Eksoplaneedid: maailmad väljaspool meie päikesesüsteemi

Noorim seni avastatud eksoplaneet on vähem kui miljon aastat vana.

Siiani avastatud noorim eksoplaneet on vähem kui miljon aastat vana ja tiirleb ümber 420 valgusaasta kaugusel asuva tähe Coku Tau 4. Astronoomid järeldasid planeedi kohalolekust tähega ümbritsetud tolmuse ketta tohutust august. Auk on Maa orbiidist Päikese ümber kümme korda suurem ja tõenäoliselt põhjustatud sellest, et planeet teeb tähe ümber tiirutades tolmust ruumi. (Pildikrediit: NASA)





Eksoplaneedid on planeedid väljaspool meie enda päikesesüsteemi. Viimase kahe aastakümne jooksul on avastatud tuhandeid, peamiselt NASA Kepleri kosmoseteleskoobi abil.

Neid maailmu on väga erineva suuruse ja orbiidiga. Mõned on hiiglaslikud planeedid, mis kallistavad oma vanematähti; teised on jäised, mõned kivised. NASA ja teised agentuurid otsivad erilist planeeti: Maaga sama suurust, mis tiirleb päikesetaolise tähe ümber elamiskõlblikus tsoonis.

Elamiskõlblik tsoon on kauguste vahemik tähest, kus planeedi temperatuur võimaldab vedelaid ookeane, mis on eluks Maal kriitilised. Tsooni varaseim määratlus põhines lihtsal termilisel tasakaalul, kuid praegused elamiskõlbliku tsooni arvutused hõlmavad paljusid muid tegureid, sealhulgas planeedi atmosfääri kasvuhooneefekti. See muudab elamiskõlbliku tsooni piirid häguseks.



Astronoomid teatasid 2016. aasta augustis, et nad võisid leida sellise a Proxima Centauri ümber tiirlev planeet . Teadlaste sõnul on uus maailm, tuntud kui Proxima b, umbes 1,3 korda massiivsem kui Maa, mis viitab sellele, et eksoplaneet on kivine maailm. Planeet on ka tähe oma elamiskõlblik tsoon , vaid 4,7 miljoni miili (7,5 miljoni kilomeetri) kaugusel oma võõrustajast. See läbib ühe tiiru iga 11,2 Maa päeva jooksul. Selle tulemusena on tõenäoline, et eksoplaneet on korrapäraselt lukustatud, mis tähendab, et see näitab peremehetähele alati sama nägu, nii nagu Kuu näitab Maale ainult ühte nägu (lähikülg).

Enamiku eksoplaneete on avastanud Kepleri kosmoseteleskoop - vaatluskeskus, mis alustas tööd 2009. aastal ja peaks oma missiooni lõpetama 2018. aastal, kui kütus otsa saab. 2018. aasta märtsi keskpaiga seisuga , Kepler on avastanud 2342 kinnitatud eksoplaneeti ja paljastanud veel 2245 teise eksisteerimise. Kõigi vaatluskeskuste avastatud planeetide koguarv on 3 706.

Varased avastused

Kuigi eksoplaneete kinnitati alles 1990ndatel, olid astronoomid aastaid varem veendunud, et nad on seal väljas. See polnud pelgalt soovmõtlemine, vaid see, kui aeglaselt pöörleb meie enda päike ja teised taolised tähed, ütles Briti Columbia ülikooli astrofüüsik Jaymie Matthews guesswhozoo.com -ile. Matthews, aeg -ajalt eksoplaneetide teleskoopide vaatleja MOST (Microvariability and Oscillations of STars) missiooniteadlane, osales mõnes varajases eksoplaneedi avastuses.



Astronoomidel oli meie päikesesüsteemi päritolulugu. Lihtsamalt öeldes varises gaasi- ja tolmupilv (mida nimetatakse protosolaarseks uduks) oma raskusjõu mõjul ning moodustas päikese ja planeedid. Kui pilv varises kokku, tähendas nurkkiiruse säilitamine peagi saabuvat päikest kiiremini ja kiiremini. Kuid kuigi päike sisaldab 99,8 protsenti päikesesüsteemi massist, on planeetidel 96 protsenti nurkkiirusest. Astronoomid küsisid endalt, miks päike nii aeglaselt pöörleb.

