Exoplaneten
Exoplaneten sind Planeten, die andere Sterne umkreisen. Sobald die Idee aufkam, dass die Sterne des Nachthimmels ferne Sonnen sind, begannen sie über die Möglichkeit der Existenz von Planeten um sie herum und das Leben auf diesen Körpern zu sprechen. Es ist jedoch eine Sache zu argumentieren und eine andere zu entdecken. Da Planeten viel leichter als Sterne sind und weniger Licht emittieren, ist es sehr, sehr schwierig, sie zu öffnen. Trotz individueller Versuche kam der Erfolg erst Ende des 20. Jahrhunderts.Ende der 80er Jahre hatten mehrere Beobachtungstechniken die erforderliche Genauigkeit erreicht, und in den frühen 90er Jahren wurden Exoplaneten entdeckt. Jetzt sind mehrere tausend Planeten bekannt und ihre Zahl wächst. Es stellte sich heraus, dass andere Planetensysteme und ihre Mitglieder sich erheblich von dem unterscheiden können, was wir in unserem System sehen. Ein Abgrund hat sich geöffnet, der Exoplanet ist voll. Und jetzt müssen wir verstehen, wie all diese Objekte angeordnet sind, wie sie sich gebildet haben, wie sie sich entwickeln werden. Über dieses vielleicht "lebendigste" Gebiet der Astrophysik unser Kurs.Vorlesung Nr. 1: Wie werden Exoplaneten aufgezeichnet?
Sobald die Leute zu erraten begannen, dass die Sterne entfernte Sonnen sind, kam eine natürliche Idee auf: Sobald sich die Planeten um unsere Sonne drehen, muss es auch Planeten um andere Sterne geben. Nun sind es diese Planeten, die wir Exoplaneten nennen - zusätzliche Sonnenplaneten (zusätzliche Sonnenplaneten). Und im Prinzip haben die Menschen schon vor langer Zeit darüber nachgedacht, wie man Planeten für andere Sterne öffnet. Dies ist aus zwei Gründen schwierig: Erstens ist der Planet selbst klein, er scheint sehr schlecht und nur mit reflektiertem Licht ist es schwierig, es zu bemerken, es ist noch schwieriger, es zu bemerken, weil er sich neben einem sehr hellen Stern befindet. Es kommt oft vor, dass wir den Exoplaneten selbst sehen könnten, wenn er an einem leeren Ort in genau derselben Brillanz wäre, aber das helle Licht eines sehr nahe gelegenen Sterns hindert uns daran.Die Frage, welcher Exoplanet zuerst entdeckt wurde, ist recht komplex. Es gibt einfach keine klare Antwort darauf. Einerseits können wir sagen, dass der erste Exoplanet um einen Stern, der der Sonne etwas ähnlich ist, 1995 entdeckt wurde - eine zuverlässige Entdeckung eines Exoplaneten in einem Stern vom Solartyp. 1992 entdeckten die Menschen mit einer völlig anderen Technik mehrere Exoplaneten, jedoch nicht um einen gewöhnlichen Stern, sondern um einen Neutronenstern - einen Funkpulsar. Jemand glaubt, dass man von diesem Moment an die exoplanetare Geschichte zählen kann, jemand glaubt, dass es sich immer noch um völlig andere Tiere handelt, weil der Stern nicht wie die Sonne ist und die Planeten höchstwahrscheinlich nach der Supernova-Explosion entstanden sind Substanz, die von einer Supernova ausgeworfen wurde. Aber auch die Geschichte endet nicht dort. 1988 erschien eine Aussage einer Gruppe von Astronomendass sie vielleicht einen Exoplaneten entdeckt haben, aber die Genauigkeit der Beobachtung war nicht genug. Und erst nach ungefähr 15 Jahren wurde diese Entdeckung bestätigt, als die Anzahl der Planeten bereits auf viele zehn stieg. Einerseits können wir also sagen, dass 1988 der erste Exoplanet entdeckt wurde, aber es gab keine Gewissheit. Und die Geschichte endet nicht dort. 1989 gaben die Menschen bekannt, dass sie einen Satelliten mit geringer Masse in einem normalen Stern, ähnlich der Sonne, absolut genau gesehen haben. Die Schwierigkeit besteht jedoch darin, dass Sie bestimmen müssen, was ein Planet ist. Es gibt Planeten, es gibt Sterne, zwischen ihnen gibt es eine andere Art von Objekt, die Braune Zwerge genannt werden - sie sind schwerer als Planeten, aber leichter als Sterne, es gibt thermonukleare Reaktionen, aber dies sind keine Reaktionen der Umwandlung von Wasserstoff in Helium, die es normalen Sternen ermöglichen, viel Energie auszustrahlen. Wir wissen es also immer noch nichtob das 1989 entdeckte Objekt ein sehr schwerer Exoplanet oder ein sehr hellbrauner Zwerg ist. Die Geschichte ist also ziemlich verwirrend. Überraschenderweise ermöglichten in den 1980er und 1990er Jahren mehrere Methoden gleichzeitig die Entdeckung von Exoplaneten. Ziemlich erstaunlicher Zufall. Wir werden über diese verschiedenen Methoden sprechen.Der erste zuverlässige Exoplanet eines Sterns wie der Sonne wurde auf diese Weise entdeckt: Normalerweise, wenn wir zu jemandem auf der Straße gehen und fragen: „Was dreht sich um: die Erde um die Sonne oder die Sonne um die Erde?“, Wenn sie uns antworten: „Die Erde um die Sonne "Wir nicken und wenn sie sagen:" Die Sonne ist um die Erde ", werden wir mit den Fingern zeigen und lachen, aber wir können auf die Antwort stoßen, dass sich beide um einen gemeinsamen Schwerpunkt drehen. Und das ist wirklich die richtige Antwort! Wir denken oft nicht daran, dass die Erde uns anzieht, aber wir ziehen die Erde mit genau der gleichen Stärke an. Es ist nur so, dass die Erde sehr schwer ist, und wenn wir springen, verschieben wir die Erde leicht, aber wenn es Ihr Selbstwertgefühl erhöht, dann verschieben Sie die Erde wirklich ein wenig. In ähnlicher Weise lässt der Planet, der sich um den Stern dreht, den Stern ein wenig bewegen, und dies kann bemerkt werden.Die Leute haben das lange verstanden. Was wolltest du sehen? Wir erhalten das Spektrum eines Sterns mit sehr hoher Genauigkeit. Wir sehen Spektrallinien. Wenn sich der Stern auf uns zubewegt, verschieben sich alle Linien in den blauen Bereich des Spektrums, wenn von uns, dann in den roten. Dies ist im einfachsten Fall, wenn es einen Stern gibt und es einen Planeten gibt oder, wenn Sie möchten, den schwersten. Wenn Sie das Sonnensystem aus der Ferne betrachten, dannbeeinflusst die Sonne mehr als alle anderen Planeten. Wir würden sehen, dass sich die Sonne mit der Zeit der Revolution des Jupiter entweder einem entfernten Beobachter nähert und sich dann entfernt, und aufgrund der strengen Periodizität des Prozesses könnten wir vermuten, dass dies wirklich eine Art unsichtbarer Satellit ist und nicht zum Beispiel das Pulsieren der Sonne oder etwas anderes . Es war also notwendig zu lernen, diese Geschwindigkeiten sehr genau zu messen und dies zusätzlich für eine lange Zeit zu tun. Was ist das Problem mit der Zeit? Zum Beispiel haben Sie eine Uhr, die sehr genau läuft. Nehmen wir an, sie gehen in weniger als einer Sekunde pro Tag. Gut. Ein Jahr vergeht. Können Sie die Zeit mit einer Genauigkeit von einer Sekunde genau bestimmen, ohne die Uhr herunterzulassen - zum Beispiel, wenn Sie auf einer einsamen Insel sitzen und keine Kommunikationsmittel haben? Nehmen wir an, sie sind für eine Sekunde hinter Ihnen. Ein Jahr ist vergangen. Sie haben 365 Sekunden gezählt und erneut nachgedachtdass Sie die Zeit auf die Sekunde kennen. Dies ist überhaupt nicht wahr, da es eine gewisse Heterogenität des Kurses geben kann. Dies ist nicht immer genau eine Sekunde pro Tag. Gleiches gilt für die Messung von Spektren. In den späten 1980er Jahren lernten die Menschen schließlich 1995, wie man dieses Problem löst, und auf diese Weise wurde der erste Exoplanet entdeckt. Dann maßen die Menschen Geschwindigkeiten in der Größenordnung von 5 bis 10 Metern pro Sekunde. Für moderne Verhältnisse ist das ziemlich viel.Zweite Methode
