Hoe Planet Hunting Werkt

{h1}

We hebben talloze planeten in een baan rond andere sterren in onze melkweg ontdekt, maar hoe en waarom? Ontdek hoe planeetjagen werkt.

Lang voordat er telescopen, astronomen of geschreven geschiedenis waren, staarden mensen omhoog naar "dwalende sterren" die latere waarnemers planeten zouden noemen. Toen we onze mythen over verre wezens toepasten op deze hemellichamen, begonnen we ons af te vragen wat de mogelijkheid is van het leven op andere werelden, een idee dat ons sindsdien heeft geboeid.

In de afgelopen decennia zijn astronomen gewapend met radiotelescopen, orbitale observatoria en andere krachtige high-tech tools begonnen om die vraag te beantwoorden. In 1995 kondigden de astronomen Michel Mayor en Didier Queloz van de Universiteit van Genève de ontdekking aan van de eerste planeet buiten ons zonnestelsel, een Jupiter-achtige reus die rond een "hoofdreeks" -ster cirkelt die lijkt op onze zon, 51 Pegasi [bron: burgemeester en Queloz]. Sindsdien hebben anderen - waaronder de wetenschappers van NASA's Kepler Mission - op zoek gegaan naar meer hiervan exoplaneten, zoals ze door astronomen worden genoemd. Ze zijn met name gericht op het identificeren van rotsachtige, aardachtige bollen die zich binnen de zogenaamde "Goudlokjezone" bevinden - dat wil zeggen, precies de juiste afstand van hun sterren tot oppervlaktetemperaturen die vloeibaar water zouden ondersteunen, en dus op zijn minst mogelijk de ontwikkeling van het leven [bron: Borucki].

Gewapend met geavanceerde telescopen en andere hoogtechnologische gereedschappen, spotten astronomen nieuwe werelden met een verbazingwekkende snelheid. Vanaf begin 2012 hebben de wetenschappers van Kepler, die 150.000 sterren op afstand hebben gescand op zoek naar tekens van planeten die om een ​​baan rond de planeet draaien, ongeveer 2.300 "kandidaten" geïdentificeerd, of objecten die planeten kunnen zijn [bron: Brumfiel]. Eind januari 2012 kondigden ze de ontdekking aan van 11 nieuwe planetaire systemen, waaronder 26 bevestigde exoplaneten, die zich blijkbaar uitstrekken van mogelijke rotsachtige planeten van ongeveer anderhalf keer de straal van de aarde tot gasreuzen groter dan Jupiter. Een ster, Kepler-33, heeft een zonnestelsel van vijf planeten, die variëren in grootte van anderhalve tot vijf keer de grootte van de aarde [bron: NASA].

Maar die ontdekkingen zijn misschien wel het topje van de ijsberg. Wetenschappers van Kepler schatten dat er misschien wel 50 miljard exoplaneten in de Melkweg zijn [bron: O'Neill]. Joseph Catanzarite, een astronoom bij NASA's Jet Propulsion Laboratory, vertelde Space.com in 2011 dat maar liefst 2 miljard van hen in schaal van aardse aard zijn. "Met dat grote aantal is er een goede kans op leven en misschien bestaat er op sommige van die planeten zelfs een intelligent leven", voegde hij eraan toe [bron: Choi].

Welke instrumenten en technieken gebruiken wetenschappers om exoplaneten te vinden en hoe werken ze?

Planet Hunting Techniques and Technology

Jagen op planeten buiten ons zonnestelsel lijkt een beetje op het proberen een postzegel te lezen die vastzit aan de lamp van een verre vuurtoren: oudersterren schijnen zo fel dat hun schittering al het andere overstemt. Om dit te compenseren, hebben wetenschappers ingenieuze methoden bedacht om exoplaneten te detecteren door hun effecten op hun oudersterren te meten.

Een planeet beïnvloedt zijn ster op twee nuttige manieren. Ten eerste, de zwaartekracht trekt de ster een beetje heen en weer als de planeet draait. Ten tweede blokkeert de planeet een kleine hoeveelheid licht terwijl deze voor de ster passeert (vanuit ons oogpunt).

