Bagaimana seorang seniman melihat planet ekstrasurya Proxima b . Dipercaya bahwa ia tidak ramah bagi kehidupan karena tidak memiliki atmosfer karena sifat-sifat bintang induknya. Ini, seperti yang dikatakan para astronom, dunia yang "memandang" - satu sisi planet terus-menerus melihat bintang, dan menggoreng dalam cahayanya, dan sisi lainnya membeku. Mungkin ini adalah planet paling banyak di alam semesta.
Ada satu mitos populer dalam astronomi bahwa Matahari adalah bintang yang khas. Jika kita berbicara tentang fakta bahwa Matahari tidak menonjol dalam sesuatu yang istimewa - maka ya, memang begitu. Ini terdiri dari bahan-bahan yang sama dengan bintang-bintang lainnya. Ini adalah 70% hidrogen, 28% helium, 1-2% elemen lainnya. Ia menerima energi dari fusi nuklir yang terjadi di inti. Dalam arti tertentu, ini adalah bintang "biasa", termasuk dalam sebagian besar dari sekitar 10 24bintang yang terkandung dalam alam semesta yang dapat diamati.
Namun, pada kenyataannya, Matahari lebih terang dan lebih masif, dan umurnya lebih pendek dari 95% bintang di alam semesta. Jika Anda memilih bintang acak apa pun, dengan probabilitas 80% itu akan menjadi bintang katai merah - ia akan lebih kecil, lebih dingin, lebih redup, dan massanya lebih kecil dari Matahari kita. Kebanyakan bintang tidak seperti Matahari kita.
Bagaimana dengan planet? Jika kita memperhitungkan hanya yang telah kita temukan hingga saat ini - dan ini sudah lebih dari 4000 - kita dapat menyimpulkan bahwa paling sering ada planet yang sedikit lebih besar dari Bumi. Namun, kemungkinan besar tidak demikian. Jika Anda tidak berhati-hati, alam semesta dapat dengan mudah menipu kita - namun, kita memiliki cukup informasi untuk menghindarinya. Dan inilah cara kita mengetahui jenis planet apa yang paling banyak di alam semesta.
, , , . , . , .
Ketika kami pertama kali mempelajari exoplanet, planet pertama yang ditemukan di luar tata surya tidak seperti yang pernah kami lihat sebelumnya. Batch pertama planet semacam itu ditemukan pada 1990-an. Mereka adalah planet yang sangat besar dan masif, bahkan sangat besar dibandingkan dengan Jupiter - planet paling masif di tata surya kita. Selain itu, mereka tidak berada jauh dari bintangnya seperti raksasa gas kita - mereka sangat dekat, dan hanya butuh beberapa hari untuk menyelesaikan revolusi mengelilingi bintang. Planet pertama yang ditemukan seperti ini mengorbit lebih cepat dari Merkurius, planet terdalam kita.
Apakah ini yang disebut. "Jupiter Panas" ke jenis planet yang paling umum? Tidak semuanya. Tetapi ada sesuatu yang istimewa tentang mereka: ke planet-planet itulah metode pertama kami untuk mendeteksinya diadaptasi. Teknik pertama yang berhasil untuk mendeteksi planet di luar tata surya, kami sebut metode "tremor bintang": karena sebuah bintang secara gravitasi menarik planet yang berputar mengelilinginya, planet itu pada gilirannya menariknya dengan gaya yang sama dan berlawanan. Faktanya, planet tidak bergerak dalam elips di sekitar bintang induknya: kedua anggota sistem planet-bintang berputar di sekitar pusat massa yang sama.
Metode kecepatan radial, juga dikenal sebagai metode tremor bintang untuk mencari eksoplanet, didasarkan pada pengukuran gerakan bintang induk di bawah pengaruh gravitasi planet-planet yang berputar di sekitarnya. Karena planet dan bintang berputar di sekitar pusat massa yang sama, bintang tidak berhenti diam, tetapi "bergetar". Pergeseran warna merah dan biru berkala dari cahaya bintang memungkinkan penghitungan massa dan periode orbit sebuah planet ekstrasurya.
Bintang-bintang ini terlalu jauh dan bergerak terlalu sedikit secara lateral (dari sisi ke sisi) bagi kita untuk mendeteksi pergerakan ini. Tapi gerakan ke arah radial, di sepanjang garis pandang, bisa dideteksi. Sifat-sifat cahaya yang memancar dari bintang bergantung pada gerakannya.
