21.4: Sayari zaidi ya Mfumo wa Jua- Tafuta na Ugunduzi

Malengo ya kujifunza

Mwishoni mwa sehemu hii, utaweza:

• Eleza mwendo orbital wa sayari katika mfumo wetu wa jua kwa kutumia sheria za Kepler
• Linganisha mbinu zisizo za moja kwa moja na za moja kwa moja za uchunguzi wa kugundua exoplanet

Kwa karne nyingi wanaastronomia wameota ndoto ya kutafuta sayari kuzunguka nyota nyingine, zikiwemo sayari nyingine kama Dunia. Uchunguzi wa moja kwa moja wa sayari hizo za mbali ni ngumu sana, hata hivyo. Unaweza kulinganisha sayari inayozunguka nyota na mbu inayozunguka mojawapo ya vituo hivyo vikubwa kwenye ufunguzi wa kituo cha ununuzi. Kutoka karibu, unaweza kuona mbu. Lakini fikiria kuangalia eneo kutoka umbali fulani mbali-kusema, kutoka ndege. Unaweza kuona uangalizi mzuri sana, lakini ni nafasi gani za kuambukizwa mbu kwa nuru hiyo? Badala ya kutengeneza picha za moja kwa moja, wanaastronomia wametegemea uchunguzi wa moja kwa moja na sasa wamefanikiwa kuchunguza wingi wa sayari zinazozunguka nyota nyingine.

Mwaka 1995, baada ya miongo kadhaa ya juhudi, tuligundua sayari ya kwanza ya nje (sayari nje ya mfumo wetu wa jua) inayozunguka nyota kuu ya mlolongo, na leo tunajua kwamba nyota nyingi zinaunda na sayari. Huu ni mfano wa jinsi uvumilivu na mbinu mpya za uchunguzi zinavyoendeleza ujuzi wa ubinadamu. Kwa kusoma sayari za nje, wanaastronomia wanatarajia kuelewa vizuri mfumo wetu wa jua katika mazingira ya ulimwengu wote. Kwa mfano, mipangilio ya mfumo wetu wa jua inalinganishaje na mifumo ya sayari katika ulimwengu wote? Je, exoplanets inatuambia nini kuhusu mchakato wa malezi ya sayari? Na kujua mzunguko wa exoplanets huathiri makadirio yetu ya kama kuna maisha mahali pengine?

Inatafuta Orbital Motion

Wengi detections exoplanet ni alifanya kwa kutumia mbinu ambapo sisi kuchunguza athari kwamba sayari exerts juu ya nyota jeshi. Kwa mfano, tug ya mvuto wa sayari isiyoonekana itasababisha kupungua kidogo katika nyota ya mwenyeji. Au, ikiwa obiti yake imekaa vizuri, sayari itavuka mara kwa mara mbele ya nyota, na kusababisha mwangaza wa nyota kufifia.

Ili kuelewa jinsi sayari inavyoweza kusonga nyota yake ya mwenyeji, fikiria sayari moja inayofanana na Jupiter. Sayari zote mbili na nyota zinahusu kituo chao cha kawaida cha wingi. Kumbuka kwamba mvuto ni kivutio cha pamoja. Nyota na sayari kila mmoja hufanya nguvu kwa upande mwingine, na tunaweza kupata hatua imara, katikati ya wingi, kati yao kuhusu vitu vyote viwili vinavyohamia. Kidogo cha mwili katika mfumo kama huo, kubwa ya obiti yake. Nyota kubwa haina kuzunguka katikati ya wingi, wakati sayari ya chini ya molekuli inafanya “ziara” kubwa zaidi.

Tuseme sayari ni kama Jupiter na ina masi takriban elfu moja ya ile ya nyota yake; katika hali hii, ukubwa wa obiti ya nyota ni ukubwa wa elfu moja ya sayari.Ili tujue jinsi ilivyo vigumu kuchunguza mwendo huo, hebu tuone jinsi gani Jupiter ingekuwa vigumu kuchunguza kwa njia hii kutoka kwa umbali wa nyota jirani. Fikiria mwanaastronomia mgeni akijaribu kuchunguza mfumo wetu kutoka Alpha Centauri, mfumo wa nyota ulio karibu zaidi na wetu (karibu na miaka ya nuru 4.3). Kuna njia mbili mwanaastronomia hii angeweza kujaribu kuchunguza mwendo wa orbital wa Jua. Njia moja itakuwa kutafuta mabadiliko katika msimamo wa Jua angani. Ya pili itakuwa kutumia athari ya Doppler kutafuta mabadiliko katika kasi yake. Hebu tujadili kila moja ya haya kwa upande wake.

Kipenyo cha obiti inayoonekana ya Jupiter inayoonekana kutoka Alpha Centauri ni sekunde 10 za arc, na ule wa obiti ya Jua ni sekunde 0.010 za arc. (Kumbuka, 1 pili ya arc ni 1/3600 shahada.) Kama wangeweza kupima nafasi dhahiri ya Jua (ambayo ni mkali na rahisi kuchunguza) kwa usahihi wa kutosha, wangeelezea obiti ya kipenyo 0.010 sekunde ya arc na kipindi sawa na ile ya Jupiter, ambayo ni miaka 12.

Kwa maneno mengine, kama wangeangalia Jua kwa miaka 12, wangeweza kuiona inazunguka na kurudi angani kwa sehemu hii ndogo ya shahada. Kutokana na mwendo uliozingatiwa na kipindi cha “wiggle,” waliweza kubainisha wingi wa Jupiter na umbali wake kwa kutumia sheria za Kepler. (Ili kuburudisha kumbukumbu yako kuhusu sheria hizi, angalia sura juu ya Orbits na Gravity.)

Kupima nafasi mbinguni hii kwa usahihi ni ngumu sana, na hadi sasa, wanaastronomia hawajafanya uchunguzi wowote uliothibitishwa wa sayari kwa kutumia mbinu hii. Hata hivyo, tumefanikiwa kutumia spectrometers kupima kasi ya mabadiliko ya nyota na sayari zinazozunguka.

Kama nyota na sayari zinavyozunguka, sehemu ya mwendo wao utakuwa katika mstari wetu wa kuona (kuelekea kwetu au mbali na sisi). Mwendo huo unaweza kupimwa kwa kutumia athari ya Doppler na wigo wa nyota. Wakati nyota inavyoendelea na kurudi katika obiti karibu na kituo cha molekuli ya mfumo kwa kukabiliana na tug ya mvuto wa sayari inayozunguka, mistari katika wigo wake itabadilika na kurudi.

Hebu tuchunguze tena mfano wa Jua. Kasi yake ya radial (mwendo kuelekea au mbali na sisi) hubadilika kwa karibu mita 13 kwa sekunde na kipindi cha miaka 12 kwa sababu ya kuvuta mvuto wa Jupiter. Hii inalingana na kuhusu 30 maili kwa saa, takribani kasi ambayo wengi wetu gari kuzunguka mji. Kuchunguza mwendo katika ngazi hii katika wigo wa nyota kuna changamoto kubwa ya kiufundi, lakini makundi kadhaa ya wanaastronomia duniani kote, kwa kutumia spectrographs maalumu iliyoundwa kwa ajili hiyo, yamefanikiwa. Kumbuka kuwa mabadiliko ya kasi hayategemei umbali wa nyota kutoka kwa mwangalizi. Kutumia athari ya Doppler kuchunguza sayari itafanya kazi kwa umbali wowote, kwa muda mrefu kama nyota ni mkali wa kutosha kutoa wigo mzuri na darubini kubwa inapatikana kufanya uchunguzi (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)).

