Generasi yang lalu, idea planet yang mengarahkan bintang jauh masih dalam fiksyen sains. Tetapi sejak penemuan eksoplanet pertama pada tahun 1988, kami telah menemui beratus-ratus mereka, dengan penemuan yang datang pada kadar lebih cepat dari masa ke masa.
Kandungan Terkait
- Ada Mungkin Lebih Banyak Eksoplanet Bumi Seperti Kita Bayangkan
- 5 Planet Paling Hangat Mengosongkan Bintang Jauh
Bulan lepas, dalam satu pengumuman, para astronom NASA mendedahkan penemuan 715 planet yang tidak diketahui sebelum ini dalam data yang dikumpulkan oleh Teleskop Angkasa Kepler, membawa jumlah eksoplanet yang diketahui ke 1771. Dalam hal ini terdapat pelbagai eksoplanet: beberapa yang mengorbit dua bintang, sesetengahnya penuh dengan air, beberapa yang kira-kira bersaiz Bumi dan beberapa yang lebih daripada dua kali lebih besar daripada Musytari.
Tetapi majoriti semua planet-planet yang jauh ini mempunyai satu perkara yang sama-dengan beberapa pengecualian, mereka terlalu jauh untuk kita lihat, walaupun dengan teleskop yang paling kuat. Jika demikian, bagaimana ahli-ahli astronomi tahu bahawa mereka berada di sana?
Selama beberapa dekad yang lalu, penyelidik telah mengembangkan pelbagai teknik untuk melihat banyak planet di luar sistem suria kita, sering digunakan dalam gabungan untuk mengesahkan penemuan awal dan mempelajari lebih lanjut tentang ciri-ciri planet. Inilah penjelasan mengenai kaedah utama yang digunakan setakat ini.
Transit
Bayangkan melihat planet kecil yang mengorbit bintang jauh, jauh. Sekali-sekala, planet ini mungkin melintas di antara anda dan bintangnya, sebentar menyekat beberapa cahaya bintang. Jika peredupan ini berlaku dengan frekuensi yang mencukupi, anda mungkin boleh menyimpulkan kehadiran planet ini, walaupun anda tidak dapat melihatnya.
(Imej melalui Wikimedia Commons / Nikola Smolenski) Ini adalah intipati, adalah kaedah transit mengesan eksoplanet, yang bertanggungjawab terhadap majoriti penemuan exoplanet kami setakat ini. Sudah tentu, bagi bintang-bintang yang jauh, tidak ada cara mata manusia yang telanjang akan dapat mengesan secara terang-benderang cahaya dalam jumlah cahaya yang kita lihat, jadi saintis bergantung pada teleskop (terutamanya, teleskop angkasa Kepler) dan instrumen lain untuk mengumpul dan menganalisis data ini.
Oleh itu, bagi seorang ahli astronomi, "melihat" exoplanet jauh melalui kaedah transit biasanya berakhir dengan mencari sesuatu seperti ini:
Jumlah cahaya dari bintang yang jauh, bergelombang, dips sebagai planet yang bergerak di antara kita dan kita. (Imej melalui Wikimedia Commons / Сам посчитал) Dalam beberapa kes, jumlah peredupan yang disebabkan oleh planet yang berlalu di antara bintangnya dan kami juga boleh memberitahu ahli astronomi anggaran kasar saiz planet. Jika kita tahu saiz bintang dan jarak planet dari itu (yang terakhir ditentukan oleh kaedah pengesanan yang lain, halaju radial, menurunkan pada senarai ini), dan kita melihat bahawa planet menghalang peratusan tertentu cahaya bintang, kita boleh mengira radius planet yang semata-mata berdasarkan nilai ini.
Walau bagaimanapun, terdapat kelemahan kepada kaedah transit. Sebuah planet perlu dibarisi dengan betul untuk lulus di antara kita dan bintangnya, dan semakin jauh ia mengorbit, semakin rendah kemungkinan penjajaran ini. Pengiraan menunjukkan bahawa untuk planet bersaiz bumi yang mengorbit bintangnya pada jarak yang sama kita mengorbit kita (kira-kira 93 juta batu), hanya ada kemungkinan 0.47 peratus bahawa ia akan diselaraskan dengan betul untuk menyebabkan sebarang peredupan.