Saat bintang bergerak ke arah kita, panjang gelombang cahayanya bergeser ke frekuensi yang lebih tinggi, panjang gelombang lebih pendek, energi lebih tinggi, dan biru. Saat sebuah bintang menjauh dari kita, panjang gelombang cahayanya bergeser ke frekuensi yang lebih rendah, panjang gelombang yang lebih panjang, energi yang lebih rendah, dan warna merah.
Jika Anda mengamati bintang di mana planet pendamping besar berputar untuk waktu yang lama, secara berkala Anda akan melihat bagaimana bintang itu bergerak ke arah Anda, lalu menjauh dari Anda, lalu kembali ke Anda, dll. Jika memiliki beberapa planet, maka beberapa sinyal akan ditumpangkan. Istilah aslinya, "stellar jitter", telah ketinggalan zaman dan sekarang kita menyebutnya metode "kecepatan radial". Kami mulai menemukan planet hanya ketika kemampuan spektroskopi kami menjadi cukup akurat. Kami membagi cahaya menjadi panjang gelombang yang berbeda untuk mencari elemen tertentu serta fitur penyerapan dan emisi.
Spectrum echelle (stepped grating) - ini adalah cara cahaya ditampilkan pada spektrograf Hamilton pada 1990-an. Sistem ini memungkinkan untuk mengukur kecepatan radial dengan akurasi 15-20 m / s - jauh lebih akurat daripada metode sebelumnya. Berkat terobosan tersebut, ditemukan beberapa exoplanet, termasuk. dan jupiter panas.
Dan ini adalah pelajaran pertama dalam statistik. Kami menemukan "Jupiter panas" ini bukan karena mereka adalah jenis planet yang paling umum di alam semesta. Kami menemukannya karena planet jenis ini paling mudah dideteksi dengan metode tertentu. Saat menggunakan metode kecepatan radial, Anda perlu bertanya pada diri sendiri - jenis sistem apa yang akan memberikan efek paling terlihat? Ternyata dalam kasus ini, ada tiga faktor yang paling berperan.
- , . , , 100 , , , 2 . , , , - , .
- , . 100 , , 100 .
- , , . , , , â , , , â . , .
Oleh karena itu, metode ini cenderung mencari planet yang paling dekat dengan bintang bermassa besar dan orbitnya terletak di tepi kita. Tidak mengherankan, sebagian besar planet yang pertama kali ditemukan ternyata adalah "Jupiter panas".
Bidang pandang pencarian pertama teleskop Kepler dengan latar belakang Bima Sakti (kerucut kuning). Sebagian besar pengamatan Kepler terus menerus mengamati bagian langit yang sama, sekaligus mempelajari 100.000 bintang. Selama transit planet melintasi cakram bintang, "Kepler" mengamati peluruhan cahayanya secara berkala.
Tentu saja, revolusi planet ekstrasurya modern dimulai segera setelah teleskop Kepler terlibat dan mulai mengumpulkan data. Alih-alih kecepatan radial, metode utama untuk menemukan planet dibuat sangat sensitif metode transit . Beberapa sistem yang orbit planetnya ujung-ke-ujungnya sangat selaras sehingga planet mereka lewat tepat di antara kita dan bintangnya. Pada saat-saat ini, mereka menghalangi sebagian kecil cahaya bintang.
Dengan posisi orbit yang ideal, kecerahan bintang akan memudar secara teratur, karena bintang biasanya memancarkan relatif merata, tetapi ketika planet yang lebih dingin lewat di depannya, sebagian cahaya akan terhalang.
Skema pekerjaan Kepler sangat cerdik: teleskop melihat ke tempat di langit di mana sebuah bidang bintang besar berada, membentang di sepanjang penebalan lengan spiral galaksi terdekat. Dan di wilayah yang berjarak beberapa ribu tahun cahaya, ia mampu secara bersamaan mengamati lebih dari 100.000 bintang, melacak penurunan reguler dan variasi kecerahan. Meskipun ada lebih dari 4.000 eksoplanet yang dikonfirmasi yang diketahui saat ini (lebih dari setengahnya ditemukan oleh Kepler), penemuan planet mirip Merkurius yang mengorbit bintang yang mirip dengan Matahari kita berada di luar teknologi kita saat ini. Dari sudut pandang Kepler, Merkurius berukuran 285 kali lebih kecil dari Matahari, yang akan membuatnya lebih sulit untuk diperhatikan daripada dari Bumi - oleh karena itu ukurannya yang tampak adalah 1/194 Matahari.
