Como são pesquisados ​​planetas alienígenas?

Falando sobre vôos para outras estrelas, deve-se entender que realmente não precisamos ir para as estrelas - precisamos ir para outros planetas, de preferência semelhantes à Terra e habitáveis. E como você sabe se as estrelas vizinhas do planeta? Parece simples: pegue um telescópio maior, mas veja. Se galáxias distantes puderem ser consideradas, os planetas e satélites também deverão ver estrelas próximas. Mas há uma complexidade "pequena": diferentemente das estrelas e galáxias, os planetas praticamente não brilham, mas refletem apenas a luz de suas estrelas. Uma estrela ilumina seus arredores, portanto, apesar do desenvolvimento da tecnologia astronômica no século XX, o primeiro exoplaneta - o planeta de outra estrela - foi encontrado há menos de trinta anos.

Hoje, vários métodos foram desenvolvidos e masterizados para procurar exoplanetas.

Observação direta

Um telescópio suficientemente grande será capaz de ver um planeta suficientemente grande e remoto a partir de sua estrela. Mas, para isso, você deve tentar usar equipamentos especiais. Para se livrar da luz brilhante de uma estrela, um coronógrafo é usado para procurar planetas - um disco opaco no esquema óptico do telescópio, que permite bloquear a luz de uma fonte brilhante. Em combinação com a óptica adaptativa, este sistema permite considerar planetas grandes e distantes das estrelas vizinhas. É melhor encontrar "jovens Júpiteres" no infravermelho porque eles retêm alta radiação térmica desde o momento da formação.



Vários coronógrafos foram instalados nos telescópios de 8 metros dos observatórios Gemini e VLT, que fornecem alta resolução. E hoje, apenas alguns sistemas alienígenas já foram capazes de considerar. Às vezes, o sistema é tão jovem que os planetas ainda não são visíveis, mas o disco protoplanetário é claramente distinguível, como por exemplo na HR 4796, a uma distância de 230 St. anos de nós.



A estrela do Beta Painter conseguiu rastrear o movimento orbital do planeta por dois



anos.O Telescópio Espacial Hubble também conseguiu examinar o planeta como resultado de muitos anos de observações do disco de poeira ao redor da estrela Fomalhaut.



Nos próximos anos, o número de exoplanetas encontrados e examinados por métodos diretos só aumentará, mas até agora, corpos únicos são descobertos e investigados. NASA está liderando um projeto de observatório espacialExo-S , que consiste em um telescópio derivado separadamente e um coronógrafo. Mas a data estimada de lançamento ainda não foi anunciada.



O método de trânsito

Esse método indireto permite determinar o número de planetas, seus tamanhos, período orbital e parâmetros de órbita. Em alguns casos, é possível obter idéias aproximadas sobre a composição da atmosfera. Atualmente, esse método é um recordista do número de planetas descobertos, principalmente porque permite que os telescópios trabalhem em áreas, em vez de focar em um alvo.

O princípio de operação do método de trânsito é a fotometria. Durante a observação, a luminosidade da estrela é registrada. Se um planeta passa entre nós e a estrela, então o brilho da estrela diminui e esse momento é registrado no gráfico de brilho.



Se as quedas de brilho ocorrem regularmente e são sempre iguais, então pode-se supor que esse efeito seja causado pelo planeta.

Não apenas um planeta pode causar flutuações no brilho de uma estrela, mas também podem ser ciclos internos ou uma estrela companheira. Portanto, o método de trânsito exige confirmação por um método independente. Agora, existem milhares de candidatos a trânsito que gradualmente confirmam ou negam.

Apesar do sucesso desse método, suas desvantagens são óbvias:

primeiro, o planeta deve ter sorte com uma órbita na linha de nosso olhar da Terra. Por exemplo, Vênus voa ao redor do Sol a cada 7,5 meses, voando entre nós e ele, mas o trânsito mais próximo será em 2117. Mercúrio voa com mais frequência; aguardamos o trânsito mais próximo em 9 de maio .
Em segundo lugar, como você pode ver, o método de trânsito funciona melhor para planetas próximos à estrela, especialmente os grandes. Foi o método de trânsito que gerou muitas descobertas dos chamados "Júpiteres quentes" - planetas gigantes próximos de suas estrelas. É curioso que essas descobertas refutassem a teoria anteriormente existente da formação de sistemas planetários, que explicava a distribuição de planetas de pedra e gás no sistema solar.
Em terceiro lugar, a busca por exoplanetas semelhantes à Terra requer um longo tempo de observação, porque não basta detectar um único trânsito, você precisa obter estatísticas: pelo menos três trânsitos. I.e. Para detectar, por exemplo, a Terra por um método de trânsito, os alienígenas devem olhar para o Sol "sem piscar" por três anos.

Observações contínuas a longo prazo de um grande número de estrelas tornaram-se possíveis com o desenvolvimento da astronáutica e o lançamento do telescópio espacial Kepler. Para aumentar sua eficácia, ele foi enviado para um aglomerado de estrelas na constelação de Cygnus. Isso nos permitiu fazer muitas descobertas, mas, infelizmente, todos esses planetas estão a uma distância de 2 a 3 mil pessoas. anos, para fisicamente chegar a eles ou pelo menos considerar, só podemos sonhar.



Kepler trabalhou de forma estável por 4 anos, até que dois dos quatro motores do volante falharam, o que lhe permitiu manter a orientação. E você precisa de pelo menos três para mirar em três eixos, então agora ele funciona em um modo muito limitado, usando dois volantes e pressão da luz solar como um terceiro. Seu desempenho caiu 95%, mas tantas estatísticas foram acumuladas que ainda ouviremos sobre as descobertas feitas com sua ajuda.

A NASA apoiou o próximo projeto de telescópio do Instituto MIT para a pesquisa em trânsito de planetas em um raio de 100 sv. anos ao redor do sol. O voo TESS está previsto para 2017. Parece que seus resultados atrairão muito mais atenção do público, pois planetas serão descobertos "muito perto".

O método da velocidade radial (desvio Doppler)

Meu método favorito devido à precisão fenomenal que ele fornece e à elegante simplicidade do princípio físico que formou sua base.

Mas primeiro, um pouco sobre a teoria da espectroscopia. Espero que todos saibam o que é um arco-íris e como ele se forma. Um arco-íris é um espectro natural do sol. A composição química da estrela está oculta no espectro de radiação, uma vez que cada elemento químico, quando aquecido, brilha com sua própria cor.



O brilho é registrado por um espectrômetro e, determinando as várias linhas do espectro, é possível determinar a composição do objeto emissor. Se a luz passa através da atmosfera do planeta ou é refletida pela superfície, parte da luz é absorvida e mergulhos são formados no espectro, indicando elementos químicos que absorveram a luz.

Outro fenômeno físico necessário para entender o método da velocidade radial é o desvio para o vermelho e o desvio para o azul.



Quando a estrela em estudo se afasta de nós, o comprimento de onda da luz emitida é esticado, devido ao qual todo o espectro muda para o lado vermelho. Se o elemento for removido e emitir luz vermelha, já o registramos na faixa de infravermelho, se verde, depois em amarelo, se azul, depois em verde, etc.

A mudança azul é o processo inverso. Se a estrela se aproxima de nós, seu espectro "fica azul" - muda para os lados azul e ultravioleta.

Como isso se relaciona com a presença de planetas em estrelas distantes? Paciência. Mais uma propriedade deve ser levada em consideração - o movimento de dois corpos em um centro de massa.

Todos sabemos que a terra gira em torno do sol. Parece ser verdade, mas não exatamente. De fato, o Sol e a Terra giram em torno do mesmo centro de massa, o que não corresponde ao centro do Sol. A Terra e a Lua têm esse efeito, enquanto Plutão e Caronte têm um centro de massa fora de Plutão, portanto, ambos giram em torno de um ponto condicional entre eles.



É claro que a massa insignificantemente pequena da Terra leva a uma flutuação completamente insignificante do Sol - em 50 km, mas Júpiter já salpica o Sol levemente, forçando-o a desviar 750 mil km. I.e. Júpiter e o Sol, bem como Plutão e Caronte, giram em torno de um ponto no espaço.

E agora reduzimos tudo a um método de pesquisa: o exoplaneta, girando em torno de sua estrela, obriga a girar com um desvio do centro de massa. Consequentemente, com relação ao observador externo, a estrela se afastará e se aproximará, o que levará ao vermelho ou à mudança azul do espectro. Podemos pegar um espectrômetro bastante sensível e podemos ver como o espectro da estrela fica vermelho e azul periodicamente, em total conformidade com a dinâmica orbital do planeta.



