系外行星
系外行星是环绕其他恒星运行的行星。一旦人们想到夜空的星星是遥远的太阳，他们便开始谈论周围行星的存在以及这些物体上的生命的可能性。但是，推理是一回事，发现是另一回事。由于行星比恒星轻得多，并且发出的光更少，因此打开它们非常非常困难。尽管有个人的尝试，成功只是在20世纪末才出现。到80年代末，几种观测技术已达到所需的精度，并在90年代初开始发现系外行星。现在已知数千个行星，并且它们的数量正在增长。事实证明，其他行星系统及其成员可能与我们在系统中看到的有很大不同。深渊已打开，系外行星已满。现在，我们需要了解所有这些对象的排列方式，它们的形成方式以及它们的演化方式。关于这一点，也许是我们课程中最活跃的天体物理学领域。第1课：如何记录系外行星？
人们一开始猜测恒星是遥远的太阳，一个自然的想法就出现了：一旦行星围绕我们的太阳公转，那么也必定也有行星围绕着其他恒星。现在，我们称这些行星为系外行星- 额外的太阳行星（超太阳行星）。原则上，人们很久以前就开始思考如何为其他恒星打开行星。这有两个原因，这很困难：首先，行星本身很小，它的辐射非常差，仅反射光，很难注意到它，因为它紧邻非常明亮的恒星，所以很难注意到它。经常发生的情况是，如果在一个空旷的地方，它的光辉度完全相同，那么我们就可以看到系外行星本身，但是附近一颗恒星的明亮光线阻止我们这样做。首先发现哪个系外行星的问题非常复杂。根本没有明确的答案。一方面，我们可以说是在1995年发现了围绕恒星的第一个系外行星，这有点类似于太阳，这是对太阳型恒星中系外行星的可靠发现。但是，在1992年，人们使用了完全不同的技术，发现了几颗系外行星，但不是在一颗普通恒星周围，而是在一个中子星-无线电脉冲星周围。有人认为从这一刻起您就可以数出系外行星的历史，有人认为它们仍然是完全不同的动物，因为恒星不像太阳，而且最有可能是在那之后的超新星爆炸之后形成的行星超新星抛出的物质。但是，故事还没有结束。 1988年，一群天文学家发表声明说：他们可能已经发现了系外行星，但是观测的准确性还不够。仅在大约15年后，当行星数量已经达到数十个时，这一发现才得到确认。因此，一方面，我们可以说是在1988年发现了第一颗系外行星，但并不确定。故事还没有结束。 1989年，人们宣布他们绝对准确地看到了一颗类似于太阳的正常质量恒星中的低质量卫星。但是困难在于您需要确定什么是行星。有行星，有恒星，在它们之间还有另一种称为棕矮星的天体-它们比行星重，但比恒星轻，有热核反应，但这些不是氢转化为氦的反应，正常的恒星可以辐射出很多能量。所以，我们仍然不知道1989年发现的天体是非常重的系外行星还是非常浅的褐色矮人。所以这个故事很混乱。令人惊讶的是，在1980-1990年代，几种方法同时允许发现系外行星。相当惊人的巧合。我们将讨论这些不同的方法。以这种方式发现了像太阳这样的恒星的第一个可靠的系外行星：通常，如果我们走到大街上的某个人，问：“围绕着什么旋转：太阳周围的地球或地球周围的太阳？”，如果他们回答我们：“太阳周围的地球” ”，我们点头，如果他们说：“太阳围绕着地球，”我们会指着指头并大笑，但是我们可以得出一个答案，即他们都是围绕共同的质心旋转的。这确实是正确的答案！我们通常不会考虑地球吸引我们的事实，但是我们以完全相同的强度吸引地球。只是地球很重，当我们跳跃时，我们会稍微移位地球，但是如果它增加了您的自尊心，那么实际上，跳跃时，您会稍微移位一下地球。同样，绕着恒星旋转的行星使恒星略微移动，这一点很明显。人们很早就了解了这一点。你想看什么？我们以非常高的精度获得了恒星的光谱，我们看到了光谱线，如果恒星向我们移动，那么所有的线都移到光谱的蓝色区域，如果是从我们移到红色的区域。这是最简单的情况，即只有一颗恒星且只有一颗行星，或者如果您愿意，也可以拥有最重的行星。