Noorel päikesel oleks olnud väga tugev magnetväli, mille jõujooned ulatusid keerleva gaasi kettale, millest planeedid tekkisid. Need väljajooned ühendati gaasi laetud osakestega ja toimisid ankrutena, aeglustades tekkiva päikese pöörlemist ja pöörates üles gaasi, mis lõpuks muutus planeetideks. Enamik tähti nagu päike pöörleb aeglaselt, nii et astronoomid järeldasid, et nende jaoks toimus sama magnetiline pidurdamine, mis tähendab, et nende jaoks pidi planeet moodustuma. Tagajärg: Päikesetaoliste tähtede ümber peavad planeedid olema tavalised.

Sel põhjusel ja muudel põhjustel piirasid astronoomid esialgu eksoplaneetide otsimist päikesele sarnaste tähtedega, kuid kaks esimest avastust olid seotud pulsari (supernoovana surnud tähe kiiresti pöörlev laip) nimega PSR 1257+12. 1992. Päikesetaolise tähe ümber tiirleva maailma esimene kinnitatud avastus 1995. aastal oli 51 Pegasi b-Jupiteri massiga planeet, mis on oma päikesele 20 korda lähemal kui meie. See oli üllatus. Kuid seitse aastat varem ilmus veel üks veidrus, mis vihjas tulevaste eksoplaneetide rikkusele.



Kanada meeskond avastas 1988. aastal Gamma Cephei ümbrusest Jupiteri suuruse planeedi, kuid kuna selle orbiit oli Jupiteri omast palju väiksem, ei väitnud teadlased lõplikku planeedi avastamist. 'Me ei oodanud selliseid planeete. See erines meie päikesesüsteemi planeedist piisavalt, et nad olid ettevaatlikud, 'ütles Matthews.

Enamik esimesi eksoplaneetide avastusi olid tohutud Jupiteri suurused (või suuremad) gaasigigandid, mis tiirlesid nende vanemate tähtede lähedal. Selle põhjuseks on asjaolu, et astronoomid tuginesid radiaalkiirustehnikale, mis mõõdab, kui palju täht 'kõigub', kui planeet või planeedid selle ümber tiirlevad. Need suured planeedid sulguvad, tekitades vastavalt suure mõju nende algtähele, põhjustades hõlpsamini tuvastatavat võnkumist.

Enne eksoplaneetide avastuste ajastut suutsid instrumendid tähtede liikumist mõõta vaid kilomeetri sekundis, liiga ebatäpsed, et avastada planeedist tulenevat võnkumist. Nüüd suudavad mõned instrumendid Matthewsi sõnul mõõta kiirust kuni sentimeetrini sekundis. 'Osaliselt tänu parematele seadmetele, aga ka seetõttu, et astronoomid on nüüd kogenumad andmete peentest signaalidest välja kiskuma.'

Kepler, TESS ja teised vaatluskeskused

Kepler käivitati 2009 Peamine missioon Cygnuse tähtkuju piirkonna jälgimiseks. Kepler täitis seda ülesannet neli aastat - kahekordistades oma esialgset eluiga - kuni enamus reaktsioonirattad (osutusseadmed) ebaõnnestus. Seejärel pani NASA Kepleri uuele missioonile nimega K2, kus Kepler kasutab päikesetuule survet, et säilitada positsioon ruumis. Vaatluskeskus vahetab perioodiliselt oma vaatevälja, et vältida päikesevalgust. Kepleri planeetide avastamise tempo aeglustus pärast K2 -le üleminekut, kuid sellegipoolest leitakse uut meetodit kasutades sadu eksoplaneete. Selle viimane avaldatud teave, veebruaris 2018, sisaldas 95 uut planeeti.

