Bagaimana planet alien dicari?

Berbicara tentang penerbangan ke bintang lain, harus dipahami bahwa kita tidak benar-benar perlu pergi ke bintang - kita perlu pergi ke planet lain, lebih disukai seperti bumi dan layak huni. Dan bagaimana Anda tahu jika bintang-bintang tetangga planet ini? Tampaknya sederhana: ambil teleskop yang lebih besar, tetapi lihatlah. Jika galaksi jauh dapat dipertimbangkan, maka planet dan satelit juga harus melihat bintang terdekat. Tetapi ada kompleksitas "kecil": tidak seperti bintang dan galaksi, planet-planet praktis tidak bersinar sendiri, tetapi hanya memantulkan cahaya bintang-bintang mereka. Sebuah bintang menerangi sekelilingnya, oleh karena itu, terlepas dari perkembangan teknologi astronomi pada abad kedua puluh, planet ekstrasurya pertama - planet bintang lain - ditemukan kurang dari tiga puluh tahun yang lalu.

Saat ini, beberapa metode telah dikembangkan dan dikuasai untuk mencari exoplanet.

Pengamatan langsung

Sebuah teleskop yang cukup besar akan dapat melihat planet yang cukup besar dan jauh dari bintangnya. Tetapi untuk ini Anda harus mencoba dan menggunakan peralatan khusus. Untuk menghilangkan cahaya terang bintang, coronograph digunakan untuk mencari planet - disk buram dalam skema optik teleskop, yang memungkinkan Anda untuk memblokir cahaya dari sumber yang terang. Dalam kombinasi dengan optik adaptif, sistem ini memungkinkan Anda untuk mempertimbangkan planet besar dan jauh dari bintang tetangga. Yang terbaik adalah menemukan "Jupiter muda" di infra merah karena mereka mempertahankan radiasi panas yang tinggi sejak saat pembentukan.



Beberapa coronograf telah dipasang pada teleskop 8-meter dari observatorium Gemini dan VLT, yang memberikan resolusi tinggi. Dan hari ini, hanya beberapa sistem alien yang dapat dipertimbangkan. Kadang-kadang sistem ternyata menjadi begitu muda sehingga planet-planet belum terlihat, tetapi disk protoplanet jelas dapat dibedakan, seperti misalnya dalam HR 4796, pada jarak 230 St. bertahun-tahun dari kami.



Bintang Beta Painter bahkan dapat melacak gerakan orbital planet selama dua tahun,



Teleskop Antariksa Hubble juga berhasil memeriksa planet tersebut sebagai hasil pengamatan bertahun-tahun dari cakram debu di sekitar bintang Fomalhaut.



Pada tahun-tahun mendatang, jumlah eksoplanet yang ditemukan dan diperiksa dengan metode langsung hanya akan bertambah, tetapi sejauh ini, satu-satunya badan ditemukan dan diselidiki. NASA memimpin proyek pengamatan ruang angkasaExo-S , yang terdiri dari teleskop yang diturunkan secara terpisah dan coronograf. Namun perkiraan tanggal peluncuran belum diumumkan.



Metode transit. Metode

tidak langsung ini memungkinkan Anda untuk menentukan jumlah planet, ukurannya, periode orbital dan parameter orbit. Dalam beberapa kasus, bahkan mungkin untuk mendapatkan ide-ide kasar tentang komposisi atmosfer. Saat ini, metode ini adalah pemegang rekor untuk sejumlah planet yang ditemukan, terutama karena memungkinkan teleskop untuk bekerja di seluruh wilayah, daripada berfokus pada satu target.

Prinsip operasi metode transit adalah fotometri. Selama pengamatan, luminositas bintang direkam. Jika sebuah planet lewat di antara kita dan bintang, maka kecerahan bintang berkurang, dan momen ini dicatat pada grafik kecerahan.



Jika penurunan kecerahan terjadi secara teratur, dan selalu sama, maka dapat diasumsikan bahwa efek seperti itu disebabkan oleh planet ini.

Tidak hanya sebuah planet yang dapat menyebabkan fluktuasi kecerahan bintang, itu bisa berupa siklus internal atau bintang pendamping. Oleh karena itu, metode transit memerlukan konfirmasi dengan metode independen. Sekarang ada beberapa ribu kandidat transit yang secara bertahap mengkonfirmasi atau menolak.

Terlepas dari keberhasilan metode ini, kelemahannya jelas:

Pertama, planet ini seharusnya beruntung dengan orbit yang terletak di garis pandangan kita dari Bumi. Sebagai contoh, Venus terbang mengelilingi Matahari setiap 7,5 bulan, terbang di antara kami dan dia, tetapi transit terdekat adalah pada tahun 2117. Merkuri terbang lebih sering, kami sedang menunggu transit terdekat pada 9 Mei .
Kedua, seperti yang Anda lihat, metode transit bekerja lebih baik untuk planet yang dekat dengan bintang, terutama yang besar. Itu adalah metode transit yang menghasilkan banyak penemuan dari apa yang disebut "Jupiters panas" - planet raksasa yang dekat dengan bintang-bintang mereka. Sangat mengherankan bahwa penemuan ini membantah teori pembentukan sistem planet sebelumnya, yang menjelaskan distribusi planet batu dan gas di tata surya.
Ketiga, pencarian exoplanet yang menyerupai bumi membutuhkan waktu pengamatan yang lama, karena tidak cukup untuk mendeteksi satu transit, Anda perlu mendapatkan statistik: setidaknya tiga transit. Yaitu Untuk mendeteksi, misalnya, Bumi dengan metode transit, alien harus melihat Matahari "tanpa berkedip" selama tiga tahun.

