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: