تصویربرداری مستقیم از سیارات فراخورشیدی کار بسیار دشواری است و در بیشتر مواقع غیرممکن است. اگر سیارات فراخورشیدی کم نور و کوچک باشند؛ به سادگی تحت‌الشعاع درخشش ستارگانی قرار می‌گیرند که به دور آن می‌چرخند. حتی با وجود تکنولوژی‌های موجود در تلسکوپ‌های امروزی هم برای مشاهده‌ی مستقیم این سیارات باید شرایط خاصی فراهم باشد.
یکی از اصلی‌ترین مشکلاتی که در این زمینه وجود دارد این است که ستاره‌ی مادر چندین برابر بیشتر از این سیارات روشنایی دارد و هر نور یا تابش گرمایی رسیده از سیاره در سیل عظیم تابش‌های منتشر شده از ستاره‌ی مادر گم می‌شود. درست مانند زمانی که بخواهید کرم شب‌تابی را در اطراف یک نورافکن پیدا کنید.

در نوامبر سال 2008 گروهی از ستاره‌شناسان با استفاده از تلسکوپ کک توانستند از 3 سیاره تصویربرداری کنند. این سیارات فراخورشیدی به دور ستاره‌ی HR 8799 می‌چرخیدند. تصاویر تلسکوپ کک در بازه‌ی فروسرخ طیف الکترومغناطیسی گرفته می‌شود. HR 8799 ستاره‌ی جوانی است که سیاراتش هنوز بخشی از گرمای ناشی از زمان شکل‌گیری را با خود به همراه دارند. این تابش‌های گرمایی در طیف فروسرخ قابل مشاهده است.

در طول موج‌های مرئی، نور بازتاب شده از این سیارات فراخورشیدی به خاطر درخشندگی بالای ستاره دیده نمی‌شود. اما در طول موج‌های بلندتر فروسرخ، گرمای داخلی سیاره راحت‌تر مشاهده می‌شود. ستاره شناسان به کمک مشاهدات مکرر توانستند این سیارات را در حال چرخش در مدارشان مشاهده کنند.

در فیلم بالا سیستم HR 8799 نشان داده شده است که دارای 4 سیاره بزرگ به اندازه‌ی مشتری می‌باشد. دوره‌ی مداری این سیارات فراخورشیدی بین 40 تا 400 سال است. این انیمیشن از 7 تصویر ساخته شده که توسط تلسکوپ کک طی دوره‌ای 7 ساله گرفته شده است. 

در همان روزی که تصویربرداری از سیستم HR 8799 انجام گرفت؛ گروهی دیگر از ستاره شناسان اعلام کردند که توانسته‌اند با استفاده از تلسکوپ هابل از سیاره‌ای عکس بگیرند که به دور ستاره‎ی فم‌الحوت می‌چرخد. این بار این مشاهدات در ناحیه‌ی نور مرئی صورت گرفته بود.

از آنجا که فم‌الحوت در دیسک ضخیمی از گرد و غبار احاطه شده بود، لبه‌ی نازک داخلی دیسک به ستاره شناسان نشان می‎داد که سیاره‌ای گرد و غبار موجود در مسیرش را به سوی خود جذب کرده است و آنها را به جایی برده که باید در واقع مدار آن سیاره باشد. با توجه به این موارد ستاره شناسان موفق شدند مکان سیاره را درون عکس‌هایی که هابل از این دیسک گرفته بود شناسایی کنند.

با این حال به نظر می‌رسید که این سیاره جرمی بیشتر از دو برابر مشتری نداشته باشد. همین موضوع سبب شد که ستاره‌شناسان تصور کنند این سیاره مجموعه حلقه‌هایی چندین برابر ضخیم‌تر و نورانی‌تر از حلقه‌های زحل داشته باشد. متاسفانه پس از سال‌ها رصد، این سیاره ناپدید شد.

اکنون ستاره‌شناسان بر این باورند که این جسم درخشان عجیب، ابر گرد و غبار در حال گسترشی بود که از برخورد دو جرم با اندازه‌ی سیاره تشکیل شده بود.

