Pokolenie temu idea planety krążącej wokół odległej gwiazdy wciąż znajdowała się w sferze science fiction. Ale od momentu odkrycia pierwszej egzoplanety w 1988 roku znaleźliśmy ich setki, a odkrycia pojawiają się coraz szybciej.
powiązana zawartość
- Istnieje prawdopodobnie znacznie więcej ziemskich egzoplanet, niż sobie wyobrażaliśmy
- 5 najfajniejszych planet krążących wokół odległych gwiazd
W zeszłym miesiącu, w jednym ogłoszeniu, astronomowie NASA ujawnili odkrycie 715 nieznanych wcześniej planet w danych zebranych przez Teleskop Kosmiczny Keplera, zwiększając całkowitą liczbę znanych egzoplanet do 1771 r. W tym obszarze znajdują się wszelkiego rodzaju egzoplanety: niektóre krążące wokół dwóch gwiazd niektóre z nich są pełne wody, niektóre mniej więcej wielkości Ziemi, a niektóre ponad dwa razy większe niż Jowisz.
Ale zdecydowana większość wszystkich tych odległych planet ma jedną wspólną cechę - z kilkoma wyjątkami są one zbyt daleko, abyśmy mogli je zobaczyć, nawet przy pomocy naszych najpotężniejszych teleskopów. Jeśli tak, to skąd astronomowie wiedzą, że tam są?
W ciągu ostatnich kilku dziesięcioleci badacze opracowali szereg technik wykrywania wielu planet poza naszym Układem Słonecznym, często używanych w połączeniu w celu potwierdzenia początkowego odkrycia i uzyskania dodatkowych informacji na temat cech planety. Oto wyjaśnienie głównych dotychczas stosowanych metod.
Tranzyt
Wyobraź sobie, że patrzysz na małą planetę krążącą wokół gwiazdy daleko, daleko. Czasami planeta może przejść między tobą a gwiazdą, blokując na chwilę część światła gwiazd. Jeśli ściemnianie miało miejsce z wystarczającą częstotliwością, być może będziesz w stanie wnioskować o obecności planety, nawet jeśli jej nie widzisz.
(Zdjęcie za pośrednictwem Wikimedia Commons / Nikola Smolenski) To jest istotna metoda tranzytowego wykrywania egzoplanet, odpowiedzialna za większość dotychczasowych odkryć naszych egzoplanet. Oczywiście w przypadku odległych gwiazd nie ma możliwości, aby gołe ludzkie oko było w stanie niezawodnie wykryć przyciemnienie w ilości światła, które widzimy, więc naukowcy polegają na teleskopach (zwłaszcza kosmicznym teleskopie Keplera) i innych instrumentach do gromadzenia i analizowania te dane.
Zatem dla astronoma „widzenie” odległej egzoplanety za pomocą metody tranzytowej zazwyczaj wygląda tak:
Ilość światła z odległej gwiazdy, na wykresie, spada, gdy planeta przepływa między nią a nami. (Zdjęcie za pośrednictwem Wikimedia Commons / Сам посчитал) W niektórych przypadkach ilość ściemnienia spowodowanego przejściem planety między gwiazdą a nami może również dać astronomom przybliżone oszacowanie wielkości planety. Jeśli znamy rozmiar gwiazdy i odległość planety od niej (ta ostatnia określona przez inną metodę wykrywania, prędkość radialną, niżej na tej liście) i obserwujemy, że planeta blokuje pewien procent światła gwiazdy, możemy obliczyć promień planety wyłącznie na podstawie tych wartości.
Istnieją jednak wady metody tranzytu. Planeta musi być odpowiednio ustawiona w linii, aby przejść między nami a gwiazdą, a im dalej na orbitę, tym mniejsza szansa na to ustawienie. Obliczenia wskazują, że dla planety wielkości Ziemi krążącej wokół swojej gwiazdy w tej samej odległości, wokół której okrążamy naszą (około 93 miliony mil), istnieje tylko 0, 47 procent szansy, że zostanie odpowiednio wyrównana, aby spowodować jakiekolwiek ściemnienie.
Metoda ta może również prowadzić do dużej liczby fałszywych trafień - epizodów ściemniania, które identyfikujemy jako przelatujące planety, ale ostatecznie są spowodowane przez coś zupełnie innego. Jedno z badań wykazało, że aż 35 procent dużych, blisko krążących planet zidentyfikowanych w danych Keplera może w rzeczywistości nie istnieć, a ściemnianie przypisywane jest pyłowi lub innym substancjom znajdującym się między nami a gwiazdą. W większości przypadków astronomowie próbują potwierdzić planety znalezione tą metodą innymi metodami z tej listy.
Jasność orbity
W niektórych przypadkach planeta krążąca wokół swojej gwiazdy powoduje, że ilość światła docierającego do Ziemi wzrasta, a nie zapada. Zasadniczo są to przypadki, w których planeta okrąża bardzo blisko siebie, dzięki czemu jest podgrzewana do tego stopnia, że emituje wykrywalne ilości promieniowania cieplnego.
Chociaż nie jesteśmy w stanie odróżnić tego promieniowania od promieniowania samej gwiazdy, planeta krążąca w prawidłowym położeniu będzie wystawiona na nas w regularnej sekwencji etapów (podobnych do faz księżyca), więc regularna, okresowa wzrost ilości światła odbieranego przez te kosmiczne teleskopy można wykorzystać do wnioskowania o obecności planety.
Podobnie jak w przypadku metody tranzytu, dzięki tej technice łatwiej jest wykryć duże planety krążące blisko swoich gwiazd. Chociaż do tej pory odkryto tylko garstkę planet wykorzystujących wyłącznie tę metodę, może ona okazać się najbardziej produktywną metodą długoterminową, ponieważ nie wymaga egzoplanety, aby przejść bezpośrednio między nami a gwiazdą, abyśmy mogli ją wykryć otwierając znacznie szerszy zakres możliwych odkryć.
Prędkość radialna
W szkole podstawowej uczymy się, że Układ Słoneczny jest gwiazdą stacjonarną otoczoną powoli krążącymi planetami, asteroidami i innymi szczątkami. Prawda jest jednak nieco bardziej skomplikowana: z powodu przyciągania grawitacyjnego planet gwiazda nieznacznie kołysze się również od środka ciężkości układu:
(Zdjęcie za pośrednictwem Wikimedia Commons / Zhatt) Zjawisko wygląda mniej więcej tak: duża planeta, jeśli ma wystarczającą masę, mogłaby przyciągnąć gwiazdę do siebie, powodując, że gwiazda porusza się z dokładnego centrum odległego układu słonecznego. Tak więc okresowe, przewidywalne, ale wciąż niewielkie przesunięcia w pozycji gwiazdy mogą być wykorzystane do wnioskowania o obecności dużej planety w pobliżu tej gwiazdy.
Astronomowie wykorzystali to zjawisko do wykrycia setek egzoplanet. Do niedawna, kiedy przewyższano ją tranzytem, ta metoda (zwana prędkością radialną) była odpowiedzialna za większość odkrytych egzoplanet.
Może wydawać się trudne mierzenie niewielkich ruchów w gwiazdach oddalonych o setki lat świetlnych, ale okazuje się, że astronomowie mogą wykryć, kiedy gwiazda przyspiesza w kierunku Ziemi (lub od niej) z prędkością tak małą, jak metr na sekundę z powodu efektu Dopplera.
Efektem jest zjawisko fal (dźwięku, światła widzialnego lub innych form energii elektromagnetycznej), które wydają się mieć nieco wyższą częstotliwość, gdy emitujący je obiekt porusza się w kierunku obserwatora, i nieco niższą, gdy się oddala. Doświadczyłeś z pierwszej ręki, jeśli kiedykolwiek usłyszałeś wysoki wycie syreny zbliżającej się karetki, zastąpione nieco niższym tonem, gdy odjeżdża.
Zastąp karetkę odległą gwiazdą, a dźwięk syreny światłem, które emituje, a właściwie masz pomysł. Za pomocą spektrometrów, które mierzą poszczególne częstotliwości światła emitowanego przez gwiazdę, astronomowie mogą wyszukiwać pozorne przesunięcia, wskazując, że gwiazda zbliża się do nas nieco lub dryfuje.