Kielelezo\(\PageIndex{1}\) Doppler Njia ya Kuchunguza Sayari. Mwendo wa nyota inayozunguka kituo cha kawaida cha masi na sayari inayozunguka inaweza kugunduliwa kwa kupima kasi ya kubadilisha ya nyota. Wakati nyota inapoondoka kwetu, mistari katika wigo wake inaonyesha mabadiliko madogo; inapoelekea kwetu, huonyesha mabadiliko madogo ya blue. Mabadiliko ya rangi (wavelength) yameenea hapa kwa madhumuni ya mfano. Kwa kweli, mabadiliko ya Doppler tunayopima ni ndogo sana na yanahitaji vifaa vya kisasa vya kuonekana.

Matumizi ya kwanza ya mafanikio ya athari ya Doppler kupata sayari inayozunguka nyota nyingine ilikuwa mwaka 1995. Michel Meya na Didier Queloz wa Geneva Observatory (Kielelezo\(\PageIndex{2}\)) walitumia mbinu hii kupata sayari inayozunguka nyota inayofanana na Sun yetu inayoitwa 51 Pegasi, karibu miaka 40 ya mwanga. (Nyota inaweza kupatikana mbinguni karibu na mraba mkubwa wa Pegasus, farasi wa kuruka wa hadithi za Kigiriki, mojawapo ya mifumo rahisi ya kupata nyota.) Kwa mshangao wa kila mtu, sayari inachukua siku 4.2 tu kuzunguka nyota. (Kumbuka kwamba Mercury, sayari ya ndani kabisa katika mfumo wetu wa jua, inachukua siku 88 kwenda mara moja kuzunguka Jua, hivyo siku 4.2 inaonekana kuwa fupi sana.)

Kielelezo\(\PageIndex{2}\) Planet wavumbuzi. Mwaka 1995, Didier Queloz na Michel Meya wa Geneva Observatory walikuwa wa kwanza kugundua sayari karibu na nyota ya kawaida (51 Pegasi), ambayo walipokea Tuzo ya Nobel ya mwaka 2019 katika fizikia. Wanaonekana hapa katika uchunguzi nchini Chile ambapo wanaendelea uwindaji wao wa sayari.

Matokeo ya Meya na Queloz yanamaanisha sayari lazima iwe karibu sana na Pegasi 51, ikizunguka kilomita milioni 7 mbali (Kielelezo\(\PageIndex{3}\)). Kwa umbali huo, nishati ya nyota inapaswa joto la uso wa sayari kwa joto la digrii elfu chache Celsius (moto kidogo kwa utalii wa baadaye). Kutokana na mwendo wake, wanaastronomia wanahesabu kwamba ina angalau nusu ya masi ya Jupiter ¹, na kuifanya wazi kuwa jovian na si sayari ya aina ya ardhi.

Kielelezo\(\PageIndex{3}\) Moto Jupiter. Msanii Greg Bacon alijenga hisia hii ya sayari ya moto, ya aina ya Jupiter inayozunguka karibu na nyota inayofanana na jua. Msanii huonyesha bendi kwenye sayari kama Jupiter, lakini tunakadiria tu masi ya sayari nyingi za moto, za aina ya Jupiter kutoka kwa njia ya Doppler na hatujui hali gani duniani ni kama.

Tangu ugunduzi huo wa awali wa sayari, kiwango cha maendeleo kimekuwa cha kupumua. Mamia ya sayari kubwa wamegunduliwa kwa kutumia mbinu ya Doppler. Wengi wa sayari hizi kubwa zinazunguka karibu na nyota zao—wanaastronomia wameita Jupiters hizi za moto.

Kuwepo kwa sayari kubwa karibu sana na nyota zao kulikuwa mshangao, na uvumbuzi huu umetulazimisha kutafakari upya mawazo yetu kuhusu jinsi mifumo ya sayari inavyounda. Lakini kwa sasa, kumbukeni kwamba njia ya kuhama kwa Doppler-ambayo inategemea kuvuta kwa sayari inayofanya nyota yake “ikitikisa” na kurudi karibu na katikati ya moleku—ina ufanisi zaidi katika kutafuta sayari zilizo karibu na nyota zao na kubwa. Sayari hizi husababisha “wiggles” kubwa katika mwendo wa nyota zao na mabadiliko makubwa ya Doppler katika wigo. Zaidi, watapatikana mapema, kwani wanaastronomia wanapenda kufuatilia nyota kwa angalau obiti moja kamili (na labda zaidi) na Jupiters ya moto huchukua muda mfupi zaidi kukamilisha obiti yao.

