Blog

Kaj je tranzitna metoda?

Dobrodošli vsi pri prvem v naši seriji o metodah lova na eksoplanete. Danes začnemo z najbolj priljubljeno in najpogosteje uporabljeno, znano kot tranzitna metoda (alias. tranzitna fotometrija).

Astronomi so stoletja ugibali o obstoju planetov izven našega Osončja. Konec koncev, z med 100 in 400 milijard samo zvezde v galaksiji Rimska cesta, se je zdelo malo verjetno, da bi bila naša edina, ki ima sistem planetov. Toda šele v zadnjih nekaj desetletjih so astronomi potrdili obstoj ekstrasolarni planeti (tudi eksoplaneti).

Astronomi uporabljajo različne metode za potrditev obstoja eksoplanetov, od katerih je večina posredne narave. Od teh je bil doslej najbolj razširjen in učinkovit Tranzitna fotometrija , metoda, ki meri svetlobno krivuljo oddaljenih zvezd za periodične padce svetlosti. Ti so posledica prehoda eksoplanetov pred zvezdo (tj. prehoda) glede na opazovalca.

Opis:

Za te spremembe v svetlosti so značilni zelo majhni padci in za določena časovna obdobja, običajno v bližini 1/10.000 celotne svetlosti zvezde in le za nekaj ur. Te spremembe so tudi občasne in povzročajo enake padce svetlosti vsakič in za enak čas. Glede na obseg zatemnitve zvezd lahko astronomi pridobijo tudi pomembne informacije o eksoplanetih.



Zaradi vseh teh razlogov se tranzitna fotometrija šteje za zelo robustno in zanesljivo metodo odkrivanja eksoplanetov. Od 3.526 ekstrasolarnih planetov, ki so bili potrjeni do danes, je tranzitna metoda predstavljala 2.771 odkritij – kar je več kot vse druge metode skupaj.

prednosti:

Ena največjih prednosti tranzitne fotometrije je način, kako lahko zagotovi natančne omejitve glede velikosti zaznanih planetov. Očitno to temelji na obsegu, v katerem se svetlobna krivulja zvezde spremeni kot posledica tranzita. Medtem ko bo majhen planet povzročil subtilno spremembo svetlosti, bo večji planet povzročil bolj opazno spremembo.

V kombinaciji z metodo radialne hitrosti (ki lahko določi maso planeta) je mogoče določiti gostoto planeta. Na podlagi tega lahko astronomi ocenijo fizično strukturo in sestavo planeta - to je, da ugotovijo, ali je plinski velikan ali skalnati planet. Planeti, ki so jih preučevali z obema metodama, so daleč najbolje okarakterizirani od vseh znanih eksoplanetov.

Poleg razkrivanja premera planetov lahko tranzitna fotometrija omogoči raziskovanje atmosfere planeta s spektroskopijo. Ko svetloba zvezde prehaja skozi atmosfero planeta, je mogoče analizirati nastale spektre, da ugotovimo, kateri elementi so prisotni, s čimer dobimo namige o kemični sestavi ozračja.

Umetnikov vtis ekstrasončnega planeta, ki prehaja svojo zvezdo. Zasluge: QUB Astrophysics Research Center

Nenazadnje lahko tranzitna metoda razkrije tudi stvari o temperaturi in sevanju planeta na podlagi sekundarnih mrkov (ko planet preide za svojim soncem). Ob tej priložnosti astronomi izmerijo fotometrično intenzivnost zvezde in jo nato odštejejo od meritev intenzitete zvezde pred sekundarnim mrkom. To omogoča meritve temperature planeta in lahko celo ugotovi prisotnost oblakov v ozračju planeta.



Slabosti:

Transit Photometry ima tudi nekaj večjih pomanjkljivosti. Prvič, planetarne tranzite je mogoče opazovati le, če je orbita planeta popolnoma poravnana z vidno linijo astronomov. Verjetnost, da orbita planeta sovpada z opazovalčevo izhodiščno točko, je enaka razmerju med premerom zvezde in premerom orbite.

Le približno 10 % planetov s kratkimi obhodnimi obdobji doživi takšno poravnavo, ta pa se zmanjša pri planetih z daljšimi obhodnimi obdobji. Posledično ta metoda ne more zagotoviti, da določena zvezda, ki jo opazujemo, res gosti kateri koli planet. Zaradi tega je tranzitna metoda najbolj učinkovita pri raziskovanju tisoč ali sto tisoč zvezd hkrati.

Trpi tudi zaradi precejšnje stopnje lažno pozitivnih rezultatov; v nekaterih primerih celo do 40 % v sistemih z enim planetom (na podlagi a študija 2012 misije Kepler). To zahteva, da se izvedejo nadaljnja opazovanja, ki se pogosto zanašajo na drugo metodo. Vendar pa se stopnja lažno pozitivnih rezultatov zmanjša za zvezde, kjer je bilo odkritih več kandidatov.

Število odkritij zunajsončnega planeta na leto do septembra 2014, z barvami, ki označujejo način odkrivanja – radialna hitrost (modra), tranzit (zelena), čas (rumena), neposredno slikanje (rdeča), mikrolečenje (oranžna). Zasluge: javna domena

Čeprav lahko tranziti razkrijejo veliko o premeru planeta, ne morejo postaviti natančne omejitve na maso planeta. Za to je najbolj zanesljiva metoda radialne hitrosti (kot smo že omenili), pri kateri astronomi iščejo znake 'nihanja' v orbiti zvezde, da bi izmerili gravitacijske sile, ki delujejo nanje (ki jih povzročajo planeti).