 

 

تا آوریل سال 2020، 50 سیاره‌ی فراخورشیدی به روش تصویربرداری مستقیم کشف شده‌اند. همچنین برنامه‌ها و ماموریت‌هایی برای آینده وجود دارد که کار تصویربرداری مستقیم را آسانتر می‌سازد. به طور مثال تلسکوپ‌های زمینی با سیستم‌های اپتیک سازگار (Adaptive Optics Systems) می‌توانند تصاویر واضح‌تری ایجاد کنند. به این ترتیب ستاره شناسان می‌توانند نور سیاره و ستاره را از هم تفکیک کنند.
شما می‌توانید در یک روز آفتابی با عینک آفتابی یا حتی دست‌هایتان میزان نوری را که به چشمتان می‌رسد کنترل کنید. این مثال فلسفه‌ی پشت تجهیزاتی است که قرار است برای تصویربرداری مستقیم مورد استفاده قرار بگیرد. در ادامه به برخی تکنیک‌هایی اشاره می‌کنیم که نور ستارگان دارای سیارات فراخورشیدی را سد می‌کنند تا این سیارات قابل رصد شوند.
سدکننده‌های نور
ستاره شناسان از دو روش برای سد نور استفاده می‌کنند. یکی از این روش‌ها کوروناگرافی است. در این روش ابزاری را درون تلسکوپ قرار می‌دهند تا پیش از رسیدن به آشکارساز، نور ستاره را سد کند. کوروناگراف‌ها افزونه‌های داخلی تلسکوپ‌ها هستند که اکنون رصدخانه‌های زمینی برای تصویربرداری مستقیم از سیارات فراخورشیدی از آن استفاده می‌کنند.

روش دیگر استفاده از استارشید (Starshade) است. استارشید دستگاهی است که مانع از رسیدن نور ستاره به درون تلسکوپ می‌شود. استارشید مربوط به تلسکوپ‌های فضایی، خود یک فضاپیما است و به گونه‌ای موقعیت مکانی خود را تنظیم می‌کند که در فاصله و زاویه‌ی مناسبی نسبت به ستاره‌ی تحت رصد قرار بگیرد تا به خوبی بتواند مانع ورود نور آن شود.

مزایای تصویربرداری مستقیم
تصویربرداری مستقیم اطلاعات بسیار ارزشمندی را در اختیار دانشمندان قرار می‌دهد. مثلا اندرکنش سیاره با قرص پیش ستاره‌ای در مورد فم‌الحوت b و نامرئی بودن آن در طیف فروسرخ محدودیت‌های بسیاری را در تعیین جرم این سیاره ایجاد نمود و درخشش بسیار زیاد آن سبب شد که دانشمندان چنین نظریه‌ای را مطرح کنند که این سیاره توسط مجموعه حلقه‌های پرجرمی احاطه شده است.

همچنین در HR 8799 تابش فروسرخ ناشی از اجرام به همراه مدل‌های تشکیل سیاره‌ای به دانشمندان کمک کرد که بتوانند جرم سیاره را تا حد دقیقی تخمین بزنند.
تصویربرداری مستقیم زمانی نتیجه‌ی بهتری خواهد داشت که سیاره فاصله‌ی بسیار زیادی از ستاره‌اش داشته باشد تا تحت‌الشعاع نور و درخشندگی ستاره قرار نگیرد. همچنین این روش برای آن دسته از سیستم‌های سیاره‌ای مناسبتر است که از لحاظ موقعیتی و صفحه‌ی مداری رو به روی دید ناظر زمینی قرار دارند.

این روش به عنوان مکمل روش سرعت شعاعی (که در اینجا توضیح داده شد) به کار می‌رود. همان‌طور که پیش‌تر اشاره شد، روش سرعت شعاعی برای سیستم‌هایی مناسب است که لبه‌ی صفحه‌ی مداریشان به سمت ماست و سیاره در فاصله‌ی نزدیکی به دور ستاره‌ی مادر می‌چرخد.

معایب تصویربرداری مستقیم
با توجه به تکنولوژی‌های موجود تنها در موقعیت‌های محدودی می‌توان از این روش برای مطالعه‌ی سیارات فراخورشیدی استفاده نمود. این روش در شرایط خاصی قابل مشاهده است که یک سیاره‌ در فاصله‌ی زیادی از یک ستاره‌ی مادر در حال گردش باشد و ستاره نزدیک به ما باشد. به دلیل همین محدودیت‌هاست که تصویربرداری مستقیم نمی‌تواند گزینه‌ی مناسبی برای جستجوی سیارات فراخورشیدی در فواصل بسیار دور باشد.

جهت مطالعات بیشتر و تخصصی‌تر در این زمینه پیشنهاد می‌کنیم به مقاله‌ی Traub و Openheimer مراجعه کنید.

منابع: Planetary , NASA Exoplanet