Der zweite Weg, um Exoplaneten zu entdecken. Stellen Sie sich vor, der Planet bewegt sich irgendwann genau zwischen uns und dem Stern. Ungefähr so, als würde man die Sonne beobachtenHin und wieder sehen wir, wie Venus oder Merkur durch die Sonnenscheibe laufen. Was wird passieren? Wir sehen den Planeten nicht, wir sehen keinen dunklen Fleck auf dem Stern, aber wir sehen, dass die Helligkeit des Sterns leicht abgenommen hat. Die Scheibe des Sterns ist hell und der Planet ist dunkel. Stellen Sie sich vor, wir beobachten einen Stern und messen seine Brillanz genau. Wir sehen die Scheibe des Sterns nicht, wir sehen keine Details, aber wenn wir die Helligkeit mit hoher Genauigkeit messen, sehen wir, dass die Helligkeit ein wenig abfällt. In der Tat ein wenig - es kann ein Zehntausendstel oder mehrere Zehntausendstel sein. Wenn dies periodisch geschieht, ist der einzige vernünftige Grund der Durchgang des Planeten durch die Scheibe eines Sterns. Solche Planeten werden Transitplaneten genannt, und das Phänomen selbst wird Transit genannt, und dies ist ein sehr guter Weg, um Exoplaneten zu entdecken. Die einzige Schwierigkeit istdass Sie ihren Glanz für eine lange Zeit und sehr genau messen müssen. Und auf der Erde beginnt die Atmosphäre uns zu stören. Daher werden solche Beobachtungen normalerweise aus dem Weltraum durchgeführt. Ein Teleskop, das in den Weltraum startet, ist möglicherweise nicht einmal sehr groß. Es ist wichtig, dass es die Helligkeit von Sternen mit hoher Genauigkeit messen kann, da es die Atmosphäre nicht beeinträchtigt. Auf diese Weise hat der Kepler-Satellit bereits fast tausend Exoplaneten zuverlässig entdeckt. Es gibt mehrere tausend sehr zuverlässige Kandidaten, von denen 90% im Laufe der Zeit bestätigt werden. Dies sind die beiden Hauptmethoden, um Exoplaneten zu entdecken, aber es gibt einige weitere interessante.weil ihn die Atmosphäre nicht stört. Auf diese Weise hat der Kepler-Satellit bereits fast tausend Exoplaneten zuverlässig entdeckt. Es gibt mehrere tausend sehr zuverlässige Kandidaten, von denen 90% im Laufe der Zeit bestätigt werden. Dies sind die beiden Hauptmethoden, um Exoplaneten zu entdecken, aber es gibt einige weitere interessante.weil ihn die Atmosphäre nicht stört. Auf diese Weise hat der Kepler-Satellit bereits fast tausend Exoplaneten zuverlässig entdeckt. Es gibt mehrere tausend sehr zuverlässige Kandidaten, von denen 90% im Laufe der Zeit bestätigt werden. Dies sind die beiden Hauptmethoden, um Exoplaneten zu entdecken, aber es gibt einige weitere interessante.Dritte Methode
Die dritte Methode ist mit einem so sehr schönen Phänomen wie der Gravitationslinse verbunden. Alle guten modernen Gravitationstheorien, einschließlich der allgemeinen Relativitätstheorie, sind geometrische Gravitationstheorien, in denen dieser Linseneffekt besonders klar erklärt werden kann. Schwere Körper verzerren den Raum um sie herum, und dieses, das schwarze Löcher darstellt, wird in Form eines solchen Lochs in der Ebene gezeichnet, auf der das rechteckige Gitter gezeichnet wird. Licht, das sich durch einen solchen Raum bewegt (wir werden uns diese Ebene, entlang der sich das Licht bewegt, direkt vorstellen), wird dieses Loch fühlen, es wird abweichen. Somit arbeitet jeder schwere Körper effektiv als Sammellinse, dh wenn wir einen entfernten Stern betrachten, messen Sie seine