Вітаємо всіх з першим у нашій серії методів полювання на екзопланети. Сьогодні ми почнемо з найбільш популярного та широко використовуваного, відомого як транзитний метод (він же транзитна фотометрія).
Протягом століть астрономи припускали існування планет за межами нашої Сонячної системи. Адже з між 100 і 400 мільярдів зірки лише в галактиці Чумацький Шлях, здавалося малоймовірним, що наша єдина має систему планет. Але лише протягом останніх кількох десятиліть астрономи підтвердили існування позасонячні планети (він же екзопланети).
Астрономи використовують різні методи для підтвердження існування екзопланет, більшість з яких мають непрямий характер. З них найбільш широко використовуваним і ефективним на сьогодні є Транзитна фотометрія , метод, який вимірює криву блиску далеких зірок на періодичні спади яскравості. Вони є результатом проходження екзопланет перед зіркою (тобто транзитом) відносно спостерігача.
Опис:
Ці зміни яскравості характеризуються дуже малими спадами і протягом фіксованих періодів часу, як правило, в районі 1/10 000 загальної яскравості зірки і лише на кілька годин. Ці зміни також періодичні, викликаючи однакові падіння яскравості щоразу і на однакову кількість часу. Виходячи з ступеня затемнення зірок, астрономи також можуть отримати важливу інформацію про екзопланети.
З усіх цих причин транзитна фотометрія вважається дуже надійним і надійним методом виявлення екзопланет. З 3526 позасонячних планет, які були підтверджені на сьогоднішній день, метод транзиту склав 2771 відкриття – це більше, ніж усі інші методи разом узяті.
Переваги:
Однією з найбільших переваг транзитної фотометрії є те, що вона може забезпечити точні обмеження на розмір виявлених планет. Очевидно, це засновано на тому, якою мірою змінюється крива блиску зірки в результаті прольоту. У той час як маленька планета спричинить незначну зміну яскравості, більша планета спричинить більш помітну зміну.
У поєднанні з методом радіальної швидкості (який може визначити масу планети) можна визначити щільність планети. Виходячи з цього, астрономи можуть оцінити фізичну структуру та склад планети, тобто визначити, чи є вона газовим гігантом чи скелястою планетою. Планети, які були вивчені за допомогою обох цих методів, на сьогоднішній день є найкращими з усіх відомих екзопланет.
На додаток до виявлення діаметра планет, транзитна фотометрія може дозволити досліджувати атмосферу планети за допомогою спектроскопії. Коли світло від зірки проходить крізь атмосферу планети, отримані спектри можна проаналізувати, щоб визначити, які елементи присутні, таким чином даючи підказки щодо хімічного складу атмосфери.
Враження художника про екстрасонячну планету, яка проходить транзитом через свою зірку. Авторство: QUB Astrophysics Research Center
Нарешті, але не в останню чергу, метод транзиту може також розкрити інформацію про температуру планети та радіацію на основі вторинних затемнень (коли планета проходить позаду свого сонця). У цьому випадку астрономи вимірюють фотометричну інтенсивність зірки, а потім віднімають її від вимірювань інтенсивності зірки перед вторинним затемненням. Це дозволяє вимірювати температуру планети і навіть може визначити наявність утворень хмар в атмосфері планети.
Недоліки:
Транзитна фотометрія також страждає від кількох серйозних недоліків. По-перше, проходження планет можна спостерігати лише тоді, коли орбіта планети ідеально збігається з лінією зору астрономів. Імовірність того, що орбіта планети збігається з точкою огляду спостерігача, еквівалентна відношенню діаметра зірки до діаметра орбіти.
Лише близько 10% планет з коротким орбітальним періодом відчувають таке вирівнювання, і це зменшується для планет з більшим орбітальним періодом. В результаті цей метод не може гарантувати, що конкретна зірка, яка спостерігається, дійсно містить планети. З цієї причини транзитний метод є найбільш ефективним при огляді тисяч або сотень тисяч зірок одночасно.
Він також страждає від значної кількості помилкових спрацьовувань; в деяких випадках до 40% в системах з однією планетою (за даними a Дослідження 2012 року місії Кеплера). Це вимагає проведення подальших спостережень, часто покладаючись на інший метод. Однак для зірок, де було виявлено кілька кандидатів, кількість помилкових спрацьовувань падає.
Кількість відкриттів позасонячних планет за рік до вересня 2014 року з кольорами, які вказують на метод виявлення – радіальну швидкість (синій), транзит (зелений), час (жовтий), пряме зображення (червоний), мікролінзування (помаранчевий). Авторство: суспільне надбання
Хоча транзити можуть розповісти багато про діаметр планети, вони не можуть встановити точні обмеження на масу планети. Для цього найнадійнішим є метод радіальної швидкості (як зазначалося раніше), коли астрономи шукають ознаки «коливання» на орбіті зірки, щоб виміряти діючі на них сили тяжіння (які викликаються планетами).
