Sukupolvi sitten ajatus planeetasta, joka kiertää kaukaista tähteä, oli edelleen tieteiskirjallisuuden valtakunnassa. Mutta ensimmäisen eksoplaneetan löytämisen jälkeen vuonna 1988, olemme löytäneet satoja niistä, ja löytöt tulevat nopeammin ajan myötä.
Asiaan liittyvä sisältö
- Maan kaltaisia eksoplaneetteja on todennäköisesti paljon enemmän kuin kuvittelimme
- 5 viileintä planeettaa, jotka kiertävät kaukaisia tähtiä
Viime kuussa yhdellä ilmoituksella NASA: n tähtitieteilijät paljastivat 715 aiemmin tuntemattoman planeetan löytöjä Kepler-avaruusteleskoopin keräämissä tiedoissa, mikä toi tunnettujen eksoplaneettojen kokonaismäärän arvoon 1771. Tässä on kaikenlaisia eksoplaneetteja: jotkut kiertävät kaksi tähteä, jotkut ovat täynnä vettä, toiset ovat suunnilleen maan kokoisia ja toiset yli kaksinkertaisia Jupiteriin nähden.
Mutta valtaosalla kaikista näistä kaukaisista planeetoista on yksi yhteinen asia - muutamaa poikkeusta lukuun ottamatta, ne ovat liian kaukana, jotta voimme nähdä, jopa tehokkaimmalla kaukoputkellamme. Jos näin on, kuinka tähtitieteilijät tietävät olevansa siellä?
Muutaman viime vuosikymmenen aikana tutkijat ovat kehittäneet erilaisia tekniikoita monien planeettojen havaitsemiseksi aurinkokunnan ulkopuolella. Niitä käytetään usein yhdessä vahvistaaksesi alustavan löytön ja oppimaan lisää planeetan ominaisuuksista. Tässä selitys tärkeimpiin tähän mennessä käytettyihin menetelmiin.
transit
Kuvittele katsottavaa kahta, kaukana tähtiä kiertävää pientä planeettaa. Toisinaan planeetta saattaa kulkea sinun ja tähden välillä, estämällä hetkeksi osan tähtivalosta. Jos tämä himmeneminen tapahtui riittävän usein, saatat pystyä päätelemään planeetan läsnäolon, vaikka et näe sitä.
(Kuva Wikimedia Commonsin kautta / Nikola Smolenski) Tämä on pohjimmiltaan kuljetusmenetelmä eksoplaneettojen havaitsemiseksi, mikä on vastuussa suurimmasta osasta tähän mennessä tehtyjä eksoplaneettojen löytöjämme. Tietysti etäisille tähtiä varten paljain ihmisen silmä ei kykene luotettavasti havaitsemaan näkemämme valon määrän himmennystä, joten tutkijat luottavat teleskoopeihin (erityisesti Kepler-avaruus teleskooppiin) ja muihin instrumentteihin kerätä ja analysoida. nämä tiedot.
Tähtitieteilijälle etäisen eksoplaneetan "näkeminen" kauttakulkumenetelmällä päätyy yleensä etsimään jotain tällaista:
Kaapatun kaukaisen tähden valon määrä kasvaa, kun planeetta siirtyy sen ja meidän välille. (Kuva Wikimedia Commonsin kautta / Сам посчитал) Joissakin tapauksissa sen tähden ja meidän välillä kulkevan planeetan aiheuttama himmennys voi myös kertoa tähtitieteilijöille karkean arvion planeetan koosta. Jos tiedämme tähden koon ja planeetan etäisyyden siitä (jälkimmäinen määritetään toisella ilmaisumenetelmällä, säteittäisnopeudella, alempi tässä luettelossa), ja huomaamme, että planeetta estää tietyn prosenttiosuuden tähden valosta, voimme laske planeetan säde pelkästään näiden arvojen perusteella.
Kuljetusmenetelmällä on kuitenkin haittoja. Maapallon on oltava rivissä oikein kulkeakseen meidän ja sen tähden välillä, ja mitä kauempana se kiertää, sitä pienempi on mahdollisuus tälle suuntaukselle. Laskelmat osoittavat, että maapallon kokoisella planeetalla, joka kiertää tähtiä samalla etäisyydellä, jolla kiertämme meidän suuntaan (noin 93 miljoonaa mailia), on vain 0, 47 prosentin mahdollisuus, että se on kohdistettu oikein aiheuttaen himmennystä.
