Μια γενιά πριν, η ιδέα ενός πλανήτη που περιστρέφεται γύρω από ένα μακρινό αστέρι ήταν ακόμα στο χώρο της επιστημονικής φαντασίας. Αλλά από την ανακάλυψη της πρώτης εξωπλανήτης το 1988, βρήκαμε εκατοντάδες από αυτούς, με τις ανακαλύψεις να έρχονται με ταχύτερο ρυθμό με την πάροδο του χρόνου.
σχετικό περιεχόμενο
- Υπάρχουν μάλλον τρόποι για περισσότερους πλανήτες σαν τους εξωπλανήτες από ό, τι φανταζόμασταν
- Οι 5 πιο ωραίοι πλανήτες που περιστρέφονται γύρω από τα αστέρια
Τον περασμένο μήνα, σε μια ανακοίνωση, οι αστρονόμοι της NASA αποκάλυψαν την ανακάλυψη 715 προηγουμένως άγνωστων πλανητών σε δεδομένα που συλλέχθηκαν από το διαστημικό τηλεσκόπιο Kepler, φέρνοντας τον συνολικό αριθμό γνωστών εξωπλανήτων στο 1771. Εντός αυτού είναι όλα τα είδη των εξωπλανητών:, μερικά που είναι γεμάτα με νερό, μερικά περίπου μεγέθους της Γης και μερικά που είναι περισσότερο από διπλάσια από τον Δία.
Αλλά η συντριπτική πλειοψηφία όλων αυτών των μακρινών πλανητών έχει ένα κοινό πράγμα - με λίγες εξαιρέσεις, είναι πολύ μακριά για να δούμε, ακόμη και με τα πιο ισχυρά τηλεσκόπια μας. Αν συμβαίνει αυτό, πώς γνωρίζουν οι αστρονόμοι ότι είναι εκεί;
Τις τελευταίες δεκαετίες, οι ερευνητές έχουν αναπτύξει μια ποικιλία τεχνικών για να εντοπίσουν τους πολλούς πλανήτες έξω από το ηλιακό μας σύστημα, που συχνά χρησιμοποιούνται σε συνδυασμό για να επιβεβαιώσουν την αρχική ανακάλυψη και να μάθουν περισσότερα για τα χαρακτηριστικά του πλανήτη. Ακολουθεί μια επεξήγηση των κύριων μεθόδων που χρησιμοποιούνται μέχρι στιγμής.
Διαμετακόμιση
Φανταστείτε να κοιτάτε έναν μικρό πλανήτη που περιστρέφεται γύρω από ένα αστέρι μακριά, μακριά. Περιστασιακά, ο πλανήτης μπορεί να περάσει ανάμεσα σε εσάς και το αστέρι του, κλείνοντας για λίγο το μέρος του φωτός του αστέρα. Εάν αυτή η μείωση έγινε με αρκετή συχνότητα, ίσως μπορέσετε να υποθέσετε την παρουσία του πλανήτη, ακόμα κι αν δεν μπορείτε να το δείτε.
(Εικόνα μέσω του Wikimedia Commons / Nikola Smolenski) Αυτό, είναι ουσία, είναι η μέθοδος διαμετακόμισης για την ανίχνευση εξωπλανήτων, υπεύθυνη για την πλειονότητα των ανακαλύψεων των εξωπλανήτων μέχρι στιγμής. Φυσικά, για τα μακρινά αστέρια, το γυμνό ανθρώπινο μάτι δεν θα μπορεί να ανιχνεύσει αξιόπιστα την εξασθένιση του φωτισμού που βλέπουμε, έτσι ώστε οι επιστήμονες να βασίζονται σε τηλεσκόπια (κυρίως το διαστημικό τηλεσκόπιο Kepler) και άλλα όργανα συλλογής και ανάλυσης αυτά τα δεδομένα.
Έτσι, για έναν αστρονόμο, «βλέποντας» μια μακρινή εξωπλανήτη μέσω της μεθόδου διαμετακόμισης γενικά καταλήγει να φαντάζει κάτι τέτοιο:
Η ποσότητα φωτός από ένα μακρινό αστέρι, γραφικά, βυθίζεται καθώς ένας πλανήτης περνάει ανάμεσα σε αυτό και σε εμάς. (Εικόνα μέσω Wikimedia Commons / Сам посчитал) Σε μερικές περιπτώσεις, η ποσότητα του θολώματος που προκαλείται από τον πλανήτη που περνάει ανάμεσα στο αστέρι του και σε εμάς μπορεί επίσης να πει στους αστρονόμους μια χονδρική εκτίμηση του μεγέθους του πλανήτη. Αν γνωρίζουμε το μέγεθος ενός αστέρα και την απόσταση του πλανήτη από αυτό (η τελευταία καθορίζεται από άλλη μέθοδο ανίχνευσης, ακτινική ταχύτητα, κάτω από αυτή τη λίστα) και παρατηρούμε ότι ο πλανήτης αποκλείει ένα ορισμένο ποσοστό του φωτός του αστεριού, μπορούμε υπολογίστε την ακτίνα του πλανήτη με βάση μόνο αυτές τις τιμές.
