Привет, уважаемый читатель! Публикуя статьи на тему экзопланет, я подумал, что было бы неплохо дополнить их коллекцию статьей отвечающей на вопрос - как находят экзопланеты?
О том, что у других звезд есть планеты задумывался еще Джордано Бруно, живший в 17 веке. Но на тот момент у него неболо весомых аргументов в пользу своей гипотезы. Эх, знали бы только те кто считали его сумасшедшим насколько он был прав. Но к сожалению, и техника, и наука того времени были не достаточно развиты, чтобы показать правоту Джордано.
Первые экзопланеты были обнаружены лишь в конце 20 века (т.е. совсем недавно).
Научное сообщество использует несколько методов для обнаружения экзопланет — планет, находящихся за пределами нашей Солнечной системы. Рассмотрим основные из них.
Метод транзитов
Транзит планет мы можем наблюдать и в нашей солнечной системе. Это справедливо для внутренних планет, таких как Венера и Меркурий.
Транзитом называют прохождение планеты по диску звезды (в нашем случае Солнца).
Как вы уже наверное догадались, суть метода транзитов заключается в том, что экзопланета проходит перед своей звездой, частично блокируя её свет. Телескопы фиксируют небольшое уменьшение яркости звезды. И когда наблюдаются периодические уменьшения яркости звезды, можно говорить о наличие у нее планеты.
С помощью этого метода было открыто множество экзопланет с помощью таких миссий как - Космический телескоп Кеплер и космический телескоп TESS.
Метод радиальных скоростей
Метод радиальных скоростей или, как его еще называют, метод Доплера. Наверняка, из школьного курса физики вам знаком метод Доплера для звуковых волн. И избитый пример с сиреной проезжающей машины, когда при приближении к нам звук становится выше, а при удалении - ниже. Оказывается, этот метод справедлив и для света, т.е. для электромагнитных волн. Когда далекий объект (имеется в виду звезда или еще лучше галактика) приближается к нам его спектр смещается в фиолетовую сторону, когда же удаляется - в красную. Ниже на картинке это хорошо проиллюстрировано. Черная полоска на спектре - это линия поглощения.
Но как нам это знание может помочь при обнаружении экзопланет? А вот как. Планета и звезда вращаются вокруг общего центра масс, вызывая движение звезды. Телескопы измеряют изменения в спектре звезды, которые возникают из-за доплеровского смещения, когда звезда движется к Земле и от неё.
С помощью этого метода были сделаны открытия планет у других звезд с использованием спектрографа HARPS на телескопе La Silla в Чили.
Первые экзопланеты были открыты как раз с помощью этих методов. Но существуют и другие. Итак, движемся дальше.
Метод гравитационного микролинзирования
В свое время Альберт Эйнштейн в своей теории предсказал эффект гравитационных линз. Согласно его теории, гравитация - это следствие искривления пространства-времени массами объектов. Как мы знаем, свет движется от источника к наблюдателю по наиболее короткому пути, как правило по прямой. Но что если пространство искривлено? Тогда наблюдатель будет видеть, что световые лучи так же искривляются, проходя рядом с массивными объектами. В этом случае, более близкий массивный объект (звезда, черная дыра или галактика) служит "гравитационной линзой", т.е. он, по принципу обычной линзы, помогает разглядеть более далекие объекты.
На изображении выше показано, как может проявляться данный эффект. В данном случае слева изображено кольцо эйнштейна, а справа крест эйнштейна. Такое название носят полученные конструкции. В том и другом случае, кольцо и четыре светящиеся точки образует один объект, который находится далеко за звездой, вокруг которой световые лучи выстраиваются в данные конструкции.
Хорошо, а что насчет обнаружения экзопланет? Гравитация звезды с планетой искажает свет от более удаленной звезды. Если планета присутствует, ее масса может усиливать эффект гравитационной линзы, и она вызывает дополнительное увеличение яркости света от задней звезды.
На рисунке показана примерная схема того, как работает метод гравитационного микролинзирования. Также этот метод называют метод релятивистского излучения.
Обсерватория OGLE и проект MOA как раз используют данный метод для поиска и обнаружения планет у далеких звезд.
Метод периодических пульсаций
В свое время именно с помощью данного метода люди смогли обнаружить первые экзопланеты. В 1992 году Александр Вольщан и Дейл Фрейл использовали этот метод при обнаружении планеты около пульсара PSR 1257+12.
Метод периодических пульсаций — это способ обнаружения экзопланет около пульсаров, который основан на анализе изменений в регулярности их импульсов.
Пульсар представляет собой космический источник электромагнитного излучения, которое доходит до Земли в виде периодических всплесков.
Особенностью радиопульсаров является их очень точное и регулярное излучение импульсов. Оно зависит от скорости вращения звезды. Собственное вращение пульсара изменяется крайне медленно, поэтому его можно считать постоянной величиной. Небольшие аномалии в периодичности радиоимпульсов пульсара могут быть использованы для отслеживания его собственного движения.
Если у пульсара есть планетная система, то он будет немного двигаться по своей орбите, как обычная звезда. Расчёты, основанные на наблюдениях за периодичностью импульсов, могут помочь определить параметры орбиты пульсара. Это открывает новые возможности для изучения экзопланет и понимания процессов, происходящих во Вселенной.
Думаете на этом все? С развитием техники мы получили возможность находить экзопланеты и другими более интуитивными способами.
Астрометрический метод
Астрометрия - это раздел астрономии, изучающий видимое движение небесных тел. С помощью таких инструментов, как космический телескоп Gaia мы можем очень точно наблюдать небольшие смещения положения звезды относительно других звезд. Но эти изменения незаметны в обычный телескоп, поскольку крайне малы.
Измерение небольших движений звезды на небесной сфере, позволяет сделать вывод, что они вызваны гравитацией другого тела, вращающегося вокруг нее. Например, планеты.
Метод прямого наблюдения
С помощью таких инструментов как космический телескоп Хаббл и телескопы VLT в Чили, а с недавнего времени и космически телескоп Джеймса Уэбба были получены первые снимки планет у других звезд. Конечно, это не те картинки которые рисуют нейросети или художники с изображением атмосферы и поверхности. Ниже вы можете видеть на изображении как выглядят реальные снимки экзопланеты HIP 65426 b, сделанные телескопом Джеймса Уэбба. Для получения таких снимков используются специальные методы, такие как коронаграфия, чтобы блокировать свет звезды и видеть слабый свет от планеты.
Подводя итог
хочу сказать, что существуют и другие методы обнаружения экзопланет, например, методы использующие периодичность затмения двойных звездных систем, поляриметрия и даже полярные сияния на экзопланетах.
Стоит иметь ввиду тот факт, что каждый метод имеет свои преимущества и ограничения. Например, метод транзитов наиболее эффективен для обнаружения планет, которые находятся близко к своим звездам, в то время как метод гравитационного микролинзирования может обнаруживать планеты, находящиеся на больших расстояниях от своих звезд.
Совместное использование различных методов позволяет ученым получить более полное представление о существовании и характеристиках экзопланет.