Hivyo kama sayari hizo zipo, tungetarajia kutafuta aina hii kwanza. Wanasayansi huita hii athari ya uteuzi - ambapo mbinu yetu ya ugunduzi huchagua aina fulani za vitu kama “rahisi hupata.” Kama mfano wa athari ya uteuzi katika maisha ya kila siku, fikiria unaamua uko tayari kwa uhusiano mpya wa kimapenzi katika maisha yako. Kwa mwanzo, unahudhuria tu matukio ya kijamii kwenye chuo, yote ambayo yanahitaji kitambulisho cha mwanafunzi kuingia. Uchaguzi wako wa washirika iwezekanavyo utakuwa mdogo kwa wanafunzi katika chuo chako. Hiyo inaweza kukupa kama kikundi tofauti cha kuchagua kama unavyotaka. Kwa njia hiyo hiyo, tulipotumia mbinu ya Doppler kwanza, ilichagua sayari kubwa karibu na nyota zao kama uvumbuzi mkubwa zaidi. Tunapotumia muda mrefu zaidi kuangalia nyota zenye lengo na kadiri uwezo wetu wa kupima mabadiliko madogo ya Doppler unavyoboresha, mbinu hii inaweza kudhihirisha sayari za mbali zaidi na zisizo kubwa pia.

Tazama mfululizo wa mifano kwa michoro inayoonyesha mwendo wa mfumo wa jua na sheria za Kepler, na uchague uhuishaji 1 (sheria za Kepler) kutoka kwenye orodha ya kucheza ya kushuka. Kuangalia uhuishaji unaoonyesha kasi ya radial kwa exoplanet, chagua uhuishaji 29 (radial kasi Curve kwa exoplanet) na uhuishaji 30 (radial kasi Curve kwa obiti exoplanet - elliptical) kutoka orodha ya kucheza dropdown.

Kupitisha sayari

Njia ya pili ya kugundua moja kwa moja ya sayari exoplaneti haitegemei mwendo wa nyota bali kwa mwangaza wake. Wakati ndege orbital ya sayari inaelekezwa au kutegemewa ili iweze kutazamwa makali, tutaona sayari inavuka mbele ya nyota mara moja kwa kila obiti, na kusababisha nyota kufifia kidogo; tukio hili linajulikana kama transit. Kielelezo\(\PageIndex{4}\) inaonyesha mchoro wa transit kwa hatua tatu: (1) nje ya transit, (2) kuanza kwa usafiri, na (3) transit kamili, pamoja na mchoro wa Curve mwanga, ambayo inaonyesha kushuka kwa mwangaza wa nyota jeshi. Kiasi cha nuru iliyozuwa—kina cha usafiri—inategemea eneo la sayari (ukubwa wake) ikilinganishwa na nyota. Ikiwa tunaweza kuamua ukubwa wa nyota, njia ya usafiri inatuambia ukubwa wa sayari.

Kielelezo\(\PageIndex{4}\) Planet Transits. Wakati sayari inapopita, inazuia baadhi ya nuru kutoka kwenye nyota, na kusababisha kupungua kwa muda katika mwangaza wa nyota. Takwimu ya juu inaonyesha muda wa tatu wakati wa tukio la usafiri na jopo la chini linaonyesha safu ya mwanga inayofanana: (1) nje ya usafiri, (2) ingress ya transit, na (3) kushuka kamili kwa mwangaza.