E finalmente, sobre a precisão do método: o espectrógrafo HARPS no telescópio La Silla de 3,6 metros do Observatório Europeu do Sul permite rastrear o movimento de uma estrela a uma velocidade de até 1 metro (!) Por segundo. Um método semelhante nos permite encontrar planetas semelhantes à Terra a uma distância de até 150 anos-luz de nós e "Júpiteres" até vários milhares de anos-luz. Como regra, é o método de deslocamento Doppler usado para verificar novamente os candidatos ao planeta obtidos pelo método de trânsito.

Infelizmente, o método funciona com precisão e requer várias observações de cada objeto, por isso não tem tempo para acompanhar o Kepler e não tem tempo para inspecionar as estrelas circundantes. No entanto, recentemente, o HARPS trabalhou para encontrar um planeta semelhante à Terra perto de nossa estrela mais próxima, Proxima Centauri., como parte do projeto Pale Red Dot. Os resultados ainda não foram publicados, mas as expectativas são muito animadoras.

Em geral, esses dois métodos: trânsito e deslocamento Doppler, formam quase a base de todas as pesquisas:



Vamos examinar mais alguns métodos originais, que, com algumas reservas, mas funcionam.

Alterando a fase orbital da luz refletida

O método é semelhante ao trânsito, mas não registra uma diminuição no brilho, mas um aumento. O efeito ocorre quando o planeta da estrela está em um quarto de fase e parte da luz incidente reflete em nossa direção. É como o brilho da noite / manhã de Vênus, mais o brilho do sol. O efeito depende do tamanho do exoplaneta, de sua proximidade com a estrela e do brilho da luz refletida. O método é grosseiro, mas não requer a localização da órbita do planeta na linha de nossa visão.

Método astrométrico

Semelhante ao método de deslocamento Doppler, requer observações de longo prazo, mas não requer espectrômetros. Durante a observação, a posição da estrela é cuidadosamente registrada em relação aos objetos vizinhos e, se forem observados desvios de onda, isso indica um companheiro bastante massivo, forçando a estrela a girar em torno de um centro de massa comum. É claro que a estrela deve ser pequena e seu planeta maciço, de modo que estrelas duplas e anãs companheiras marrons podem ser encontradas com mais frequência.

Dados astrométricos exclusivos para décadas de observações foram acumulados no Observatório Pulkovo, perto de São Petersburgo. Agora, o observatório está passando por momentos difíceis devido à crescente metrópole e ao céu iluminado.

Método de microlente por gravidade

Um método original baseado nos efeitos da deflexão de um raio de luz pelo campo gravitacional de objetos maciços. O efeito de uma lente gravitacional ocorre se exatamente na linha da nossa visão existem dois corpos brilhantes e razoavelmente maciços. Por exemplo, a estrela da nossa galáxia passa entre nós e outra estrela ou galáxia distante. A gravidade de uma estrela próxima afeta a luz de um objeto distante, desviando-o e formando o efeito de uma "lente". Se o campo gravitacional de uma estrela for deformado pela gravidade dos exoplanetas em seu sistema, a "lente" se mostrará "defeituosa" - com violações.



O desenvolvimento desse método é a busca por efeitos de lente causados ​​por planetas invisíveis, até vaguear pela galáxia sem suas próprias estrelas.



Uma pesquisa semelhante foi lançada recentemente pelo redirecionamento Kepler no centro da galáxia Via Láctea. Durante essa manobra, a conexão com o telescópio foi perdida, mas agora ela já foi restaurada e agora aguardamos novos dados do telescópio sobre as perspectivas do método.



Num futuro próximo, os terráqueos aprenderão muito mais sobre os arredores. O lançamento do Observatório Espacial James Webb e a construção do Telescópio Extremo Europeu, o surgimento de espectrógrafos mais sensíveis para substituir o HARPS e os resultados do “censo da galáxia” astrométrico pelo observatório Gaia possibilitarão entender melhor a estrutura e a origem dos sistemas estelares próximos e distantes e descobrir se temos uma chance encontre uma "Terra livre", uma vida alienígena ou mesmo os habitantes inteligentes dos exoplanetas.

Source: https://habr.com/ru/post/pt393417/