Võõraste maailmade infograafik 20

Välismaalaste infograafika 20'x60 'plakat. Osta siit (Pildi krediit: guesswhozoo.com Store)

Kepler on paljastanud erinevat tüüpi planeetide küllusesarve. Lisaks gaasigigantidele ja maapealsetele planeetidele on see aidanud määratleda täiesti uue klassi, mida nimetatakse supermaad ': planeedid, mis jäävad Maa ja Neptuuni suuruse vahele. Mõned neist asuvad oma tähtede elamiskõlblikes tsoonides, kuid astrobioloogid lähevad tagasi joonestuslaua juurde, et kaaluda, kuidas elu sellistel maailmadel areneda võib. Kepleri tähelepanekud näitasid, et supermaad on meie universumis palju. (Kummalisel kombel ei paista meie päikesesüsteemis olevat sellise suurusega planeeti, kuigi mõned usuvad, et päikesesüsteemi välispiirkondades võib varitseda suur planeet hüüdnimega „Üheksa planeet”.)

Kepleri esmane planeetide otsimise meetod on transiidimeetod. Kepler jälgib tähe valgust. Kui valgus tuhmub korrapäraste ja etteaimatavate ajavahemike järel, näitab see, et planeet läbib tähe nägu. 2014. aastal avalikustasid Kepleri astronoomid (sealhulgas Matthewsi endine õpilane Jason Rowe) uue meetodi „mitmekordse kinnitamise meetod”, mis suurendas astronoomide kandidaatplaanide kinnitatud planeetide edendamise kiirust. Tehnika põhineb orbiidi stabiilsusel - paljud tähe lühiajalised transiidid võivad olla tingitud ainult väikeste orbiitidega planeetidest, sest jäljendada võivad varjutavad tähed tõmbaksid üksteisest süsteemist välja vaid mõne miljoni aasta pärast.

Kepleri missiooni lõpetades loodetakse 2018. aasta kevadel avada uus vaatluskeskus nimega Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS). TESS tiirleb ümber Maa iga 13,7 päeva tagant ja viib kahe aasta jooksul läbi kogu taeva. See uurib lõunapoolkera esimesel aastal ja põhjapoolkera (mis sisaldab algupärast Kepleri välja) teisel aastal. Eeldatakse, et vaatluskeskus paljastab palju rohkem eksoplaneete, sealhulgas vähemalt 50, mis on umbes Maa suurused.

Muud silmapaistvad planeedijahi vaatluskeskused (minevikus ja praegu) on järgmised:

  • HARPS-spektograafia Euroopa lõunaobservatooriumi 3,6-meetrisest teleskoobist Tšiilis La Silla, mille esimene tuli oli aastal 2003. Seade on loodud vaatama võnkumisi, mida planeet tähe pöörlemisel esile kutsub. HARPS on ise leidnud üle 100 eksoplaneedi ning seda kasutatakse regulaarselt Kepleri ja teiste vaatluskeskuste tähelepanekute kinnitamiseks.
  • Kanada mikroskoopiline mikroskoopiline muutlikkus ja võnkumised (MOST), mis alustas vaatlusi 2003. aastal. MOST on loodud jälgima tähe astroseismoloogiat ehk tähevärinaid. Kuid ta on osalenud ka eksoplaneetide avastustes, näiteks eksoplaneet 55 Cancri e.
  • Prantsuse kosmoseagentuuri CoRoT (COnvection ROtation and planetary Transits), mis töötas aastatel 2006–2012. See leidis paar tosinat kinnitatud planeeti, sealhulgas COROT-7b-esimene eksoplaneet, millel oli valdavalt kivi- või metallikoostis.
  • NASA/Euroopa Kosmoseagentuuri Hubble ja NASA Spitzeri kosmoseteleskoobid, mis jälgivad perioodiliselt planeete vastavalt nähtaval või infrapuna lainepikkusel. (Lisateavet planeedi atmosfääri kohta saate infrapunaühenduse kaudu.)
  • Euroopa iseloomustav ExOPlanets Satellite (CHEOPS), mis peaks stardivalmis olema eeldatavasti 2018. aastal. Missiooni eesmärk on arvutada täpselt planeetide läbimõõdud, eriti need planeedid, mis jäävad super-Maa ja Neptuuni masside vahele.
  • NASA James Webbi kosmoseteleskoop, mis käivitatakse eeldatavasti aastal 2020. See on spetsialiseerunud vaatlustele infrapuna lainepikkustel. Eeldatakse, et võimas vaatluskeskus annab rohkem teavet teatud eksoplaneetide atmosfääri elamiskõlblikkuse kohta.
  • Euroopa Kosmoseagentuuri teleskoop PLAnetary Transits and Oscillations of Starts (PLATO), mille käivitamine peaks toimuma eeldatavasti aastal 2024. Selle eesmärk on teada saada, kuidas planeedid tekivad ja millised tingimused, kui üldse, võivad olla elule soodsad.
  • ESA ARIEL (Atmospheric Remote-Sensing Infrared Exoplanet Large-survey) missioon, mis algab 2028. aasta keskel. Eeldatakse, et ta jälgib 1000 eksoplaneeti ja teeb ka uuringu nende atmosfääri keemilise koostise kohta.