Muda kati ya transits mfululizo ni urefu wa mwaka kwa sayari hiyo, ambayo inaweza kutumika (tena kwa kutumia sheria za Kepler) ili kupata umbali wake kutoka nyota. Sayari kubwa kama Jupiter huzuia mwanga wa nyota zaidi kuliko sayari ndogo za dunia, na kufanya usafiri kwa sayari kubwa iwe rahisi kugundua, hata kutoka kwenye vituo vya uchunguzi wa ardhi. Lakini kwa kuingia angani, juu ya madhara ya kupotosha ya anga ya dunia, mbinu ya usafiri imekuwa kupanuliwa kwa exoplanets ndogo kama Mars.

Mfano\(\PageIndex{1}\): Urefu wa Usafiri

Katika usafiri, disk ya mviringo ya sayari inazuia mwanga wa disk ya mviringo ya nyota. Eneo la mduara ni\(\pi R^2\). kiasi cha mwanga vitalu sayari, aitwaye kina transit, ni kisha kutolewa na

\[\dfrac{\pi R^2_{\text{planet}}}{\pi R^2_{\text{star}}} =\dfrac{R^2_{\text{planet}}}{R^2_{\text{star}}} =\left(\dfrac{R_{\text{planet}}}{R_{\text{star}}}\right)^2 \nonumber\]

Sasa hesabu kina cha usafiri kwa nyota ukubwa wa Jua na sayari kubwa ya gesi ukubwa wa Jupiter.

Suluhisho

Radi ya Jupiter ni km 71,400, wakati radius ya Jua ni km 695,700. Kubadilisha katika equation, tunapata

\[\left(\dfrac{R_{\text{planet}}}{R_{\text{star}}}\right)^2=\left(\dfrac{71,400 \text{ km}}{695,700 \text{ km}} \right)^2=0.01\nonumber\]

au 1%, ambayo inaweza kwa urahisi kuwa wanaona na vyombo kwenye bodi Kepler spacecraft.

Zoezi\(\PageIndex{1}\)

Je, ni kina cha usafiri kwa nyota nusu ya ukubwa wa Jua yenye sayari ndogo sana, kama ukubwa wa Dunia?

Jibu

Radi ya Dunia ni 6371 km. Kwa hiyo,

\[\left(\dfrac{R_{\text{planet}}}{R_{\text{star}}}\right)^2=\left( \dfrac{6371 \text{ km}}{695,700/2 \text{ km}} \right)^2 =\left(\dfrac{6371 \text{ km}}{347,850 \text{ km}} \right)^2=0.0003 \nonumber\]

au kwa kiasi kikubwa chini ya 1%.

Njia ya Doppler inatuwezesha kukadiria wingi wa sayari. Ikiwa kitu kimoja kinaweza kujifunza na mbinu zote za Doppler na transit, tunaweza kupima wingi na ukubwa wa exoplanet. Huu ni mchanganyiko wenye nguvu ambao unaweza kutumika kupata wiani wa wastani (moleku/kiasi) cha sayari. Mwaka 1999, kwa kutumia vipimo kutoka darubini za ardhi, sayari ya kwanza ya kupitisha iligunduliwa ikizunguka nyota HD 209458. Sayari inapita nyota yake mzazi kwa takriban masaa 3 kila siku 3.5 tunapoiona kutoka Dunia. Doppler vipimo ilionyesha kuwa sayari karibu HD 209458 ina kuhusu 70% wingi wa Jupiter, lakini Radius yake ni kuhusu 35% kubwa kuliko Jupiter ya. hii ilikuwa kesi ya kwanza ambapo tunaweza kuamua nini exoplanet ilitolewa ya-na kwamba wingi na Radius, HD 209458 lazima gesi na kioevu dunia kama Jupiter au Saturn.

Inawezekana kujifunza kitu kuhusu anga ya sayari. Wakati sayari inapita mbele ya HD 209458, atomi katika anga ya sayari hupata mwanga wa nyota. Uchunguzi wa ngozi hii ulifanywa kwanza kwenye wavelengths ya mistari ya sodiamu ya njano na kuonyesha kwamba anga ya sayari ina sodiamu; sasa, elementi nyingine zinaweza kupimwa pia.