Setelah Kepler melakukan tugasnya, kami menambah koleksi planet ekstrasurya yang diketahui dari sedikit di atas 100 menjadi lebih dari 4.000. Sebagian besar waktu Kepler mengamati 100.000 bintang yang sama selama tiga tahun, dan menemukan planet sebesar Jupiter, dan lebih kecil dari Bumi. Pada grafik planet-planet yang ditemukannya, dapat dilihat bahwa puncak pendeteksian berada pada interval yang termasuk dalam apa yang disebut. "Bumi Super". Tapi semakin banyak kita belajar tentang exoplanet, semakin besar kemungkinan mereka sebenarnya bukan super-Earth, tapi mini-Neptunes - planet dengan kandungan besar gas tidak stabil.
Sangat menggoda untuk menyimpulkan bahwa jenis planet yang paling umum di alam semesta adalah super-Earth. Tentu saja, setelah Kepler memberi kami kandidat planet, kami memastikan keberadaan mereka dengan mengukur kecepatan radial. Tetapi karena Kepler memberi tahu kami di mana, kapan, dan seberapa akurat mengamati bintang tersebut, kami memiliki kesempatan untuk memeriksa semua kandidat yang dia temukan. Dari data yang diperoleh, dapat disimpulkan bahwa jenis planet yang paling umum di alam semesta bukanlah "Jupiter panas", tetapi super-Bumi. Pada grafik: rasio jari-jari planet terhadap kecerahan bintang. Di sebelah kiri ada bintang terang, di sebelah kanan ada bintang redup. Lebih tinggi pada grafik adalah planet yang lebih besar. Oranye - calon Kepler. Biru - planet yang ditemukan dengan metode transit dari Bumi.
Sebagian besar planet yang ditemukan Kepler ternyata lebih besar dari Bumi, dan mereka berputar di sekitar bintang yang lebih redup daripada planet kita. Namun, planet besar jarang ditemukan di bintang redup.
Namun, kesimpulan ini kemungkinan besar salah. Meskipun tidak mengalami kesalahan radial, misi Kepler pada khususnya dan metode transit pada umumnya memiliki distorsi sendiri yang secara fundamental membatasi kemampuannya. Bayangkan kita sedang melihat tata surya dari jauh. Seberapa besar kemungkinan planet mana pun akan terorientasikan dengan baik sehingga ia akan melintas tepat di depan Matahari? Dan apa konfigurasi yang paling mungkin?
Distorsi pertama sederhana: semakin dekat sebuah planet ke bintang, semakin besar kemungkinan ia akan lewat di depannya. Planet-planet dalam, bahkan dengan orbit yang sangat miring, masih dapat memiliki lintasan sepanjang piringan bintang - dan agar planet-planet luar dapat melewati piringan tersebut, orbitnya harus diselaraskan dengan sangat tepat.
Orbit planet-planet tata surya, tampak atas. Dapat dilihat betapa tepatnya bidang orbit harus disejajarkan agar planet dapat melintasi cakram bintang. Dalam kasus Merkurius, sedikit kemiringan masih memungkinkannya melintasi cakram matahari. Namun semakin jauh dari bintangnya, seharusnya semakin akurat posisi orbitnya.
Untuk bintang seukuran Matahari, orbit planet seukuran orbit Merkurius dapat menyimpang 1,37 ° dari posisi edge-on yang ideal, dan Merkurius masih dapat melintasi cakram bintang dengan probabilitas 0,76%. Orbit planet yang sama, terletak pada jarak dari bintang yang sebanding dengan jarak dari Matahari ke Bumi, dapat menyimpang tidak lebih dari 0,53 °, dan peluangnya melintasi cakram adalah 0,30%. Pada jarak, dari Matahari ke Jupiter, defleksi turun menjadi 0,101 °, dan probabilitas melewati piringan adalah 0,056%. Dalam kasus Neptunus, ini sudah menjadi 0,0177 ° dan 0,0098%.
Oleh karena itu, kita harus memperkirakan lebih sering mendeteksi planet yang dekat dengan bintang, dan semakin jauh jarak planet dari bintang, semakin sulit untuk menemukannya. Selama periode pengamatan tiga tahun, sebagian besar planet yang ditemukan akan berputar dalam orbit yang lebih dekat, dan bergerak di sepanjang mereka lebih cepat daripada planet-planet di tata surya kita.
