Sterne sind im Gegensatz zu Planeten, die sie umkreisen, unglaublich hell. So ist es nicht einfach, Exoplaneten - Planeten, die ferne Sonnen umkreisen - zu finden. So geht's
Künstlerkonzept eines fernen Planeten, der vor seinem Stern vorbeizieht. Viele Exoplaneten werden über den winzigen Einfall in das Licht des Sterns gefunden, der während des Planetentransits auftritt. Bild über SciTechDaily.
Seit die Nachrichten zu TRAPPIST-1 am 22. Februar 2017 in den Medien erschienen, sind Exoplaneten ein noch heißeres Thema als bisher. Die 7 bekannten Planeten im TRAPPIST-1-System sind nur 40 Lichtjahre entfernt und können mit erd- und weltraumgestützten Teleskopen erforscht werden. Aber einige tausend andere Exoplaneten - Planeten, die ferne Sonnen umkreisen - sind den Astronomen bekannt. Das obige Konzept des Künstlers ist etwas irreführend, da es nicht zeigt, wie sehr, sehr helle Sterne im Gegensatz zu ihren Planeten sind. Es ist diese Helligkeit der Sterne, die es so schwer macht, Exoplaneten zu finden. Folgen Sie den Links unten, um mehr darüber zu erfahren, wie Astronomen Exoplaneten finden.
Die meisten Exoplaneten werden über die Transitmethode gefunden
Einige Exoplaneten werden über die Wobbelmethode gefunden
Einige Exoplaneten werden durch direkte Bildgebung gefunden
Einige Exoplaneten werden durch Mikrolinsen gefunden
Künstlerkonzept des TRAPPIST-1-Systems von der Erde aus gesehen. Bildnachweis an die NASA / JPL-Caltech.
Die meisten Planeten werden über die Transitmethode gefunden. Das war bei den TRAPPIST-1-Planeten der Fall. Tatsächlich steht das Wort TRAPPIST für das bodengestützte TRAnsiting Planets and PlanetesImals Small Telescope, das - zusammen mit dem Spitzer Space Telescope der NASA und anderen Teleskopen - zur Entdeckung der Planeten in diesem System beitrug.
Wir kennen die meisten Exoplaneten über die Transitmethode, zum Teil, weil das weltweit größte Planet-Hunter-Teleskop - die weltraumgestützte Kepler-Mission - diese Methode verwendet. Die ursprüngliche Mission, die 2009 gestartet wurde, fand 4.696 Exoplaneten-Kandidaten, von denen 2.331 laut NASA bestätigte Exoplaneten sind. Seitdem hat die erweiterte Kepler-Mission (K2) mehr entdeckt.
Transit über die NASA.
Lichtkurve von Kepler-6b. Der Dip repräsentiert den Transit des Planeten. Bild über Wikimedia Commons.
Wie funktioniert die Versandmethode? Eine Sonnenfinsternis, zum Beispiel, ist ein Transit, der stattfindet, wenn der Mond zwischen Sonne und Erde wandert. Exoplaneten-Transite treten auf, wenn sich ein entfernter Exoplanet zwischen seinem Stern und der Erde bewegt. Wenn eine totale Sonnenfinsternis stattfindet, geht das Licht unserer Sonne von der Erde aus gesehen von 100% auf fast 0% und am Ende der Sonnenfinsternis wieder auf 100% zurück. Wenn Wissenschaftler jedoch entfernte Sterne auf der Suche nach transitierenden Exoplaneten beobachten, kann das Licht eines Sterns höchstens um einige Prozent oder Bruchteile eines Prozent schwächer werden. Vorausgesetzt, es passiert regelmäßig, während der Planet seinen Stern umkreist, kann dieser winzige Sprung in das Licht eines Sterns einen ansonsten verborgenen Planeten aufdecken.
Das Eintauchen in das Licht eines Sterns ist also ein nützliches Werkzeug, um Exoplaneten aufzudecken. Um es zu nutzen, mussten Astronomen jedoch sehr empfindliche Instrumente entwickeln, die das von einem Stern emittierte Licht quantifizieren können. Das ist der Grund, warum Astronomen, obwohl sie jahrelang nach Exoplaneten suchten, diese erst in den 1990er Jahren entdeckten.