Menetelmä voi myös johtaa suureen määrään vääriä positiivisia positioita - himmennysjaksoja, jotka tunnistamme kulkeviksi planeeteiksi, mutta jotka lopulta johtuvat jostakin muusta kokonaan. Yhdessä tutkimuksessa havaittiin, että jopa 35 prosenttia Keplerin tiedoissa havaituista suurista, tiiviisti kiertävistä planeetoista voisi tosiasiassa olla olemattomia, ja pölyn tai muiden aineiden, jotka sijaitsevat meidän ja tähden välillä, aiheuttama himmeneminen. Useimmissa tapauksissa tähtitieteilijät yrittävät vahvistaa tällä menetelmällä löydetyt planeetat muilla luettelon menetelmillä.
Kiertoradan kirkkaus
Joissakin tapauksissa tähtiä kiertävä planeetta aiheuttaa maan päälle tulevan valon määrän nousun sen sijaan, että se upottaisi. Yleensä nämä ovat tapauksia, joissa planeetta kiertää hyvin tarkasti, niin että se lämmitetään siinä määrin, että se emittoi havaittavissa olevia määriä lämpöä.
Vaikka emme pysty erottamaan tätä säteilyä itse tähden säteilystä, planeetta, joka kiertää oikeassa suunnassa, altistuu meille säännöllisessä vaihejärjestyksessä (samanlainen kuin kuun vaiheet), joten säännöllinen, jaksollinen Näistä tähtiä vastaanottavien avaruusteleskooppien vastaanottaman valon määrän nousua voidaan käyttää päättelemään planeetan läsnäoloa.
Samanlainen kuin kuljetusmenetelmä, tällä tekniikalla on helpompi havaita tähtiä lähellä kiertäviä suuria planeettoja. Vaikka toistaiseksi vain kourallinen planeettoja on löydetty käyttämällä tätä menetelmää, se voi lopulta olla pitkäaikaisin tuottavin menetelmä, koska se ei vaadi eksoplaneetan kulkeutumista suoraan meidän ja tähden välillä, jotta voimme havaita se avaa paljon laajemman valikoiman mahdollisia löytöjä.
Radiaalinen nopeus
Peruskoulussa meille opetetaan, että aurinkokunta on paikallaan oleva tähti, jota ympäröivät hitaasti kiertävät planeetat, asteroidit ja muut roskat. Totuus on kuitenkin hiukan monimutkaisempi: Koska planeettojen painovoima vetoaa, tähti heiluttaa myös järjestelmän painopisteestä niin vähän kuin koskaan:
(Kuva Wikimedia Commonsin / Zhattin kautta) Ilmiö menee jotain tällaista: jos suuri planeetta, jos siinä on tarpeeksi massaa, voi pystyä vetämään tähtiä sitä kohti, aiheuttaen tähtien siirtymisen kaukaisen aurinkokunnan täsmällisestä keskustasta. Joten ajoittaisia, ennustettavissa olevia, mutta silti minuutin muutoksia tähtiasemassa voidaan käyttää päätelemään suuren planeetan läsnäoloa tähden lähellä.
Tähtitieteilijät ovat hyödyntäneet tätä ilmiötä havaitakseen satoja eksoplaneetteja. Viime aikoihin asti, kun se ohitettiin kauttakuljetuksella, tämä menetelmä (nimeltään radiaalinen nopeus) oli vastuussa suurimmasta osasta löydettyjä eksoplaneetteja.
Voi tuntua vaikeaa mitata pieniä liikkeitä satojen valovuosien päässä olevilla tähtiillä, mutta osoittautuu, että tähtitieteilijät voivat havaita, milloin tähti kiihtyy kohti maata (tai poispäin) maan nopeudella, joka on vain yksi metri sekunnissa, Doppler-efektin takia.
Vaikutus on aallonilmiö (ääni, näkyvä valo tai muut sähkömagneettisen energian muodot), joka näyttää olevan hieman korkeammalla taajuudella, kun niitä emittoiva kohde liikkuu kohti tarkkailijaa, ja hiukan pienempi, kun se siirtyy. Olet kokenut ensi käden, jos olet koskaan kuullut lähestyvän ambulanssin sireenin voimakasta virkistyskorvaavan hiukan alhaisemmalla äänellä, kun se ajaa pois.
Korvaa ambulanssi kaukaisella tähdellä ja sireenin äänellä sen lähettämällä valolla, ja sinulla on melko paljon idea. Tähtitieteilijät voivat etsiä näkyviä siirtymiä spektrometreillä, jotka mittaavat tähden lähettämän valon erityiset taajuudet osoittaen, että tähti liikkuu hiukan lähemmäksi meitä tai ajautuu hiukan poispäin.
