Как открывают экзопланеты?
Всего лишь четверть с небольшим века назад начали открывать планеты у других звезд. И к сему дню наоткрывали их уже под пять тысяч. Разными способами. Чаще всего - методом транзита экзопланеты по диску материнской звезды. То есть, наблюдая затмения экзопланетой малой доли площади диска звезды. Так, например, были открыты 7 каменных планет в системе красного карлика Траппист-1:
Но есть и другие, весьма необычные, способы. И потому краткий обзор методов обнаружения экзопланет представлен под катом:
1. Метод транзита планеты по диску материнской звезды.
Суть методя ясна из его названия. Но этим способом можно открыть только планеты, на орбиты которых вокруг их материнских звезд мы смотрим практически с ребра. У гораздо большего числа экзопланет плоскость орбиты составляет с лучом нашего зрения заметный угол. Их таким методом не обнаружишь. И, тем не менее, методом транзита открывается до 3/4 всех экзопланент (на прилагаемом графике учтены экзопланеты, открытые до начала 2020 года).
Недостатком этого метода является то, что существование экзопланет с периодом обращения вокруг своих звезд в несколько земных лет подтвердить очень трудно, а с периодом во много десятков земных лет - практически невозможно. Как же были открыты еще более тысячи экзопланет?
2. Метод радиальных скоросей (по эффекту Доплера).
Вторым по успешности после транзитного методом открытия экзопланет оказался метод радиальных скоростей материнской звезды. Смысл которого в том, что планета и материнская звезда реально вращаются вокруг общего для них центра масс (аналога центра тяжести в школьной физике). Поэтому скорость материнской звезды по лучу нашего зрения слегка колеблется и, измеряя по эффекту Допплера период и амплитуду этих колебаний, мы обнаруживаем экзопланету и определяем ее параметры (массу и расстояние до материнской звезды).
Недостатком этого метода является то, что обнаружить им маломассивные каменные планеты очень трудно (слишком мал эффект Доплера). Но близкие к материнской звезде массивные планеты типа Юпитера обнаружить гораздо легче.
3. Метод прямого наблюдения (Imaging).
Успешным этот метод оказался для открытия весьма крупных планет (не меньше нашего Юпитера), вращающихся вокруг довольно близких звезд. Такой системой оказалась яркая молодая звезда HR 8799, удаленная от нас всего на 129 св. лет, и вокруг которой вращаются четыре планеты - газовые гиганты. Каждая из которых как минимум на порядок массивнее Юпитера.
Все эти планеты достаточно удалены от материнской звезды. Самая ближняя совершает один оборот вокруг материнской звезды за ~ 45 лет, самая дальняя за ~ 450 лет. В 2009-16 годах на весьма приличном телескопе было сделано семь хороших снимков этой системы. И один аспирант проинтерполировав положения всех 4-х планет в промежутках времени между этими 7-ю снимками создал это короткое видео.
4. Метод микролинзирования.
Довольно экзотическим, совершенно случайным и потому принципиально не повторимым, оказался метод микролинзирования. Суть которого в том, что даже довольно слабое гравитационное поле экзопланеты слегка искривляет луч света случайно оказавшейся в некий момент времени далеко за ней и совсем не материнской к ней звезды. И это искривление мы видим по изменению яркости этой звезды. И по амплитуде этого изменения оцениваем массу планеты.
Экзотичность этого метода недавно была подчеркнута еще более экзотичным результатом.
Астрономы давно подозревали, что в космосе могут странствовать и одиночные экзопланеты, не привязанные ни к какой звезде. Практически не светящиеся ни в видимой части спектра, ни даже в ИК-диапазоне. В этом смысле они подобны блуждающим в темноте черным кошкам.
Но если долго всматриваться темноту космоса, то можно уловить момент, как такая "черная кошка" пересекает луч света от гораздо более далекой, пусть и довольно слабой, звездочки. И тогда гравитационная линза, создаваемая массой такой экзопланеты, исказит местоположение и яркость этой звездочки.
Именно такой случай, точнее - даже два, и представился польским астрономам. И они открыли две экзопланеты, свободно без опекающих их звезд, разгуливающих в космосе.
5. Метод периодических пульсаций.
Наконец, совсем уж экзотичным является метод периодических пульсаций (pulsar timing), позволяющий обнаружить планеты, вращающиеся вокруг пульсаров, то есть, нейтронных звезд. Последние вращаются вокруг своей оси чрезвычайно быстро (делая оборот за время, гораздо меньшее секунды) и с весьма точно измеренным периодом. И если этот период слегка плавает, то это означает колебания пульсара по лучу зрения. Это чисто релятивистский эффект. И им до 2020 года открыто всего 6 экзопланет. Но именно этим методом была открыта первая экзопланета (1992).
Что касается других (Other) методов, то они слишком специфичны и нередко являются комбинациями описанных выше. Поэтому не будем растекаться мыслями по всему экзопланетному древу.
Но есть и другие, весьма необычные, способы. И потому краткий обзор методов обнаружения экзопланет представлен под катом:
1. Метод транзита планеты по диску материнской звезды.
Суть методя ясна из его названия. Но этим способом можно открыть только планеты, на орбиты которых вокруг их материнских звезд мы смотрим практически с ребра. У гораздо большего числа экзопланет плоскость орбиты составляет с лучом нашего зрения заметный угол. Их таким методом не обнаружишь. И, тем не менее, методом транзита открывается до 3/4 всех экзопланент (на прилагаемом графике учтены экзопланеты, открытые до начала 2020 года).
Недостатком этого метода является то, что существование экзопланет с периодом обращения вокруг своих звезд в несколько земных лет подтвердить очень трудно, а с периодом во много десятков земных лет - практически невозможно. Как же были открыты еще более тысячи экзопланет?
2. Метод радиальных скоросей (по эффекту Доплера).
Вторым по успешности после транзитного методом открытия экзопланет оказался метод радиальных скоростей материнской звезды. Смысл которого в том, что планета и материнская звезда реально вращаются вокруг общего для них центра масс (аналога центра тяжести в школьной физике). Поэтому скорость материнской звезды по лучу нашего зрения слегка колеблется и, измеряя по эффекту Допплера период и амплитуду этих колебаний, мы обнаруживаем экзопланету и определяем ее параметры (массу и расстояние до материнской звезды).
Недостатком этого метода является то, что обнаружить им маломассивные каменные планеты очень трудно (слишком мал эффект Доплера). Но близкие к материнской звезде массивные планеты типа Юпитера обнаружить гораздо легче.
3. Метод прямого наблюдения (Imaging).
Успешным этот метод оказался для открытия весьма крупных планет (не меньше нашего Юпитера), вращающихся вокруг довольно близких звезд. Такой системой оказалась яркая молодая звезда HR 8799, удаленная от нас всего на 129 св. лет, и вокруг которой вращаются четыре планеты - газовые гиганты. Каждая из которых как минимум на порядок массивнее Юпитера.
Все эти планеты достаточно удалены от материнской звезды. Самая ближняя совершает один оборот вокруг материнской звезды за ~ 45 лет, самая дальняя за ~ 450 лет. В 2009-16 годах на весьма приличном телескопе было сделано семь хороших снимков этой системы. И один аспирант проинтерполировав положения всех 4-х планет в промежутках времени между этими 7-ю снимками создал это короткое видео.
Click to view4. Метод микролинзирования.
Довольно экзотическим, совершенно случайным и потому принципиально не повторимым, оказался метод микролинзирования. Суть которого в том, что даже довольно слабое гравитационное поле экзопланеты слегка искривляет луч света случайно оказавшейся в некий момент времени далеко за ней и совсем не материнской к ней звезды. И это искривление мы видим по изменению яркости этой звезды. И по амплитуде этого изменения оцениваем массу планеты.
Экзотичность этого метода недавно была подчеркнута еще более экзотичным результатом.
Астрономы давно подозревали, что в космосе могут странствовать и одиночные экзопланеты, не привязанные ни к какой звезде. Практически не светящиеся ни в видимой части спектра, ни даже в ИК-диапазоне. В этом смысле они подобны блуждающим в темноте черным кошкам.
Но если долго всматриваться темноту космоса, то можно уловить момент, как такая "черная кошка" пересекает луч света от гораздо более далекой, пусть и довольно слабой, звездочки. И тогда гравитационная линза, создаваемая массой такой экзопланеты, исказит местоположение и яркость этой звездочки.
Именно такой случай, точнее - даже два, и представился польским астрономам. И они открыли две экзопланеты, свободно без опекающих их звезд, разгуливающих в космосе.
5. Метод периодических пульсаций.
Наконец, совсем уж экзотичным является метод периодических пульсаций (pulsar timing), позволяющий обнаружить планеты, вращающиеся вокруг пульсаров, то есть, нейтронных звезд. Последние вращаются вокруг своей оси чрезвычайно быстро (делая оборот за время, гораздо меньшее секунды) и с весьма точно измеренным периодом. И если этот период слегка плавает, то это означает колебания пульсара по лучу зрения. Это чисто релятивистский эффект. И им до 2020 года открыто всего 6 экзопланет. Но именно этим методом была открыта первая экзопланета (1992).
Что касается других (Other) методов, то они слишком специфичны и нередко являются комбинациями описанных выше. Поэтому не будем растекаться мыслями по всему экзопланетному древу.