Die Lichtkurve, die durch grafische Darstellung des Lichts eines Sterns über die Zeit erhalten wird, ermöglicht es Wissenschaftlern auch, die Neigung der Umlaufbahn eines Exoplaneten und seine Größe zu bestimmen.
Klicken Sie auf den Namen eines Exoplaneten, um hier eine animierte Lichtkurve zu sehen.
Und beachten Sie, dass wir die mit der Transitmethode entdeckten Exoplaneten tatsächlich nicht sehen. Stattdessen wird auf ihre Anwesenheit geschlossen.
Die Wobbelmethode. Die blauen Wellen haben eine höhere Frequenz als die roten Lichtwellen. Bild über die NASA.
Einige Planeten werden über die Wobbelmethode gefunden. Der zweithäufigste Weg zur Entdeckung von Exoplaneten führt über die Doppler-Spektroskopie, manchmal auch als Radialgeschwindigkeitsmethode bezeichnet und allgemein als bekannt die Wobble-Methode. Mit dieser Methode wurden bis April 2016 582 Exoplaneten (ca. 29,6% der damals bekannten Gesamtmenge) entdeckt.
In allen gravitationsgebundenen Systemen, an denen Sterne beteiligt sind, bewegen sich die Objekte in der Umlaufbahn - in diesem Fall ein Stern und sein Exoplanet - um einen gemeinsamen Massenschwerpunkt. Wenn die Masse eines Exoplaneten im Vergleich zur Masse seines Sterns signifikant ist, besteht das Potenzial, dass wir ein Wackeln in diesem Massenschwerpunkt bemerken, das durch eine Verschiebung der Lichtfrequenzen des Sterns erkennbar ist. Diese Verschiebung ist im Wesentlichen eine Doppler-Verschiebung. Es ist die gleiche Art von Effekt, die den Motorraum eines Rennwagens hoch klingen lässt, wenn das Auto auf Sie zu zoomt, und tief, wenn das Auto davon rast.
Das Wackeln eines Sterns, der von einem sehr großen Körper umkreist wird. Bild über Wikimedia Commons.
Ebenso beeinflussen von der Erde aus gesehen die leichten Bewegungen eines Sterns und seines Planeten (oder Planeten) um einen gemeinsamen Schwerpunkt das normale Lichtspektrum des Sterns. Bewegt sich der Stern in Richtung des Beobachters, so würde sein Spektrum leicht nach blau verschoben erscheinen; Wenn es sich wegbewegt, wird es in Richtung Rot verschoben.
Der Unterschied ist nicht sehr groß, aber moderne Instrumente sind empfindlich genug, um ihn zu messen.
Wenn Astronomen zyklische Änderungen im Lichtspektrum eines Sterns messen, können sie vermuten, dass ein bedeutender Körper - ein großer Exoplanet - ihn umkreist. Andere Astronomen können dann ihre Anwesenheit bestätigen. Die Wobbelmethode ist nur nützlich, um sehr große Exoplaneten zu finden. Erdähnliche Planeten konnten auf diese Weise nicht erkannt werden, da das von erdähnlichen Objekten verursachte Wackeln zu klein ist, um von aktuellen Instrumenten gemessen zu werden.
Beachten Sie auch, dass wir mit dieser Methode den Exoplaneten nicht wirklich sehen. Es wird auf seine Anwesenheit geschlossen.
Der Stern HR 87799 und seine Planeten. Lesen Sie mehr über dieses System über Wikiwand.
Einige Planeten werden durch direkte Bildgebung gefunden. Direkte Bildgebung ist eine ausgefallene Terminologie für ein Foto des Exoplaneten machen. Es ist die drittbeliebteste Methode zur Entdeckung von Exoplaneten.
Die direkte Bildgebung ist eine sehr schwierige und einschränkende Methode zur Entdeckung von Exoplaneten. Erstens muss das Sternensystem relativ nahe an der Erde sein. Als nächstes müssen die Exoplaneten in diesem System weit genug vom Stern entfernt sein, damit die Astronomen sie von der Blendung des Sterns unterscheiden können. Außerdem müssen Wissenschaftler ein spezielles Instrument verwenden, das als Koronagraph bezeichnet wird, um das Licht des Sterns zu blockieren und das schwächere Licht eines Planeten oder Planeten zu enthüllen, die ihn möglicherweise umkreisen.