Jaribu simulator ya usafiri inayoonyesha jinsi sayari inayopita mbele ya nyota yake mzazi inaweza kusababisha kugundua sayari. Fuata maelekezo ya kuendesha uhuishaji kwenye kompyuta yako.

Sayari zinazopita zinafunua utajiri wa habari kama hiyo kwamba Shirika la Space la Kifaransa (CNES) na Shirika la Anga la Ulaya (ESA) lilizindua darubini ya nafasi ya CoRoT mwaka 2007 ili kuchunguza sayari zinazopita nje. CoRoT aligundua 32 exoplanets transiting, ikiwa ni pamoja na kwanza transiting sayari na ukubwa na wiani sawa na Dunia. Mwaka 2012, spacecraft alipata kushindwa kwa kompyuta onboard, kumaliza utume. Wakati huo huo, NASA ilijenga uchunguzi wa usafiri wenye nguvu zaidi unaoitwa Kepler.

Mwaka 2009, NASA ilizindua darubini ya nafasi ya Kepler, iliyojitolea kwa ugunduzi wa transiting exoplanets. Hii spacecraft stared kuendelea katika zaidi ya 150,000 nyota katika kiraka kidogo cha anga karibu na kundinyota ya Cygnus-tu juu ya ndege ya Milky Way Galaxy (Kielelezo\(\PageIndex{5}\)). Kamera za Kepler na uwezo wa kupima mabadiliko madogo katika mwangaza uliwezesha sana ugunduzi wa maelfu ya sayari za nje, ikiwa ni pamoja na mifumo mingi ya sayari nyingi. Chombo cha angani kilihitaji magurudumu matatu ya mmenyuko-aina ya gurudumu iliyotumiwa kusaidia kudhibiti mzunguko kidogo wa angazi-ili kuleta utulivu wa kuelekeza kwa darubini na kufuatilia mwangaza wa kundi moja la nyota tena na tena. Kepler ilizinduliwa na magurudumu manne ya majibu (moja vipuri), lakini kufikia Mei 2013, magurudumu mawili yalikuwa yameshindwa na darubini haikuweza tena kuelekezwa kwa usahihi kuelekea eneo la lengo. Kepler alikuwa ameundwa kufanya kazi kwa miaka 4, na kwa kushangaza, kushindwa kwa kuashiria kulitokea hasa miaka 4 na siku 1 baada ya kuanza kuchunguza.

Hata hivyo, kushindwa hii hakuishia utume. Darubini ya Kepler iliendelea kuchunguza kwa miaka miwili zaidi, ikitafuta transits ya kipindi kifupi katika sehemu mbalimbali za anga. Ujumbe mpya wa NASA unaoitwa TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) sasa unafanya utafiti wa usafiri kote angani ya nyota zilizo karibu zaidi (na hivyo nyepesi).

Kielelezo\(\PageIndex{5}\) Kepler ya Field of View. Masanduku yanaonyesha eneo ambako kamera za angani za Kepler zilichukua picha za nyota zaidi ya 150,000 mara kwa mara, ili kupata sayari zinazopita.

Tuna maana gani, hasa, na “ugunduzi” wa kusafirisha exoplanets? Usafiri mmoja unaonekana kama kushuka kidogo sana kwa mwangaza wa nyota, kudumu saa kadhaa. Hata hivyo, wanaastronomia lazima wawe macho dhidi ya mambo mengine ambayo yanaweza kuzalisha usafiri wa uongo, hasa wakati wa kufanya kazi kwa ukomo wa usahihi wa darubini. Lazima tusubiri usafiri wa pili wa kina sawa. Lakini wakati usafiri mwingine unapozingatiwa, hatujui awali kama inaweza kuwa kutokana na sayari nyingine katika obiti tofauti. “Ugunduzi” hutokea tu wakati usafiri wa tatu unapatikana kwa kina sawa na nafasi sawa kwa wakati kama jozi ya kwanza.