We kunnen deze effecten detecteren met behulp van een paar handige methoden, elk met zijn eigen sterke en zwakke punten. Laten we pakken astrometrie eerste. Omdat de zwaartekrachtsleepboten van een baan op zijn moederster de oorzaak zijn van de ster wiebelen op zijn weg door de lucht. We kunnen deze minuscule beweging onderscheiden door de positie van de ster nauwkeurig te meten. Gebaseerd op de periode, of de tijd die de ster nodig heeft om een ​​wiebelen te voltooien, we kunnen de periode en straal van de baan van de planeet berekenen, samen met de massa van de planeet. Astrometrie is het beste in het vinden van grote planeten met banen ver van hun zonnen.

Doppler-spectroscopie maakt ook gebruik van deze aantrekkingskracht en aantrekkingskracht, maar terwijl astrometrie de relatieve zijdelingse beweging van de ster gebruikt, gebruikt deze methode de Doppler shift dat is het gevolg van het feit dat de planeet zijn ster naar de aarde trekt en er vervolgens vanaf. Terwijl de ster in de richting van de aarde beweegt, wordt zijn licht gecomprimeerd, of "blauw verschoven", naar de kortere golflengten van het spectrum. Terwijl het van ons weg reist, zien we de lichtgolven zich uitstrekken naar het rode (langere golflengte) einde van het spectrum. Door het spectrum van een ster in de loop van de tijd te meten, kunnen we Dopplerverschuivingen detecteren die worden veroorzaakt door een planeet of planeten die de ster naar ons toe en van ons af bewegen.

Deze inhoud is niet compatibel op dit apparaat.

Dopplerverschuivingen vertellen ons ook de sterren radiale snelheid (hoe snel de ster naar ons toe en van ons af beweegt). Zoals je zou verwachten, betekenen grotere radiale snelheden grotere planeten. Op basis van de massa van de ster en de periode van de verschuiving, kunnen we ook de omloopradius van de planeet berekenen. Deze methode is het meest geschikt voor het detecteren van grote planeten die zich in de buurt van hun bovenliggende ster bevinden en kan alleen de minimale massa van dergelijke planeten schatten.

fotometrie kijkt niet naar schommelingen of verschuivingen. In plaats daarvan let het op het veelbetekenende dimmen van de helderheid van een ster die ontstaat wanneer een exoplanet in een baan om de aarde draait transits, of gaat er tussen in en tussen ons.

Deze inhoud is niet compatibel op dit apparaat.

Door de combinatie van de drie methoden kunnen astronomen een veel duidelijker beeld van deze planeten ontwikkelen. Vervolgens zullen we onderzoeken hoe de Kepler-missie fotometrie gebruikt om een ​​stellaire telling van potentieel bewoonbare planeten uit te voeren.

Kepler's zoeken naar exoplaneten

Kepler is de eerste NASA-missie die op ware grootte planeten rond andere sterren kan vinden.Het belangrijkste doel is om een ​​basisschatting te genereren van het aantal van dergelijke planeten in een baan om bewoonbare zones, waar de omstandigheden goed zijn voor het bestaan ​​van vloeibaar water.

Het instrumentpakket cirkelt niet rond de aarde in een satelliet: het is gehuisvest in een ruimtevaartuig met een diameter van 2,7 meter en een hoogte van 4,7 meter hoog, dat om de zon draait en achterloopt op onze thuisplaneet.

Kepler gebruikt een zeer brede veldtelescoop en een fotometer (lichtmeter) om helderheidsverschillen tegelijkertijd in meer dan 156.000 sterren te meten [bron: Ames Research Center, NASA vindt Planetaire kandidaten op aardformaat]. Deze metingen worden om de 30 minuten uitgevoerd, omdat transits een uur tot een halve dag nodig kunnen hebben, afhankelijk van de baan van de planeet en het type betrokken ster.

Missie-wetenschappers gebruiken ook spectroscopische gegevens van op de grond gelegen observatoria om planeetkandidaten te helpen bevestigen en sterrenwaarnemingen te gebruiken om andere verstorende factoren te verwijderen, zoals binaire sterren (een paar sterren die rond een gemeenschappelijk massa-centrum draaien).

