Экзопланеты. Методы поиска экзопланет. Метод лучевых скоростей. Эффект Доплера.

  Здравствуйте, Дорогие Друзья, зрители и подписчики моего блога! Меня зовут Артём, и сегодня мы продолжим тему экзопланет. Начиная с этого видео, я начну вам рассказывать о том, как открывают экзопланеты. Всего существует около десяти различных методов, но мы с вами рассмотрим основные пять: метод Доплера, транзитный метод, метод гравитационного микролинзирования, метод периодических пульсаций и метод прямого наблюдения. И в этом блоге мы поговорим о методе лучевых скоростей или, как ещё говорят, Методе Доплера.

  Итак, начнём.

 

  Сама идея того, что вокруг далёких звёзд могут вращаться планеты, похожие на планеты нашей Солнечной Системы, возникла уже давно. Все мы помним из истории трагическую судьбу Джордано Бруно. Хотя, я думаю, и до него у многих возникала подобная мысль, но, озвучивать её было просто небезопасно. Спустя столетия идея из сознания людей никуда не делась, и они стали пытаться найти способ поиска экзопланет. Вся сложность заключалась в том, что звёзды, находясь на огромных расстояниях от нас, имеют очень маленький угловой размер, иначе говоря – видимый диаметр. Даже в самые крупные телескопы мы видим их точками на фоне ночного неба. Теперь представьте, насколько сложно увидеть рядом с такой точкой, точку, которая будет в десятки раз меньше в диаметре? А ведь именно такие размеры имеют планеты в сравнении со звёздами.

  На помощь астрономам здесь приходит метод Лучевых скоростей, основанный на эффекте Доплера. Сам этот физический эффект был открыт австрийским математиком и физиком Кристианом Доплером.

  Что же такое эффект Доплера?

  Прежде чем ответить на этот вопрос, давайте вспомним, что же такое свет?

Светом в физике называют электромагнитное излучение. Есть видимый человеческому глазу диапазон излучения и невидимый. Наш глаз различает волны излучения определённой длины. Если пропустить свет через призму, то мы увидим, что он разложится на знакомые нам с детства цвета радуги: красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий и фиолетовый. Каждый цвет имеет свою длину волны. Мы с вами видим волны от фиолетового до красного цвета. За ними начинается диапазон невидимого глазу излучения. Идём дальше. Волна красного цвета – самая длинная, а волна фиолетового – самая короткая.

  Теперь мы можем вернуться к вопросу, что такое эффект Доплера?

  Говоря простыми словами, эффект Доплера – это изменение длины волны излучения, вследствие движения источника наблюдения, относительно наблюдателя. Например, мы наблюдаем за неким объектом, излучающим свет. Мы неподвижны, а объект движется. Если объект движется от нас, то длина волны, излучаемого им света, начнёт увеличиваться и смещаться к диапазону красного цвета, если же объект движется к нам, то длина волны начнёт уменьшаться и смещаться к диапазону синего цвета.

  А теперь представьте, что мы наблюдаем с Земли за некой звездой, через специальный инструмент-спектрограф, который раскладывает электромагнитные волны, излучаемые ею, в цветовой спектр. В спектре звезды имеются все длины волн. Но, проходя сквозь более холодные слои атмосферы звезды, излучение поглощается, поэтому в спектре появляются тёмные линии, которые называются фраунгоферовыми линиями, в честь немецкого физика Йозефа Фраунгофера, который точно измерил угловое положение этих линий. Сами же линии соответствуют химическим элементам, находящимся в атмосфере звезды.

  Предположим, возле звезды есть некая планета. Как же нам её обнаружить?

  В школах нам говорили, что Земля вращается вокруг Солнца. Однако, это не совсем так. На самом деле и Земля и Солнце вращаются вокруг общего центра масс. И это применимо к любой другой звёздной системе. Получается, что звезда тоже движется, правда, по довольно маленькой орбите. Заметьте: чем больше масса планеты, тем сильнее она будет раскачивать звезду. А если масса планеты маленькая, то раскачивания могут быть всего десятки сантиметров в секунду.

  Итак, если мы будем смотреть через спектрограф на подобную звёздную систему, то, что мы увидим? А увидим мы, как на спектре звезды линии Фраунгофера станут смещаться. Если звезда приближается к нам, то, согласно Эффекту Доплера, линии будут смещаться в синюю область спектра, 

если звезда будет удаляться, то линии сместятся в красную область спектра. 

  Именно смещение спектральных линий звезды дадут понять, что она вращается вокруг какого-то общего центра масс, следовательно, рядом находится еще минимум одно небесное тело. Современный спектрограф HARPS, расположенный в Чили, может регистрировать раскачивания звезды минимум один метр в секунду. И это поистине здорово! На сегодня HARPS открыл примерно 75 экзопланет.

  А теперь вкратце поговорим о недостатках и ограничениях этого метода.

  Итак, в чём сложности?

  Во-первых, на поверхности далёкой звезды могут возникать пятна. Они вызывают изменения в профиле линий поглощения. Из-за этого может показаться, что звезда движется от нас или к нам. Что ошибочно можно принять за наличие экзопланеты.

 Во-вторых, мы, наблюдая за звёздной системой с Земли, тоже движемся в пространстве вокруг Солнца со скоростью 30 километров в секунду. Это движение тоже нужно учитывать, делая выводы из полученных данных спектрометра.

  В-третьих, методом Доплера  мы можем открывать только сравнительно недалёкие от нас звёзды, которые находятся на расстоянии до 160 световых лет. Далёкие звёзды имеют низкую яркость или звёздную величину. Низкая яркость препятствует качественным и точным измерениям спектрометра.

  В-четвёртых, мы можем открывать только планеты с большой массой. Планеты с маленькой массой вызывают крошечные колебания звезды, которые не улавливает спектрометр.

  Ну, и, наконец, мы просто не заметим движения звезды, если звёздная система будет расположена полностью перпендикулярно лучу нашего зрения.

 Итак, друзья, в этом видео мы с вами рассмотрели первый метод открытия экзопланет – метод Доплера, в следующем видео поговорим о методе Транзитов.

 В конце передачи не пропустите ссылки на похожие выпуски!

  Всех Благ Вам Дорогие Мои! Чистого и Мирного Вам неба и пусть звёзды Вам благоволят.

ПОДРОБНОСТИ В ВИДЕО:



Поделитесь ссылкой, если понравилось:

Экзопланеты. Зона Обитаемости или Зона Златовласки. Три Экзопланеты вблизи.

  Здравствуйте, Дорогие Друзья, зрители и подписчики моего блога! Меня зовут Артём, и сегодня мы вкратце разберём, что такое Зона Обитаемости. Поговорим о некоторых видах звёзд и экзопланет. Что же, давайте начинать.

  Итак, что же такое Зона Обитаемости, или, как ещё выражаются в западных странах, Зона Златовласки? Начнём с определения. Принято считать, что вода является основой всей жизни. Исходя из этого, обитаемой зоной называют такую область в звёздной системе, где должна находиться планета, для того, чтобы на её поверхности могла образоваться вода в жидком состоянии. Такие условия должны быть благоприятны для появления жизни, похожей на земную.  

  Многим из вас, друзья, с детства знакома сказка «Маша и Три медведя» или, как она называется в англоязычной литературе, – Златовласка и три медведя. Все вы, скорее всего, помните момент с кашей на столе. В одной тарелке каша была слишком горячей, во второй – слишком холодной, и только в третьей – в самый раз. Так же девочка перебирала и с кроватями, и со стульями, пока не находила то, что ей больше всего подходило: некую свою зону комфорта, зону Златовласки.

  Теперь представим, что у нас есть некая звезда А, вокруг которой вращается 5 экзопланет: b, c, d, e, f. На планетах b, c, d будет слишком жарко, и вся вода будет испаряться. На планете f будет слишком холодно, вода будет находиться в состоянии льда. И только на планете e будет не слишком жарко и не слишком холодно, а в самый раз для воды в жидком состоянии.

  Теперь давайте разберёмся, отчего же зависит местоположение Зоны Обитаемости. Существует множество факторов, но, один из самых важных, разумеется, – это энергия, излучаемая звездой. Полную энергию, излучаемую звездой в единицу времени, астрономы называют «светимостью звезды». Чем выше светимость, тем дальше Зона Обитаемости, и наоборот, – чем она ниже, тем Зона обитаемости ближе. Звёзды красные-карлики имеют самую низкую светимость. Так образом, в системе красного карлика Зона обитаемости будет где-то здесь. 

  В системе звезды подобной нашему Солнцу здесь.