如果从远处看太阳系，那么对太阳的影响大于所有其他行星。我们会看到，在木星旋转的时期，太阳要么接近遥远的观察者，然后移开，并且由于过程的严格周期性，我们可以猜测这确实是某种看不见的卫星，而不是例如太阳的脉动或其他。因此，有必要学会非常精确地测量这些速度，并且还要长时间进行测量。时间有什么问题吗？例如，您的手表运行得非常准确。假设他们每天不到一秒钟就离开。好啊一年过去了。您能否在不降低时钟的情况下-例如，您正坐在荒岛上并且没有任何通信方式-仍能精确地以1秒为单位确定时间？可以说，他们似乎落后了您一秒钟。一年过去了你数了365秒，然后再想您知道第二秒的时间。这是完全不正确的，因为该过程可能存在某些异质性。每天不一定总是一秒钟。与光谱的测量相同。最终，在1980年代后期，人们在1995年学会了如何解决这个问题，正是通过这种方式，才发现了第一颗系外行星。然后人们测量了大约5-10米/秒的速度。按照现代标准，这是很多。第二种方法
发现系外行星的第二种方法。想象一下，在某个时刻，行星正好在我们与恒星之间经过。就像看太阳一样，不时地，我们看到金星或水星穿过太阳的磁盘。会发生什么？我们看不到行星，看不到恒星上的任何暗点，但是我们看到恒星的亮度略有下降。恒星的盘是明亮的，而行星是黑暗的。想象一下，我们正在观察一颗恒星，并准确地测量其亮度。我们看不到星盘，也看不到任何细节，但是以高精度测量亮度时，我们发现亮度突然下降了一点。确实，一点点-可能是千分之一或千分之几。如果这是周期性发生的，那么唯一合理的原因是行星穿过恒星盘。这样的行星称为过渡行星，现象本身称为过渡，这是发现系外行星的一种非常好的方法。唯一的困难是您需要长时间且非常准确地测量其光泽度。在地球上，大气开始干扰我们。因此，这种观察通常是从太空进行的。射入太空的望远镜甚至可能不会很大。重要的是，它可以高精度地测量恒星的亮度，因为它不会干扰大气层。这样，开普勒卫星已经可靠地发现了近一千颗系外行星。有数千种非常可靠的候选人，其中90％会随着时间的推移得到确认。现在，这是发现系外行星的两种主要方法，但还有一些更有趣的方法。因为气氛不会打扰他。这样，开普勒卫星已经可靠地发现了近一千颗系外行星。有数千种非常可靠的候选人，其中90％会随着时间的推移得到确认。现在，这是发现系外行星的两种主要方法，但还有一些更有趣的方法。因为气氛不会打扰他。这样，开普勒卫星已经可靠地发现了近一千颗系外行星。有数千种非常可靠的候选人，其中90％会随着时间的推移得到确认。现在，这是发现系外行星的两种主要方法，但还有一些更有趣的方法。第三种方法
第三种方法与引力透镜这样的非常漂亮的现象有关。包括广义相对论在内的所有现代现代引力理论都是引力的几何理论，在这里可以特别清楚地解释这种透镜效应。重物扭曲了它们周围的空间，并在绘制矩形网格的平面中以这种孔的形式绘制了描绘黑洞的形状。在这样的空间中移动的光（我们将直接想象光在其中移动的平面）会感觉到这个孔，它将偏离。因此，任何重物都可以有效地用作聚光透镜，也就是说，如果我们看着某个遥远的恒星，测量其亮度，那么任何大质量的物体都会在我们与恒星之间飞行，另一恒星，中子星，黑洞之间-无论您想要什么，星星的亮度都会稍微增加。假设有另一颗恒星飞行，我们看到恒星的亮度正在增加，突然在光曲线上我们看到了另一个附加的“拾取”，还有另一个小透镜。这样，开放的行星围绕恒星旋转。拥有一颗行星的那颗恒星是一个透镜，将产生额外的“拾取”。这是注册行星的一种非常好的方法，因为这样您就可以注册距离较远的行星。看看问题出在哪里：如果我们测量速度或测量过境，我们需要进行几次尝试以确保有这种效果，这些不是恒星的随机脉动，不是恒星上出现某种斑点，例如黑子，而是这个过程是周期性的。