Eksoplaneetat: Maailmat aurinkokuntamme ulkopuolella

Nuorin tähän mennessä löydetty eksoplaneetta on alle miljoona vuotta vanha.

Nuorin tähän mennessä löydetty eksoplaneetta on alle miljoona vuotta vanha ja kiertää Coku Tau 4: tä, joka on 420 valovuoden päässä. Tähtitieteilijät päättelivät planeetan läsnäolon tähtiä ympäröivän pölyisen levyn valtavasta reiästä. Reikä on kymmenkertainen maapallon kiertorataan Auringon ympäri ja johtuu todennäköisesti siitä, että planeetta tyhjentää tilaa pölystä kiertäessään tähteä. (Kuva: NASA)



Eksoplaneetat ovat planeettoja oman aurinkokuntamme ulkopuolella. Tuhansia on löydetty kahden viime vuosikymmenen aikana, lähinnä NASAn Kepler -avaruusteleskoopilla.



Näitä maailmoja on valtavasti erilaisia ​​kokoja ja kiertoratoja. Jotkut ovat jättimäisiä planeettoja, jotka halaavat lähellä vanhempiaan; toiset ovat jäisiä, jotkut kivisiä. NASA ja muut virastot etsivät erityistä planeettaa: maapallon kokoista planeettaa, joka kiertää auringon kaltaista tähteä asutusalueella.

Asuttava vyöhyke on etäisyys tähdestä, jossa planeetan lämpötila sallii nestemäiset valtameret, jotka ovat kriittisiä maapallon elämälle. Varhaisin vyöhykkeen määritelmä perustui yksinkertaiseen lämpötasapainoon, mutta asutuskelpoisen vyöhykkeen nykyiset laskelmat sisältävät monia muita tekijöitä, kuten planeetan ilmakehän kasvihuoneilmiön. Tämä tekee asuinalueen rajoista sumeita.



Tähtitieteilijät ilmoittivat elokuussa 2016, että he ovat saattaneet löytää tällaisen planeetta, joka kiertää Proxima Centauria . Tutkijoiden mukaan uusi maailma, joka tunnetaan nimellä Proxima b, on noin 1,3 kertaa massiivisempi kuin maapallo, mikä viittaa siihen, että eksoplaneetta on kivinen maailma. Planeetta on myös tähdessä asuttava vyöhyke , vain 4,7 miljoonan mailin (7,5 miljoonan kilometrin) päässä isäntätähdestään. Se suorittaa yhden kiertoradan 11,2 Maapäivän välein. Tämän seurauksena on todennäköistä, että eksoplaneetta on lukittu siististi, mikä tarkoittaa, että se näyttää aina samat kasvot isäntätähdelleen, aivan kuten kuu näyttää vain yhden kasvon (lähisivu) Maalle.

Useimmat eksoplaneetat ovat löytäneet Kepler -avaruusteleskooppi, observatorio, joka aloitti toimintansa vuonna 2009 ja jonka odotetaan päättävän tehtävänsä vuonna 2018, kun polttoaine loppuu. Maaliskuun puolivälistä 2018 alkaen , Kepler on löytänyt 2 342 vahvistettua eksoplaneettaa ja paljastanut ehkä 2245 muun olemassaolon. Kaikkien observatorioiden löytämien planeettojen kokonaismäärä on 3 706.

Varhaiset löydöt

Vaikka eksoplaneetat vahvistettiin vasta 1990 -luvulla, vuosia etukäteen tähtitieteilijät olivat vakuuttuneita siitä, että he olivat siellä. Tämä ei ollut vain toiveajattelua, vaan siksi, kuinka hitaasti oma aurinko ja muut sen kaltaiset tähdet pyörivät, Brittiläisen Kolumbian yliopiston astrofyysikko Jaymie Matthews kertoi guesswhozoo.comille. Matthews, satunnaisten eksoplaneettojen teleskooppien tarkkailijan MOST (Microvariability and Oscillations of STars) tehtävän tutkija, oli mukana joissakin varhaisissa eksoplaneettojen löytöissä.



Tähtitieteilijöillä oli tarina aurinkokunnastamme. Yksinkertaisesti sanottuna pyörivä kaasu- ja pölypilvi (nimeltään protosolaarinen sumu) romahti oman painovoimansa alla ja muodosti auringon ja planeetat. Kun pilvi romahti, kulmamomentin säilyttäminen tarkoitti, että pian tuleva aurinko olisi pyörinyt nopeammin ja nopeammin. Mutta vaikka aurinko sisältää 99,8 prosenttia aurinkokunnan massasta, planeetalla on 96 prosenttia kulmamomentista. Tähtitieteilijät kysyivät itseltään, miksi aurinko pyörii niin hitaasti.