Υπάρχουν, ωστόσο, μειονεκτήματα στη μέθοδο διαμετακόμισης. Ένας πλανήτης πρέπει να παρατάσσεται σωστά για να περάσει ανάμεσα σε εμάς και το αστέρι του, και όσο πιο μακριά το τροχιά, τόσο μικρότερη είναι η πιθανότητα αυτής της ευθυγράμμισης. Οι υπολογισμοί υποδεικνύουν ότι για έναν πλανήτη μεγέθους Γης που μοιάζει με το αστέρι του στην ίδια απόσταση που μας τροχίζει (περίπου 93 εκατομμύρια μίλια), υπάρχει μόνο 0, 47% πιθανότητα να ευθυγραμμιστεί σωστά για να προκαλέσει οποιαδήποτε μείωση.
Η μέθοδος μπορεί επίσης να οδηγήσει σε ένα μεγάλο αριθμό ψευδών θετικών - επεισοδίων απώλειας που ταυτοποιούμε ως πλανήτες που διέρχονται, αλλά τελικά προκαλούνται από κάτι άλλο εξ ολοκλήρου. Μία μελέτη διαπίστωσε ότι μέχρι και το 35% των μεγάλων, στενά τροχιακών πλανητών που εντοπίστηκαν στα δεδομένα Kepler θα μπορούσε στην πραγματικότητα να είναι ανύπαρκτο και το θόρυβο που αποδίδεται στη σκόνη ή άλλες ουσίες που βρίσκονται ανάμεσα σε εμάς και το αστέρι. Στις περισσότερες περιπτώσεις, οι αστρονόμοι προσπαθούν να επιβεβαιώσουν τους πλανήτες που βρέθηκαν μέσω αυτής της μεθόδου με άλλες μεθόδους σε αυτόν τον κατάλογο.
Τροχιακή φωτεινότητα
Σε ορισμένες περιπτώσεις, ένας πλανήτης που περιστρέφεται γύρω από το αστέρι του προκαλεί την άνοδο του φωτός που φτάνει στη Γη, αντί να βουτά. Γενικά, αυτές είναι περιπτώσεις στις οποίες ο πλανήτης περιστρέφεται πολύ κοντά, έτσι ώστε να θερμαίνεται στο βαθμό που εκπέμπει ανιχνεύσιμες ποσότητες θερμικής ακτινοβολίας.
Παρόλο που δεν μπορούμε να διακρίνουμε αυτή την ακτινοβολία από αυτήν του ίδιου του αστεριού, ένας πλανήτης που περιστρέφεται στη σωστή ευθυγράμμιση θα μας εκθέσει σε μια τακτική ακολουθία σταδίων (παρόμοια με τις φάσεις της σελήνης), τόσο τακτικές, περιοδικές αυξάνεται η ποσότητα φωτός που λαμβάνουν τα διαστημικά τηλεσκόπια από αυτά τα αστέρια για να συναγάγουμε την παρουσία ενός πλανήτη.
Παρόμοια με τη μέθοδο διαμετακόμισης, είναι ευκολότερο να ανιχνεύσουμε μεγάλους πλανήτες σε τροχιά γύρω από τα αστέρια τους με αυτή την τεχνική. Παρόλο που μόνο μια χούφτα πλανητών έχει ανακαλυφθεί χρησιμοποιώντας μόνο αυτή τη μέθοδο μέχρι τώρα, μπορεί να καταλήξει να είναι η πιο παραγωγική μέθοδος μακροπρόθεσμα, επειδή δεν απαιτεί μια εξωπλανήτη να περάσει απευθείας ανάμεσα σε εμάς και το αστέρι για να ανιχνεύσουμε ανοίγοντας ένα πολύ ευρύτερο φάσμα πιθανών ανακαλύψεων.