De Cygnus-Lyra-buurt werd gekozen als het studiegebied omdat het goed bevolkt is met sterren en hoog genoeg boven het orbitale vlak van de aarde ligt dat de zon, de aarde en de maan Keplers waarnemingen niet in de weg zullen staan. De sterren bevinden zich tussen de 600 en 3.000 lichtjaar van ons vandaan. Vanuit ons perspectief hebben ze betrekking op een gebied gelijk aan 1/400 van de hemel [bron: Harwood].

Kepler detecteert planeten via de fotometrische of doorvoermethode, wat betekent dat het de kleine afname detecteert in de helderheid van een ster die optreedt wanneer een planeetplaneet tussen zijn ster en ons passeert. Zodra de data-analyse een afmeldingsgebeurtenis identificeert, zoeken wetenschappers naar verdere dalingen van dezelfde omvang, duur en periode om het bestaan ​​van de planeet te bevestigen.

Dit is geen eenvoudige opgave: een planeetovergang ter grootte van een aarde voor een zongrote ster dimt zijn licht met slechts 0,01 procent. NASA-leden zeggen graag dat het detecteren van zo'n kleine dip is als het spotten van een vlo die over een afstand van enkele kilometers van een koplamp kruipt. Jupiter-formaat planeten werpen een grotere schaduw. Toch, gezien van buiten ons zonnestelsel, vermindert de transit van Jupiter onze helderheid van onze zon slechts met 1 tot 2 procent [bron: Ames Research Center, FAQ].

Er is meer. Om de doorvoermethode te laten werken, moet een planeet bijna perfect langs onze gezichtslijn passeren, waarvan de kans ongeveer 0,5 procent is voor een planeet op aarde (in een baan om de aarde) en 10 procent voor een planeet van Jupiter-grootte (als het in de buurt van zijn ster draait) [bron: Ames Research Center, FAQ].

Om het anders te zeggen: zelfs als we 100.000 sterren hadden gecontroleerd die eigenlijk aardachtige planeten hadden, zouden we er slechts 500 van kunnen "zien" via de doorvoermethode. Met behulp van dergelijke probabiliteiten kunnen wetenschappers de planeetpopulatie van onze melkweg schatten op basis van de waarnemingen van Kepler.

The Goldilocks Zone

Wil een planeet vatbaar zijn voor het leven, dan moet een aantal factoren "precies goed" zijn. Een goede kandidaat zou een aardse (rotsachtige) planeet moeten zijn. Idealiter zou het tussen de helft en twee keer de grootte van de aarde moeten meten, maar het belangrijkste is dat het massief genoeg is om een ​​atmosfeer te behouden, maar niet zo groot dat het in een gasreus als Jupiter of een ijsreus zoals Neptunus uitloopt.

Het moet ook in de bewoonbare zone worden geplaatst, op een afstand van de ouderster waar de oppervlaktetemperatuur vloeibaar water niet bevriest of afgeeft. De locatie van deze zone varieert afhankelijk van de kenmerken van de ster.

Planet Hunting Milestones: van handvol tot honderden

Voordat Kepler langs kwam, telde de stal van verre planeten die door astronomen werden geplaatst, de tientallen en honderden, niet duizenden. Desalniettemin was dit een buitengewoon aantal, gelet op de beperkingen waarmee wetenschappers te maken krijgen met beschikbare instrumenten - met name telescopen op de grond, die vereisen dat onderzoekers compenseren voor atmosferische vervormingen.

Tussen 2005 en 2008 ontdekten onderzoekers vijf super-aardes, elk met een massa tussen de vijf en tien keer die van de aarde.

In 2008 ontdekten astronomen die de Near Infrared Camera en Multi-Object Spectrometer van de Hubble Ruimtetelescoop gebruikten, voor de eerste keer kooldioxide op een exoplaneet. De methode betrof het aftrekken van de spectroscopische gegevens van de ouderster van de gecombineerde gegevens van ster en planeet. Helaas is de exoplanet van Jupiter groot HD 189733 b banen die te dicht bij zijn ster liggen om bewoonbaar te zijn, maar de techniek kan waardevolle informatie opleveren als deze wordt toegepast op andere bewoonbare kandidaten. Wetenschappers zijn geïnteresseerd in koolstofdioxide omdat het, net als methaan, op biologische processen kan wijzen.