Kompyuta kwa kawaida hufanya uchambuzi huo, ambao unahusisha kutafuta vidogo, vipindi vya mara kwa mara katika nuru kutoka kila nyota, na kupanua zaidi ya miaka 4 ya uchunguzi. Lakini ujumbe wa Kepler pia una mpango ambao wasio na astronomia-wanasayansi wa raia-wanaweza kuchunguza data. Wajitolea hawa waliojitolea wamegundua transits kadhaa ambazo zilikosa na uchambuzi wa kompyuta, kuonyesha kwamba jicho la binadamu na ubongo wakati mwingine hutambua matukio yasiyo ya kawaida ambayo kompyuta haikupangwa kuyatafuta.

Kupima transits tatu au nne sawasawa spaced ni kawaida ya kutosha “kugundua” exoplanet. Lakini katika uwanja mpya kama utafiti wa exoplanet, tungependa kupata uthibitisho zaidi wa kujitegemea. Uthibitisho wenye nguvu hutokea wakati telescopes ya ardhi pia inaweza kuchunguza mabadiliko ya Doppler kwa kipindi hicho kama uhamisho. Hata hivyo, hii haiwezekani kwa sayari za ukubwa wa Dunia. Mojawapo ya njia zenye kushawishi zaidi za kuthibitisha kuwa kuzama kwa mwangaza kunatokana na sayari ni kupata sayari zaidi zinazozunguka nyota hiyo—mfumo wa sayari. Mifumo mingi ya sayari pia hutoa njia mbadala za kukadiria raia wa sayari, kama tutakavyojadili katika sehemu inayofuata.

Madhara ya uteuzi (au vikwazo) katika data ya Kepler ni sawa na yale yaliyo katika uchunguzi wa Doppler. Sayari kubwa ni rahisi kupata kuliko ndogo, na sayari za muda mfupi ni rahisi kuliko sayari za muda mrefu. Ikiwa tunahitaji transits tatu ili kuanzisha uwepo wa sayari, sisi ni kweli mdogo wa kugundua sayari zilizo na vipindi vya orbital chini ya theluthi moja ya muda wa kuchunguza. Hivyo, ilikuwa katika mwaka wake wa nne na wa mwisho wa operesheni Kepler aliweza kupata sayari zenye mizunguko kama ya Dunia ambazo zinahitaji mwaka 1 kuzunguka nyota zao.

Kugundua moja kwa moja

Ushahidi bora zaidi kwa sayari inayofanana na dunia mahali pengine ingekuwa picha. Baada ya yote, “kuona ni kuamini” ni chuki ya kibinadamu sana. Lakini imaging sayari ya mbali ni changamoto kubwa kweli. Tuseme, kwa mfano, ulikuwa umbali mkubwa na ungependa kuchunguza mwanga uliojitokeza kutoka duniani. Dunia inapinga na kuonyesha chini ya bilioni moja ya mionzi ya Jua, hivyo mwangaza wake dhahiri katika nuru inayoonekana ni chini ya bilioni moja ule wa Jua. Akizungumzia changamoto ya kuchunguza tundu la mwanga lenye kukata tamaa, sayari inaingizwa na moto wa mionzi kutoka nyota yake mzazi.

Hata leo, optics bora za vioo vya darubini zina kasoro kidogo zinazozuia nuru ya nyota isiingie katika mtazamo mkali kabisa.

Upigaji picha wa moja kwa moja hufanya kazi bora kwa sayari kubwa za gesi ambazo hutoa mwanga wa infrared na huishi katika mgawanyiko mkubwa kutoka kwa nyota zao za jeshi. Sayari kubwa za vijana hutoa mwanga zaidi wa infrared kwa sababu zina nishati zaidi ya ndani, iliyohifadhiwa kutoka kwenye mchakato wa malezi ya sayari. Hata hivyo, mbinu za ujanja zinapaswa kuajiriwa ili kuondoa mwanga kutoka nyota ya mwenyeji. Mwaka 2008, sayari tatu za vijana ziligunduliwa zinazunguka HR 8799, nyota katika nyota ya Pegasus (Kielelezo\(\PageIndex{6}\):). Miaka miwili baadaye, sayari ya nne iligunduliwa karibu na nyota. Sayari za ziada zinaweza kuishi hata karibu na HR 8799, lakini ikiwa zipo, kwa sasa zinapotea katika glare ya nyota.