Pengamatan jangka panjang terus menerus dari sejumlah besar bintang menjadi mungkin dengan pengembangan astronautika, dan peluncuran teleskop ruang angkasa Kepler. Untuk meningkatkan efektivitasnya, ia dikirim ke gugus bintang di rasi Cygnus. Ini memungkinkan kami untuk membuat banyak penemuan, tetapi, sayangnya, semua planet ini berada pada jarak 2-3 ribu St. tahun, jadi secara fisik sampai ke mereka atau setidaknya mempertimbangkan, kita hanya bisa bermimpi.



Kepler bekerja secara stabil selama 4 tahun, sampai dua dari empat mesin roda gila gagal, yang memungkinkannya mempertahankan orientasi. Dan Anda membutuhkan setidaknya tiga untuk membidik pada tiga sumbu, jadi sekarang ia bekerja dalam mode yang sangat terbatas menggunakan dua roda gaya dan tekanan sinar matahari sebagai yang ketiga. Kinerjanya telah turun 95%, tetapi begitu banyak statistik telah terakumulasi sehingga kita masih akan mendengar tentang penemuan yang dibuat dengan bantuannya.

NASA mendukung proyek teleskop MIT Institute berikutnya untuk pencarian transit planet dalam 100 St. tahun di sekitar matahari. Penerbangan TESS diharapkan pada 2017. Tampaknya hasilnya akan menarik lebih banyak perhatian publik planet akan ditemukan "sangat dekat."

Metode kecepatan radial (pergeseran Doppler)

Metode favorit saya karena akurasi fenomenal yang diberikannya dan kesederhanaan elegan dari prinsip fisik yang membentuk dasarnya.

Tetapi pertama-tama, sedikit tentang teori spektroskopi. Saya harap semua orang tahu apa pelangi itu dan bagaimana bentuknya. Pelangi adalah spektrum alami matahari. Komposisi kimiawi bintang tersembunyi dalam spektrum radiasi, karena setiap elemen kimia, ketika dipanaskan, bersinar dengan warnanya sendiri.



Cahaya direkam oleh spektrometer dan, dengan menentukan berbagai garis spektrum, dimungkinkan untuk menentukan komposisi objek yang dipancarkan. Jika cahaya melewati atmosfer planet atau dipantulkan dari permukaan, maka sebagian dari cahaya diserap, dan dips terbentuk dalam spektrum, menunjukkan elemen kimia yang menyerap cahaya.

Fenomena fisik lain yang diperlukan untuk memahami metode kecepatan radial adalah pergeseran merah dan pergeseran biru.



Ketika bintang yang diteliti bergerak menjauh dari kita, panjang gelombang cahaya yang dipancarkan membentang, karena itu seluruh spektrum bergeser ke sisi merah. Jika elemen dihapus dan memancarkan lampu merah, maka kita sudah mendaftarkannya dalam rentang inframerah, jika hijau, kemudian kuning, jika biru, lalu hijau, dll.

Pergeseran biru adalah proses kebalikannya. Jika bintang itu berlari ke arah kita, maka spektrumnya "berubah biru" - ia bergeser ke sisi biru dan ultra-violet.

Bagaimana ini berhubungan dengan keberadaan planet di bintang yang jauh? Sabar. Satu lagi properti harus diperhitungkan - gerakan dua tubuh pada satu pusat massa.

Kita semua tahu bahwa bumi berputar mengelilingi matahari. Ini tampaknya benar, tetapi tidak sepenuhnya. Faktanya, Matahari dan Bumi berputar di sekitar pusat massa yang sama, yang tidak sesuai dengan pusat Matahari. Bumi dan Bulan memiliki efek seperti itu, sementara Pluto dan Charon memiliki pusat massa di luar Pluto, oleh karena itu keduanya berputar di sekitar titik bersyarat di antara mereka.



Tentu saja, massa Bumi yang sangat kecil menyebabkan fluktuasi Matahari yang sama sekali tidak signifikan - dalam jarak 50 km, tetapi Yupiter sudah membuat sosis Matahari sedikit, memaksanya menyimpang 750 ribu km. Yaitu Jupiter dan Matahari serta Pluto dan Charon berputar di sekitar titik di luar angkasa.

Dan sekarang kita mereduksi semuanya menjadi satu metode pencarian: planet ekstrasurya, berputar di sekeliling bintangnya, memaksanya untuk berputar dengan deviasi dari pusat massanya. Dengan demikian, sehubungan dengan pengamat eksternal, bintang akan bergerak menjauh, lalu mendekati, yang akan mengarah ke merah, atau ke pergeseran spektrum biru. Kita dapat mengambil spektrometer yang cukup sensitif, dan kita dapat melihat bagaimana spektrum bintang berubah merah dan biru secara berkala, sesuai dengan dinamika orbital planet ini.