Die Astronomin Kate Follette, die mit dieser Methode arbeitet, teilte EarthSky mit, dass die Anzahl der Exoplaneten, die über die direkte Bildgebung gefunden werden, abhängig von der Definition eines Planeten variiert. Aber, sagte sie, auf diese Weise wurden 10 bis 30 entdeckt.
Wikipedia hat eine Liste von 22 direkt fotografierten Exoplaneten, einige jedoch nicht entdeckt über direkte Bildgebung. Sie wurden auf andere Weise entdeckt, und später konnten sich die Astronomen durch unerträgliche harte Arbeit und akribische Klugheit sowie Fortschritte in der Instrumentierung ein Bild machen.
Der Mikrolinsenprozess schrittweise von rechts nach links. Der Linsenstern (weiß) bewegt sich vor dem Quellenstern (gelb), vergrößert dessen Bild und erzeugt ein Mikrolinsenereignis. Im vierten Bild von rechts fügt der Planet einen eigenen Mikrolinseffekt hinzu, der die beiden charakteristischen Spitzen in der Lichtkurve erzeugt. Bild und Bildunterschrift über The Planetary Society.
Einige Exoplaneten werden durch Mikrolinsen gefunden. Was ist, wenn ein Exoplanet nicht sehr groß ist und den größten Teil des von seinem Wirtsstern empfangenen Lichts absorbiert? Bedeutet das, dass wir diese nicht sehen können?
Für kleinere dunkle Objekte verwenden Wissenschaftler eine Technik, die auf einer beeindruckenden Konsequenz von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie basiert. Das heißt, Objekte in Raumkurvenraumzeit; Licht in ihrer Nähe biegt als Ergebnis. Dies ist in gewisser Weise analog zur optischen Brechung. Wenn Sie einen Bleistift in eine Tasse Wasser geben, erscheint der Bleistift zerbrochen, weil das Licht vom Wasser gebrochen wird.
Obwohl dies erst Jahrzehnte später bewiesen wurde, sagte der berühmte Astronom Fritz Zwicky bereits 1937, dass die Schwerkraft von Galaxienhaufen es ihnen ermöglichen sollte, als Gravitationslinsen zu fungieren. Im Gegensatz zu Galaxienhaufen oder sogar Einzelgalaxien sind Sterne und ihre Planeten jedoch nicht sehr massereich. Sie biegen das Licht nicht sehr stark.
Deshalb heißt diese Methode Mikrolinse.
Um die Mikrolinse für die Entdeckung von Exoplaneten zu verwenden, muss ein Stern von der Erde aus gesehen vor einem anderen weiter entfernten Stern vorbeiziehen. Wissenschaftler können dann möglicherweise das Licht von der entfernten Quelle messen, das vom vorbeiziehenden System gebogen wird. Sie können möglicherweise zwischen dem intervenierenden Stern und seinem Exoplaneten unterscheiden. Diese Methode funktioniert auch dann, wenn der Exoplanet sehr weit von seinem Stern entfernt ist, ein Vorteil gegenüber den Transit- und Wobbelmethoden.
Wie Sie sich vorstellen können, ist dies jedoch eine schwierige Methode. Wikipedia hat eine Liste von 19 Planeten, die durch Mikrolinsen entdeckt wurden.
Pro Jahr entdeckte Exoplaneten. Beachten Sie, dass die beiden vorherrschenden Erkennungsmethoden Transit und Radialgeschwindigkeit sind (Wobbelmethode). Bild über das Exoplanet Archive der NASA.
Fazit: Die beliebtesten Methoden zur Entdeckung von Exoplaneten sind die Transitmethode und die Wobbelmethode, auch bekannt als Radialgeschwindigkeit. Einige Exoplaneten wurden durch direkte Bildgebung und Mikrolinsen entdeckt. Übrigens stammen die meisten Informationen in diesem Artikel aus einem Online-Kurs, der von Harvard unter dem Titel Super-Earths and Life angeboten wird. Interessanter Kurs!