Tangu wakati huo, sayari kadhaa zinazozunguka nyota nyingine zimepatikana kwa kutumia upigaji picha moja kwa moja. Hata hivyo, changamoto moja ni kujua kama vitu tunavyoona ni kweli sayari au kama ni vibete vya kahawia (nyota zilizoshindwa) katika obiti zinazozunguka nyota.

Kielelezo\(\PageIndex{6}\) Exoplanets karibu HR 8799.Hii picha inaonyesha Keck darubini uchunguzi wa nne sayari moja kwa moja imaged unaozunguka HR 8799. Kiwango cha ukubwa kwa mfumo kinatoa umbali katika AU (kumbuka kwamba kitengo kimoja cha astronomia ni umbali kati ya Dunia na Jua.)

Imaging moja kwa moja ni mbinu muhimu ya kuashiria exoplanet. Mwangaza wa sayari unaweza kupimwa kwa wavelengths tofauti. Uchunguzi huu hutoa makadirio ya halijoto ya anga ya sayari; katika kesi ya HR 8799 sayari 1, rangi inaonyesha kuwepo kwa mawingu mazito. Spectra pia inaweza kupatikana kutoka mwanga wa kukata tamaa kuchambua sehemu za anga. Wigo wa sayari ya HR 8799 1 inaonyesha anga yenye utajiri wa hidrojeni, wakati sayari iliyo karibu 4 inaonyesha ushahidi wa methane katika angahewa.

Njia nyingine ya kuondokana na athari mbaya ya anga ya dunia ni kuchunguza kutoka angani. Infrared inaweza kuwa aina mojawapo ya wavelength ambayo inaweza kuchunguza kwa sababu sayari zinakuwa nyepesi katika infrared wakati nyota kama Jua letu hupungua, na hivyo kuifanya iwe rahisi kuchunguza sayari dhidi ya mng'ao wa nyota yake. Mbinu maalum za macho zinaweza kutumika kuzuia mwanga kutoka nyota kuu na iwe rahisi kuona sayari yenyewe. Hata hivyo, hata kama tunaingia kwenye nafasi, itakuwa vigumu kupata picha za sayari za ukubwa wa Dunia.

Dhana muhimu na Muhtasari

Mbinu kadhaa za uchunguzi zimefanikiwa kugundua sayari zinazozunguka nyota nyingine. Mbinu hizi huanguka katika makundi mawili ya jumla-kugundua moja kwa moja na ya moja kwa moja. Mbinu za Doppler na transit ni zana zetu zenye nguvu zaidi za moja kwa moja za kutafuta exoplanets. Baadhi ya sayari zinapatikana pia kwa upigaji picha moja kwa moja.

maelezo ya chini

^Njia ya Doppler inatuwezesha kupata kiwango cha chini cha sayari. Kuamua molekuli halisi kwa kutumia mabadiliko ya Doppler na sheria za Kepler, lazima pia tuwe na angle ambayo obiti ya sayari inaelekezwa kwa mtazamo wetu—kitu ambacho hatuna njia yoyote ya kujitegemea ya kujua katika hali nyingi. Hata hivyo, ikiwa molekuli ya chini ni nusu ya Jupiter, molekuli halisi inaweza kuwa kubwa zaidi kuliko hiyo, na tuna hakika kwamba tunashughulika na sayari ya jovian.

faharasa

sayari nje

sayari inayozunguka nyota isipokuwa Jua letu

usafirishaji

wakati kitu kimoja cha astronomical kinakwenda mbele ya mwingine