Kaedah ini juga boleh membawa kepada banyak positif palsu-episod peredupan yang kita kenali sebagai planet pelayaran tetapi akhirnya disebabkan oleh sesuatu yang lain sepenuhnya. Satu kajian mendapati bahawa sebanyak 35 peratus daripada planet yang besar dan mengitari erat yang dikenalpasti dalam data Kepler sebenarnya tidak wujud, dan dimming disebabkan oleh habuk atau bahan lain yang terletak di antara kami dan bintang. Dalam kebanyakan kes, ahli astronomi cuba mengesahkan planet yang dijumpai melalui kaedah ini dengan kaedah lain dalam senarai ini.
Kecerahan Orbital
Dalam sesetengah kes, planet yang mengorbit bintangnya menyebabkan jumlah cahaya yang menjangkau Bumi meningkat, bukannya mencelup. Secara amnya, ini adalah kes di mana orbit planet sangat rapat, supaya ia dipanaskan pada tahap yang memancarkan jumlah sinaran haba yang boleh dikesan.
Walaupun kita tidak dapat membezakan radiasi ini daripada bintang itu sendiri, planet yang mengorbit dalam penjajaran yang betul akan didedahkan kepada kita dalam urutan peringkat secara teratur (sama dengan fasa bulan), begitu teratur, berkala meningkat dalam jumlah cahaya yang menerima teleskop angkasa dari bintang-bintang ini dapat digunakan untuk menyimpulkan kehadiran planet.
Sama dengan kaedah transit, lebih mudah untuk mengesan planet-planet besar yang mengorbit dekat dengan bintang mereka dengan teknik ini. Walaupun hanya segelintir planet yang telah ditemui dengan menggunakan kaedah ini setakat ini, ia mungkin menjadi kaedah paling produktif jangka panjang, kerana ia tidak memerlukan exoplanet untuk lulus secara langsung di antara kami dan bintang untuk kami mengesan ia membuka peluang penemuan yang lebih luas.
Kelajuan Radial
Di sekolah rendah, kita diajar bahawa sistem solar adalah bintang pegun yang dikelilingi oleh planet-planet yang mengorbit secara perlahan, asteroid dan puing-puing lain. Namun, kebenarannya adalah lebih rumit: Oleh sebab tarikan graviti dari planet-planet, bintang itu bergerak jauh dari pusat graviti sistem yang sedikit juga:
(Imej melalui Wikimedia Commons / Zhatt) Fenomena ini berlaku seperti ini: planet besar, jika ia mempunyai jisim yang mencukupi, mungkin dapat menarik bintang ke arahnya, menyebabkan bintang itu bergerak dari menjadi pusat tumpuan sistem suria yang jauh. Oleh itu, peralihan minit yang masih boleh diramal dan tetap pada kedudukan bintang boleh digunakan untuk membuat kesimpulan kehadiran planet besar di dekat bintang itu.
Ahli astronomi telah memanfaatkan fenomena ini untuk mengesan beratus-ratus exoplanet. Sehingga baru-baru ini, apabila ia dilepasi oleh transit, kaedah ini (dipanggil halaju radial) bertanggungjawab terhadap majoriti exoplanet yang ditemui.
Nampaknya sukar untuk mengukur pergerakan sedikit di bintang beratus-ratus tahun cahaya, tetapi ternyata ahli astronomi dapat mengesan apabila bintang mempercepat ke arah (atau jauh dari) Bumi pada halaju serendah satu meter sesaat kerana kesan Doppler.
Kesannya ialah fenomena gelombang (sama ada bunyi, cahaya yang kelihatan atau bentuk lain tenaga elektromagnetik) yang kelihatan sedikit lebih tinggi dalam kekerapan apabila objek memancarkannya bergerak ke arah pemerhati, dan sedikit lebih rendah apabila ia bergerak jauh. Anda telah mengalami secara langsung jika anda pernah mendengar bunyi bising yang tinggi dari siren ambulans yang mendekati digantikan dengan nada yang sedikit lebih rendah kerana ia memandu jauh.
Gantikan ambulans dengan bintang jauh dan bunyi siren dengan cahaya yang dikeluarkan, dan anda sudah cukup mendapat idea itu. Menggunakan spektrometer, yang mengukur frekuensi tertentu cahaya yang dipancarkan oleh bintang, astronom dapat mencari perubahan yang jelas, menunjukkan bahawa bintang bergerak sedikit lebih dekat kepada kami atau hanyut sedikit.
Tahap pergerakan dapat mencerminkan jisim planet ini. Apabila digabungkan dengan radius planet (dikira melalui kaedah transit), ini membolehkan para saintis menentukan ketumpatan planet, dan dengan itu komposisinya (jika ia adalah gergasi gas atau planet berbatu, misalnya).
Kaedah ini juga tertakluk kepada batasan: lebih mudah untuk mencari planet yang lebih besar yang mengorbit bintang yang lebih kecil, kerana planet sedemikian mempunyai kesan yang lebih tinggi pada pergerakan bintang. Planet-planet berukuran kecil, agak kecil mungkin sukar untuk dikesan, terutama pada jarak yang jauh.
Pengimejan langsung
Dalam beberapa kes yang jarang berlaku, para astronom telah dapat mencari eksoplanet dengan cara yang paling mudah: dengan melihatnya.
Tiga planet besar-mungkin lebih besar daripada Musytari-langsung dirancangkan mengarahkan bintang HR8799 pada tahun 2010. (Bintang itu sendiri disekat dengan coronagraph.) (Image via NASA / JPL-Caltech / Palomar Observatory) Kes ini sangat jarang berlaku kerana beberapa sebab. Untuk dapat membezakan planet dari bintangnya, ia perlu agak jauh dari itu (mudah untuk membayangkan bahawa Mercury, misalnya, akan tidak dapat dibezakan dari Matahari dari jauh). Tetapi jika sebuah planet terlalu jauh dari bintangnya, ia tidak akan mencerminkan cukup cahaya bintang supaya dapat dilihat sama sekali.
Exoplanet yang paling boleh dilihat oleh teleskop adalah besar (seperti Jupiter) dan sangat panas, supaya mereka mengeluarkan sinaran inframerah mereka sendiri, yang dapat dikesan oleh teleskop dan digunakan untuk membezakannya dari bintang-bintang mereka. Planet yang mengorbit kerdil coklat (objek yang tidak diklasifikasikan secara teknikal sebagai bintang, kerana ia tidak panas atau cukup besar untuk menghasilkan reaksi fusi, dan dengan itu mengeluarkan sedikit cahaya) juga dapat dikesan lebih mudah.
Pencitraan langsung juga telah digunakan untuk mengesan beberapa planet penyangak yang sangat besar-yang melayang secara bebas melalui ruang, bukannya mengorbit bintang.
Lensa graviti
Semua kaedah yang terdahulu dalam senarai ini memberi makna kepada seorang ahli saintifik di beberapa tahap intuitif. Lensa graviti, yang digunakan untuk menemui segelintir exoplanet, memerlukan pemikiran yang lebih abstrak.
Bayangkan satu bintang yang sangat jauh, dan bintang lain kira-kira separuh jalan antara Bumi dan Bumi. Pada saat-saat yang jarang berlaku, kedua-dua bintang mungkin hampir bersatu, hampir bertindih satu sama lain di langit malam. Apabila ini berlaku, daya graviti bintang lebih dekat bertindak seperti lensa, membesarkan cahaya masuk dari bintang jauh ketika ia melintas dekatnya untuk mencapai kita.
Satu simulasi lensa graviti, yang menunjukkan cahaya yang datang dari galaksi jauh secara ringkasnya diperbesarkan oleh lubang hitam di tengah-tengah. (Imej melalui Urbane Legend) Sekiranya bintang yang mempunyai planet di orbit dekat bertindak sebagai lensa graviti, medan graviti planet itu boleh menambah sumbangan yang sedikit tetapi dapat dikesan untuk acara pembesaran. Oleh itu, dalam beberapa kes jarang berlaku, para astronom telah dapat menyimpulkan kehadiran planet-planet jauh dengan cara mereka membesarkan cahaya bintang-bintang yang jauh lebih jauh.
Grafik penemuan exoplanet menjelang tahun, dengan kaedah pengesanan diwakili oleh warna. Hijau = transit, biru = kecepatan radial, merah = pengimejan langsung, oren = lensa graviti. (Imej melalui Wikimedia Commons / Aldaron)
