Prije generacije, ideja o planetu koji je okruživao udaljenu zvijezdu još uvijek je bila u carstvu znanstvene fantastike. Ali otkad smo 1988. otkrili prvu egzoplanetu, pronašli smo ih stotine, s vremenom će otkrića brže dolaziti.
Povezani sadržaj
- Vjerojatno postoji mnogo više egzoplaneta nalik Zemlji nego što smo zamislili
- 5 zgodnih planeta u orbiti oko udaljenih zvijezda
Prošli mjesec, u jednoj najavi, NASA-ini astronomi otkrili su otkriće 715 prethodno nepoznatih planeta u podacima prikupljenim svemirskim teleskopom Kepler, čime je ukupni broj poznatih egzoplaneta doveden do 1771. Unutar toga nalaze se sve vrste egzoplaneta: neki koji orbitiraju oko dvije zvijezde, neki koji su puni vode, neki koji su otprilike veličine Zemlje i neki koji su više nego dvostruko veći od Jupitera.
Ali velika većina svih tih dalekih planeta ima jedno zajedničko - uz nekoliko iznimaka, predaleko su da bismo ga vidjeli, čak i sa našim najmoćnijim teleskopima. Ako je to slučaj, kako astronomi znaju da su tamo?
Tijekom posljednjih nekoliko desetljeća, istraživači su razvili razne tehnike kako bi uočili mnoge planete izvan našeg Sunčevog sustava, koji se često koriste u kombinaciji kako bi potvrdili početno otkriće i naučili više o karakteristikama planeta. Evo objašnjenja glavnih do sada korištenih metoda.
Tranzit
Zamislite da gledate mali planet koji orbitira oko neke zvijezde daleko, daleko. Povremeno bi planet mogao proći između vas i njegove zvijezde, nakratko blokirajući dio zvjezdane svjetlosti. Ako se ovo zatamnjenje dogodilo s dovoljno frekvencije, možda biste mogli zaključiti prisutnost planeta, čak i ako ga ne možete vidjeti.
(Slika putem Wikimedia Commons / Nikola Smolenski) Ovo je, u biti, tranzitna metoda otkrivanja egzoplaneta, odgovorna za većinu naših dosadašnjih otkrića egzoplaneta. Naravno, za daleke zvijezde, ne postoji način da golo ljudsko oko ne bi moglo pouzdano otkriti zatamnjivanje količine svjetlosti koju vidimo, pa se znanstvenici oslanjaju na teleskope (osobito, svemirski teleskop Kepler) i druge instrumente za prikupljanje i analizu ove podatke.
Dakle, za astronoma "viđenje" udaljene egzoplanete putem tranzitne metode obično izgleda ovako:
Količina svjetlosti udaljene zvijezde, uhvaćena, gubi se kao planet koji prolazi između njega i nas. (Slika putem Wikimedia Commons / Sam posčital) U nekim slučajevima, količina zatamnjenja koja prouzrokuje planet koji prolazi između njegove zvijezde i nas također može astronomima reći grubu procjenu veličine planeta. Ako znamo veličinu zvijezde i udaljenost planeta od nje (potonju određuje druga metoda otkrivanja, radijalna brzina, niže na ovom popisu), i opažamo da planet blokira određeni postotak svjetlosti zvijezde, možemo izračunajte polumjer planeta na osnovu tih vrijednosti.
Postoje, međutim, nedostaci tranzitne metode. Planet mora biti ispravno postrojen kako bi prošao između nas i njegove zvijezde, a što dalje kruži oko njega, to je manja šansa za to poravnanje. Proračuni pokazuju da za planet veličine Zemlje koji se nalazi oko njegove zvijezde na istoj udaljenosti od naše orbite (oko 93 milijuna milja) postoji samo 0, 47 posto šanse da se pravilno postavi da uzrokuje zatamnjenje.
Metoda također može dovesti do velikog broja lažnih pozitivnih prikaza - epizoda zatamnjenja koje identificiramo kao tranzitne planete, ali ih u konačnici uzrokuje nešto sasvim drugo. Jedno je istraživanje pokazalo da čak 35 posto velikih planeta koji se nalaze u neposrednoj blizini orbite identificiranih u Keplerovim podacima zapravo ne može postojati, a zatamnjenje se pripisuje prašini ili drugim tvarima koje se nalaze između nas i zvijezde. U većini slučajeva astronomi pokušavaju potvrditi planete pronađene ovom metodom drugim metodama na ovom popisu.
Orbitalna svjetlina
U nekim slučajevima, planet koji kruži oko njegove zvijezde uzrokuje da se povećava količina svjetlosti koja doseže Zemlju, umjesto da pada. Općenito, to su slučajevi u kojima planet kruži vrlo usko, tako da se zagrijava do stupnja koji emitira osjetljive količine toplinskog zračenja.
Iako nismo u mogućnosti razlikovati ovo zračenje od zračenja same zvijezde, planet koji orbitira u pravom poravnanju bit će nam izložen u redovnom slijedu faza (slično fazama Mjeseca), tako redovitim, periodičnim porast količine svjetlosti koju svemirski teleskopi primaju od tih zvijezda može se upotrijebiti za zaključivanje prisutnosti planeta.
Slično kao u tranzitnoj metodi, ovom je tehnikom lakše otkriti krupne planete u orbiti. Iako je dosad isključivo ovom metodom otkriveno samo nekoliko planeta, dugoročno može biti najučinkovitija metoda, jer ne treba egzoplaneta da prođe direktno između nas i zvijezde koju bismo mogli otkriti to, otvarajući puno širi spektar mogućih otkrića.
Radijalna brzina
U osnovnoj školi uči nas da je sunčev sustav nepomična zvijezda okružena polako u orbiti planeta, asteroida i drugih krhotina. Istina je, međutim, malo složenija: Zbog gravitacijskog povlačenja planeta, zvijezda se pomalo odmaže od težišta sustava:
(Slika putem Wikimedia Commons / Zhatt) Fenomen ide nekako ovako: velika planeta, ako ima dovoljno mase, možda bi mogla povući zvijezdu prema njoj, uzrokujući da se zvijezda pomakne iz točnog središta dalekog Sunčevog sustava. Dakle, periodična, predvidljiva, ali još uvijek minutna pomaka u položaju zvijezde mogu se iskoristiti za zaključivanje prisutnosti velikog planeta u blizini te zvijezde.
Astronomi su iskoristili ovaj fenomen da otkriju stotine egzoplaneta. Donedavno, kada ga je tranzit nadmašio, ova je metoda (nazvana radijalna brzina) bila odgovorna za većinu otkrivenih egzoplaneta.
Možda se čini teško izmjeriti mala kretanja u zvijezdama stotinama svjetlosnih godina, ali ispada da astronomi mogu otkriti kada zvijezda ubrzava prema Zemlji (ili dalje od nje) brzinom od samo jednog metra u sekundi zbog Doplerovog efekta.
Učinak je fenomen valova (bilo da se radi o zvuku, vidljivoj svjetlosti ili drugim oblicima elektromagnetske energije) koji se pojavljuju nešto veće frekvencije kada se objekt koji ih emitira kreće prema promatraču, a nešto niže kad se odmiče. Doživjeli ste iz prve ruke ako ste ikada čuli kako visoko cviljenje sirene koja se približava brzo zamijenjeno s nešto nižim tonom dok odmiče.
Ambulantu zamijenite udaljenom zvijezdom i zvukom sirene svjetlošću koju emitira, a poprilično ste dobili ideju. Pomoću spektrometra, koji mjere određene frekvencije svjetlosti koje emitira zvijezda, astronomi mogu pretraživati prividne pomake, pokazujući da se zvijezda pomiče malo bliže nama ili lagano odmače.
Stupanj kretanja može čak odražavati masu planeta. Ako se kombinira s polumjerom planeta (izračunato tranzitnom metodom), to znanstvenicima može odrediti gustoću planeta, a samim tim i njegov sastav (na primjer, ako je to plinski div ili kameniti planet).
Ova metoda je također podložna ograničenjima: mnogo je lakše pronaći veći planet koji kruži oko manje zvijezde, jer takav planet ima veći utjecaj na kretanje zvijezde. Relativno male planete veličine Zemlje vjerojatno će biti teško otkriti, posebno na velikim daljinama.
Izravno snimanje
U nekoliko rijetkih slučajeva astronomi su uspjeli pronaći egzoplanete na najjednostavniji mogući način: gledajući ih.
Tri ogromna planeta - vjerovatno veća od Jupitera - izravno su snimljena u orbiti oko zvijezde HR8799 u 2010. godini (sama zvijezda je blokirana koronagrafom. (Slika putem NASA / JPL-Caltech / Palomar Observatory) Ti su slučajevi toliko rijetki iz nekoliko razloga. Da bi se planet mogao razlikovati od njegove zvijezde, potrebno je biti relativno daleko od njega (lako je zamisliti da bi se Merkur, na primjer, od Sunca mogao razlikovati od Sunca). Ali ako je planet predaleko od svoje zvijezde, neće odražavati dovoljno svjetlosti zvijezde da bi uopće bio vidljiv.
Egzoplaneti koje teleskopi mogu najpouzdanije vidjeti su veliki (poput Jupitera) i vrlo su vrući, tako da odaju vlastito infracrveno zračenje, koje teleskopi mogu otkriti i koristiti za razlikovanje od zvijezda. Planeti koji orbitiraju smeđe patuljke (objekti koji tehnički nisu klasificirani kao zvijezde, jer nisu vrući ili masivni da bi stvorili reakcije fuzije i tako odavali malo svjetla) također se mogu lakše otkriti.
Izravno snimanje također se koristi za otkrivanje nekoliko posebno masivnih lopovskih planeta - onih koji slobodno lete kroz svemir, umjesto da kruže oko zvijezde.
Gravitacijsko leće
Sve dosadašnje metode na ovom popisu imaju smisla za ne-znanstvenika na nekoj intuitivnoj razini. Gravitacijsko leće, kojim se otkriva pregršt egzoplaneta, zahtijeva malo apstraktniju misao.
Zamislite jednu zvijezdu vrlo daleko, a drugu zvijezdu na pola puta između nje i Zemlje. U rijetkim trenucima, dvije bi se zvijezde mogle skoro uskladiti preklapajući se jedna na drugu na noćnom nebu. Kad se to dogodi, sila gravitacije bliže zvijezde djeluje poput leće, povećavajući dolaznu svjetlost iz daleke zvijezde dok prolazi blizu nje kako bi došla do nas.
Simulacija gravitacijskog sočiva, koja pokazuje da svjetlost koja dolazi iz daleke galaksije nakratko povećava crna rupa u sredini. (Slika putem Urbane Legend) Ako zvijezda koja ima planet u blizini orbite služi kao gravitacijska leća, to gravitacijsko polje tog planeta može dodati blagi, ali uočljiv doprinos događaju povećavanja. Tako su astronomi u nekim rijetkim slučajevima mogli zaključiti prisutnost udaljenih planeta na način da povećavaju svjetlost još udaljenijih zvijezda.
Graf otkrića egzoplaneta po godinama, s metodom otkrivanja predstavljenom bojom. Zelena = tranzitna, plava = radijalna brzina, crvena = izravno snimanje, narančasta = gravitacijsko leće. (Slika putem Wikimedia Commons / Aldaron)