Skratka, tranzitna metoda ima nekatere omejitve in je najučinkovitejša v kombinaciji z drugimi metodami. Kljub temu ostaja najbolj razširjeno sredstvo 'primarnega odkrivanja' - odkrivanja kandidatov, ki so kasneje potrjeni z drugo metodo - in je odgovoren za več odkritij eksoplanetov kot vse druge metode skupaj.

Primeri tranzitnih fotometričnih raziskav:

Tranzitno fotometrijo izvaja več zemeljskih in vesoljskih observatorijev po vsem svetu. Večina pa temelji na Zemlji in se zanaša na obstoječe teleskope v kombinaciji z najsodobnejšimi fotometri. Primeri vključujejo Super širokokotno iskanje planetov (SuperWASP), mednarodna raziskava o lovu na eksoplanete, ki se opira na Observatorij Roque de los Muchachos in Južnoafriški astronomski observatorij .

Obstaja tudi Madžarska avtomatizirana teleskopska mreža (HATNet), ki je sestavljen iz šestih majhnih, popolnoma avtomatiziranih teleskopov in ga vzdržuje Harvard-Smithsonian Center za astrofiziko . The Projekt MEarth je še en robotski observatorij, ki ga financira Nacionalna znanstvena fundacija, ki združuje Observatorij Fred Lawrence Whipple (FLWO) v Arizoni z C erro Medameriški observatorij Tololo (CTIO) v Čilu.

Kamere SuperWasp na južnoafriškem astronomskem observatoriju. Zasluge: projekt SuperWASP & David Anderson

Potem je tu še Kilodegree izredno majhen teleskop (KELT), astronomska raziskava, ki jo skupaj vodijo Univerza Ohio State University, Vanderbilt University, Lehigh University in Južnoafriško astronomsko društvo (SAAO). Ta raziskava je sestavljena iz dveh teleskopov, Winer Observatory v jugovzhodni Arizoni in Astronomska opazovalna postaja Sutherland v Južni Afriki.

V smislu vesoljskih observatorijev je najbolj opazen primer NASA Vesoljski teleskop Kepler . Med prvo misijo, ki je potekala od 2009 do 2013, je Kepler odkril 4496 planetarnih kandidatov in potrdil obstoj 2337 eksoplanetov. Novembra 2013 je teleskop po odpovedi dveh reakcijskih koles začel svojo misijo K2, v tem času pa je bilo odkritih dodatnih 515 planetov in potrjenih 178.

Vesoljski teleskop Hubble je v svojih mnogih letih v orbiti izvajal tudi tranzitne raziskave. Na primer, Iskanje ekstrasončnega planeta v Strelčevem oknu (SWEEPS) – ki se je zgodil leta 2006 – je Hubble opazoval 180.000 zvezd v osrednji izboklini galaksije Rimske ceste. Ta raziskava je pokazala obstoj 16 dodatnih eksoplanetov.

Drugi primeri vključujejo ESA Konvekcijska rotacija in planetarni tranziti (COROT) – v angleščini “Convection rotation and planetary transits” – ki je deloval od leta 2006 do 2012. Potem je tu še misija ESA Gaia, ki se je začela leta 2013 z namenom ustvariti največji 3D katalog doslej, sestavljen iz več kot 1 milijarde astronomskih predmeti.

Nasin vesoljski teleskop Kepler je bila prva misija agencije, ki je sposobna zaznati planete velikosti Zemlje. Zasluge: NASA/Wendy Stenzel

Marca 2018 je NASA Tranzitni satelit za raziskovanje eksoplanetov (TESS) naj bi izstrelili v orbito. Z uporabo tranzitne metode bo TESS zaznal eksoplanete in izbral tudi tarče za nadaljnjo študijo Vesoljski teleskop James Webb (JSWT), ki bo nameščena leta 2019. Med tema dvema misijama je predvidena potrditev in karakterizacija oziroma več tisoč eksoplanetov.

Zahvaljujoč izboljšavam v smislu tehnologije in metodologije je odkrivanje eksoplanetov v zadnjih letih skokovito naraslo. S tisoči potrjenih eksoplanetov se je poudarek postopoma premaknil k karakterizaciji teh planetov, da bi izvedeli več o njihovi atmosferi in razmerah na njihovi površini.

V prihodnjih desetletjih, deloma zahvaljujoč uvajanju novih misij, se pričakuje nekaj zelo globokih odkritij!

Na Universe Today imamo veliko zanimivih člankov o lovu na eksoplanete. tukaj Kaj so ekstra solarni planeti? , Kaj so planetarni tranziti? , Kaj je metoda radialne hitrosti? , Kaj je metoda neposrednega slikanja? , Kaj je metoda gravitacijskega mikrolečenja? , in Keplerjevo vesolje: več planetov v naši galaksiji kot zvezd .

Astronomy Cast ima tudi nekaj zanimivih epizod na to temo. tukaj Epizoda 364: Misija COROT.

Za več informacij obiščite NASA-ino stran na Raziskovanje eksoplanetov , stran Planetarne družbe na Ekstrasolarni planeti in NASA/Caltech Arhiv eksoplanetov .

Viri: