5 načina kako otkriti egzoplanet

Odavno znamo za postojanje planeta u našem Sunčevu sustavu: uz Zemlju, još ih je sedam koji se okreću oko Sunca. Prvi planet izvan Sunčeva sustava potvrđen je tek 1992. godine, a takvi planeti nazivaju se egzoplanetima (riječ je skraćenica od pojma ekstrasolarni planet, što prebačeno u naš jezik postaje egzoplanet). Samo je pedesetak planeta bilo poznato deset godina poslije, da bi do danas bilo otkriveno (i potvrđeno) njih više od četiri tisuće! Broj novootkrivenih egzoplaneta stalno se mijenja i trenutačno stanje možete pratiti na NASA-inim mrežnim stranicama, a kojom brzinom su planeti otkrivani od 1992. godine pogledajte u animaciji.

U nastavku pročitajte o glavnim metodama kojima se otkrivaju egzoplaneti, točnije rečeno kandidati za egzoplanete jer da bi se kandidat „okrunio“ titulom egzoplaneta potrebno ga je potvrditi barem dvjema nezavisnim metodama.

A evo i koje su to metode:

   1. Izravno fotografiranje

   2. Tranzit

   3. Astrometrija

   4. Radijalna brzina

   5. Gravitacijske mikroleće

1. Izravno fotografiranje

Zaklanjanjem svjetlosti zvijezde egzoplanetnoga sustava, u teleskopskoj fotografiji otkriva se egzoplanet. Ovom metodom do danas je otkriveno pedesetak egzoplaneta.

Egzoplaneti su više od milijun puta tamniji od zvijezda oko kojih se okreću. Zbog toga ih se ne može izravno fotografirati teleskopom – od sjaja zvijezde egzoplanet se neće vidjeti. Međutim, uz pomoć metoda koje zaklanjaju svjetlost zvijezde, izravnim fotografiranjem ipak se u fotografiji može otkriti egzoplanet. Jedna takva metoda je koronografija: uređaj unutar teleskopa zaklanja svjetlost zvijezde i ne dopušta joj da dopre do teleskopskog detektora. 

Druga metoda je tek u razvoju, a ideja je koristiti se svjetlosnim štitom (engl. starshade) koji bi teleskopima u orbiti oko Zemlje zaklanjao zvjezdanu svjetlost tako da ona uopće ne dopre do svemirskog teleskopa. Pogledajte animaciju u nastavku.

 

Metodom izravnog fotografiranja do danas je otkriveno samo pedesetak egzoplaneta, ali mnogo nade polaže se u ovu metodu kao jednu od ključnih metoda u budućnosti. 

2. Tranzit

Kad planet u svojoj putanji oko zvijezde prođe između zvijezde i opažačice, on opažačici malo „zatamni” sjaj zvijezde – mjerenjem tog zatamnjenja dobivamo uvid u postojanje egzoplaneta. Ovom je metodom do danas otkriveno više od 3100 egzoplaneta.

Slično kao pri pomrčini, kojoj se možemo diviti golim očima kada, primjerice, Mjesečev disk zakloni Sunčev pa time i velik dio Sunčeve svjetlosti, planet koji se kreće između svoje zvijezde i opažačice zaklanja dio zvijezdine svjetlosti. Iako mala, ta promjena zvijezdina sjaja (koja se naziva svjetlosnom krivuljom i prikazana je u lijevom dijelu animacije) može se mjeriti. Ona astronomima daje uvid u postojanje egzoplaneta (ili egzoplanetnog sustava). Međutim, to nije sve! Iz svjetlosne se krivulje može izračunati niz korisnih informacija: što je planet veći, to će više svjetlosti „zakloniti“, a što je udaljeniji od svoje zvijezde, to će prijelaz biti dulji. Ovom metodom do danas je otkriveno najviše egzoplaneta, njih više od 3100.

3. Astrometrija

Gravitacijsko privlačenje egzoplaneta (ili sustava više egzoplaneta) pomalo „odvlači“ zvijezdu oko koje se okreće – ona se giba oko zajedničkog središta mase te se promjena njezina položaja na nebu može bilježiti i tako se otkrije egzoplanet. Ovom metodom dosad je otkriven samo jedan egzoplanet.

Iako je planet mnogo manje mase od zvijezde pa je time i njegov gravitacijski utjecaj na zvijezdu mnogo manji od zvijezdina na egzoplanet, on se ipak može opaziti. Zbog gravitacijskog utjecaja planeta na zvijezdu, ona neće stajati u mjestu, nego će se (kao i planet) gibati oko zajedničkog središta mase. Opaziti se može i promjena zvijezdina položaja na nebu dok se ona giba oko zajedničkog središta mase (a mjerenje položaja nebeskih tijela naziva se astrometrijom). Naravno, potrebni su instrumenti koji vrlo precizno mogu odrediti položaj zvijezde jer su promjene položaja vrlo male. Zbog toga je do danas ovom metodom otkriven samo jedan egzoplanet. 

