Как астрономите намират екзопланети?

Концепцията на художника за далечна планета, преминаваща пред звездата си. Много екзопланети се намират чрез малкото потапяне в светлината на звездата, което се случва по време на преминаване на планети. Изображение чрезSciTechDaily.


Тъй катоTRAPPIST-1 новинипопадна в медиите на 22 февруари 2017 г., екзопланетите станаха още по-гореща тема, отколкото вече бяха. 7-те известни планети в системата TRAPPIST-1 са само на 40 светлинни години и саузрял за проучванечрез земни и космически телескопи. Ноняколко хилядидруги екзопланети - планети, обикалящи около далечни слънца - са известни на астрономите. Концепцията на художника по-горе е малко подвеждаща, защото не показва колко много, много ярки звезди са в контраст с техните планети. Именно тази яркост на звездите прави екзопланетите толкова трудни за намиране. Следвайте връзките по-долу, за да научите повече за това как астрономите намират екзопланети.

Повечето екзопланети се намират чрез транзитен метод


Някои екзопланети се откриват чрез метода на колебание

Няколко екзопланети са открити чрез директно изобразяване

Няколко екзопланети са открити чрез микролещиране

Концепцията на художника за системата TRAPPIST-1, гледана от Земята. Кредит на изображението наНАСА/JPL-Caltech.




Повечето планети се намират чрез транзитен метод.Такъв беше случаят с планетите TRAPPIST-1. Всъщност думата TRAPPIST означава наземенТранзитиращи планети и малък телескоп PlanetesImals, който – заедно с космическия телескоп на НАСА Spitzer и други телескопи – помогна за разкриването на планетите в тази система.

Познаваме повечето екзопланети чрез транзитния метод отчасти, защото главният телескоп за ловец на планети в света - базираната в космоса мисия Kepler - използва този метод. Първоначалната мисия, стартирана през 2009 г., откри 4696 кандидати за екзопланети, от които 2331 са потвърдени екзопланети,според НАСА. Оттогава разширената мисия Кеплер (K2) е открилПовече ▼.

Транзит презНАСА.

Светлинна крива на Kepler-6b. Спадът представлява транзита на планетата. Изображение чрезWikimedia Commons.


Как работи транзитният метод? Слънчево затъмнение, напр.етранзит, настъпващ, когато луната преминава между слънцето и Земята. Транзитите на екзопланета се случват, когато далечна екзопланета преминава между своята звезда и Земята. Когато се случи пълно слънчево затъмнение, светлината на нашето слънце преминава от 100% до почти 0%, както се вижда от Земята, след което се връща до 100% след края на затъмнението. Но когато учените наблюдават далечни звезди в търсене на транзитни екзопланети, светлината на звездата може най-много да намалее само с няколко процента или части от процента. И все пак, ако приемем, че това се случва редовно, докато планетата обикаля около звездата си, това малко потапяне в светлината на звездата може да разкрие иначе скрита планета.

Така че потапянето в светлината на звездата е удобен инструмент за разкриване на екзопланети. За да го използват обаче, астрономите трябваше да разработят много чувствителни инструменти, които могат да определят количествено светлината, излъчвана от звезда. Ето защо, въпреки че астрономите са търсили екзопланети в продължение на много години, те не са започнали да ги намиратдо 1990-те години.

Theсветлинна криваполучено чрез изобразяване на светлината на звезда във времето също позволява на учените да изведат наклона на орбитата на екзопланетата и нейния размер.

Кликнете върху името на екзопланета, за да видите анимирана светлинна криватук.


И имайте предвид, че всъщност не виждаме екзопланетите, открити с транзитния метод. Вместо това се предполага тяхното присъствие.

Методът на клатушкане. Сините вълни имат по-висока честота от вълните на червената светлина. Изображение чрезНАСА.

Някои планети се намират чрез метода на колебание. Вторият най-използван път за откриване на екзопланети е чрез доплерова спектроскопия, понякога наричанаметод на радиалната скорост, и широко известен катометода на колебание. Към април 2016 г. по този метод са открити 582 екзопланети (около 29,6% от общо известните по това време).

Във всички гравитационно свързани системи, включващи звезди, обектите в орбита - в този случай звезда и нейната екзопланета - се движат около общ център на масата. Когато масата на една екзопланета е значителна в сравнение с масата на нейната звезда, има потенциал да забележим колебание в този център на масата, което може да се открие чрез изместване на светлинните честоти на звездата. Тази промяна по същество е аДоплеров изместване. Това е същият вид ефект, който правиблагочестивна звука на двигателя на състезателен автомобил, висок, когато колата се приближава към вас, и нисък, когато колата се отдалечава.

Колебането на звезда, обикаляна от много голямо тяло. Изображение чрезWikimedia Commons.

По същия начин, когато се гледа от Земята, леките движения на звезда и нейната планета (или планети) около общ център на тежестта влияят на нормалното на звездатасветлинен спектър. Ако звездата се движи към наблюдателя, тогава нейният спектър ще изглежда леко изместен към синьото; ако се отдалечава, ще бъде изместен към червено.

Разликата не е много голяма, но съвременните инструменти са достатъчно чувствителни, за да я измерват.

Така че, когато астрономите измерват цикличните промени в светлинния спектър на звезда, те могат да подозират, че значително тяло - голяма екзопланета - обикаля около нея. След това други астрономи може да потвърдят присъствието му. Методът на колебанието е полезен само за намиране на много големи екзопланети. Планети, подобни на Земята, не могат да бъдат открити по този начин, тъй като колебанията, причинени от подобни на Земята обекти, са твърде малки, за да бъдат измерени от настоящите инструменти.

Също така имайте предвид, че отново, използвайки този метод, ние всъщност не виждаме екзопланетата. Предполага се наличието му.

Звездата HR 87799 и нейните планети. Прочетете повече за тази система чрезWikiwand.

Няколко планети са открити чрез директно изобразяване.Директното изобразяване е фантастична терминология заправене на снимка на екзопланетата. Това е третият най-популярен метод за откриване на екзопланети.

Директното изобразяване е много труден и ограничаващ метод за откриване на екзопланети. На първо място, звездната система трябва да е относително близо до Земята. След това екзопланетите в тази система трябва да са достатъчно далеч от звездата, така че астрономите да могат да ги различат от отблясъците на звездата. Освен това учените трябва да използват специален инструмент, наречен aкоронографда блокира светлината от звездата, разкривайки по-слабата светлина на всяка планета или планети, които може да обикалят около нея.

астрономКейт Фолет, който работи с този метод, каза пред ForVM, че броят на екзопланетите, открити чрез директно изобразяване, варира в зависимост от определението на дадена планета. Но, каза тя, някъде от 10 до 30 са открити по този начин.

Уикипедия имасписък с 22 директно заснети екзопланети, но някои не бяхаоткритичрез директно изобразяване. Те са открити по някакъв друг начин и по-късно – чрез мъчително упорита работа и старателна интелигентност, плюс напредък в инструментите – астрономите са успели да получат изображение.

Процесът на микролещиране на етапи, от дясно на ляво. Обективната звезда (бяла) се движи пред изходната звезда (жълта), увеличавайки нейното изображение и създавайки събитие за микролещиране. На четвъртото изображение отдясно планетата добавя свой собствен ефект на микролещи, създавайки двата характерни пика в светлинната крива. Изображение и надпис чрезПланетарното общество.

Няколко екзопланети са открити чрез микролещиране.Ами ако една екзопланета не е много голяма и поглъща по-голямата част от светлината, получена от нейната звезда домакин? Това означава ли, че просто не можем да ги видим?

За по-малки тъмни обекти учените използват техника, базирана на страхотно следствие от общата теория на относителността на Айнщайн. Тоест обектите в пространството извиват пространство-време; светлина, пътуваща близо до тяхзавоикато резултат. Това е аналогично наоптично пречупванепо някакъв начин. Ако поставите молив в чаша с вода, моливът изглежда счупен, защото светлината се пречупва от водата.

Въпреки че това не беше доказано чак след десетилетия, известният астрономФриц Цвикиказа още през 1937 г., че гравитацията на галактическите купове трябва да им позволи да действат катогравитационни лещи. За разлика от галактическите купове или дори единичните галактики обаче, звездите и техните планети не са много масивни. Те не огъват много светлината.

Ето защо този метод се наричамикролещиране.

За да се използва микролещиране за откриване на екзопланети, една звезда трябва да премине пред друга по-далечна звезда, както се вижда от Земята. След това учените може да са в състояние да измерят светлината от отдалечения източник, който се огъва от преминаващата система. Те може да са в състояние да разграничат звездата, която се намесва, и нейната екзопланета. Този метод работи дори ако екзопланетата е много далеч от звездата си, което е предимство пред методите за транзит и колебание.

Но, както можете да си представите, това е труден за използване метод. Уикипедия имасписък на 19 планети, открити чрез микролещиране.

Екзопланети, открити на година. Имайте предвид, че двата преобладаващи метода за откриване са транзит и радиална скорост (метод на колебание). Изображение чрезАрхивът на екзопланетите на НАСА.

В крайна сметка: Най-популярните методи за откриване на екзопланети са транзитният метод и методът на колебанието, известни също като радиална скорост. Няколко екзопланети са открити чрез директно изобразяване и микролещиране. Между другото, по-голямата част от информацията в тази статия идва от онлайн курс, който посещавам, нареченСупер-Земите и Животът, дадена от Харвард. Интересен курс!