Коротше кажучи, транспортний метод має деякі обмеження і є найбільш ефективним у поєднанні з іншими методами. Тим не менш, він залишається найбільш широко використовуваним засобом «первинного виявлення» – виявлення кандидатів, які пізніше підтверджуються за допомогою іншого методу – і відповідає за більше відкриттів екзопланет, ніж усі інші методи разом узяті.
Приклади транзитних фотометричних оглядів:
Транзитна фотометрія виконується кількома наземними та космічними обсерваторіями по всьому світу. Однак більшість із них базується на Землі та покладається на існуючі телескопи в поєднанні з найсучаснішими фотометрами. Приклади включають Суперширококутний пошук планет (SuperWASP), міжнародне дослідження полювання на екзопланети, яке спирається на Обсерваторія Роке-де-лос-Мучачос і Південноафриканська астрономічна обсерваторія .
Також є Угорська мережа автоматизованих телескопів (HATNet), який складається з шести невеликих повністю автоматизованих телескопів і обслуговується Гарвард-Смітсонівський центр астрофізики . The Проект MEarth це ще одна роботизована обсерваторія, що фінансується Національним науковим фондом, яка поєднує в собі Обсерваторія Фреда Лоуренса Уіппла (FLWO) в Арізоні з C erro Міжамериканська обсерваторія Тололо (CTIO) в Чилі.
Камери SuperWasp в Південноафриканській астрономічній обсерваторії. Авторство: проект SuperWASP і Девід Андерсон
Тоді є Надзвичайно маленький телескоп Kilodegree (KELT), астрономічне дослідження, яке спільно проводять Університет штату Огайо, Університет Вандербільта, Університет Ліхай та Південноафриканське астрономічне товариство (SAAO). Цей огляд складається з двох телескопів Обсерваторія Вінера на південному сході Арізони та с Сазерлендська астрономічна станція спостережень в Південній Африці.
З точки зору космічних обсерваторій, найпомітнішим прикладом є NASA Космічний телескоп Кеплер . Під час своєї початкової місії, яка тривала з 2009 по 2013 рік, Кеплер виявив 4496 планетарних кандидатів і підтвердив існування 2337 екзопланет. У листопаді 2013 року, після виходу з ладу двох реакційних коліс, телескоп розпочав свою місію К2, за цей час було виявлено ще 515 планет і підтверджено 178 планет.
Космічний телескоп Хаббл також проводив транзитні дослідження протягом багатьох років перебування на орбіті. Наприклад, Вікно Стрільця затьмарює пошук позасонячної планети (SWEEPS) – який відбувся в 2006 році – включав спостереження Хаббла за 180 000 зірок у центральній балджі галактики Чумацький Шлях. Це дослідження показало існування 16 додаткових екзопланет.
Інші приклади включають ESA Конвекційне обертання і транзити планет (COROT) – англійською мовою “Convection rotation and planetary transits” – яка діяла з 2006 по 2012 рік. Крім того, є місія Gaia ESA, яка була запущена в 2013 році з метою створення найбільшого коли-небудь створеного 3D-каталогу, що складається з понад 1 мільярда астрономічних об'єкти.
Космічний телескоп NASA Kepler був першою місією агентства, здатною виявити планети розміром з Землю. Авторство: NASA/Венді Стензел
У березні 2018 року НАСА Транзитний оглядовий супутник екзопланет (TESS) планується вивести на орбіту. Використовуючи транзитний метод, TESS виявить екзопланети, а також вибере цілі для подальшого вивчення Космічний телескоп Джеймса Вебба (JSWT), який буде розгорнутий у 2019 році. Між цими двома місіями очікується підтвердження та характеристика багатьох тисяч екзопланет.
Завдяки вдосконаленню технології та методології відкриття екзопланет за останні роки різко зросло. З підтвердженими тисячами екзопланет фокус поступово перемістився на характеристику цих планет, щоб дізнатися більше про їх атмосферу та умови на їх поверхні.
У найближчі десятиліття, зокрема завдяки розгортанню нових місій, очікується, що будуть зроблені деякі дуже глибокі відкриття!
У нас на Universe Today є багато цікавих статей про полювання на екзопланети. Ось Що таке додаткові сонячні планети? , Що таке транзити планет? , Що таке метод радіальної швидкості? , Що таке метод прямого зображення? , Що таке гравітаційний метод мікролінзування? , і Всесвіт Кеплера: більше планет у нашій галактиці, ніж зірок .
У Astronomy Cast також є кілька цікавих епізодів на цю тему. Ось Епізод 364: Місія COROT.
Для отримання додаткової інформації обов’язково відвідайте сторінку NASA на Дослідження екзопланет , сторінка Планетарного товариства на Позасонячні планети , а також NASA/Caltech Архів екзопланет .
Джерела: