Лов за извънземни екзопланети с мобилни астрономически приложения

Художник

Концепция на художника за горещата планета Юпитер HD188753b (горе вляво), гледана от повърхността на теоретична луна. Планетата обикаля около тройна звездна система, разположена на 149 светлинни години от нас, в съзвездието Лебед. (Изображение: JPL-Caltech/NASA)



В началото на 90 -те години идеята за планетите около други звезди беше изцяло в сферата на научната фантастика. Сега астрономите вече са потвърдили хиляди екстрасоларни планети - за кратко екзопланети - и едва започнахме търсенето. В това издание на Mobile Astronomy ще разгледаме как са открити, дали биха могли да приемат живот и как можете да използвате приложението си за астрономия, за да видите някои от звездите домакини с невъоръжени очи или телескоп в задния двор. Освен това ще подчертаем някои приложения за екзопланета, пълни с най -новите новини и данни.



За да им е по -лесно да си представят, екзопланетите се категоризират, като ги сравняват със собственото семейство планети на Земята. В големия край на скалата са супер-Юпитерите: масивни газови гигантски планети между един и 10 пъти по-големи от Юпитер. Под това са планетите с размер на Нептун, които могат да бъдат газообразни, ледени, скалисти или комбинация от трите. В долния край на скалата за размери са суперземите и по-малките скалисти планети с размер на Меркурий.

Системите на екзопланетите нарушават всички правила, с които сме свикнали: горещите юпитери се запъват, докато се движат около звездите си по орбити, по -малки от тези на Меркурий, а някои планети дори обикалят около две или повече звезди едновременно, като планетата 'Междузвездни войни' Татуин ! За още примери посетете Галерията на най -странните екзопланети на demokratija.eu. Но какво всекинаистина лииска да открие близки планети, подобни на Земята, които биха могли да приемат живот. [Как забелязвате извънземна планета от Земята? (Инфографика)]

Как да открием екзопланети?



Освен няколко специални изключения, директното наблюдение на планети, скрити в отблясъците на техните звезди, е извън съвременните ни технологии. Така че трябва да разчитаме на косвени методи за тяхното откриване и характеризиране. Досега най -лесните методи включват измерване на малките ефекти, които планетите имат върху своята звезда. Най -плодотворната от тези техники е транзитната фотометрия: измерване на затъмняването на светлината на звездата, когато нейните планети преминават между нас и звездата. Радиалната скорост и звездната астрометрия са два алтернативни метода, които откриват фините движения на звездите, причинени от орбитални планети, които ги привличат гравитационно. Кой метод ще се използва, зависи от ориентацията на планетарната система.

Когато звездите се образуват, те запазват посоката на въртене, определена от ъгловия момент на техният първоначален източник на газ , а орбитите на техните планети седят в една и съща въртяща се равнина. Ъглите са напълно случайни и независими от равнината на галактиката -домакин. Ако можехме да погледнем нагоре към звездите и да видим техните слънчеви системи, те щяха да бъдат ориентирани във всички възможни посоки-някои лице в лице с нас (като целите за стрелба с лък), някои ръбове под всеки ъгъл на часовника и всяка комбинация между. Нашата слънчева система е почти на ръба до центъра на нашата галактика, но е наклонена на 62,6 градуса от равнината на Млечния път. Можете да демонстрирате това в SkySafari и някои други астрономически приложения, като активирате опцията за галактическа координатна система в приложението.

Показвайки координатната система на нашата галактика Млечен път в приложението SkySafari, можем да илюстрираме, че равнината на Слънчевата система, посочена от жълтата еклиптична линия, е почти в съответствие с галактическия център (червена звезда) и е завъртяна на 62,6 градуса далеч от галактическата равнина.



Показвайки координатната система на нашата галактика Млечен път в приложението SkySafari, можем да илюстрираме, че равнината на Слънчевата система, посочена от жълтата еклиптична линия, е почти в съответствие с галактическия център (червена звезда) и е завъртяна на 62,6 градуса далеч от галактическата равнина.(Изображение кредит: SkySafari за Android и iOS)

В малкия процент звездни системи, ориентирани ръбово към Земята, планетите преминават пред звездата, временно причинявайки леко намаляване на светлината на звездата (от порядъка на 1 част от 10 000), гледано от тук. Размерът на намалението е пропорционален на размера на планетата. Потъването в светлината се повтаря всеки път, когато планетата завърши орбита. Като записваме яркостта на звездната светлина непрекъснато за дълъг период, можем да определим дължината на нейната година и радиуса на нейната орбита. В комбинация със светимостта на звездата и спектралния тип, можем да оценим температурата на повърхността на планетата. (Ще се върнем към това по -късно.) Освен това, ако една екзопланета има полупрозрачна атмосфера или е свят на газ, светлината намалява постепенно, докато тази, която е скалиста и без въздух, намалява яркостта по -рязко.