Diagramm, mis näitab Kepleri avastatud uute välismaalaste planeetide suhtelisi suurusi võrreldes Maa ja Jupiteriga.

Diagramm, mis näitab Kepleri avastatud uute välismaalaste planeetide suhtelisi suurusi võrreldes Maa ja Jupiteriga.(Pildikrediit: NASA/Tim Pyle)

Märkimisväärsed eksoplaneetid

Kuna valida on tuhandete vahel, on raske paari kitsendada. Elamiskõlbliku tsooni väikesed tahked planeedid on automaatselt väljapaistvad, kuid Matthews tõi välja viis muud eksoplaneeti, mis on laiendanud meie perspektiivi planeetide kujunemise ja arengu kohta:

  • 51 Pegasi b: Nagu varem mainitud, oli see esimene planeet, mis päikesetaolise tähe ümber kinnitust leidis. Pool Jupiteri massist tiirleb ümber oma päikese umbes Merkuuri kaugusel meie Päikesest. 51 Pegasi b on oma algtähega nii lähedal, et see on tõenäoliselt hoolega lukustatud, mis tähendab, et üks külg on alati tähe poole suunatud.
  • HD 209458 b: See oli esimene planeet (1999. aastal), mis oma tähe läbis (kuigi see avastati Doppleri võnkumistehnika abil) ja järgnevatel aastatel kogunes rohkem avastusi. See oli esimene planeet väljaspool Päikesesüsteemi, mille puhul saime kindlaks teha selle atmosfääri aspektid, sealhulgas temperatuuriprofiili ja pilvede puudumise. (Matthews osales mõnes vaatluses, kasutades MOST -i.)
  • 55 Vähk: See super-Maa tiirleb ümber tähe, mis on piisavalt ere, et seda silmaga näha, mis tähendab, et astronoomid saavad süsteemi üksikasjalikumalt uurida kui peaaegu kõik teised. Selle „aasta” on vaid 17 tundi ja 41 minutit pikk (tuvastati, kui MOST vaatas süsteemi kaks nädalat 2011. aastal). Teoreetikud spekuleerivad, et planeet võib olla süsinikurikas, teemanttuumaga.
  • HD 80606 b: Selle avastamise ajal 2001. aastal kuulus sellele rekord kui ekstsentrilisim eksoplaneet, mis kunagi avastatud. Võimalik, et selle veider orbiit (mis sarnaneb Halley komeediga päikese ümber) võib olla tingitud mõne teise tähe mõjust. Selle äärmuslik orbiit muudaks planeedi keskkonna äärmiselt muutlikuks.
  • WASP-33b: See planeet avastati 2011. aastal ja sellel on omamoodi päikesekaitsekiht - stratosfäär -, mis neelab osa oma algtähe nähtavast ja ultraviolettkiirgusest. See planeet mitte ainult ei tiirle ümber oma tähe 'tagurpidi', vaid käivitab ka tähe vibratsiooni, mida näeb MOST satelliit.