Helligkeit, jeder massive Körper fliegt zwischen uns und dem Stern, einem anderen Stern, einem Neutronenstern, einem Schwarzen Loch- Was auch immer Sie wollen, die Brillanz des Sterns wird leicht erhöht. Angenommen, ein anderer Stern fliegt, wir sehen, dass die Helligkeit des Sterns zunimmt, und plötzlich sehen wir auf der Lichtkurve einen weiteren zusätzlichen „Pick“, es gibt eine zweite kleine Linse. Auf diese Weise öffnen sich Planeten, die sich um Sterne drehen. Dieser Stern, der eine Linse ist und einen Planeten besitzt, gibt eine zusätzliche "Wahl". Dies ist eine sehr gute Möglichkeit, Planeten zu registrieren, da Sie auf diese Weise ziemlich weit entfernte Planeten registrieren können. Sehen Sie, was das Problem ist: Wenn wir Geschwindigkeiten messen oder Transite messen, müssen wir mehrere Versuche unternehmen, um sicherzustellen, dass der Effekt vorhanden ist, dass es sich nicht um zufällige Pulsationen des Sterns handelt, sondern um einen Punkt auf dem Stern, wie Sonnenflecken, sondern Der Prozess ist periodisch. Wenn Sie 5 Jahre beobachten, können Sie den Planeten nicht mit einer Zirkulationsdauer von 6 Jahren öffnen, aber,Wenn Sie das Ereignis durch Prolinsing beobachten, können Sie sofort einen Planeten entdecken, dessen Umdrehungszeit um den Stern Jahre oder Dutzende von Jahren beträgt, so lange Sie möchten, da diese Methode nicht an die Wiederholbarkeit gebunden ist und daher die ersten beiden gut ergänzt.Das folgende Verfahren zum Nachweis von Exoplaneten ist mit der Beobachtung periodischer Prozesse verbunden. Stellen Sie sich vor, Sie haben eine Uhr, sie muss genau laufen und Sie sehen, dass sie regelmäßig in die Irre geht. Wenn es sich um eine mechanische Uhr handelt, können Sie vermuten, dass sich etwas Überflüssiges im Inneren befindet und etwas stört. Sie haben die Uhr mit Öl geölt, und Brotkrumen sind dort angekommen, und jetzt drehen sich die Zahnräder nicht mehr so gut, oder Sie haben dort Kakerlaken, die regelmäßig verhindern, dass sich die Zahnräder bewegen. Auf die gleiche Weise ändert sich die Helligkeit periodisch, wenn es im Sternensystem einen periodischen Prozess gibt, zum Beispiel einen Doppelstern (zwei Sterne drehen sich umeinander) und eine Sonnenfinsternis auftritt. Dies muss ein sehr strenger Batch-Prozess sein. Wir beobachten und sehen, dass manchmal Fehler auftreten. Wie kann man das erklären? Eine Art zusätzlicher Körper im System.Sie können dieses System modellieren und die Masse dieses überschüssigen, störenden Körpers bestimmen. Wenn sich herausstellt, dass es sich um einen Planeten handelt, haben Sie den Planeten entdeckt. Auf diese Weise werden ungewöhnliche Planeten entdeckt. Zum Beispiel gibt es einen solchen Planeten, einen Pulsar, der sich um ihn drehtEin weißer Zwerg und ein Planet drehen sich um dieses System, das heißt, nach der Beobachtung eines Pulsars konnte man verstehen, dass es neben dem unsichtbaren weißen Zwerg noch eine weitere überflüssige Komponente gibt - einen Planeten, der sich um dieses schöne Paar dreht.Fünfte Methode