Stopień ruchu może nawet odzwierciedlać masę planety. W połączeniu z promieniem planety (obliczonym metodą tranzytu) może to umożliwić naukowcom określenie gęstości planety, a tym samym jej składu (na przykład gazowego giganta lub planety skalistej).
Ta metoda podlega również ograniczeniom: znacznie łatwiej jest znaleźć większą planetę krążącą wokół mniejszej gwiazdy, ponieważ taka planeta ma większy wpływ na ruch gwiazdy. Względnie małe planety wielkości Ziemi byłyby prawdopodobnie trudne do wykrycia, szczególnie na duże odległości.
Bezpośrednie obrazowanie
W kilku rzadkich przypadkach astronomom udało się znaleźć egzoplanety w najprostszy możliwy sposób: poprzez ich zobaczenie.
Trzy ogromne planety - prawdopodobnie większe niż Jowisz - zostały bezpośrednio zobrazowane na orbicie gwiazdy HR8799 w 2010 r. (Sama gwiazda jest zablokowana koronografem. (Zdjęcie za pośrednictwem NASA / JPL-Caltech / Palomar Observatory) Te przypadki są tak rzadkie z kilku powodów. Aby móc odróżnić planetę od gwiazdy, musi znajdować się stosunkowo daleko od niej (łatwo wyobrazić sobie, że na przykład Merkury byłby nie do odróżnienia od Słońca z daleka). Ale jeśli planeta jest zbyt daleko od swojej gwiazdy, nie odbije wystarczającej ilości światła gwiazdy, aby była w ogóle widoczna.
Egzoplanety, które najbardziej niezawodnie można zobaczyć przez teleskopy, są duże (jak Jowisz) i bardzo gorące, dzięki czemu wydzielają własne promieniowanie podczerwone, które można wykryć za pomocą teleskopów i wykorzystać do odróżnienia ich od gwiazd. Planety, które krążą wokół brązowych karłów (obiekty, które nie są technicznie sklasyfikowane jako gwiazdy, ponieważ nie są wystarczająco gorące lub masywne, aby wygenerować reakcje syntezy jądrowej, a tym samym wydzielają niewiele światła), można również łatwiej wykryć.
Bezpośrednie obrazowanie zostało również wykorzystane do wykrycia kilku szczególnie masywnych, nieuczciwych planet - takich, które swobodnie unoszą się w przestrzeni, zamiast krążyć wokół gwiazdy.
Soczewkowanie grawitacyjne
Wszystkie poprzednie metody z tej listy mają sens dla osób niebędących naukowcami na pewnym poziomie intuicyjnym. Soczewkowanie grawitacyjne, wykorzystywane do odkrywania garstki egzoplanet, wymaga nieco bardziej abstrakcyjnych przemyśleń.
Wyobraź sobie jedną gwiazdę bardzo daleko, a drugą gwiazdę w połowie odległości między nią a Ziemią. W rzadkich momentach dwie gwiazdy mogą się prawie ustawić w jednej linii, prawie zachodzące na siebie na nocnym niebie. Kiedy tak się dzieje, siła grawitacji gwiazdy bliższej działa jak soczewka, powiększając światło docierające z odległej gwiazdy, gdy ta zbliża się do niej, aby do nas dotrzeć.
Symulacja soczewkowania grawitacyjnego, pokazująca, że światło pochodzące z odległej galaktyki zostaje na krótko powiększone przez czarną dziurę w środku ziemi. (Zdjęcie przez Urbane Legend) Jeśli gwiazda, której planeta znajduje się w pobliżu orbity, służy jako soczewka grawitacyjna, pole grawitacyjne tej planety może wnieść niewielki, ale wykrywalny wkład w zdarzenie powiększenia. Tak więc w niektórych rzadkich przypadkach astronomowie byli w stanie wywnioskować obecność odległych planet na podstawie tego, że powiększają światło jeszcze bardziej odległych gwiazd.
Wykres odkryć egzoplanety według roku, z metodą wykrywania reprezentowaną przez kolor. Zielony = tranzyt, niebieski = prędkość radialna, czerwony = bezpośrednie obrazowanie, pomarańczowy = soczewkowanie grawitacyjne. (Zdjęcie za pośrednictwem Wikimedia Commons / Aldaron)