Nuorella auringolla olisi ollut erittäin voimakas magneettikenttä, jonka voimalinjat ulottuivat pyörivän kaasun kiekkoon, josta planeetat muodostuisivat. Nämä kenttälinjat liittyivät kaasun varautuneisiin hiukkasiin ja toimivat ankkureina, hidastaen muodostuvan auringon pyörimistä ja kehräämällä kaasua, joka lopulta muuttuisi planeetoiksi. Useimmat auringon kaltaiset tähdet pyörivät hitaasti, joten tähtitieteilijät päättelivät, että sama 'magneettinen jarrutus' tapahtui heille, mikä tarkoittaa, että planeetan on täytynyt muodostua heille. Seuraus: Planeettojen on oltava yhteisiä auringon kaltaisten tähtien ympärillä.

Tästä syystä ja muusta syystä tähtitieteilijät rajoittivat alun perin eksoplaneettojen etsimistä auringon kaltaisiin tähtiin, mutta kaksi ensimmäistä löytöä liittyivät pulsariin (supernovana kuolleen tähden nopeasti pyörivä ruumis), nimeltään PSR 1257+12. 1992. Ensimmäinen vahvistettu löytö auringon kaltaista tähteä kiertävästä maailmasta vuonna 1995 oli 51 Pegasi b-Jupiter-massaplaneetta, joka on 20 kertaa lähempänä aurinkoaan kuin me. Se oli yllätys. Mutta seitsemän vuotta aikaisemmin ilmestyi toinen kummallisuus, joka viittasi tuleviin eksoplaneettoihin.



Kanadalainen tiimi löysi Jupiter-kokoisen planeetan Gamma Cephein ympäriltä vuonna 1988, mutta koska sen kiertorata oli paljon pienempi kuin Jupiterin, tutkijat eivät väittäneet lopullista planeetan havaitsemista. - Emme odottaneet tällaisia ​​planeettoja. Se oli niin erilainen kuin oman aurinkokuntamme planeetta, että he olivat varovaisia ​​', Matthews sanoi.

Suurin osa ensimmäisistä eksoplaneettojen löytöistä oli valtavia Jupiter-kokoisia (tai suurempia) kaasujättiläitä, jotka kiertävät lähellä vanhempiaan. Tämä johtuu siitä, että tähtitieteilijät luottivat säteittäiseen nopeustekniikkaan, joka mittaa kuinka paljon tähti 'heiluu', kun planeetta tai planeetat kiertävät sitä. Nämä suuret planeetat sulkeutuvat tuottavat vastaavasti suuren vaikutuksen vanhempaan tähtiinsä aiheuttaen helpommin havaittavan heilumisen.

Ennen eksoplaneettojen löytöjen aikakautta instrumentit pystyivät mittaamaan tähtien liikkeitä vain kilometriin sekunnissa, liian epätarkkoja havaitsemaan planeetan aiheuttama heiluminen. Jotkut instrumentit voivat nyt mitata nopeudet jopa senttimetrin sekunnissa Matthewsin mukaan. `` Osittain paremman instrumentoinnin takia, mutta myös siksi, että tähtitieteilijät ovat nyt kokeneempia hienovaraisten signaalien irrottamisessa tiedoista. ''

Kepler, TESS ja muut observatoriot

Kepler lanseerattiin vuonna 2009 päätehtävässään tarkkailla aluetta Cygnuksen tähdistössä. Kepler suoritti tämän tehtävän neljä vuotta - kaksinkertaisti sen alkuperäisen käyttöiän - kunnes suurin osa sen reaktiopyöristä (osoitinlaitteet) epäonnistui. Sitten NASA laittoi Keplerin uuteen tehtävään nimeltä K2, jossa Kepler käyttää aurinkotuulen painetta ylläpitääkseen tilaa avaruudessa. Observatorio vaihtaa ajoittain näkökenttäään auringon häikäisyn välttämiseksi. Keplerin vauhti planeettojen löytämisessä hidastui K2: een siirtymisen jälkeen, mutta sitä löytyy edelleen satoja eksoplaneettoja uuden menetelmän avulla. Sen viimeisin julkaisu helmikuussa 2018 sisälsi 95 uutta planeettaa.

