Bilim adamları dış gezegenleri nasıl bulur? Bir bilim adamı onu çok uzakta bulabilir mi?
Merhaba arkadaşlar, bilmeden [Bilim mantıklı] serimiz pek çok sorun için çalışıyor.
Bu seride bilim adamlarının güneş ile dünya arasındaki çapı, kütleyi, uzaklığı ve sistem dışındaki yıldızlar arasındaki mesafeyi ölçmeleri için çeşitli yöntemler tanıttık Herkes için bir bilgi var mı? Şimdi bilim adamlarının dış gezegenleri nasıl bulduklarını anlatacağız ~
Doğrudan Gözlem Yöntemi - "Overlord Pruva Tutar"
Dış gezegenlerin keşfi, güneş sistemindeki gezegenlerin keşfinden farklıdır ve bir kat daha zordur. Öncelikle, en yakın komşu Neptün bile, güneş sistemindeki en uzak gezegen olan Neptün'den 8.000 kat daha uzaktadır. Dış gezegenin kendisi ışık yaymaz ve ana yıldızın ışığına kolayca batırılır, tıpkı karanlık bir yolda bir arabanın uzun huzmesinin yanındaki ateşböceği gibi, doğrudan gözlemlemek temelde imkansızdır.
Ancak burada bahsettiğimiz şey görünen banttır. Bilim adamlarına göre,% 30 yansıtma oranına sahip bir gezegen, ana yıldızdan yaklaşık 2 milyar kat daha koyu görünür bir banda sahip olacak ve eğer 10m kızılötesi bant içindeyse, "parlaklığı" ana yıldızınkinin 1 / 10'una ulaşabilir. Bu sayı hala şaşırtıcı derecede küçük olmasına rağmen, zaten gözlemlenebilir insan aralığı içindedir.
Spitzer Uzay Teleskobu
Bu yöntem, insanlık için bir gereklilik, yani dünya atmosferinin etkisinden kurtulmak için yüzeyden çıkması gerektiğini ortaya koymaktadır. NASA tarafından 2003 yılında başlatılan Spitzer Uzay Teleskobu, dış gezegenleri bulmak için bu yöntemi kullandı. Büyük umutları olan James Webb Uzay Teleskobu, kızılötesi görüntülemenin çözünürlüğünü büyük ölçüde artırabilecek, maalesef finansman sorunları nedeniyle fırlatılması gecikti.
Bu şekilde, keşfedilecek en uygun gezegenler, sıcak Jüpiter gibi ev sahibi yıldıza daha yakın gezegenlerdir.
Astrometri solucanları büyük ağaçları sallıyor
Herhangi bir gök cisiminin evrensel kütleçekimine sahip olduğunu biliyoruz, bu nedenle bir yıldız bir gezegeni etkilemek için yerçekimini kullandığında, gezegen de kendi yıldızını etkilemek için yerçekimini kullanıyor.
Bu nedenle, bir dış gezegen yıldızın etrafında döndüğünde, herhangi bir konumdaki konumu, ev sahibi yıldızın konumunun ona doğru hafifçe eğilmesine neden olacaktır.
Astrometri
Açıktır ki, kol uyluğu bükemez, bu sapma çok küçüktür, ağacı sallayan solucana eşdeğerdir. Bu nedenle dünyadan bu mesafeyi gözlemlemek hala çok zor. Bu nedenle, bu yöntem bizim için iki şart ortaya koyuyor: Birincisi, gezegenin kütlesi yeterince büyük olmalı ve ikincisi bizden çok uzak olmamalıdır. Elbette evrensel çekim formülüne göre, gezegenin ev sahibi yıldıza daha yakın olması daha iyidir.
Evet, yukarıdakiyle aynı koşullar görünüyor. Bu nedenle, bu yöntem teorik olarak uygulanabilir olsa da, aslında, 2016 itibariyle, bu yöntemi yalnızca bir dış gezegeni keşfetmek için kullandık - HD 176051 b.