Der nächste Weg. Erinnern Sie sich an das allererste - die Änderung der Geschwindigkeit. Der Stern bewegt sich also um einen gemeinsamen Massenschwerpunkt. Wir können diese Bewegung direkt sehen. Wenn wir die Koordinaten eines Sterns sehr genau messen, stellen Sie sich ein Bild eines Sterns und ein Kreuz vor, das seine Position genau misst. Sie haben es heute gemessen, in sechs Monaten gemessen und gesehen, dass sich der Stern verschoben hat. Sie haben es in weiteren sechs Monaten gemessen und doch und doch - sie haben gesehen, dass dies eine periodische Bewegung war. Auf diese Weise entdeckten Menschen unsichtbare Satelliten. Auf diese Weise wurde beispielsweise der allererste Weiße Zwerg entdeckt, ein Satellit des hellsten Sterns am Nachthimmel von Sirius. Wir haben gesehen, dass Sirius sich bewegt und einen unsichtbaren Begleiter hat, aber der Weiße Zwerg ist ein schweres Objekt, er kann eine Masse haben, die gleich oder gleich der Hälfte der Sonnenmasse ist. Es ist schwierig, auf diese Weise einen Exoplaneten zu finden, aber im Prinzip ist es möglich. ÜbrigensVor Hunderten von Jahren behaupteten die Menschen, sie würden die Bewegung von Sternen zu entsprechenden kleinen Satelliten sehen. Leider stellte sich heraus, dass dies auf einige Ungenauigkeiten bei den Beobachtungen und einige Fehler zurückzuführen war, aber auf den speziell für Guy entwickelten Satelliten um die Position einer großen Anzahl von Sternen sehr genau zu messen. Es ist nicht beabsichtigt, nach Exoplaneten zu suchen, aber es besteht kein Zweifel daran, dass das Nebenprodukt der Arbeit des Satelliten von Guy die Entdeckung von etwa tausend Exoplaneten sein wird.um die Position einer großen Anzahl von Sternen sehr genau zu messen. Es ist nicht beabsichtigt, nach Exoplaneten zu suchen, aber es besteht kein Zweifel daran, dass das Nebenprodukt der Arbeit des Satelliten von Guy die Entdeckung von etwa tausend Exoplaneten sein wird.um die Position einer großen Anzahl von Sternen sehr genau zu messen. Es ist nicht beabsichtigt, nach Exoplaneten zu suchen, aber es besteht kein Zweifel daran, dass das Nebenprodukt der Arbeit des Satelliten von Guy die Entdeckung von etwa tausend Exoplaneten sein wird.Schließlich kamen wir zu der verständlichsten Art, Exoplaneten zu entdecken, wie die Medien mit einer mittleren journalistischen Linie schreiben - „Astronomen haben es gesehen“. In einigen Fällen können wir den Exoplaneten zwar direkt sehen, aber bevor wir dazu kommen, gibt es zwei weitere Möglichkeiten, die dem „Sehen“ ähneln. Wir können das Licht des Exoplaneten nicht direkt sehen, sondern hervorheben. Exoplaneten emittieren oft ziemlich viel. Zum Beispiel kann ein Exoplanet einem Stern ziemlich nahe sein und auf eine hohe Temperatur erhitzt werden, oder er hat sich nur gebildet und schrumpft weiter und hat eine eigene Energiequelle. Wenn wir dann ein Ereignis wie den Transit haben, werden wir sehen, dass sich die Gesamthelligkeit des Systems ändert oder der Planet Phasen wie Venus hat, und wir werden sehen, dass sich die Gesamthelligkeit des gesamten Systems ändert.So werden wir das überschüssige Licht hervorheben und es dem unsichtbaren Exoplaneten zuordnen können. Ein ähnlicher Weg besteht darin, einige Details im Spektrum zu sehen, die für Sterne ungewöhnlich sind. Sie werden sich regelmäßig bewegen, erscheinen, verschwinden, und auch wir können sie dem Exoplaneten zuschreiben und auch sein Licht hervorheben.Und schließlich ist der wirklich letzte und schönste Weg, direkte Bilder zu erhalten. Jetzt gibt es Dutzende guter direkter Bilder von Exoplaneten, wenn wir diese Objekte wirklich sehen und in seltenen Fällen direkt sehen, wie sich der Exoplanet, wie wir beobachten, in seiner Umlaufbahn bewegt.Somit gibt es mehrere schöne, in unterschiedlichem Maße zuverlässige Möglichkeiten, Exoplaneten zu öffnen, die sich im Großen und Ganzen perfekt ergänzen.Sergey Popov - Doktor der Physikalischen und Mathematischen Wissenschaften, Leitender Forscher, GAISH Moscow State University
Source: https://habr.com/ru/post/de398201/
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