Ακτινική ταχύτητα
Στο δημοτικό σχολείο, διδάσκουμε ότι ένα ηλιακό σύστημα είναι ένα στατικό αστέρι που περιβάλλεται από αργούς τροχούς πλανήτες, αστεροειδείς και άλλα συντρίμμια. Η αλήθεια είναι, όμως, λίγο πιο περίπλοκη: Λόγω της βαρυτικής έλξης των πλανητών, το αστέρι σβήνει από το κέντρο βάρους του συστήματος τόσο ελαφρώς:
(Εικόνα μέσω Wikimedia Commons) Το φαινόμενο είναι κάτι τέτοιο: ένας μεγάλος πλανήτης, αν έχει αρκετή μάζα, μπορεί να τραβήξει το αστέρι προς το μέρος του, προκαλώντας το αστέρι να μετακινηθεί από το ακριβές κέντρο του απομακρυσμένου ηλιακού συστήματος. Επομένως, οι περιοδικές, προβλέψιμες αλλά ακόμα ελάχιστες μετατοπίσεις στη θέση του αστεριού μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να συναχθεί η παρουσία ενός μεγάλου πλανήτη κοντά στο άστρο.
Οι αστρονόμοι εκμεταλλεύτηκαν αυτό το φαινόμενο για να ανιχνεύσουν εκατοντάδες εξωπλανήτες. Μέχρι πρόσφατα, όταν ξεπεράστηκε από τη διέλευση, αυτή η μέθοδος (αποκαλούμενη ακτινική ταχύτητα) ήταν υπεύθυνη για την πλειοψηφία των εξωπλανήτων που ανακαλύφθηκαν.
Μπορεί να φαίνεται δύσκολο να μετρήσετε μικρές μετακινήσεις σε αστέρια σε εκατοντάδες έτη φωτός μακριά, αλλά αποδεικνύεται ότι οι αστρονόμοι μπορούν να ανιχνεύσουν πότε ένα αστέρι επιταχύνει προς (ή μακριά από) Γη με ταχύτητες τόσο χαμηλές όσο ένα μέτρο ανά δευτερόλεπτο λόγω του αποτελέσματος Doppler.
Η επίδραση είναι το φαινόμενο των κυμάτων (είτε είναι ηχητικό, ορατό φως ή άλλες μορφές ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας) που φαίνεται να είναι ελαφρώς υψηλότερο στη συχνότητα όταν το αντικείμενο που τις εκπέμπει κινείται προς έναν παρατηρητή και ελαφρώς χαμηλότερο όταν απομακρύνεται. Έχετε βιώσει από πρώτο χέρι αν έχετε ακούσει ποτέ το υψηλό κλαψιά μιας πλησιέστερης σειρήνας ασθενοφόρου που αντικαταστάθηκε με ένα ελαφρώς χαμηλότερο τόνο καθώς οδηγεί μακριά.
Αντικαταστήστε το ασθενοφόρο με ένα μακρινό αστέρι και τον ήχο μιας σειρήνας με το φως που εκπέμπει και έχετε πάρει λίγο την ιδέα. Χρησιμοποιώντας φασματόμετρα, τα οποία μετρούν τις συγκεκριμένες συχνότητες φωτός που εκπέμπεται από ένα αστέρι, οι αστρονόμοι μπορούν να ψάξουν για εμφανείς μετατοπίσεις, υποδεικνύοντας ότι το αστέρι κινείται ελαφρώς πιο κοντά σε εμάς ή παρασύρεται ελαφρώς μακριά.
Ο βαθμός κίνησης μπορεί ακόμη και να αντικατοπτρίζει τη μάζα του πλανήτη. Όταν συνδυάζεται με την ακτίνα του πλανήτη (που υπολογίζεται μέσω της μεθόδου διαμετακόμισης), αυτό μπορεί να επιτρέψει στους επιστήμονες να καθορίσουν την πυκνότητα του πλανήτη και, συνεπώς, τη σύνθεσή του (αν είναι γιγαντιαίο αέριο ή βραχώδης πλανήτης, για παράδειγμα).
Αυτή η μέθοδος υπόκειται επίσης σε περιορισμούς: είναι πολύ πιο εύκολο να βρεθεί ένας μεγαλύτερος πλανήτης σε τροχιά γύρω από ένα μικρότερο αστέρι, επειδή ένας τέτοιος πλανήτης έχει μεγαλύτερη επίδραση στην κίνηση του άστρου. Σχετικά μικρές, πλανήτες μεγέθους Γης θα ήταν πιθανώς δύσκολο να εντοπιστούν, ειδικά σε μεγάλες αποστάσεις.
Άμεση απεικόνιση
Σε μερικές σπάνιες περιπτώσεις, οι αστρονόμοι κατάφεραν να βρουν εξωπλανήτες με τον απλούστερο δυνατό τρόπο: βλέποντάς τους.