观察5年，您无法以6年的循环周期打开行星，但是，通过近距离观察事件，您可以立即发现一个行星，只要您愿意，它绕恒星旋转的周期为数年或数十年，因为该方法与可重复性无关，因此可以很好地补充前两个。以下用于探测系外行星的方法与对任何周期性过程的观察有关。想象一下，您有一只手表，它必须完全走时，并且您会发现它会定期误入歧途。如果这是机械表，您可能会怀疑里面有多余的东西，有东西在干扰。他们用油脂给钟表上油，面包屑到那里去，现在齿轮转动得不太好，或者那里有蟑螂会定期阻止齿轮转动。同样，如果恒星系统中存在一些周期性过程，例如，存在一个双星（两个恒星彼此绕转），并且发生月食，则亮度会周期性变化。这必须是非常严格的批处理过程。我们观察到，有时会发生故障。怎么解释呢？系统中某种多余的物体。您可以对该系统建模并确定该多余的干扰物体的质量。如果事实证明它是行星，那么您已经找到了行星。这样，就发现了非常不寻常的行星。例如，有这样一个行星，脉冲星围绕它旋转一个白矮星，并且一颗行星围绕该系统旋转，也就是说，根据脉冲星的观测，可以理解，除了看不见的白矮星以外，还有另一个多余的成分-围绕这对美丽的一对旋转的行星。第五种方法
下一步。回想一下第一个-速度的变化。因此，恒星绕着共同的质心运动。我们可以直接看到这一运动。如果我们非常精确地测量恒星的坐标，请想象一颗恒星和一个十字架的图像可以准确地测量其位置。他们今天对其进行了测量，并在六个月内对其进行了测量，结果发现恒星已经移动了。他们又用了六个月的时间对它进行了测量-但是他们看到这是一个周期性的运动。这样，人们发现了隐形卫星。例如，以这种方式发现了第一个白矮星，即天狼星夜空中最亮的恒星的卫星。我们看到天狼星正在移动并且有一个看不见的伴侣，但是白矮星是很重的物体，它的质量可以等于或等于太阳质量的一半。以这种方式很难找到系外行星，但原则上是可能的。顺便说一句几百年前，人们说他们看到恒星正在向相应的小卫星运动，然后，不幸的是，事实证明这是由于观测中的某些误差和一些误差所致，但是盖伊的卫星是专门为为了非常准确地测量大量恒星的位置。它并非意在寻找系外行星，但是毫无疑问，盖伊卫星工作的副产品将是发现约一千个系外行星。非常精确地测量大量恒星的位置它并非意在寻找系外行星，但是毫无疑问，盖伊卫星工作的副产品将是发现约一千个系外行星。非常精确地测量大量恒星的位置它并非意在寻找系外行星，但是毫无疑问，盖伊卫星工作的副产品将是发现约一千个系外行星。最终，我们找到了发现系外行星的最容易理解的方式，正如媒体用刻薄的新闻语写道：“天文学家看到了它。”的确，在某些情况下，我们可以直接看到系外行星，但在此之前，还有两种类似于“看见”的方法。我们无法直接看到，而是突出了系外行星的光芒。通常，系外行星会发出很多。例如，系外行星可能非常接近恒星并被加热到高温，或者它刚刚形成并持续收缩，并且拥有自己的能源。然后，发生类似过境的事件，我们将看到系统的总亮度发生变化，或者行星将发生相位，例如金星，并且我们将看到整个系统的总亮度发生变化。因此，我们将突出显示多余的光并将其归因于不可见的系外行星。一种类似的方法是查看光谱中某些恒星不寻常的细节。它们会定期移动，出现，消失，我们也可以将它们归因于系外行星，并突出显示其光芒。最后，最后一种最漂亮的方法是获取直接图像。现在有几十个系外行星的良好直接图像，当我们真正看到这些物体时，在极少数情况下，直接观察到系外行星如何在其轨道中运动。因此，有几种美丽的，不同程度的可靠的方法来打开系外行星，它们总体上可以完美地互补。谢尔盖·波波夫（Sergey Popov） - 物理和数学科学博士，盖世莫斯科国立大学首席研究员
Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN398201/
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