Pred generacijo je bila ideja o planetu, ki kroži na oddaljeni zvezdi, še vedno v sferi znanstvene fantastike. Toda od odkritja prvega eksoplaneta leta 1988 smo jih našli na stotine, odkritja pa sčasoma prihajajo hitreje.
Sorodne vsebine
- Verjetno je veliko več zemeljskih eksoplanetov, kot smo si predstavljali
- Pet najbolj kul planetov, ki krožijo v okoliški razdalji
Prejšnji mesec so astronomi NASA razkrili odkritje 715 prej neznanih planetov v podatkih, ki jih je zbral vesoljski teleskop Kepler, s čimer je skupno število znanih eksoplanetov doseglo 1771. Znotraj tega so vse vrste eksoplanetov: nekateri, ki krožijo po dveh zvezdah, nekateri, ki so polni vode, nekateri z velikostjo Zemlje in nekateri, ki so več kot dvakrat večji od Jupitra.
Toda velika večina vseh teh oddaljenih planetov ima eno skupno stvar - z nekaj izjemami so za nas preveč oddaljeni, da bi videli, tudi z najmočnejšimi teleskopi. Če to drži, kako astronomi vedo, da so tam?
V zadnjih nekaj desetletjih so raziskovalci razvili različne tehnike za opazovanje številnih planetov zunaj našega osončja, ki se pogosto uporabljajo v kombinaciji, da potrdijo prvotno odkritje in izvedejo več o značilnostih planeta. Tu je razlaga glavnih do sedaj uporabljenih metod.
Tranzit
Predstavljajte si, da gledate majhen planet, ki kroži okoli zvezde daleč, daleč. Občasno lahko planet preide med vami in njegovo zvezdo, kar na kratko prepreči zvezda. Če se je zatemnitev zgodila z dovolj pogosto, bi morda lahko sklepali o prisotnosti planeta, tudi če ga ne vidite.
(Slika prek Wikimedia Commons / Nikola Smolenski) To je v bistvu tranzitna metoda odkrivanja eksoplanetov, ki je odgovorna za večino naših doslej odkritih eksoplanetov. Seveda za daljne zvezde ni možnosti, da bi golo človeško oko zanesljivo zaznalo zatemnitev količine svetlobe, ki jo vidimo, zato se znanstveniki za zbiranje in analizo zanašajo na teleskope (zlasti vesoljski teleskop Kepler) in druge instrumente teh podatkov.
Tako je za astronoma "videnje" oddaljenega eksoplaneta po tranzitni metodi na splošno videti nekako takole:
Količina svetlobe oddaljene zvezde, ki jo je oprijemal, potuje, ko planet prehaja med njo in nami. (Slika prek Wikimedia Commons / Sam poščital) V nekaterih primerih količina zatemnitve, ki jo planet povzroči, da prehaja med svojo zvezdo in nas, astronomom lahko pove tudi grobo oceno velikosti planeta. Če poznamo velikost zvezde in oddaljenost planeta od nje (slednjo določimo z drugo metodo zaznavanja, radialno hitrostjo, spodaj na tem seznamu) in opazimo, da planet blokira določen odstotek zvezde zvezde, lahko izračunamo polmer planeta samo na podlagi teh vrednosti.
Vendar obstajajo pomanjkljivosti metode tranzita. Planet mora biti pravilno položen, da bo prišel med nas in njegovo zvezdo, in dlje kot kroži, manjše je možnosti za to poravnavo. Izračuni kažejo, da za planet, velik od Zemlje, ki usmerja svojo zvezdo na isti razdalji, na kateri krožimo z našo (približno 93 milijonov milj), obstaja le 0, 47 odstotka možnosti, da bi bil pravilno poravnan, da bi povzročil zatemnitev.
Metoda lahko privede tudi do velikega števila napačnih pozitiv - epizode zatemnitve, ki jih identificiramo kot tranzitne planete, vendar jih na koncu povzroči nekaj drugega. Ena od raziskav je pokazala, da lahko kar 35 odstotkov velikih planetov, ki krožijo okoli orbite, opredeljenih v Keplerjevih podatkih, dejansko ne obstaja, zatemnitev zaradi prahu ali drugih snovi, ki se nahajajo med nami in zvezdo. V večini primerov astronomi poskušajo potrditi planete, najdene s to metodo, z drugimi metodami na tem seznamu.
Orbitalna svetlost
V nekaterih primerih planet, ki kroži okoli njegove zvezde, povzroči, da se količina svetlobe, ki doseže Zemljo, poveča, namesto da bi potopila. Na splošno gre za primere, ko planet kroži zelo blizu, tako da se segreje do te mere, da oddaja zaznavne količine toplotnega sevanja.
Čeprav tega sevanja ne moremo razlikovati od samega zvezda, nam bo planet, ki kroži v pravo poravnavo, v rednem zaporedju stopenj (podobno kot faze Lune), tako reden, periodičen povečanje količine svetlobe, ki jo vesoljski teleskopi dobijo od teh zvezd, se lahko uporabi za sklepanje o prisotnosti planeta.
Podobno kot pri tranzitni metodi je s to tehniko lažje zaznati velike planete, ki krožijo blizu njihovih zvezd. Čeprav je bilo doslej s samo to metodo odkrito le nekaj planetov, je lahko dolgoročno najbolj produktivna metoda, saj ne zahteva, da bi eksoplanet prešel neposredno med nami in zvezdo, da nas zazna. To odpira veliko širši spekter možnih odkritij.
