10 იანვარი 2020 - 17:15

ეგზოპლანეტებზე ჟანგბადი და წყალი არის? როგორ ეძებენ ასტრონომები ციურ სხეულებს

ეგზოპლანეტები

ფოტო: Shutterstock.com

Nature Astronomy-ში დაიბეჭდა სამი სტატია, რომლებშიც ეგზოპლანეტების ძებნის ახალი მეთოდია აღწერილი. საქმე ეხება უკიდურესად უჩვეულო პლანეტებს (ექსტრასოლარული (მზის გარეთა) პლანეტა), რომლებიც მოძრაობენ არა მზის, არამედ სხვა ვარსკვლავის, ვარსკვლავური ნარჩენის ან ყავისფერი ჯუჯის გარშემო. რით არიან ექსოპლანეტები გამორჩეული? რამდენად უნივერსალურია მათი ძებნის ახალი მეთოდი და საერთოდ, როგორ ეძებენ ასტრონომები შორეულ ციურ სხეულებს?

როდის და რატომ დაიწყეს ეგზოპლანეტებზე ფიქრი? 

ასტრონომები როგორც კი მიხვდნენ, რომ ვარსკვლავი შორეული მზეა, პლანეტური სისტემების იქ არსებობის შესახებ მსჯელობა ჯერ კიდევ ასობით წლის წინ დაიწყეს. თუმცა ამის დამტკიცება არც ისე მარტივი აღმოჩნდა. ყველაზე მასიური პლანეტაც კი ძალიან მსუბუქი და სუსტი ობიექტია, რომელიც გაცილებით მასიური და კაშკაშა ვარსკვლავების გვერდით მდებარეობს. როგორც კი მე-19 საუკუნის შუა ხანებში ასტრონომებმა ვარსკვლავებამდე მანძილის გაზომვა დაიწყეს, ცხადი გახდა, რომ მათ ირგვლივ მდებარე პლანეტების (მაშინ მათ ექსოპლანეტებს ჯერ კიდევ არ უწოდებდნენ) აღმოჩენა ძალიან რთული იქნებოდა. 

იმავე საუკუნეში ასტრონომები ეფზოპლანეტების ძებნის განსხვავებულ მეთოდებზე ალაპარაკდნენ. ნაწილი ფიქრობდა, რომ მეთოდი მუშაობს, მაგრამ ის არასაკმარისად ზუსტი იყო. ასე რომ, საჭირო გახდა 1990-იან წლებამდე ლოდინი, როდესაც ტექნიკური პროგრესის შედეგად, ასტრონომების არსენალში რამდენიმე მეთოდი გაჩნდა. ეფზოპლანეტების იდენტიფიცირება სწორედ მათი მეშვეობით გახდა შესაძლებელი.

როგორ ეძებენ შორეულ ვარსკვლავებთან პლანეტებს?

ეგზოპლანეტების ძებნის 6 ძირითადი მეთოდი არსებობს. მეცნიერები თითოეულ მათგანს დღემდე იყენებენ, თუმცა - სხვადასხვა მიმართულებით. ყველაზე მარტივი გზაა ეგზოპლანეტის პირდაპირი დაფიქსირება. ეს იმას ნიშნავს, რომ მიიღებთ ფოტოს ან ზუსტად წერტილში გაარტყამთ და იტყვით: „აი, ისიც!“ როგორც ხვდებით, ეს ძალიან იშვიათად ხდება. რამდენიმე ათასი უკვე აღმოჩენილი ეგზოპლანეტიდან მხოლოდ ცალკეულ შემთხვევებში გახდა შესაძლებელი, შორეული ციური სხეული უშუალოდ გადაეღოთ. ამასთან, ხშირად პლანეტების შესახებ არსებული მონაცემები ნაკლებად სწორხაზოვანია, თუმცა ამის გამო ისინი ნაკლებად საიმედო სულაც არ არის.  

კითხვა იმის შესახებ, თუ რა მეთოდით გახდა შესაძლებელი ყველაზე პირველი ეგზოპლანეტის დაფიქსირება, უფრო რთულია, ვიდრე ერთი შეხედვით ჩანს. ზოგიერთი მეცნიერი მიიჩნევს, რომ პირველ ეგზოპლანეტებად უნდა ჩაითვალოს ის ობიექტები, რომლებიც 1992 წელს ერთ-ერთი რადიოპულსარის (დაახლოებით ნეიტრონულ ვარსკვლავებთან) ირგვლივ დააფიქსირეს. ეს შესაძლებელი გახდა ამ რადიოპულსარის სიგნალების ანალიზის შედეგად. თუმცა სანამ ამ საკითხზე დეტალურად შევჩერდებოდეთ, რამდენიმე სიტყვა ორბიტულ მოძრაობაზეც უნდა ვთქვათ. 

როგორც წესი, ბავშვებს ჩვენ ვუხსნით, რომ მზე კი არ ბრუნავს დედამიწის გარშემო, არამედ დედამიწა ბრუნავს მზის გარშემო. თუმცა ისინი იზრდებიან და დგება დრო, რომ სიმართლე გაიგონ. სინამდვილეში მზე და მზის სისტემის სხვა სხეულები ერთმანეთზე გრავიტაციულად ზემოქმედებენ და მთელი სისტემის საერთო მასის ცენტრის ირგვლივ მოძრაობენ. უბრალოდ საქმე ის არის, რომ მზე ყველაზე მასიურია. ის ასჯერ უფრო მძიმეა, ვიდრე მზის სისტემის სხვა სხეულები ერთად აღებული.

რაც შეეხება პულსარის ირგვლივ არსებულ პლანეტებს, უკვე გავიგეთ, რომ პულსარი ერთ ადგილზე გაჩერებული არ არის. თავისი სისტემის მასის ცენტრის ირგვლივ მოძრაობაში ისიც მონაწილეობს. ერთადერთი, რაც ჩვენ შეგვიძლია, არის მისი იმპულსების აღრიცხვა, რომლებიც თავისებური „ზუსტი დროის სიგნალებია“. თუმცა თუ პულსარი მოძრაობს, სიგნალი არც ისე ზუსტი იქნება. როცა ის ჩვენკენ მოძრაობს, სიგნალი ჩვენამდე უფრო ხშირად აღწევს, ჩვენგან კი უფრო იშვიათად მიდის. ხშირად ვარსკვლავები ორმაგ სისტემებს აყალიბებენ. ამ შემთხვევაში პლანეტების არსებობა ვარსკვლავების ორბიტულ მოძრაობაში გადახრებსა და ერთი ვარსკვლავის მიერ მეორის დაბნელებას ხან ხშირად, ხან კი იშვიათად გამოიწვევს. სწორედ ასე გახდა შესაძლებელი რამდენიმე პლანეტის აღმოჩენა. თუმცა ეს მეთოდი ძირითადი არ არის.

ძირითადი მეთოდები რომელია?

1980-იანი წლებიდან ასტრონომებმა დაიწყეს ფიქრი, რომ შეესწავლათ ვარსკვლავების პერიოდული მოძრაობა მათი სისტემების მასის ცენტრის ირგვლივ. ისინი საამისოდ ვარსკვლავების მოძრაობის სიჩქარეს სწავლობდნენ. სინამდვილეში ამ მოძრაობის დროს ვარსკვლავი ხან გვიახლოვდება, ხანაც - გვშორდება. ამის გაზომვა მათი  სპექტრის შესწავლით არის შესაძლებელი. 

სწორედ ამ მეთოდით, 1995 წელს შვეიცარიელმა მეცნიერებმა მარშალ მაიორმა და დიდიე კელომ ნორმალურ ვარსკვლავთან (51 პეგასი b) მდებარე პირველი ეგზოპლანეტა აღმოაჩინეს. ამ მეთოდს „ რადიალური სიჩქარის ვარიაციის გაზომვა“ ეწოდება. ის მხედველობის ხაზის გასწვრივ სიჩქარის გაზომვას გულისხმობს. 25 წლის განმავლობაში ამ მეთოდით დაახლოებით 1000 ეგზოპლანეტა აღმოაჩინეს. 

მაგრამ ობიექტურობა მოითხოვს ითქვას, რომ აღმოჩენილი ეფზოპლანეტების რაოდენობის მიხედვით სულ სხვა მეთოდი ლიდერობს. ხანდახან თავისი ვარსკვლავის ირგვლივ მოძრაობის დროს პლანეტა (ჩვენი თვალსაზრისით) ზუსტად მის წინ ჩაივლის. როგორც ამბობენ, პლანეტების ტრანზიტი ხდება, რას იმას ნიშნავს, რომ კაშკაშა ვარსკვლავის დისკის ფონზე ბნელი პლანეტა გამოჩნდება. ამის შედეგად ვარსკვლავის სიკაშკაშე იკლებს. ეს შეიძლება ჭაღის ნათურაზე ბუზის დაჯდომას შევადაროთ: შუქი შემცირდა, თუმცა ეს არც ისე თვალსაჩინოა. 

მნიშვნელოვანია ითქვას, რომ ვარსკვლავების შემთხვევაში დედამიწიდან ამ პროცესის წარმართვა კიდევ უფრო რთულია. თქვენ შეგინიშნავთ, რომ ვარსკვლავი ციმციმებს. ეს, როგორც წესი, დედამიწის ატმოსფეროს გამო ხდება. ამიტომაც ვარსკვლავის სიკაშკაშის აღქმა დედამიწიდან 0,01%-ის სიზუსტით (რაც ეგზოპლანეტის აღმოსაჩენად არის საჭირო) არც ისე ადვილია. ამიტომაც ტრანზიტებზე დასაკვირვებლად, კოსმოსში ტელესკოპის გაშვება უმჯობესია. 

2006 წელს ეგზოპლანეტების აღმოსაჩენად საჭირო პირველ სპეციალურ თანამგზავრად ევროპული CoRoT-ი იქცა. მან რამდენიმე ათეული ობიექტი დააფიქსირა და ადგილი ამერიკულ „კეპლერს“დაუთმო. ეს უკანასკნელი იყო დიდი მანქანა, რომელიც ეგზოპლანეტების სპეციალური „მაძებარია“. „კეპლერმა“ 1000-ზე მეტი ასეთი ობიექტი დააფიქსირა და ანალოგიური მიმართულებით ყველა სხვა მოწყობილობასა თუ თანამგზავრს გაუსწრო.

ეგზოპლანეტების აღმოჩენის კიდევ ორი უფრო ნაკლებად ცნობილი მეთოდი არსებობს. ერთი თითქმის არ მუშაობს, მაგრამ მეცნიერები მასზე დიდ იმედებს ამყარებენ. მკვლევართა აზრით, რამდენიმე წლის შემდეგ, ამ მეთოდითა და თანამგზავრ Gaia-ს მეშვეობით, ათას ეგზოპლანეტას აღმოაჩენენ. ეს მეთოდი დაფუძნებულია იმაზე, რომ სისტემის მასის ცენტრის ირგვლივ ბრუნვისას ვარსკვლავი შერეული ხდება და ამის შემჩნევა შესაძლებელია. თუმცა ჯერჯერობით არცერთ მსგავს მცდელობას წარმატება არ მოჰყოლია. უფრო ზუსტად, შერეული ვარსკლავები იპოვეს, მაგრამ მათი თანამგზავრები აღმოჩნდნენ არა პლანეტები, არამედ ბევრად მასიური სხეულები: სუსტი ან ჯუჯა ვარსკვლავები. თუმცა თანამგზავრმა Gaia-მ (ის ამჟამად არის გაშვებული) ამ მეთოდით ათასობით ეგზოპლანეტას უნდა მიაგნოს. ამ მისიის შედეგების ფინალური პუბლიკაცია 2020 წლის დასაწყისისთვის იგეგმება. 

ბოლო მეთოდია მიკროლინზირება, რომელიც ფარდობითობის თეორიასთან არის დაკავშირებული. სწორედ მისი საშუალებით რამდენიმე ათეული პლანეტის აღმოჩენა გახდა შესაძლებელი.

რითია გამორჩეული ახალი მეთოდი?

არცერთი მეთოდი არ არის მარტივი და ყველა ხანგრძლივი დაკვირვება სჭირდება. შესაძლებელია, ტელესკოპი პირველივე შემხვედრი ვარსკვლავისკენ მივმართოთ და დაველოდოთ, მის სისტემაში არის თუ არა პლანეტა. თუმცა, უმჯობესია, წინასწარ ვიცოდეთ, სად შეიძლება პლანეტის პოვნა. 

Nature Astronomy-ს სტატიების ავტორების მიერ შემოთავაზებული ახალი მეთოდი (1, 2, 3) მეცნიერებს ეხმარება არა იმაში, თუ როგორ უნდა მოძებნონ ეგზოპლანეტა, არამედ სად უნდა დაიწყონ ძებნა. ეს კი ძალიან მნიშვნელოვანია. 

თუ პლანეტა ვარსკვლავისგან შორს ბრუნავს, ვარსკვლავი მასზე სუსტად ზემოქმედებს. მაგრამ თუ პლანეტა ვარსკვლავს მიუახლოვდა, ვარსკვლავი პლანეტას შეჭამს და ეს შესამჩნევი იქნება. სტატიის ავტორებმაც სწორედ ეს მიდგომა გამოიყენეს. ვარსკვლავი აცხელებს პლანეტას და ასე იწყება „აორთქლება“. ეს იმას ნიშნავს, რომ ვარსკვლავების სპექტრის წინასწარ განსაზღვრის შემთხვევაში, შესაძლებელია იმ ობიექტების აღმოჩენა, რომელთა ირგვლივაც დიდი ალბათობით ეგზოპლანეტები არიან. მას შემდეგ, რაც სწორი კანდიდატი შეირჩევა, ამ ვარსკვლავის სიჩქარის განსაზღვრაც შესაძლებელია.

ახალი მეთოდით აღმოჩენილი ეგზოპლანეტები როგორია? 

ზემოთ ხსენებული სტატიების ავტორებმა მათ მიერ გამოკვლეული ვარსკვლავებიდან პლანეტა მხოლოდ სამთან აღმოაჩინეს. სამივე მათგანი რაღაცით გამორჩეულია. ერთ-ერთი ვარსკვლავთაგანი (DMPP-2) პულსირებს. ეს სისტემას საინტერესოს ხდის, რადგან ასეთ ვარსკვლავებთან პლანეტა იშვიათად იხსნება. სწორედ აქ იპოვეს პლანეტა, რომლის მოცულობაც იუპიტერის მასის თითქმის ნახევარია. მისი ორბიტული პერიოდი თითქმის დღეზე მეტია. 

მეორე ვარსკვლავთან (DMPP-3) ორი თანამგზავრი აღმოაჩინეს. ერთ-ერთი - დედამიწაზე 2-3-ჯერ მძიმეა, მეორე კი - ძალიან მსუბუქი ვარსკვლავია. პირველი კაშკაშა ვარსკვლავთან ახლოს მდებარეობს და ბრუნს ერთ კვირას ანდომებს. მსუბუქი ვარსკვლავი კი გაცილებით შორს არის. როგორ ჩანს, მეორე ვარსკვლავის ზემოქმედებამ პლანეტა კაშკაშა მნათობთან ისე ახლოს მიიყვანა, რომ მისმა ატმოსფერომ აქტიურად შემცირება დაიწყო და ახლა მხოლოდ  „ბჟუტავს“. 

და ბოლოს, მესამე სისტემაში მეცნიერებმა ერთდროულად 4 პლანეტას მიაგნეს. როგორც ჩანს, სამი მათგანი ისეთივე „მბჟუტავია“. მათი მასა დედამიწისას რამდენჯერმე აღემატება. მეოთხე კი უფრო მასიურია და ზომით ნეპტუნს თითქმის უტოლდება.