In 2009 rapporteerden astronomen de eerste exoplaneet die ooit via astrometrie werd gevonden en voegde deze toe aan de lijst van 350 planeten die eerder werden gevonden met de Doppler-schuifmethode. Als het bevestigd was, VB 10b zou de schalen hebben getipt op zes keer meer massief dan Jupiter. Bij latere Doppler-spectroscopiewaarnemingen konden de verwachte radiale snelheidsverschuivingen in de bovenliggende ster, VB 10, echter niet worden gedetecteerd en de claim werd weerlegd [bron: Bean].

Datzelfde jaar kondigden wetenschappers aan dat ze zes maanden lang observaties hadden gedaan van amateur-achtige telescopen op de grond GJ 1214b, een planeet die 6.5 keer zo massief is dan de aarde en 2.7 keer breder. Onderzoekers geloven dat de planeet voornamelijk uit water bestaat. GJ 1214b draait om een ​​rode dwergster op meer dan 40 lichtjaar van de aarde op een afstand die overeenkomt met één-veertigste de ruimte tussen Mercurius en onze zon.

Welke ontdekkingen werden gedaan in 2010 en 2011?

Toekomstige missies

De bevindingen van Kepler zullen twee geplande missies ondersteunen - de Space Interferometry Mission (SIM) en de Terrestrial Planet Finder (TPF) - door te bepalen welke soorten nabijgelegen sterren waarschijnlijk planeten zullen bezitten. Deze informatie zal SIM en TPF vertellen waar ze hun instrumenten moeten richten.

Beide missies zullen een techniek gebruiken genaamd interferometrie ongedaan maken om verblinding van een doelster uit te schakelen en planetenbanen te onthullen. Twee telescopen kijken naar dezelfde ster, maar het licht van een telescoop wordt een halve stap uit fase gezet met licht van de andere voordat ze worden gecombineerd, waardoor ze elkaar opheffen. Omgekeerd wordt het licht van de planeet op een manier gecombineerd die het signaal versterkt.

TPF combineert de interferometrische waarnemingen met gegevens van a coronagraaf, die schittering annuleert door het directe licht van de ster te blokkeren met een fysiek voorwerp zodat alleen de corona van de ster zichtbaar is, zoals een piloot die de zon blokkeert met zijn of haar duim. Met het grootste deel van de verblinding verminderd, worden in een baan omringende planeten zichtbaarder.

Planet Hunting Mijlpalen: Kepler, Corot en de Eerste Duizend

De visie van een kunstenaar op het Kepler-11 planetaire systeem en ons zonnestelsel vanuit een gekanteld perspectief. Dat perspectief helpt om aan te tonen dat de banen van elk op soortgelijke vlakken liggen.

De visie van een kunstenaar op het Kepler-11 planetaire systeem en ons zonnestelsel vanuit een gekanteld perspectief. Dat perspectief helpt om aan te tonen dat de banen van elk op soortgelijke vlakken liggen.

In maart 2010 kondigden onderzoekers een nieuwe mijlpaal aan: een Jupiter-achtige planeet van 1.500 lichtjaar van de aarde, die relatief koel was en die tot in detail bestudeerd kon worden. Omdat de COROT-satelliet het ontdekte, werd het gesynchroniseerd COROT-9b. Eerder werk had al andere coole planeten gevonden, maar COROT-9b was de eerste die tussen zijn ster en de aarde vloog. Dit betekende dat wetenschappers zowel de omvang ervan (van de hoeveelheid die het licht van de moederster afnam) als de atmosferische samenstelling ervan konden bestuderen (van de manier waarop sterrenlicht ermee interfereerde toen het door de atmosfeer ging) [bron: ESA].

COROT-9b ligt in de bewoonbare zone van de ster, maar omdat het een gasvormige wereld is, beschouwen wetenschappers het waarschijnlijk niet als gastvrij voor het leven. De atmosfeer kan echter water bevatten, en zo'n grote planeet kan ook een bewoonbare maan zijn [bron: ESA].

Eind september 2010 kondigde een groep astronomen in de Verenigde Staten die spectroscopische gegevens van op de grond gebaseerde instrumenten gebruikten de ontdekking aan van een potentieel gastvrije planeet, Gliese 581g, in een baan om de ster Gliese 581 op slechts 20 lichtjaar afstand. De aankondiging leidde tot wijdverspreide opwinding omdat de planeet zo dicht bij de aarde werd gevonden en slechts 15 jaar nadat astronomen de eerste exoplaneten hadden geïdentificeerd. Kort na de aankondiging begonnen wetenschappelijke groepen echter twijfels op te roepen over de ontdekking [bron: Wall].

Onderzoekers hadden al bewijs gevonden voor andere planeten in hetzelfde rode dwergsysteem, waarvan er twee (Gliese 581d en Gliese 581e) in een baan om de rand van de bewoonbare zone. Dus welke van de kinderen van Gliese 581 zou de kroon nemen als de beste kandidaat die nog gevonden werd om het leven te ondersteunen? Het probleem was te ingewikkeld om eenvoudig op te lossen. Het spectroscopisch detecteren van planeten vereist het afzwakken van de ruis inherent aan waarnemingsgegevens en vervolgens bepalen welke aannames te gebruiken. Dezelfde gegevens kunnen argumenteren voor verschillende aantallen planeten, afhankelijk van of je uitgaat van excentrische (zeer elliptische) banen of bijna cirkelvormige. Wetenschappers moesten nog een consensus bereiken op het moment dat dit artikel werd geschreven.

In januari 2011 bevestigde de Kepler-missie het vinden van zijn eerste rotsachtige planeet, geschat op 1,4 maal de grootte van de aarde. Buiten de bewoonbare zone valt Kepler-10b op als de kleinste planeet die tot nu toe buiten ons zonnestelsel is ontdekt.

En in februari 2011 kondigden wetenschappers van Kepler de ontdekking van vijf planeten aan, elk in een baan om de bewoonbare zones van sterren die kleiner en koeler zijn dan onze zon. Als dit wordt bevestigd, vertegenwoordigen deze de eerste planeten van aardachtige grootte die zich in bewoonbare zones bevinden. Diezelfde maand plaatste Kepler zes bevestigde planeten in een baan rond een zonachtige ster, Kepler-11, 2.000 lichtjaar van de Aarde. Dit vormt de grootste groep transiterende planeten in een baan om een ​​enkele ster die ooit buiten ons zonnestelsel is ontdekt [bron: NASA].

Hoewel die ontdekkingen een belangrijke zijn geweest, is het belangrijk om te onthouden dat Kepler tot nu toe slechts een klein deel van het bekende universum heeft doorzocht. Het is heel goed mogelijk dat wetenschappers de komende jaren nog verbazingwekkendere vondsten doen, waaronder misschien een aardachtige planeet waar levende wezens leven.


Video Supplement: Planet Hunting.




Onderzoek


De Grootste Moordenaar Ter Wereld Eindelijk Gevangen
De Grootste Moordenaar Ter Wereld Eindelijk Gevangen

Salt Lake City Kon Grotere Aardbevingen Zien
Salt Lake City Kon Grotere Aardbevingen Zien

Science Nieuws


De Auteur Van This Physics Paper Is 7 Jaar Oud (En Ook Een Kat)
De Auteur Van This Physics Paper Is 7 Jaar Oud (En Ook Een Kat)

Mosselen Evolueren In Een Evolutionaire Hartslag
Mosselen Evolueren In Een Evolutionaire Hartslag

Hoe Ketamine Treed Met Depressie: Het Werkt Als Een Opioïde, Stelt De Studie Voor
Hoe Ketamine Treed Met Depressie: Het Werkt Als Een Opioïde, Stelt De Studie Voor

Myth Marries Science, The Origin Story Matters (Op-Ed)
Myth Marries Science, The Origin Story Matters (Op-Ed)

Wat Is Een Cardanische Ophanging - En Wat Heeft Het Met Nasa Te Maken?
Wat Is Een Cardanische Ophanging - En Wat Heeft Het Met Nasa Te Maken?

WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com