трусики женские украина

На головну

 Методи пошуку екзопланет: метод радіальної швидкості, астрометрія, транзитний метод, поляриметрія та ін. - Математика

Як знайти планету поза Сонячною системою? Здається, що завдання спочатку здається нездійсненним, проте на сьогодні астрономи досягли значних успіхів у дослідженні глибокого Космосу, і успішно знаходять так звані екзопланети. Більш того, виявлені непоодинокі планети, а цілі планетні систем, і в даний момент ведуться роботи по їх дистанційного дослідження і вивчення. Але все ж, як знайти екзопланету? У цій статті розповідається про деякі методи їх пошуку.

Існує три основних непрямих методу пошуку екстрасонячних планет, кожен з яких заснований на впливі планети на материнську зірку. Вони поділяються на:

метод радіальної швидкості

метод з використання астрометрії

транзитний метод.

Всі вони мають досить просте фізичне обгрунтування, проте, враховуючи малий вплив «легких» планет на масивну зірку, а також віддаленість спостережуваних об'єктів, пошук планет виключно складний і трудомісткий. Особливо складно шукати планети з земної поверхні, так як атмосфера вносить перешкоди в будь астрономічні спостереження. У зв'язку з цим, планети часто шукають за допомогою орбітальних інструментів.

У майбутньому астрономи сподіваються, що з удосконаленням оптики з'явиться можливість фіксувати безпосередньо видиме випромінювання, відбите екзопланетою (екстрасолнечной, позасонячної планетою) або испускаемое нею у вигляді інфрачервоного випромінювання тепло. Такі методи називаються методами прямого спостереження, в результаті яких фіксується електромагнітне випромінювання поверхні або атмосфери планети, що дозволило б визначити її хімічний і агрегатний склад. Існує кілька теоретичних методів прямого спостереження планет, і серед них виділяються:

метод спектрального поділу енергії

поляриметрия

обнуляти интерферометрия.

На середину березня 2008 року було відкрито 277 екзопланет в 238 зоряних системах.

Метод радіальної швидкості

Радіальна швидкість 51 Пегаса

Ґрунтується на вимірюванні радіальної (складової вздовж променя зору) швидкості зірок. При цьому світло від досліджуваного об'єкта пропускається крізь призму і розкладається в спектр.

Розпечена зірка випромінює безперервний спектр, в якому є всі довжини хвиль. Але випромінювання, проходячи крізь більш холодні шари атмосфери зірки, поглинається, тому в спектрі з'являються темні лінії, відповідні хімічним елементам атмосфери. Поява ліній поглинання було помічено ще в 1802 році, а дванадцятьма роками пізніше Й. Фраунгофер точно заміряв їх кутове положення, і сьогодні вони називаються фраунгоферовими лініями. Так, наприклад, виглядає спектр нашого Сонця.

Фраунгоферові лінії дають інформацію не тільки про хімічний склад зірки, а й про її температурі і тиску на поверхні. А також про те, чи обертаються навколо зірки масивні планети. Але як? Якщо ви вважаєте, що планета обертається навколо зірки, то помиляєтеся - і планета, і зірка обертаються навколо загального центру мас. Просто маса зірки настільки велика, що центр мас планетарної системи знаходиться поряд з центром мас зірки. Це означає, що зірка теж рухається, але за дуже маленькою орбіті.

Коли, обертаючись по орбіті, зірка (або будь-який інший випромінюючий об'єкт) наближається до нас, то довжини хвиль її випромінювання зменшуються, тобто зміщуються в синю область спектра, а коли віддаляється - довжини хвиль збільшуються, зміщуючись в червону область спектра. Це явище називається ефектом Доплера, воно було відкрито і обгрунтовано астрономом К. Доплер в 1842 році.

Саме «ходіння» спектральних ліній зірки і говорить про те, що вона обертається навколо якогось загального центру мас, а значить, поруч знаходиться як мінімум ще одне небесне тіло. За амплітудою і періодом зміщення ліній астрономи можуть визначити масу планети, радіус орбіти і період її обертання.

Незважаючи на гадану простоту, цей метод, тим не менш, має обмеження. Зокрема, він не дозволяє виявляти планети земної маси. Навіть найдосконаліші спектрометри не можуть фіксувати зміщення менше 15 метрів в секунду. Тіло настільки малої маси, як наша планета, змушує Сонце зміщуватися всього на 10 сантиметрів в секунду. Але, навіть якщо б спектроскопи і змогли виявити настільки малий рух, це не врятувало б ситуацію - флуктуації атмосфери абсолютно замаскували б відхилення зірки. Тому методом радіальної швидкості виявляють лише самі масивні планети-гіганти, масою не менше Сатурна.

