاحة للجمهور، وقد وجد متطوعون في مشاريع مثل Planet Hunters TESS مرشحات لكواكب أكّدها الفلكيون المحترفون لاحقًا، ومنها الكوكب TOI-1338 b الذي يدور حول نجمين.
ما منحنى الضوء؟ رسم بياني لسطوع نجم عبر الزمن. ويظهر الكوكب الذي يمر أمام النجم على شكل انخفاض صغير متكرر.
ما أصغر كوكب يستطيع TESS اكتشافه؟ اكتشف TESS كواكب أصغر من الأرض، معظمها حول أقزام حمراء صغيرة وقريبة، حيث يحجب كوكب بحجم الأرض حصة أكبر من ضوء النجم.
لماذا تكون مدارات معظم الكواكب العابرة قصيرة؟ لأن الكوكب يجب أن يمر أمام نجمه مرتين على الأقل، ويُفضَّل أكثر، خلال الأسابيع القليلة التي يرصد فيها TESS رقعة من السماء. فالكواكب القريبة من نجومها تعبر كثيرًا، أما كوكب مداره عام كامل فلن يُظهر عادةً أكثر من انخفاض واحد.
استكشفه بنفسك: صائد الكواكب · الأرض الثانية · الكواكب الخارجية ودرب التبانة ثلاثية الأبعاد · ما حجم النجوم؟
المصادر
- Ricker et al. (2015), Transiting Exoplanet Survey Satellite, JATIS 1, 014003. doi:10.1117/1.JATIS.1.1.014003
- Kostov et al. (2020), TOI-1338: TESS's First Transiting Circumbinary Planet, AJ 159, 253. doi:10.3847/1538-3881/ab8a48
- NASA, NASA's TESS Mission Uncovers its 1st World with Two Stars (2020): Wolf Cukier's discovery. nasa.gov
- Huang et al. (2018), TESS Discovery of a Transiting Super-Earth in the Pi Mensae System, ApJL 868, L39. doi:10.3847/2041-8213/aaef91
- Vanderspek et al. (2019), TESS Discovery of an Ultra-short-period Planet around the Nearby M Dwarf LHS 3844, ApJL 871, L24. doi:10.3847/2041-8213/aafb7a
- NASA Exoplanet Archive and MAST (Mikulski Archive for Space Telescopes). exoplanetarchive.ipac.caltech.edu · archive.stsci.edu
أعماق العبور هي (نصف قطر الكوكب / نصف قطر النجم)²، باستخدام 6,371 كم للأرض و69,911 كم للمشتري و695,700 كم للشمس. أدوار نجوم صائد الكواكب وأعماقها هي القيم المقيسة في منحنيات ضوئها من TESS.