4. Radijalna brzina

Gravitacijsko privlačenje egzoplaneta (ili sustava s više egzoplaneta) koji kruži oko svoje zvijezde pomalo „odvlači“ zvijezdu – gibajući se oko zajedničkog središta mase, zvijezda se u jednom dijelu svoje orbite približava prema opažačici te odašilje plaviju svjetlost, a kada se, u drugom dijelu svoje orbite, od opažačice udaljava, odašilje joj crveniju svjetlost i time ukazuje na postojanje egzoplaneta. Do danas je ovom metodom otkriveno više od 760 egzoplaneta.

U suštini ove metode isto je djelovanje koje je opisano u prethodnoj točki, osim što se teleskopima ne mjeri promjena položaja zvijezde, nego njezin spektar zračenja. Kroz spektar zračenja zvijezde mjere se promjene u njezinoj brzini (točnije komponenti brzine u smjeru gledanja, odnosno radijalnoj komponenti) prateći kako se zvijezda i planet kreću oko zajedničkog središta mase. Ako je ravnina toga gibanja u odnosu na opažačicu takva da je vidimo bočno ili pod nekim kutem (samo ne odozgo odnosno iz ptičje perspektive), zvijezda će se u jednom dijelu svoje putanje oko središta mase gibati prema nama, a u drugom dijelu od nas. Kad nam se približava, svjetlosni valovi koje zrači bit će pomaknuti prema plavom dijelu spektra, a kad se udaljava od nas, prema crvenom. To je takozvani Dopplerov efekt koji najbolje poznajemo iz svakodnevnog života, primjerice kad zrakoplov ili kola hitne pomoći projure pokraj nas: zvuk koji čujemo postaje sve viši kako nam se kola približavaju, a onda sve niži kako se udaljavaju od nas. U slučaju svjetlosnih valova, to odgovara pomaku prema plavom i crvenom dijelu spektra; pogledajte animaciju u nastavku. Do danas je tako otkriveno više od 760 ekstrasolarnih planeta. 

5. Gravitacijske mikroleće 

Kad između neke daleke zvijezde i opažačice prolazi neka druga zvijezda ili egzoplanet, svjetlost daleke zvijezde savija se i fokusira slično kao svjetlost koja prolazi kroz povećalo – dolazi do (sporog) „bljeska“ svjetlosti! A kada prolaze i zvijezda i uz nju vezan egzoplanet, ponekad dolazi do dvostrukog „bljeska“ – otkrivanjem ovakvih „bljeskova“ otkrivaju se egzoplaneti.  Do danas je ovom metodom otkriveno osamdesetak egzoplaneta.

Svjetlosna putanja ponekad je savijena, a ne pravocrtna. To se događa kada zraka svjetlosti prolazi pokraj velike mase jer je ondje, prema Einsteinovoj općoj teoriji relativnosti, prostor-vrijeme zakrivljeno, a svjetlost prati tu zakrivljenu stazu (to je djelovanje prvi puta potvrđeno eksperimentom za potpune pomrčine Sunca 1919. godine koji je Einsteina i njegove teorije učinio planetarno popularnima). 

Efektom mikroleće naziva se prividno uvećanje sjaja nekog nebeskog tijela (primjerice zvijezde ili kvazara) kada između njega i promatračica prođe neko drugo tijelo (ili više njih). Kako tijelo prolazi ispred pozadinske zvijezde (gledano od nas promatrača) tako se uvećava sjaj pozadinske zvijezde i zatim pada na svoju osnovnu vrijednost. Ako se planet koji je gravitacijski vezan uza zvijezdu koja prolazi ispred pozadinske zvijezde nađe u pravom položaju, i on će doprinijeti uvećanju sjaja pozadinske zvijezde te će se u svjetlosnoj krivulji to zabilježiti kao dodatni nagli porast i pad (pogledajte animaciju). 

Ovom metodom otkriveno je osamdesetak egzoplaneta. Jedna od njezinih velikih prednosti jest to što omogućuje otkrivanje „osamljenih“ egzoplaneta – onih koji se ne okreću oko zvijezde, nego u osami „plutaju“ svemirom.

Vezani članci

Donosimo još jednu epizodu NASA-ina mjesečnog video serijala Što nas čeka? s prijevodom na hrvatski, koji vam može koristiti kada bude trebalo odlučiti kamo usmjeriti pogled u rujansko nebo.Jedna od zanimljivosti i dalje je Mjesec, a ako još niste preuzeli e-knjigu o Mjesecu na dar, požurite! :) . Prijepis Što nas čeka u rujnu?...

U duhu proslave pedesete obljetnice spuštanja prvog čovjeka na Mjesec te stote obljetnice Međunarodnog astronomskog saveza (IAU100) kao dio proslave IAU100 sa zadovoljstvom Vam prenosimo ovaj tekst o Mjesecu koji je 1997. godine napisao planetolog G. Jeffrey Taylor (danas emeritus na sveučilištu University of Hawai'i...

Kao dio proslave IAU100 – stote obljetnice Međunarodnog astronomskog saveza (IAU) – kroz program «Einsteinovske škole», koji se provodi po cijelome svijetu, posebno se obilježava opća teorija relativnosti. Naime, jedan od prvih dokaza Einsteinove opće teorije relativnosti – koja je promijenila naše poimanje gravitacije, prostora i...