Астрометрія

По суті, це цілий розділ астрономії, відповідальний за встановлення найбільш точної системи небесних координат. Знаючи розташування зірки відносно більш віддалених об'єктів, можна визначити її відхилення від початкового положення, тому цей метод схожий на метод радіальних швидкостей. Безпосереднє обчислення зміщення зірки вимагає прецизійної апаратури з довгою базою (тобто відстань між пов'язаними телескопами повинне бути максимально можливим). За допомогою наземних телескопів нібито вдалося виявити наявність планет у кількох найближчих зірок. Однак жодне з цих відкриттів не було підтверджено більш пізніми спостереженнями, тоді як приймачі системи наведення FGS (Fine Guidance Sensors) космічного телескопа Хаббл успішно виявили наявність планет у кількох найближчих зоряних систем. Застосування астрометрії обмежена. Як правило, цей метод використовується для вельми невеликих за космічними мірками відстаней і зірок малої маси (карликів), так як вони відхиляються планетами набагато сильніше.

Зоряне скупчення NGC 265

Чергова астрометрична місія ESA складається у виведенні на орбіту Gaia - космічного телескопа, який почне свою роботу в 2011 році. Це інструмент зможе скласти найдетальнішу карту зоряного неба. Більш того, планується, що телескоп зможе виявити від 10 000 до 50 000 планет-гігантів. Відхилення зірок під дією сил гравітації планет земного типу і в цьому методі, на жаль, не детектується.

Транзитний метод

Один з перспективних методів виявлення невеликих по масі газових планет при їх проходженні по зоряному диску. В астрономії це явище називається транзитом (в Сонячній системі для Землі транзитними є Венера і Меркурій), потік випромінювання від зірки під час транзиту планети зменшується, що можна зафіксувати сучасними телескопами. Якщо віддалена зірка затьмарюється планетою, подібної до Юпітера, то її яскравість зменшується на 1%.

Іноді існування планети, виявленої методом радіальної швидкості, може бути підтверджене і транзитним методом. Таким прикладом може бути зірка HD 209458, відома як 51 Пегаса, навколо якої обома методами була виявлена ??планета b-типу. Такі планети називаються також «гарячими Юпітерами»: вони є газовими гігантами і обертаються навколо батьківської зірки на низьких орбітах.

Транзитний метод і метод радіальних швидкостей взаємно доповнюють один одного і дозволяють отримати досить точну інформацію про масу і габаритах планети, а також про характеристики її орбітального руху. На жаль, транзитний метод використовується тільки для виявлення газових гігантів, проходження же маленьких кам'янистих планет земного типу зафіксувати практично неможливо.

Сьогодні пошуком планет транзитним методом займається космічний телескоп CoRoT (Convection Rotation and planetary Transits) - запущений 27 грудня 2006 саме з метою виявлення екстрасонячних планет.

Пряме виявлення планет

Кінцева мета всіх методів пошуку позасонячних планет - можливість безпосередніх їхніх спостережень. Коли це нарешті стане можливим, астрономи зможуть отримати спектр планет, а значить і визначити їх хімічний склад і агрегатний стан поверхні.

На довжинах хвиль видимого світла зірки, подібно до нашого Сонця, затьмарюють планети, які лише відбивають крихітну частину видимого випромінювання зірки. При цьому виходить, що зірка випромінює в десятки тисяч мільйонів разів більше, ніж планета. Але в інфрачервоному світлі планети, що підігріваються процесами в їх розпечених надрах, випромінюють набагато сильніше. Тут інтенсивність випромінювання зірки і планети розрізняється вже «всього» в мільйон разів, оскільки планета випромінює не тільки відбите від зірки, а й власне тепло.

Спостереження в середньому інфрачервоному діапазоні можливі лише орбітальними телескопами, оскільки випромінювання Землі заважає спостереженням з її поверхні. Іншою проблемою є те, що планета і зірка розташовані настільки близько за космічними мірками, що зливаються в одну пляму. Усунення теплових перешкод і поліпшення дозволу інфрачервоних телескопів є одним з важливих напрямків у розробці методів прямого спостереження планет.

Спектральне розділення енергії

Оскільки планета світиться, нехай і відбитим від зірки світлом, то і тут проявляється закон Доплера. Коли планета рухається у напрямку до Землі, спектральні лінії зміщуються в синю область спектра, а коли віддаляється - в червону. Як зазначалося в описі методу радіальної швидкості, одночасно з планетою рухається і зірка, причому її спектральні лінії «ходять» в протилежному напрямку. Якщо зняти спектри зірки і планети, то вони утворюють динамічну фігуру, звану спектральним розділенням енергії (Spectral Energy Distribution). Теоретично за допомогою комп'ютерного аналізу можна розділити спектри зірки і планети, проте потужність сучасних телескопів поки не дозволяє проводити такий аналіз через недостатність збираного ними випромінювання.

Поляриметрія

Зі шкільного курсу фізики відомо, що світло, що є електромагнітним випромінюванням, характеризується не тільки довжиною хвилі (або, відповідно, частотою), але і поляризацією. Поляризація світла - одне з фундаментальних властивостей оптичного випромінювання (світла), що складається в неравноправии різних напрямків у площині, перпендикулярній світловому променю (напряму поширення світлової хвилі) (Вікіпедія).

Випромінювання зірки неполяризований, тобто хвиля може коливатися в будь-якій площині. Але коли світловий промінь відбивається від поверхні планети, то його характеристики змінюються. Взаємодіючи з атомами і молекулами атмосфери планети, фотони здобуваю якесь бажаний напрямок коливань, тобто відбите світло стає поляризованим.

Астрономічні інструменти, звані поляризатори, здатні виявляти поляризацію випромінювання. На жаль, щоб виявити поляризацію виключно слабкого випромінювання, що приходить від екстрасонячних планет, чутливість поляриметрів повинна бути досить висока.

Обнуляюча інтерферометрія

Астрономам давно відомо, що при комбінуванні світла від декількох телескопів можна отримати зображення, еквівалентне отриманому від більшого і, відповідно, більш потужного телескопа. Ця методика, звана інтерферометра, широко використовується в радіоастрономії, а останнім часом і в оптичній. Яскравим прикладом оптичного телескопа, сконструйованого з використанням принципів интерферометрии, є нещодавно введений в дію Великий бінокулярний телескоп (LBT - The Large Binocular Telescope).

Звичайна интерферометрия увазі додавання максимумів амплітуди сигналу для його посилення. У обнуляти ж интерферометрии все відбувається з точністю до навпаки, тобто максимуми складаються з мінімумами. Таким чином, випромінювання зірки фактично зводиться нанівець. Однак планети, залишаються видимими, оскільки вони зміщені відносно центральної зірки, і їх випромінювання проходить різний шлях по оптичній системі телескопів.

Сьогодні існує кілька наземних телескопів, що використовують принцип обнуляти интерферометрии. Вони були розроблені, в основному для відпрацювання технології створення подібних орбітальних телескопів і є етапом у реалізації виключно складного проекту Дарвін (Darwin). Його метою є пошук планет, реєстрація їх атмосфери, а також масштабні дослідження Всесвіту.

В рамках проекту Дарвін на орбіту Землі будуть запущені від чотирьох до шести невеликих телескопів діаметром 3-4 метри, які будуть функціонувати як один величезний телескоп, і чотири космічні кораблі, що виконують функції зв'язку із Землею. Запуск призначений на 2015 рік.

Джерело: IT-Day.

Список літератури

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://planetarium-kharkov.org

Авіація і космонавтика
Автоматизація та управління
Архітектура
Астрологія
Астрономія
Банківська справа
Безпека життєдіяльності
Біографії
Біологія
Біологія і хімія
Біржова справа
Ботаніка та сільське господарство
Валютні відносини
Ветеринарія
Військова кафедра
Географія
Геодезія
Геологія
Діловодство
Гроші та кредит
Природознавство
Журналістика
Зарубіжна література
Зоологія
Видавнича справа та поліграфія
Інвестиції
Інформатика
Історія
Історія техніки
Комунікації і зв'язок
Косметологія
Короткий зміст творів
Криміналістика
Кримінологія
Криптологія
Кулінарія
Культура і мистецтво
Культурологія
Логіка
Логістика
Маркетинг
Математика
Медицина, здоров'я
Медичні науки
Менеджмент
Металургія
Музика
Наука і техніка
Нарисна геометрія
Фільми онлайн
Педагогіка
Підприємництво
Промисловість, виробництво
Психологія
Психологія, педагогіка
Радіоелектроніка
Реклама
Релігія і міфологія
Риторика
Різне
Сексологія
Соціологія
Статистика
Страхування
Будівельні науки
Будівництво
Схемотехніка
Теорія організації
Теплотехніка
Технологія
Товарознавство
Транспорт
Туризм
Управління
Керуючі науки
Фізика
Фізкультура і спорт
Філософія
Фінансові науки
Фінанси
Фотографія
Хімія
Цифрові пристрої
Екологія
Економіка
Економіко-математичне моделювання
Економічна географія
Економічна теорія
Етика

8ref.com

© 8ref.com - українські реферати


енциклопедія  бефстроганов  рагу  оселедець  солянка