Avrupa Uzay Ajansı'nın Gaia sondası, Samanyolu'ndaki 1 milyar yıldızın son derece yüksek hassasiyetle ayrıntılı gözlemlerini yapmaya adanmıştır. Bununla birlikte, "tavşanlar ve tavşanlar" olarak adlandırılan bu veriler, bilim insanlarının gezegenleri olup olmadığını belirlemek için astrometri kullanmalarına yardımcı olabilir.
Sokak lambaları altında geçiş yöntemi-sivrisinekler
Bu benim en sevdiğim örneklerden biri ve karmaşık bilimi popülerleştirmedeki zekamı yansıtıyor ~ Örnekler aşağıdaki gibidir:
Bir yaz akşamı hayal edin, yolda yürüyorsunuz, sokaktaki sokak lambaları yola bir ışık çemberi çiziyor. Bu açıklığa baktığınızda, her yerde sarkan birkaç küçük siyah nokta görürsünüz. Bakmadan hayal edebilirsiniz: bu, sokak lambasının altındaki birkaç sivrisinek gölgesidir.
Benzer şekilde, eğer bir dış gezegen, ev sahibi yıldız ile dünya arasındaysa, sözde "geçişli" göksel fenomen meydana gelecek ve aynı zamanda yıldız ışığında değişikliklere neden olacaktır. Modern ekipmanların yardımıyla çıplak gözle görülmesi imkansız olan bu değişim, insan bilgeliğinin kristalleşmesiyle de yakalanabilir. Bu yönteme geçiş veya gizleme denir.
Transit Yöntemi
Burada da belirli bir gereklilik vardır, yani dünya temelde gezegenin yörüngesinin düzlemindedir, aksi takdirde dünya ile ev sahibi yıldız arasında engel olamaz. Aynı zamanda, ana yıldıza daha yakın ve aynı zamanda dünyaya daha yakın olmalıdır, aksi takdirde ekipmanımız parlaklıktaki değişiklikleri gözlemleyemez.
En ünlü Hubble Uzay Teleskobu ve Kanada'nın MOST Uzay Teleskobu, dış gezegenleri bulmak için bu yöntemi kullanır.
Görüş hattı hızı yöntemi-Doppler etkisi
Bu yöntemin özü, yukarıda bahsedilen astrometrik yöntemle aynıdır, yani gezegenin devrimi sırasında kütleçekim kuvvetinin neden olduğu yıldızın konumunda küçük sapmanın ölçülmesidir. Bununla birlikte, bu yöntem yıldızın kaydığı mesafeyi değil, spektrumu ölçer.
Gök cisimlerinin bölüm dışındaki mesafesini hesaplama hakkındaki makalemizi hatırlıyorsanız, on milyarlarca ışıkyılı uzaklıktaki gök cisimlerinin mesafesini ölçme yöntemini - kırmızıya kayma yöntemini hatırlamalısınız. Doppler efektini kısaca tanıtalım: Gök cismi bizden uzaktaysa, spektrum kırmızıya kayar, buna kırmızı kayma denir; bize yakın gök cismi, spektrum mavi kayma denen maviye kayar.
Bu nedenle, bir yıldızın düzenli bir spektral kayması olduğunu bulursak, ona eşlik eden bir yıldız veya gezegene sahip olduğuna karar verebiliriz. Açıkçası, bir yoldaş yıldız varsa, gözlemleyebileceğimiz bir yıldızdır; yoldaş bir yıldız değilse, bir gezegendir.
Kepler Uzay Teleskobu
Şu anda bu, dış gezegenleri keşfetmenin en etkili yoludur ve keşfedilen dış gezegenlerin çoğu bu yöntemden gelir. Üstelik göksel mesafe ölçümü konusunda da söylediğimiz gibi, bu yöntem gök cisimlerinin mesafesinden etkilenmez ve binlerce ışık yılı uzakta olsa bile gözlemlenebilir. Tabii ki, spektrumun önemli ölçüde değişmesi için, gezegenin yıldız üzerindeki çekim kuvveti daha iyidir. Benzer şekilde, yörünge olabildiğince küçük ve kütle mümkün olduğunca büyük olmalıdır.
Bu yöntem, gökbilimciler şüpheli bir dış gezegen bulmak için geçiş yöntemini kullandıklarında doğrulanabilir ve aynı zamanda gezegenin kütlesini tahmin etmek için birlikte kullanılabilir. NASAnın 2009'da başlatılan ve 2018'de emekliye ayrılan Kepler Uzay Teleskobu, dış gezegenleri bulmak için bu yöntemi kullandı.
Mikro Yerçekimsel Lens Yöntemi-Einstein'ın Aracı
Yerçekimi merceğinin şematik diyagramı
Görelilik teorisi bize uzayın yerçekimi (veya kütle) etkisi altında bozulabileceğini ve bu da ışığın bozulmasına neden olabileceğini söyler. Bir gök cismi eylemi altında, arkasındaki gök cismi tarafından yayılan ışık, dışbükey bir mercek gibi odaklanarak, diğer gök cisimleri tarafından bloke edilen gök cismi gözlemlememizi sağlar.
Bu nedenle, bir yıldızın neden olduğu kütleçekimsel merceklenme etkisinin değişip değişmediğini gözlemlemeye devam edebiliriz. Gezegenleri varsa, o zaman gezegeninin konumu değiştiğinde, ikisinin kütle merkezi kayacak ve bu da yeryüzündeki gök cisimlerinin "arkasındaki" gök cisimlerini görüntülemenin etkisini ortaya çıkaracaktır.
Bu yöntemin avantajı, nispeten küçük bir kütleye sahip dış gezegenleri aramamıza izin vermesidir. İnsanlar tarafından keşfedilen ilk küçük kütleli ve büyük yörüngeli dış gezegen OGLE-05-390L b bu şekilde keşfedildi.
Pulsar zamanlama yöntemi-doğru bir kronometrenin ipuçları
Yüksek hızda dönen ve güçlü darbeler yayan nötron yıldızları olan evren pulsarlarında bir tür gök cismi vardır. Dönüşleri çok tekdüzedir, dış etki olmadığı sürece hiçbir değişiklik olmayacaktır.
Bu nedenle dönüşünün düzensiz olması, etrafında gezegenler olduğunu kanıtlar.
Tabii ki, bu yöntem gezegenin bir pulsarın yanında bir gezegen olmasını gerektiriyor, bu nedenle bu durum, bilim adamları tarafından 1992'de keşfedilen PSR 1257 + 12 pulsar gezegeni gibi çok nadirdir.
sonuç olarak
Genel olarak, bilim adamlarının dış gezegenleri bulmasının pek çok yolu vardır. Açıkçası, ilki dışında, diğerlerinin tümü dolaylı yöntemlerdir, yani gezegenlerin diğer gök cisimleri üzerindeki etkisini kullanmaktır. Bu nedenle, eğer bir gezegenin onu gözlemleyebileceğimiz kadar büyük bir etkiye sahip olmasını istiyorsak, onun kütlesi ve onun yıldız ile ev sahibi yıldız arasındaki mesafe konusunda belirli gereksinimlerimiz vardır ve bu da keşfettiğimiz çoğu dış gezegene yol açar. Çok büyük ve yakın bir gezegendir.
Daha küçük gezegenleri keşfetmek için daha gelişmiş ve sofistike yöntemlere sahip olmamız gerekir Bu aynı zamanda bilim adamlarının sıkı çalışmaya devam ettiği yöndür. Sonuçta, büyük gezegenler insanlara dost değil. Sadece dünyaya yakın gezegenler bizim bir sonraki evimiz veya evrendeki bir sonraki durağımız olabilir.