Radialna hitrost
V osnovni šoli nas učijo, da je osončje nepremična zvezda, ki jo obkrožajo planeti, asteroidi in drugi naplavin. Resnica je sicer nekoliko bolj zapletena: Zvezda se zaradi gravitacijskega vlečenja planetov tako zelo nekoliko odcepi od težišča sistema:
(Slika prek Wikimedia Commons / Zhatt) Pojav je takšen: velik planet, če ima dovolj mase, bi lahko zvezdo potegnil k sebi, zaradi česar bi se zvezda premaknila iz natančnega središča oddaljenega osončja. Tako lahko periodične, predvidljive, vendar še minljive premike v položaju zvezde uporabimo za sklepanje o prisotnosti velikega planeta v bližini te zvezde.
Astronomi so izkoristili ta pojav, da so odkrili na stotine eksoplanetov. Do nedavnega, ko ga je prehitel tranzit, je bila ta metoda (imenovana radialna hitrost) odgovorna za večino odkritih eksoplanetov.
Morda se zdi težko izmeriti rahle premike zvezd, ki so oddaljene stotine svetlobnih let, vendar se izkaže, da astronomi lahko zaznajo, ko zvezda zaradi Dopplerovega učinka pospeši proti (ali stran od nje) Zemlje.
Učinek je pojav valov (ne glede na to, ali gre za zvok, vidno svetlobo ali druge oblike elektromagnetne energije), ki se zdijo nekoliko višji po frekvenci, ko se predmet, ki ga oddaja, giblje proti opazovalcu in nekoliko nižje, ko se odmika. Iz prve roke ste že izkusili, če ste že kdaj slišali, kako visoko sinulo bližajoče se sirene nadomešča s nekoliko nižjim tonom, ko odhaja.
Reševalno vozilo zamenjajte z daljno zvezdo in zvokom sirene s svetlobo, ki jo oddaja, in že ste že skoraj dobili idejo. S pomočjo spektrometrov, ki merijo določene frekvence svetlobe, ki jih oddaja zvezda, lahko astronomi poiščejo navidezne premike, kar kaže na to, da se zvezda premika nekoliko bližje nam ali se rahlo oddaljujemo.
Stopnja gibanja lahko celo odraža maso planeta. V kombinaciji s polmerom planeta (izračunanim po tranzitni metodi) lahko znanstveniki določijo gostoto planeta in s tem njegovo sestavo (na primer plinov velikan ali skalnat planet).
Ta metoda je podvržena tudi omejitvam: veliko lažje je najti večji planet, ki kroži okoli manjše zvezde, ker takšen planet ima večji vpliv na gibanje zvezde. Relativno majhne planete velikosti Zemlje bi bilo verjetno težko zaznati, zlasti na daljnih razdaljah.
Neposredno slikanje
V nekaj redkih primerih so astronomi uspeli najti eksoplanete na najpreprostejši možni način: tako, da so jih videli.
Tri ogromne planete - verjetno večje od Jupitra - so leta 2010 neposredno preslikali z orbite zvezde HR8799 (sama zvezda je blokirana s koronagrafom. (Slika prek NASA / JPL-Caltech / Palomar Observatory) Ti primeri so iz redkih razlogov tako redki. Da bi lahko razlikovali planet od njegove zvezde, se je treba od njega razmeroma oddaljiti (enostavno si je predstavljati, da bi bil Merkur na primer od daleč ločen od Sonca). Če pa je planet predaleč od svoje zvezde, ne bo odseval dovolj svetlobe zvezde, da bi bil sploh viden.
Eksoplaneti, ki jih teleskopi najzanesljiveje vidijo, so veliki (kot Jupiter) in zelo vroči, tako da oddajajo lastno infrardeče sevanje, ki ga lahko zaznajo teleskopi in jih ločijo od svojih zvezd. Planete, ki obkrožajo rjave pritlikavke (predmeti, ki tehnično niso razvrščeni kot zvezde, ker niso vroči ali dovolj masivni, da sprožijo fuzijske reakcije in tako oddajajo malo svetlobe) tudi lažje zaznamo.
Neposredno slikanje je bilo uporabljeno tudi za zaznavanje nekaj zelo masivnih planetov - tistih, ki prosto plujejo po vesolju, namesto da bi krožili okoli zvezde.
Gravitacijsko lečo
Vse dosedanje metode na tem seznamu imajo smisel za neznanstvenika na neki intuitivni ravni. Gravitacijsko lečo, ki se uporablja za odkrivanje peščice eksoplanetov, zahteva nekaj bolj abstraktne misli.
Predstavljajte si eno zvezdo zelo daleč in drugo zvezdo na polovici poti med njo in Zemljo. V redkih trenutkih bi se lahko dve zvezdi skoraj postavili prekrivajo drug drugega na nočnem nebu. Ko se to zgodi, sila gravitacije bližje zvezde deluje kot leča in povečuje dohodno svetlobo oddaljene zvezde, ko gre mimo nje, da doseže nas.
Simulacija gravitacijske leče, ki prikazuje svetlobo, ki prihaja iz oddaljene galaksije, na kratko povečano s črno luknjo v sredini. (Slika prek Urbane Legend) Če zvezda, ki ima planet v bližini orbite, služi kot gravitacijska leča, lahko gravitacijsko polje tega planeta rahlo, a zaznavno prispeva k povečavi. Tako so astronomi v nekaterih redkih primerih lahko sklepali o prisotnosti oddaljenih planetov tako, da povečajo svetlobo še bolj oddaljenih zvezd.
Graf odkritij eksoplanetov po letih, pri čemer je metoda odkrivanja predstavljena z barvo. Zelena = tranzitna, modra = radialna hitrost, rdeča = neposredno slikanje, oranžna = gravitacijska leča. (Slika prek Wikimedia Commons / Aldaron)