 А в системах белых и голубых звёзд – здесь. 

  Также не стоит забывать и о размерах звёзд. У звёзд с большими размерами выше светимость и зона Златовласки, соответственно, располагается дальше, чем у звёзд с размерами поменьше.

  За основу измерения светимости звёзд всегда берётся светимость нашего Солнца. Например, ярчайшая звезда в созвездии Скорпиона красный сверхгигант Антарес, имеет светимость 57 500 (светимостей Солнца) L☉.

 А звезда Вега, самая яркая звезда в созвездии Лиры, имеет светимость приблизительно в 40 светимостей Солнца.

  На данный момент учёные могут определять как примерные массы и размеры экзопланет, так и их зону обитаемости. Допустим, мы открыли планету, масса и размеры которой схожи с массой и размерами нашей Земли. Плюс, к тому же, она располагается в Обитаемой Зоне. Можно ли с точностью утверждать, что на этой планете может быть жизнь? Увы, нет. Едва ли одних лишь этих сведений достаточно, чтобы делать такие выводы.

  Итак, что же нужно ещё знать, чтобы повысить вероятность нахождения жизни на далёкой экзопланете?

  Во-первых, нам нужно знать о наличии у планеты атмосферы; знать её состав и как на температуру поверхности влияет парниковый эффект. Например, средняя температура Земли +15 градусов Цельсия. Это с парниковым эффектом, без него же, температура составляла бы только –17 градусов, а этого для возникновения и развития жизни на планете, могло бы быть недостаточно.

  Во-вторых, важно знать и о магнитном поле экзопланеты. Ведь без его наличия или же при его низких показателях, планета не сможет противостоять звёздному ветру, а как следствие, жизнь на планете может и не зародиться.

  Ни первое, ни второе мы пока определять не можем, но, со временем, обязательно и эти знания нам станут доступны.

  Сейчас можно ещё сказать, что возникновение жизни более всего вероятно в системах достаточно спокойных звёзд. Ведь частые выбросы коронального вещества звезды в сторону планеты может с лёгкостью уничтожить всю, только начавшую развиваться жизнь.

  Можно расширить Зону Обитаемости и в пределах всей Галактики. 

 К примеру, если звёздная система находится слишком близко к центру Галактики, то для экзопланеты в такой системе, большую опасность представляют как вспышки сверхновых, так и прохождение рядом какой-либо одинокой звезды. Она своим притяжением может либо изменить саму орбиту планеты, либо же изменить орбиты комет и астероидов, находящихся в системе, а это тоже чревато последствиями. Если же звёздная система расположена на внешних окраинах Галактики, то в ней может отсутствовать нужное количество тяжелых элементов, а это важное условие для образования планет подобных Земле.

  Исходя из этого, можно сделать вывод, что более высокая вероятность зарождения жизни в нашей Галактике, возникает где-то между центральными и внешними областями.

  Но, обязательно ли жизнь должна быть такой, как на Земле? Многие учёные на эту тему очень много спорят. Есть мнение, что некоторые бактерии и живые существа могут приспособиться и к жизни без воды. Также источником тепла может быть и не звезда, а тепло, образованное от  вулканической активности на планете. Более того, есть вероятность существования не только кислородно-углеродной (водной) основы жизни, но и жизни с метановой основой. Примеры такой жизни возможны на спутнике Сатурна Титане.

  И вообще: зачем далеко ходить? Ведь на нашей планете есть бактерии, черви, моллюски, которые могут жить при температуре 250-400 градусов Цельсия. Нужно упомянуть и о Тихоходке - типе микроскопических беспозвоночных, которые могут жить долгое время при температурах до – 270 градусах Цельсия, в сероводородной среде, среде углекислого газа и даже в вакууме.

  А почему жизнь должна иметь именно углеродную форму? Астрофизик Виктор Стенджер, выдвинул предположение, что и такие химические элементы, как, например, кремний, также могут образовать достаточно сложные формы жизни. Откуда нам вообще может быть известно о разновидностях образования жизни во Вселенной? Мы можем лишь предполагать, додумывать, фантазировать…

  Всех Благ Вам Дорогие Мои! Чистого и Мирного Вам неба и пусть звёзды Вам благоволят.

  Что же, более детально смотрите обо всём выше написанном в видео:



Поделитесь ссылкой, если понравилось: