سیارهای از نوع ابرزمین که در داخل و خارج از منطقه قابل سکونت ستارهاش حرکت میکند، تنها در فاصله ۱۹.۷ سال نوری از ما کشف شده است. این سیاره که با نام HD 20794d شناخته میشود، در دورترین نقطهی مدارش از ستارهاش فاصلهای بیشتر از مریخ از خورشید دارد و در نزدیکترین نقطه به اندازهی زهره به ستارهاش نزدیک میشود. این سیاره در هر مدار خود از منطقهای فراتر از محدودهی قابل سکونت شروع میکند، جایی که برای وجود آب مایع بیش از حد سرد است، سپس از میان منطقهی قابل سکونت عبور میکند و به لبهی داخلی آن میرسد، جایی که دما برای مدت کوتاهی افزایش مییابد، و دوباره از آن خارج میشود.
این سیاره هدفی عالی برای نسل آیندهی تلسکوپها خواهد بود تا جو آن را بررسی کنند و دانشمندان بتوانند حد نهایی قابلیت سکونت سیارات را آزمایش کنند. زاویهی دید و نزدیکی آن، این سیاره را به نامزدی ایدهآل برای تلسکوپهای آینده تبدیل میکند که مأموریتشان مشاهدهی مستقیم جو سیارات فراخورشیدی است، این گفتهی زاویر دوموسک از دانشگاه ژنو است. دوموسک عضوی از تیمی است که این سیاره را کشف و بررسی کردهاند.
سیارهی HD 20794d جرمی ۶.۶ برابر زمین دارد و توسط ستارهشناسان با استفاده از طیفسنجهای ESPRESSO و HARPS در رصدخانهی جنوبی اروپا در شیلی کشف شده است. این ابزارها حرکت شعاعی ستاره را اندازهگیری میکنند—یعنی میزان نوسانی که ستاره به دلیل تأثیر سیاراتش در مرکز جرم مشترک خود تجربه میکند. بهطور کلی، هر چه این نوسان بیشتر باشد، جرم سیاره نیز بیشتر خواهد بود. این همان نوسان ستاره است که وجود HD 20794d را آشکار کرده است—ستارهشناسان تاکنون این سیاره را بهطور مستقیم مشاهده نکردهاند، از آن عکسی نگرفتهاند، و حتی گذرش را نیز ندیدهاند.
ستارهی میزبان و پیشینهی کشف سیاره
ستارهی میزبان این سیاره، HD 20794 که با نام 82 Eridani نیز شناخته میشود، یک ستارهی زرد از نوع G6 است که کمی کمنورتر و کمجرمتر از خورشید ما است. این ستاره در آسمان شب نسبتاً درخشان است و با قدر ۴.۳ میتابد، که برای مشاهده با چشم غیرمسلح در صورت فلکی نهر (Eridanus) کافی است. در مقابل، بسیاری از ستارگانی که میزبان سیارات فراخورشیدی هستند، آنقدر کمنورند که نمیتوان آنها را با چشم غیرمسلح دید، که این موضوع HD 20794 را به جرمی خاص تبدیل میکند.
سیستم HD 20794 به دلیل نزدیکی به زمین، در ۲۰ سال گذشته بهخوبی مورد مطالعه قرار گرفته است و تاریخچهای پیچیده در کشف سیارات فراخورشیدی دارد. این سیاره در کنار دو سیارهی دیگر از نوع ابرزمین، b و c، به دور ستارهاش میگردد. این دو سیاره دورههای مداری ۱۸.۳ و ۸۹.۶ روزه دارند و در سال 1389 هجری شمسی توسط تیم ستارهشناسان ژنو، از جمله دوموسک، کشف شدند. در آن زمان، نشانههایی از وجود یک سیارهی سوم با دورهی مداری ۴۰ روزه نیز دیده شد، اما بعدها مشخص شد که این یک خطای اندازهگیری بوده است. تنها اکنون، با تحلیل دقیقتر دادهها، سیارهی سوم واقعی HD 20794d آشکار شده است.
مایکل کرتیگنیه از دانشگاه آکسفورد که قبلاً در ژنو فعالیت میکرد، در این تحلیل نقش مهمی داشت. او الگوریتمی به نام YARARA را توسعه داد که بهطور دقیق دادهها را بررسی کرده و سیگنالهای ضعیف سرعت شعاعی سیارات فراخورشیدی را از نویز پسزمینه جدا میکند. این الگوریتم نقش حیاتی در تأیید واقعی بودن HD 20794d داشت.
مدار غیرعادی HD 20794d
آنچه این سیاره را واقعاً شگفتانگیز میکند، مدار آن است. یوهانس کپلر نشان داد که هیچ مداری کاملاً دایرهای نیست، اما بیشتر سیارات در منظومهی شمسی دارای مداری نزدیک به دایره هستند. در مقابل، برخی از سیارات مدارهایی بیضویتر دارند. میزان کشیدگی مدار، که به آن خروج از مرکز (Eccentricity) گفته میشود، بین ۰ (دایرهی کامل) تا ۱ (مدار بازشوندهی هذلولی) اندازهگیری میشود.
- زمین: خروج از مرکز ۰.۰۱۷
- مریخ: خروج از مرکز ۰.۰۵۵
- عطارد: خروج از مرکز ۰.۲۰۶
- HD 20794d: خروج از مرکز ۰.۴ (بسیار کشیدهتر از هر سیارهی منظومهی شمسی)
مدت زمان یک سال در این سیاره ۶۴۷ روز زمینی است، که ۴۰ روز کوتاهتر از یک سال مریخی است. با این حال، مدار کشیدهی آن باعث میشود که فاصلهاش از ستارهاش بین ۰.۷۵ واحد نجومی (۱۱۲ میلیون کیلومتر) تا ۲ واحد نجومی (۳۰۰ میلیون کیلومتر) متغیر باشد.
- در مقایسه با منظومهی شمسی:
- مریخ در لبهی بیرونی منطقهی قابل سکونت، در ۱.۵ واحد نجومی (۲۲۸ میلیون کیلومتر) از خورشید قرار دارد.
- زهره در لبهی داخلی این منطقه، در ۰.۷۲ واحد نجومی (۱۰۸ میلیون کیلومتر) قرار دارد.
آبوهوای عجیب و شرایط زندگی
اقلیم در چنین سیارهای باید بسیار عجیب و متغیر باشد. زمستانها طولانی و سخت خواهند بود، و اگر حیات در این سیاره وجود داشته باشد، احتمالاً با چالشهای شدید روبهرو است. سپس بهار فرا میرسد و یخها ذوب میشوند، و به دنبال آن تابستانی کوتاه اما شدید رخ میدهد که در آن ممکن است اقیانوسها شروع به تبخیر کنند. پس از آن، بارندگیهای شدید آغاز میشود و با پاییز و بازگشت زمستان، باران به برف تبدیل میشود.
بر خلاف زمین که فصول آن ناشی از انحراف محوری ۲۳.۴ درجهای است، در HD 20794d فصول بر اساس موقعیت آن در مدار بیضوی کشیدهاش تعیین میشود.
منشأ مدار عجیب HD 20794d
دوموسک توضیح میدهد که چنین خروج از مرکزی نتیجهی تداخلهای سیارهای در گذشتهی اولیهی این سیستم سیارهای است. در حالی که دو سیارهی دیگر (b و c) مدارهای نسبتاً دایرهای دارند، به نظر میرسد که HD 20794d در گذشته تحت تأثیر یک جرم دیگر قرار گرفته است.
“به عنوان مثال، ممکن است در ابتدا یک سیارهی غولپیکر دیگر در این سیستم وجود داشته باشد، که مدار سیارهی d را تحت تأثیر قرار داده است. سپس این سیارهی غولپیکر احتمالاً از سیستم خارج شده است.”