Transit utama exoplanet di sepanjang bintang KOI-64 (L) dan keberangkatan planet di belakang bintang induk ÂŽ. Penurunan kecerahan pertama memungkinkan transit untuk ditentukan secara kasar, dan informasi tambahan membantu para ilmuwan mempelajari berbagai properti planet, selain dari radius dan periode orbit. Perhatikan bahwa mendeteksi planet membutuhkan sinyal yang tidak lebih lemah dari 100 ppm dari baseline (ppm).
Dan kemudian ada masalah ukuran fisik. Sebuah planet perlu memblokir sebagian besar cahaya bintang untuk masuk ke kumpulan data Kepler. Dan di sini kompromi kecil muncul: planet yang lebih kecil yang melewati cakram bintangnya sebanyak 30 kali hanya dapat memblokir sepersepuluh cahaya (yang membuatnya sekitar 3,2 kali lebih kecil) dibandingkan dengan planet yang hanya melewati cakram bintang 3 kali ...
Ternyata kita memiliki dua distorsi yang bekerja berpasangan: kita cenderung mendeteksi planet yang terletak lebih dekat ke bintang induk, karena kemungkinan lokasi yang tepat dari orbitnya terhadap kita lebih tinggi, serta planet yang ukurannya lebih besar di perbandingan dengan bintang induknya. Oleh karena itu, dengan menganalisis data dari Kepler, kita akan menemukan bahwa distribusi planet akan berbeda untuk bintang dari jenis yang berbeda.
, , . , . , TESS , , , .
Misalnya, kemampuan Kepler tidak akan cukup untuk menemukan planet seukuran Bumi yang mengorbit bintang seukuran Matahari atau lebih besar. Bintang besar memiliki cakram besar - dibutuhkan 12.000 planet seukuran Bumi untuk menutupi cakram Matahari, dan Kepler tidak dapat mendeteksi penurunan kecerahan 1 / 12.000. Dalam bintang seukuran Matahari, kita hanya dapat menemukan planet yang lebih besar dari Bumi kita - super-Bumi. Di orbit bintang raksasa, kita hanya bisa menemukan raksasa gas.
Jika kita ingin menemukan planet seukuran Bumi atau lebih kecil - yang kemungkinan besar berbatu dan dengan atmosfer kecil - kita perlu mencarinya di orbit bintang terkecil - bintang kelas M, katai merah. Planet terkecil biasanya berputar mengelilingi bintang seperti itu, tetapi karena sangat redup, akan sulit bagi kita untuk mengukur perubahan kecerahannya. Tapi:
Perbandingan sistem TRAPPIST-1 dan planet bagian dalam tata surya, serta bulan Jupiter. Meskipun klasifikasi planet-planet ini mungkin tampak serampangan, ada hubungan yang tidak dapat diubah antara pembentukan dan perkembangan semua benda langit ini dan sifat fisiknya saat ini. Sistem planet katai merah sangat mirip dengan planet Jupiter atau Saturnus yang diperbesar dengan satelitnya.
Penting untuk dipahami bahwa banyak dari apa yang kita lihat melalui teleskop saat ini tidak setara dengan banyak yang ada di alam semesta. Dalam sains apa pun, dan terutama dalam astronomi, kami selalu bersandar pada fenomena yang dioptimalkan untuk dideteksi oleh detektor, instrumen, dan kemampuan kami saat ini. Hasil yang paling mudah didapat belum tentu mencerminkan gambaran yang sebenarnya.
Untuk waktu yang lama, jenis planet yang paling umum adalah "Jupiter panas". Sekarang, tampaknya dunia seukuran Neptunus lebih umum, dan Neptunus mini bahkan lebih umum. Kami belum menemukan dunia seukuran Bumi dan lebih kecil dalam jumlah yang memadai, tetapi ini lebih berkaitan dengan keterbatasan teleskop yang telah kami ciptakan daripada apa pun. Mengekstrapolasi dari pengetahuan kita, kita dapat mengatakan bahwa jenis planet yang paling khas adalah planet berbatu seukuran Bumi atau lebih kecil, yang mengorbit katai merah. Ternyata Matahari bukanlah bintang pada umumnya, dan planet kita bukanlah planet pada umumnya. Hingga kami membuat alat yang cocok untuk menemukannya, seperti misi LUVOIR yang sedang dikembangkan . - kami tidak akan dapat memverifikasi dan mengkonfirmasi atau menyangkal kecurigaan kami dengan keakuratan yang sesuai dengan standar ilmiah.