Alien Worlds Infographic 20

Alien Worlds Infographic 20'x60 'juliste. Osta täältä (Kuvaluotto: guesswhozoo.com Store)

Kepler on paljastanut runsaudensarvi erityyppisiä planeettoja. Kaasujättiläisten ja maanpäällisten planeettojen lisäksi se on auttanut määrittelemään aivan uuden luokan, joka tunnetaan nimellä supermaat ': planeetat, jotka ovat Maan ja Neptunuksen koon välillä. Jotkut näistä ovat tähtiensä asutusalueilla, mutta astrobiologit palaavat piirustuspöydälle pohtimaan, miten elämä voi kehittyä tällaisissa maailmoissa. Keplerin havainnot osoittivat, että supermaapalloja on runsaasti universumissamme. (Kummallista kyllä, aurinkokuntamme ei näytä sisältävän sen kokoista planeettaa, vaikka jotkut uskovat, että suuri planeetta, lempinimeltään `` Planet Nine '', voi olla piilossa aurinkokunnan ulommilla alueilla.)

Keplerin ensisijainen tapa etsiä planeettoja on 'kauttakulkumenetelmä'. Kepler valvoo tähden valoa. Jos valo himmenee säännöllisin ja ennustettavin väliajoin, se viittaa siihen, että planeetta kulkee tähtien kasvojen poikki. Vuonna 2014 Kepler -tähtitieteilijät (mukaan lukien Matthewsin entinen oppilas Jason Rowe) julkistivat uuden `` moninkertaistamismenetelmän '' -menetelmän, joka lisäsi nopeutta, jolla tähtitieteilijät edistävät ehdokasplaneettoja vahvistetuille planeetoille. Tekniikka perustuu kiertoradan vakauteen - monet lyhyen ajanjakson aikana tapahtuvat tähtien kauttakulut voivat johtua vain pienillä kiertoradoilla olevista planeetoista, koska jäljittelevät tähdet, jotka voivat jäljitellä, moninkertaistavat toistensa poistamisen järjestelmästä muutamassa miljoonassa vuodessa.

Keplerin tehtävän päätyttyä uuden observatorion nimeltä Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) odotetaan käynnistyvän keväällä 2018. TESS kiertää maapalloa 13,7 päivän välein ja suorittaa koko taivaan mittauksen kahden vuoden aikana. Se tutkii eteläisen pallonpuoliskon ensimmäisenä vuonna ja pohjoisen pallonpuoliskon (joka sisältää alkuperäisen Kepler -kentän) toisena vuonna. Observatorion odotetaan paljastavan paljon enemmän eksoplaneettoja, mukaan lukien ainakin 50, jotka ovat noin maapallon kokoisia.

Muita huomattavia planeettojen metsästysseurantoja (menneitä ja nykyisiä) ovat:

  • HARPS-spektografia Euroopan eteläisen observatorion La Silla 3,6 metrin teleskoopista Chilessä, jonka ensimmäinen valo oli vuonna 2003. Instrumentti on suunniteltu tutkimaan planeetan aiheuttamia heiluja tähtien pyörimisessä. HARPS on löytänyt reilusti yli 100 eksoplaneettaa, ja sitä käytetään säännöllisesti Keplerin ja muiden observatorioiden havaintojen vahvistamiseen.
  • Canadian Microvariability and Oscillations of STars (MOST) -teleskooppi, joka aloitti havainnot vuonna 2003. MOST on suunniteltu tarkkailemaan tähtien astroseismologiaa eli tärinää. Mutta se on myös osallistunut eksoplaneettojen löytöihin, kuten eksoplaneetan 55 Cancri e.
  • Ranskan avaruusjärjestön CoRoT (COnvection ROtation and planetary Transits), joka toimi vuosina 2006–2012. Se löysi muutamia kymmeniä vahvistettuja planeettoja, mukaan lukien COROT-7b-ensimmäinen eksoplaneetta, jolla oli pääasiassa kivi- tai metallikoostumus.
  • NASA/Euroopan avaruusjärjestö Hubble ja NASA Spitzer -avaruusteleskoopit, jotka tarkkailevat ajoittain planeettoja näkyvällä tai infrapuna -aallonpituudella. (Lisätietoja planeetan ilmakehästä on saatavana infrapunassa.)
  • Euroopan karakterisoiva ExOPlanets Satellite (CHEOPS), jonka odotetaan olevan valmiina lanseerattavaksi vuonna 2018. Tehtävä on suunniteltu laskemaan tarkasti planeettojen halkaisijat, erityisesti niiden planeettojen, jotka ovat supermaalan ja Neptunuksen massojen välissä.
  • NASAn James Webbin avaruusteleskooppi, jonka odotetaan käynnistyvän vuonna 2020. Se on erikoistunut tarkkailemaan infrapuna -aallonpituuksilla. Tehokkaan observatorion odotetaan paljastavan enemmän tiettyjen eksoplaneettojen ilmakehän asuttavuudesta.
  • Euroopan avaruusjärjestön PLAnetary Transits and Oscillations of stars (PLATO) -teleskooppi, jonka odotetaan käynnistyvän vuonna 2024. Se on suunniteltu oppimaan planeettojen muodostumisesta ja mahdollisista olosuhteista, jotka voivat olla suotuisat elämälle.
  • ESA ARIEL (Atmospheric Remote-Sensing Infrared Exoplanet Large-survey) -tehtävä, joka käynnistyy vuoden 2028 puolivälissä. Sen odotetaan havaitsevan 1000 eksoplaneettaa ja myös tutkivan niiden ilmakehän kemialliset koostumukset.