Liikeaste voi heijastaa jopa planeetan massaa. Yhdistettynä planeetan säteeseen (laskettu kauttakulkumenetelmällä) tämä voi antaa tutkijoille mahdollisuuden määrittää planeetan tiheys ja siten sen koostumus (jos se on esimerkiksi kaasujätti tai kivinen planeetta).
Tähän menetelmään liittyy myös rajoituksia: on paljon helpompaa löytää isompi planeetta, joka kiertää pienempää tähteä, koska sellaisella planeetalla on suurempi vaikutus tähden liikkeeseen. Suhteellisen pieniä maapallon planeettoja olisi todennäköisesti vaikea havaita, etenkin kaukana.
Suora kuvantaminen
Muutamassa harvinaisessa tapauksessa tähtitieteilijät ovat onnistuneet löytämään eksoplaneettoja yksinkertaisimmalla mahdollisella tavalla: näkemällä ne.
Kolme massiivista planeettaa - todennäköisesti suuremmat kuin Jupiter - kuvailtiin suoraan kiertämään tähde HR8799 vuonna 2010. (Tähti itsessään on estetty koronagrafilla. (Kuva NASA / JPL-Caltech / Palomarin observatorion kautta) Nämä tapaukset ovat niin harvinaisia muutamasta syystä. Jotta planeetta voidaan erottaa tähdistään, sen on oltava suhteellisen kaukana siitä (on helppo kuvitella, että esimerkiksi Mercury olisi erotettavissa auringosta kaukaa). Mutta jos planeetta on liian kaukana tähdestään, se ei heijasta tarpeeksi tähden valoa ollakseen ollenkaan näkyvissä.
Exoplaneetit, jotka teleskooppien avulla voidaan luotevasti nähdä, ovat suuria (kuten Jupiter) ja erittäin kuumia, joten ne lähettävät oman infrapunasäteilynsä, joka voidaan havaita teleskoopeilla ja jota voidaan käyttää erottamaan ne tähtiinsa. Planeetteja, jotka kiertävät ruskeita kääpiöitä (esineitä, joita ei ole teknisesti luokiteltu tähtiä, koska ne eivät ole tarpeeksi kuumia tai massiivisia aiheuttamaan fuusioreaktioita ja antavat siten vähän valoa), voidaan myös havaita helpommin.
Suoraa kuvantamista on käytetty myös havaitsemalla muutama erityisen massiivinen roisto planeetta - ne, jotka kelluvat vapaasti avaruuden läpi tähden kiertämisen sijaan.
Painovoimainen linssi
Kaikki tämän luettelon aikaisemmat menetelmät ovat jonkin verran järkeviä ei-tiedemiehille jollain intuitiivisella tasolla. Gravitaatiolinssi, jota käytetään tutkimaan kourallinen eksoplaneetteja, vaatii hieman abstraktimpaa ajattelua.
Kuvittele yksi tähti hyvin kaukana ja toinen tähti noin puolivälissä sen ja maan välillä. Harvinaisissa hetkissä kaksi tähteä saattavat melkein rivittää päällekkäin yötaivaalla. Kun tämä tapahtuu, lähemmän tähden painovoima toimii kuin linssi, suurentaen tulevasta valosta kaukaisesta tähdestä, kun se kulkee lähellä sitä saavuttaakseen meille.
Painovoimaisen linssin simulointi, joka osoittaa kaukaisesta galaksista tulevan valon olevan hetkessä suurennettu keskimmäisen mustan aukon avulla. (Kuva Urbane Legendin kautta) Jos tähti, jolla on planeetta lähellä kiertorataa, toimii gravitaatiolinssinä, planeetan gravitaatiokenttä voi lisätä pienen mutta havaittavan vaikutuksen suurennustapahtumaan. Täten, joissain harvinaisissa tapauksissa, tähtitieteilijät ovat kyenneet päätelemään etäisten planeettojen läsnäolon tavalla, jolla ne kasvattavat vielä kauempana olevien tähtien valoa.
Kaavio eksoplanetaalien löytöistä vuodessa, havaitsemismenetelmällä värin kanssa. Vihreä = kauttakulku, sininen = säteittäinen nopeus, punainen = suora kuvaus, oranssi = painovoimalasilinssi. (Kuva Wikimedia Commonsin / Aldaronin kautta)
