Põlvkond tagasi oli kauge tähe tiirleva planeedi idee ulme valdkond. Kuid alates esimese eksoplaneedi avastamisest 1988. aastal oleme neid leidnud sadu, kusjuures avastused tulevad aja jooksul kiiremini kohale.
Seotud sisu
- Maapõhiseid eksoplaneete on ilmselt palju rohkem, kui me ette kujutasime
- Viis kõige lahedat planeeti, mis tiirlevad kaugetest tähtedest
Eelmisel kuul paljastasid NASA astronoomid Kepleri kosmoseteleskoobi kogutud andmetes 715 varem tundmatu planeedi avastamise, viies teadaolevate eksoplaneetide koguarvu 1771-ni. Selle sees on igasuguseid eksoplaneete: mõned, mis tiirlevad ümber kahe tähe, mõned on vett täis, mõned on umbes Maa suurused ja mõned on Jupiterist kaks korda suuremad.
Kuid valdaval osal kõigist nendest kaugetest planeetidest on üks ühine joon - mõne erandiga on nad meie nägemiseks liiga kaugel, isegi meie kõige võimsamate teleskoopide abil. Kui see on nii, siis kuidas teavad astronoomid, et nad seal on?
Viimase paarikümne aasta jooksul on teadlased välja töötanud mitmesuguseid tehnikaid, et märgata paljusid planeete väljaspool meie päikesesüsteemi, mida kasutatakse sageli kombinatsioonis esmaste avastuste kinnitamiseks ja planeedi omaduste kohta lisateabe saamiseks. Siin on seletus peamistest seni kasutatud meetoditest.
Transiit
Kujutage ette, kui vaatate tähte, mis tiirleb ümber tähe, kaugele-kaugele. Mõnikord võib planeet liikuda teie ja oma tähe vahel, blokeerides korraks osa tähevalgusest. Kui see tuhmumine juhtus piisavalt sageli, võite ehk järeldada planeedi olemasolu, isegi kui te ei näe seda.
(Pilt Wikimedia Commonsi kaudu / Nikola Smolenski) See on sisuliselt eksoplaneetide avastamise transiidimeetod, mis vastutab enamiku meie seniste eksoplaneetide avastuste eest. Muidugi ei saa kaugete tähtede puhul palja inimese silm tuvastatava valguse hämarust usaldusväärselt tuvastada, seetõttu loodavad teadlased teleskoopidele (eriti Kepleri kosmoseteleskoobile) ja muudele instrumentidele, et neid koguda ja analüüsida need andmed.
Seega lõppeb astronoomi jaoks kauge eksoplaneedi "nägemisega" transiidimeetodi abil umbes selline:
Grafeeritud kaugest tähest pärit valguse kogus upub, kui planeet kulgeb selle ja meie vahel. (Pilt Wikimedia Commonsi / Сам посчитал kaudu) Mõnel juhul võib tähe ja meie vahel liikuva planeedi põhjustatud tuhmuse hulk astronoomidele anda ka umbkaudse hinnangu planeedi suurusele. Kui me teame tähe suurust ja planeedi kaugust temast (viimane on määratud teise tuvastusmeetodi abil, radiaalse kiirusega, selle loendi alumine osa) ja jälgime, et planeet blokeerib teatud protsendi tähe valgusest, saame arvutage planeedi raadius ainult nende väärtuste põhjal.
Transiidimeetodil on siiski puudusi. Meie ja tema tähe vahel liikumiseks peab planeet olema õigesti üles joondatud ja mida kaugemale see tiirleb, seda väiksem on võimalus selle joondamiseks. Arvutused näitavad, et Maa suurusele planeedile, mis orbiidib oma tähe samal kaugusel meie orbiidist (umbes 93 miljonit miili), on vaid 0, 47-protsendiline tõenäosus, et see on õigesti joondatud, et põhjustada tuhmust.