სტატიების ავტორების მიერ შემოთავაზებული ახალი მეთოდი არც თუ ისე დიდ ორბიტაზე განლაგებული პლანეტების ძიების პროცესში ძალიან ეფექტიანია. თუმცა, რა თქმა უნდა, იქ სიცოცხლის ნიშან-წყალი არ არის და არც შეიძლება იყოს. ასეთი ობიქტების შესწავლა მნიშნელოვანია იმის გასაგებად, თუ როგორ გადაადგილდებიან პლანეტები თავიანთ სისტემაში. გარდა ამისა, პლანეტის შიდა ფენები ასეთ სისტემებში ქრება, რაც ვარსკვლავების სპექტრზე ზემოქმედებს. ამიტომაც მათი შიგთავსის შესწავლაც ძალიან საინტერესო იქნება. საერთოდაც, ეგზოპლანეტებში კიდევ ბევრი გამოცანა იმალება. ამიტომ მათი ძიების ნებისმიერი ახალი მეთოდი მხოლოდ და მხოლოდ სასარგებლოა. მითუმეტეს, ასტროფიზიკოსებს სურთ არა მარტო ახალი პლანეტების აღმოჩენა, არამედ უკვე ცნობილი ობიექტების დეტალური შესწავლაც.

აქვს თუ არა მომავალი ეგზოპლანეტურ ასტრონომიას?

დეკემბერში გაშვებული ევროპული თანამგზავრი Cheops-ი პლანეტების ტრანზიტს დააკვირდება, რათა მეცნიერებმა დამატებითი ინფორმაცია მიიღონ. ზემოთ ხსენებული ახალი მეთოდი კი ძალიან სასარგებლო იქნება: Cheops-ის შესწავლის ძირითადი მიზანი გახდება ვარსკვლავიდან ახლოს მდებარე ეგზოპლანეტები, რომელთა აღმოჩენაც ახალი მეთოდით იქნება შესაძლებელი. 

მოგვიანებით კი, დიდი ალბათობით, ახალი კოსმოსური ტელესკოპი JWST-ი გაფრინდება და ახალი მსხვილი მიწისზედა ტელესკოპები (პირველ რიგში- E-ELT ) ამუშავდება. ეს მეცნიერებს შესაძლებლობას მისცემს, არა მხოლოდ დიდი რაოდენობით ახალი ეგზოპლანეტა აღმოაჩინონ, არამედ მათი სპექტრი შეისწავლონ. ასე რომ, 10 წლის შემდეგ მეცნიერებს შესაძლოა ჰქონდეთ იმის მტკიცებულება, რომ დედამიწის მსგავსი პლანეტების ატმოსფეროში ჟანგბადი არსებობს. ეს იმას ნიშნავს, რომ ვარსკვლავიდან გარკვეულ დისტანციაზე, პლანეტის გარკვეულ ზედაპირზე შეიძლება თხევადი წყალი მოიპოვებოდეს. 

ეგზოპლანეტებზე მორიგი დიდი ნადირობა 2026 წელს დაიწყება. ამ დროს კოსმოსში ევროპულ თანამგზავრ PLATO-ს გაუშვებენ. რამდენიმეწლიანი დაკვირვების შემდეგ ის ასობით ათას ეგზოპლანეტას დააფიქსირებს, მათ შორის იქნება დედამიწის მსგავსი პლანეტები, რომლებიც მზის მსგავსი ვარსკვლავების ზონაში მდებარეობს. ამ დროისთვის კოსმოსური ტელესკოპების WFIRST-ისა და ARIEL-ის დამუშავებაც უნდა დასრულდეს. მათი ფუნქციაა ეგზოპლანეტების სპექტრის დეტალური შესწავლა. ასე რომ, ეგზოპლანეტურ ასტრონომიას დიდი და საინტერესო მომავალი აქვს.

სხვა თემები