Dan akhirnya, tentang keakuratan metode ini: spektograf HARPS pada teleskop La Silla 3,6 meter dari European Southern Observatory memungkinkan Anda melacak gerakan bintang pada kecepatan hingga 1 meter (!) Per detik. Metode serupa memungkinkan Anda menemukan planet seperti bumi pada jarak hingga 150 tahun cahaya dari kami, dan "Jupiters" hingga beberapa ribu tahun cahaya. Sebagai aturan, itu adalah metode pergeseran Doppler yang digunakan untuk memeriksa kembali kandidat planet yang diperoleh dengan metode transit.

Sayangnya, metode ini bekerja dengan tepat dan membutuhkan beberapa pengamatan dari setiap objek, sehingga tidak punya waktu untuk mengikuti Kepler, dan tidak punya waktu untuk memeriksa bintang-bintang di sekitarnya. Namun, baru-baru ini, HARPS telah bekerja untuk menemukan planet mirip Bumi di dekat bintang terdekat kita, Proxima Centauri., sebagai bagian dari proyek Red Dot Pale. Hasilnya belum dipublikasikan, tetapi harapannya sangat menggembirakan.

Secara umum, dua metode ini: transit dan pergeseran Doppler, membentuk hampir semua dasar dari pencarian:



Mari kita membahas beberapa metode yang lebih asli, yang, dengan beberapa pemesanan, tetapi berfungsi.

Mengubah fase orbital dari cahaya yang dipantulkan

Metode ini mirip dengan transit, hanya saja ia tidak mencatat penurunan kecerahan, tetapi peningkatan. Efeknya terjadi ketika planet bintang berada dalam fase seperempat, dan bagian dari cahaya insiden memantulkan arah kita. Ini seperti kecemerlangan Venus malam / pagi, ditambah kecerahan matahari. Efeknya tergantung pada ukuran planet ekstrasurya, kedekatannya dengan bintang, dan kecerahan cahaya yang dipantulkan. Metode ini kasar, tetapi tidak perlu menemukan orbit planet sesuai dengan pandangan kita.

Metode astrometrik

Mirip dengan metode pergeseran Doppler, membutuhkan pengamatan jangka panjang, tetapi tidak memerlukan spektrometer. Selama pengamatan, posisi bintang dicatat dengan hati-hati relatif terhadap benda-benda tetangga, dan jika penyimpangan seperti gelombang diamati, ini menunjukkan pendamping yang agak masif, memaksa bintang untuk berputar di sekitar pusat massa bersama. Jelas bahwa bintang itu harus kecil, dan planetnya besar, sehingga bintang ganda dan kurcaci pengiring coklat dapat lebih sering ditemukan.

Data astrometri unik selama beberapa dekade pengamatan telah diakumulasikan di Observatorium Pulkovo dekat St. Petersburg. Sekarang observatorium mengalami masa-masa sulit karena metropolis yang tumbuh dan langit yang cerah.

Metode microlensing gravitasi

Metode orisinal yang didasarkan pada efek defleksi sinar cahaya oleh medan gravitasi benda besar. Efek lensa gravitasi terjadi jika persis pada garis pandang kita ada dua tubuh yang terang dan cukup besar. Sebagai contoh, bintang Galaksi kita melewati antara kita dan bintang atau galaksi lain yang jauh. Gravitasi bintang dekat mempengaruhi cahaya objek yang jauh, membelokkannya, dan membentuk efek "lensa". Jika medan gravitasi bintang berubah bentuk oleh gravitasi planet ekstrasurya dalam sistemnya, maka "lensa" akan berubah menjadi "cacat" - dengan pelanggaran.



Pengembangan metode ini adalah mencari efek lensa yang disebabkan oleh planet yang tak terlihat, hingga menjelajahi Galaxy tanpa bintang mereka sendiri.



Pencarian serupa baru-baru ini diluncurkan oleh Kepler penargetan ulang di pusat galaksi Bima Sakti. Selama manuver ini, koneksi dengan teleskop terputus, tetapi sekarang telah dipulihkan, dan sekarang kami sedang menunggu data baru dari teleskop tentang prospek metode ini.



Dalam waktu dekat, penduduk bumi akan belajar lebih banyak tentang lingkungan mereka. Peluncuran Observatorium Luar Angkasa James Webb dan pembangunan Teleskop Ekstrem Eropa, kemunculan spektograf yang lebih sensitif untuk menggantikan HARPS, dan hasil "sensus galaksi" astrometrik oleh observatorium Gaia , akan memungkinkan untuk lebih memahami struktur dan asal-usul sistem bintang terdekat dan jauh, serta mencari tahu apakah kita punya peluang. temukan "cadangan Bumi", kehidupan alien, atau bahkan penghuni planet ekstrasurya yang cerdas.

Source: https://habr.com/ru/post/id393417/