Meetod võib põhjustada ka suure hulga valepositiivseid tulemusi - tuhmumise episoode, mida me määratleme kui läbivad planeete, kuid mille lõppkokkuvõttes põhjustab täielikult midagi muud. Ühes uuringus leiti, et kuni 35 protsenti Kepleri andmetes tuvastatud suurtest tihedalt tiirlevatest planeetidest võib tegelikult olla olematu ning meie ja tähe vahel asuva tolmu või muude ainete omastatav hämardamine. Enamasti proovivad astronoomid selle meetodi abil leitud planeete kinnitada teiste selles loendis toodud meetoditega.
Orbitaalne heledus
Mõnel juhul põhjustab tähe ümber tiirlev planeet Maale jõudva valguse hulga suurenemise, mitte selle uputamise. Üldiselt on need juhtumid, kus planeet tiirleb väga lähedalt, nii et see kuumeneb temperatuurini, mis kiirgab tuvastatavat kogust soojuskiirgust.
Ehkki me ei suuda seda kiirgust eristada tähe enda kiirgusest, paljastub planeet, mis tiirleb paremas joones, meiega tavalises järgus (sarnaselt Kuu faasidega), nii korrapärane, perioodiline Nende tähtedelt kosmoseteleskoopide abil saadava valguse suurenemist saab kasutada planeedi olemasolu järeldamiseks.
Sarnaselt transiidimeetodiga on selle tehnika abil lihtsam tuvastada nende tähtede lähedal tiirlevaid suuri planeete. Ehkki seni on ainult selle meetodi abil avastatud vaid käputäis planeete, võib see osutuda pikaajaliselt kõige produktiivsemaks meetodiks, kuna selle tuvastamiseks ei vaja eksoplaneet meie ja tähe vahel vahetut läbimist see, avades palju laiemat valikut võimalikke avastusi.
Radiaalne kiirus
Põhikoolis õpetatakse meile, et Päikesesüsteem on statsionaarne täht, mida ümbritsevad aeglaselt tiirlevad planeedid, asteroidid ja muud praht. Tõde on siiski pisut keerulisem: planeetide gravitatsioonilise tõmbe tõttu lehvitab täht süsteemi raskuskeskmest ka edaspidi nii kergelt:
(Pilt Wikimedia Commonsi / Zhatti kaudu) Nähtus ulatub umbes nii: kui suur planeet on piisavalt mass, võib ta tähe enda poole tõmmata, põhjustades tähe liikumise kauge Päikesesüsteemi täpsest keskpunktist. Nii saab perioodilisi, prognoositavaid, kuid siiski minutilisi tähe positsiooni nihkeid järeldada, et selle tähe lähedal on suur planeet.
Astronoomid on seda nähtust ära kasutanud sadade eksoplaneetide avastamiseks. Kuni viimase ajani, kui seda ületati transiidiga, oli see meetod (nn radiaalne kiirus) vastutav enamiku avastatud eksoplaneetide eest.
Saja valgusaasta kaugusel asuvate tähtede kergete liikumiste mõõtmist võib tunduda keeruline, kuid selgub, et astronoomid suudavad Doppleri efekti tõttu tuvastada, millal täht kiirendab Maa poole (või sellest eemale) kiirusel, mis on vähemalt üks meeter sekundis.
Efekt on lainete (olgu heli, nähtava valguse või muude elektromagnetilise energia vormide) nähtus, mille sagedus on veidi kõrgem, kui neid kiirgav objekt liigub vaatleja poole, ja pisut madalam, kui see eemaldub. Kui olete kunagi kuulnud läheneva kiirabi sireeni tugevat virisemist, on see olnud otsekohene, kui see on eemale sõites asendatud pisut madalama tooniga.
Asendage kiirabi kauge tähe ja sireeni helisignaaliga, mida see kiirgab, ja olete idee palju saanud. Spektromeetrite abil, mis mõõdavad tähe kiirgatud valguse konkreetseid sagedusi, saavad astronoomid otsida nähtavaid nihkeid, mis näitab, et täht liigub meile pisut lähemale või triivib pisut eemale.
