Как открывают новую планету?

Прорыв в изучении планет произошел в 1995 году, когда мы обнаружили первую экзопланету – планету на орбите вокруг другой звезды. Внезапно мы стали чуть менее одиноки во Вселенной.

Несмотря на то что это молодая область исследований, за последние 20 лет охота за экзопланетами пережила настоящий взрыв. За это время мы обнаружили более 3 500 экзопланет и более 4 000 неподтвержденных кандидатов. В среднем на каждую звезду приходится более одной экзопланеты, а это значит, что в Млечном Пути экзопланет больше, чем звезд.

Мы так хорошо научились находить экзопланеты, что это стало почти тривиальным занятием. Теперь мы доводим наши приборы и методы до предела, чтобы узнать больше о том, из чего состоят эти планеты и есть ли у них атмосфера или вода на поверхности.

Перевод статьи Дианы Юнчер

Мы можем наблюдать тепловое излучение экзопланеты

Экзопланеты трудно найти. Они не излучают свет, как звезды, они слишком малы, чтобы блокировать большие области фонового света, как межзвездные облака, и их масса настолько мала, что их гравитационное притяжение не влияет на окружающую среду даже близко к тому, что может делать темная материя.

Большинство экзопланет мы находим с помощью так называемого косвенного метода, который наблюдает за ними опосредованно, хотя нам удалось получить изображения некоторых из них. Как и все остальное, что имеет температуру, экзопланеты испускают тепловое излучение.

Экзопланета по большей части тонет в свете своей родительской звезды, которая светит во много миллионов раз сильнее, но если система находится достаточно близко к нам и если расстояние между планетой и звездой достаточно велико, то можно сфотографировать экзопланету и отличить ее от своей звезды.

Два наиболее успешных косвенных метода – метод радиальных скоростей и транзитный метод, которые в совокупности позволили обнаружить более 95 процентов известных нам сегодня экзопланет. Эти методы являются косвенными, поскольку мы не наблюдаем сами экзопланеты, а следим за тем, как они влияют на звезды, вокруг которых вращаются.

Метод радиальных скоростей

Когда в 1995 году мы обнаружили первую планету на орбите вокруг другой звезды, это было сделано с помощью метода радиальных скоростей. Этот метод предполагает, что планета немного тянет звезду, вокруг которой она вращается, из-за их взаимного гравитационного притяжения. Это заставляет звезду немного колебаться, в то время как планета движется по своей орбите.

Это вызывает изменение длины волны звездного света, которое мы регистрируем и которое называется доплеровским смещением. Это означает, что свет звезды либо краснеет (волны кажутся длиннее и смещаются в красную часть светового спектра), когда звезда удаляется от нас, либо синеет (волны кажутся короче и смещаются в синюю часть светового спектра), когда звезда движется к нам. Мы можем найти эти планеты, обнаружив периодическое красное или синее смещение в спектре света, излучаемого звездой.

В нашей системе самой большой планетой является Юпитер, который заставляет Солнце раскачиваться вперед-назад со скоростью чуть более 12 метров в секунду. Точность лучших спектрографов, которыми мы располагаем сегодня, составляет чуть менее 1 метра в секунду. Чтобы достичь такой точности, он находится в вакууме и охлаждается до 0,01 градуса выше абсолютного нуля. Это впечатляющая точность, но она не достаточно точна, чтобы обнаружить эквивалентный эффект Земли, которая может повлиять на скорость Солнца на 0,1 метра в секунду.

Метод планетарного транзита

Если система ориентирована таким образом, что орбита планеты проходит перед звездой, как видно с Земли, она будет блокировать часть звездного света. Это называется планетарным транзитом, и использование транзитного метода позволяет обнаружить планеты, которые периодически отбрасывают тень на свою родительскую звезду.

С помощью транзитного метода мы нашли большинство известных нам сегодня экзопланет, и за это мы можем поблагодарить космический телескоп “Кеплер”. Он был запущен в 2009 году и постоянно следит за изменениями в свете более чем 145 000 звезд на одном небольшом участке неба.

К настоящему времени он обнаружил более 2 000 экзопланет и более 3 000 неподтвержденных кандидатов.