Τρεις μαζικοί πλανήτες - πιθανώς μεγαλύτεροι από τον Δία - απεικονίζονταν άμεσα γύρω από το αστέρι HR8799 το 2010. (Το ίδιο το αστέρι είναι μπλοκαρισμένο με ένα κορωνάγραφο.) (Image μέσω του NASA / JPL-Caltech / Palomar Observatory) Αυτές οι περιπτώσεις είναι τόσο σπάνιες για λίγους λόγους. Για να είναι σε θέση να διακρίνει έναν πλανήτη από το αστέρι του, πρέπει να είναι σχετικά μακρυά από αυτό (είναι εύκολο να φανταστεί κανείς ότι ο Υδράργυρος, για παράδειγμα, θα ήταν αδιάσπαστος από τον Ήλιο από μακριά). Αλλά αν ένας πλανήτης είναι πολύ μακριά από το αστέρι του, δεν θα αντανακλά αρκετά από το φως του άστρου για να είναι ορατό καθόλου.
Οι εξωπλανήτες που μπορούν να θεωρηθούν πιο αξιόπιστα από τα τηλεσκόπια είναι μεγάλοι (όπως ο Δίας) και πολύ καυτοί, έτσι ώστε να εκπέμπουν τη δική τους υπέρυθρη ακτινοβολία, η οποία μπορεί να ανιχνευθεί με τηλεσκόπια και να τις διακρίνει από τα αστέρια τους. Οι πλανήτες που τροχοφορούν τους καφέ νάνους (αντικείμενα που δεν είναι τεχνικά ταξινομημένα ως αστέρια, επειδή δεν είναι καυτά ή αρκετά μαζικά για να δημιουργήσουν αντιδράσεις σύντηξης και έτσι εκπέμπουν λίγο φως) μπορούν επίσης να ανιχνευθούν ευκολότερα.
Άμεση απεικόνιση έχει επίσης χρησιμοποιηθεί για την ανίχνευση μερικών ιδιαίτερα μαζικών πλατών πλαστών - εκείνων που επιπλέουν ελεύθερα μέσα από το διάστημα, αντί να περιστρέφονται γύρω από ένα αστέρι.
Βαρυτική φακό
Όλες οι προηγούμενες μέθοδοι σε αυτόν τον κατάλογο έχουν νόημα σε έναν μη επιστήμονα σε κάποιο διαισθητικό επίπεδο. Ο βαρυτικός φακός, που χρησιμοποιείται για να ανακαλύψει μια χούφτα εξωπλανήτες, απαιτεί κάποια πιο αφηρημένη σκέψη.
Φανταστείτε ένα αστέρι πολύ μακριά, και ένα άλλο αστέρι περίπου στη μέση μεταξύ της και της Γης. Σε σπάνιες στιγμές, τα δύο αστέρια ίσως σχεδόν να ευθυγραμμιστούν, σχεδόν αλληλεπικαλυπτόμενες μεταξύ τους στον νυχτερινό ουρανό. Όταν συμβεί αυτό, η δύναμη της βαρύτητας του στενότερου αστεριού ενεργεί σαν φακός, μεγεθύνοντας το εισερχόμενο φως από το μακρινό αστέρι καθώς περνά κοντά του για να φτάσει σε μας.
Μια προσομοίωση του βαρυτικού φακού, που δείχνει ότι το φως που προέρχεται από έναν μακρινό γαλαξία μεγεθύνεται για λίγο από μια μαύρη τρύπα στο μέσο έδαφος. (Εικόνα μέσω Urbane Legend) Αν ένα αστέρι που έχει έναν πλανήτη σε κοντινή τροχιά χρησιμεύει ως βαρυτικός φακός, το βαρυτικό πεδίο αυτού του πλανήτη μπορεί να προσθέσει μια ελαφρά αλλά ανιχνεύσιμη συμβολή στο γεγονός μεγέθυνσης. Έτσι, σε μερικές σπάνιες περιπτώσεις, οι αστρονόμοι ήταν σε θέση να συμπεράνουν την παρουσία των απομακρυσμένων πλανητών με τον τρόπο που μεγεθύνουν το φως ακόμα πιο μακρινών αστεριών.
Ένα γράφημα των ανακαλύψεων του εξωπλανήτη ανά έτος, με τη μέθοδο ανίχνευσης που αντιπροσωπεύει το χρώμα. Πράσινο = διαμετακόμιση, μπλε = ακτινική ταχύτητα, κόκκινο = άμεση απεικόνιση, πορτοκαλί = βαρυτικός φακός. (Εικόνα μέσω του Wikimedia Commons / Aldaron)