Kaavio, joka esittää Keplerin löytämien uusien vieraiden planeettojen suhteelliset koot verrattuna maahan ja Jupiteriin.

Kaavio, joka esittää Keplerin löytämien uusien vieraiden planeettojen suhteelliset koot verrattuna maahan ja Jupiteriin.(Kuva: NASA/Tim Pyle)

Merkittäviä eksoplaneettoja

Valittavana on tuhansia, joten on vaikea rajata muutamia. Pienet kiinteät planeetat asuinalueella ovat automaattisesti erottuvia, mutta Matthews erotti viisi muuta eksoplaneettaa, jotka ovat laajentaneet näkemystämme planeettojen muodostumisesta ja kehityksestä:

  • 51 Pegasi b:Kuten aiemmin mainittiin, tämä oli ensimmäinen planeetta, joka vahvistettiin auringon kaltaisen tähden ympärille. Puolet Jupiterin massasta se kiertää aurinkoaan suunnilleen Mercuryn etäisyydellä auringostamme. 51 Pegasi b on niin lähellä kantatähtään, että se on todennäköisesti siististi lukittu, eli toinen puoli on aina tähtiä kohti.
  • HD 209458 b:Tämä oli ensimmäinen (vuonna 1999) löydetty planeetta, joka läpäisi tähtensä (vaikka se löydettiin Doppler -vaapputekniikalla) ja seuraavina vuosina lisää löytöjä. Se oli ensimmäinen planeetta aurinkokunnan ulkopuolella, jolle pystyimme määrittämään sen ilmakehän näkökohdat, mukaan lukien lämpötilaprofiili ja pilvien puute. (Matthews osallistui joihinkin havaintoihin käyttämällä MOSTia.)
  • 55 Syöpä:Tämä super-maapallo kiertää tähtiä, joka on riittävän kirkas nähdäkseen silmin, mikä tarkoittaa, että tähtitieteilijät voivat tutkia järjestelmää yksityiskohtaisemmin kuin melkein mikään muu. Sen 'vuosi' on vain 17 tuntia ja 41 minuuttia pitkä (tunnistetaan, kun MOST katsoi järjestelmää kahden viikon ajan vuonna 2011). Teoreetikot spekuloivat, että planeetta voi olla hiilipitoinen ja siinä on timanttiydin.
  • HD 80606 b:Löytöhetkellä vuonna 2001 sillä oli ennätys kaikkien aikojen eksentrisimpänä eksoplaneetana. On mahdollista, että sen pariton kiertorata (joka on samanlainen kuin Halleyn komeetta auringon ympäri) voi johtua toisen tähden vaikutuksesta. Sen äärimmäinen kiertorata tekisi planeetan ympäristöstä erittäin vaihtelevan.
  • WASP-33b:Tämä planeetta löydettiin vuonna 2011, ja sillä on eräänlainen aurinkovoidekerros - stratosfääri -, joka absorboi osan näkyvistä ja ultraviolettivaloista kantatähdestään. Tämä planeetta ei ainoastaan ​​kiertä tähtiään 'taaksepäin', vaan myös laukaisee tärinää tähdessä, jonka MOST -satelliitti näkee.