Liikumisaste võib kajastada isegi planeedi massi. Kombineerituna planeedi raadiusega (arvutatud transiidimeetodi abil), võimaldab see teadlastel kindlaks teha planeedi tiheduse ja seega ka selle koostise (kui see on näiteks gaasi hiiglane või kivine planeet).
Selle meetodi suhtes kehtivad ka piirangud: väiksemat tähte tiirleva suurema planeedi leidmine on palju lihtsam, kuna sellisel planeedil on tähe liikumisele suurem mõju. Suhteliselt väikeseid Maasuuruseid planeete oleks tõenäoliselt raske tuvastada, eriti kaugete vahemaade tagant.
Otsene pildistamine
Mõnel harval juhul on astronoomid suutnud eksoplaneete leida kõige lihtsamal viisil: neid nähes.
Kolm massiivset planeeti, mis olid tõenäoliselt Jupiterist suuremad, tiirlesid tähe HR8799 ümber otse 2010. aastal. (Täht ise on koronograafiga blokeeritud. (Pilt NASA / JPL-Caltechi / Palomari observatooriumi kaudu) Need juhtumid on mõnel põhjusel nii haruldased. Planeedi tähest eristamiseks peab ta olema sellest suhteliselt kaugel (on lihtne ette kujutada, et näiteks Merkuur oleks kaugel Päikesest eristamatu). Kuid kui planeet on oma tähest liiga kaugel, ei peegelda see tähe valgust piisavalt, et see oleks üldse nähtav.
Eksoplaneedid, mida teleskoopide abil kõige usaldusväärsemalt näha saab, on suured (nagu Jupiter) ja väga kuumad, nii et need eraldavad omaenda infrapunakiirgust, mida teleskoobid saavad tuvastada ja mida kasutatakse nende tähtedest eristamiseks. Samuti on hõlpsamini tuvastatavad planeete, mis tiirlevad pruunide kääbuste ümber (objektid, mida ei ole tehniliselt klassifitseeritud tähtedeks, kuna need pole kuumad ega piisavalt massiivsed, et tekitada termotuumareaktsioone ja eraldavad seega vähe valgust).
Otsest pildistamist on kasutatud ka mõne eriti massiivse petliku planeedi - nende, mis hõljuvad tähe tiirutamise asemel vabalt läbi kosmose - tuvastamiseks.
Gravitatsiooniline lääts
Kõik eelnevad meetodid selles loendis on mitteteadlase jaoks mingil intuitiivsel tasemel mõtet. Gravitatsiooniline lääts, mida kasutatakse peotäie eksoplaneetide avastamiseks, nõuab pisut abstraktsemat mõtlemist.
Kujutage ühte tähte väga kaugel ja teist tähte selle ja Maa vahel. Harvadel hetkedel võivad kaks tähte peaaegu joonduda öötaevas üksteisega kattuvad. Kui see juhtub, toimib lähemal asuva tähe gravitatsioonijõud nagu lääts, suurendades sissetulevat valgust kaugemast tähest, kui see läheneb selle lähedale, et meieni jõuda.
Gravitatsioonilise läätse simulatsioon, mis näitab kaugest galaktikast saabuvat valgust, mida lühidalt suurendab keskosas olev must auk. (Pilt Urbane Legendi kaudu) Kui täht, millel on orbiidi lähedal asuv planeet, toimib gravitatsiooniläätsena, võib selle planeedi gravitatsiooniväli lisada suurendussündmusele väikest, kuid tuvastatavat panust. Nii on astronoomid mõnel harval juhul suutnud järeldada kaugete planeetide olemasolu viisil, mis suurendab veelgi kaugemate tähtede valgust.
Eksoplaneedi avastuste graafik aastate kaupa, tuvastusmeetodit tähistab värv. Roheline = transiit, sinine = radiaalse kiirus, punane = otsene kujutis, oranž = gravitatsiooniline lääts. (Pilt Wikimedia Commonsi / Aldaroni kaudu)