Графиките на светлината на звездите спрямо времето, известни като светлинни криви, могат да бъдат сложни, ако транзитират множество планети - всяка с различно количество на потапяне, продължителност и интервал, всички сумирани заедно. Много звезди също проявяват присъща променливост в своята яркост, но транзитните спадове на екзопланетите се случват много по -бързо от тези промени в яркостта.



Малки планети с размер на Земята произвеждат малки спадове в интензитета на светлината, докато пресичат звездите си. Ако една звезда се изследва с наземен телескоп, денят предотвратява непрекъснатите измервания, а атмосферните смущения (т.е. мигащи) добавят шум към светлинната крива, ограничавайки чувствителността и предотвратявайки откриването на малки планети. За да се преодолее това, космическият телескоп Kepler беше изведен на орбита през 2009 г., за да открие и характеризира екзопланети, особено подобни на Земята, като използва непрекъснато фотометрия на транзит върху една малка част от небето. Той е открил хиляди екзопланети, включително много горещи Юпитери и планети с размер на Нептун, както и голям брой планети с размер на Земята. (Настоящата мисия на Kepler K2 наблюдава по -широки участъци от небето за около 80 дни наведнъж.)

Конусът в жълто, представляващ мисията Кеплер

Конусът в жълто, представляващ обема на търсене на мисията Кеплер, е само малка част от галактиката Млечен път. Сега вярваме, че почти всички звезди в нашата галактика имат планетни системи.(Изображение кредит: НАСА )

Методът на радиалната скорост може да се приложи и за транзитни случаи, но се използва главно, когато планетарна система е почти на ръба, но не е достатъчна, за да настъпи транзит. По-голямата част от ранните открития на екзопланети, предимно на тежки планети с размер на Юпитер, са направени по този начин с помощта на наземни телескопи. За ситуации, в които планетите обикалят лице в лице с нас, звездната астрометрия се използва за търсене на периодично клатене, съответстващо на годината на планетата, в координатите на звездата. За да помогне в тази работа, космическият кораб Gaia на Европейската космическа агенция в момента картографира точните позиции на повече от 1 милиард звезди и други обекти.

Мисията на Кеплер и основните методи за откриване на екзопланети са много добре обяснени в две истории на demokratija.eu: 20 години по -късно, Бъдеще ярко за науката за екзопланетите и 1 284 открити екзопланети: Откритие на космическия телескоп на НАСА в снимки. Някой ден, с по -големи и по -добри телескопи и някои специални трикове, също очакваме директно да снимаме екзопланети.

Имена на екзопланети

От скоро на някои от по -известните екзопланети са дадени собствени имена. В противен случай екзопланетите се обозначават, като се използва тяхното звездно домакинство плюс малка буква, започваща с „b“ и нарастваща с реда на откриване. Повечето звезди домакини на екзопланети са слаби, така че им е трудно да запомнят имена като HD219134, от звездния каталог на Хенри Дрейпър (вж. моята колона от 11 април 2016 г. за повече информация за обозначенията със звезди).

Екзопланетите 'Gliese' обикалят звезди в каталога на Gliese за близки звезди, чиято близост до слънцето ги прави по -лесни за откриване. Екзопланетите, открити от мисията Кеплер, са кръстени с помощта на „Кеплер“ плюс число, указващо реда на откриване, след това буквата „b“ (или по -висока, за да обозначи множество планети в системата). Екзопланетите „WASP“ бяха открити от наземните роботизирани телескопи в мрежата „Широкоъгълно търсене на планети“.

Има ли някой там?

Екстраполирайки от числата, които имаме днес, астрономите изчисляват, че нашата галактика може да бъде дом на 40 милиарда планети с размер на Земята, 11 милиарда от тях обикалят около слънчеви звезди!

Много екзобиолози смятат, че продължителното присъствие на течна вода е необходимо, за да може животът на Земята да е възможен на екзопланета. При разумно атмосферно налягане, стабилна течна вода се появява между около 0 градуса и 100 градуса по Целзий (32 градуса и 212 градуса по Фаренхайт). Ако орбитата на екзопланета около нейната звезда -домакин я държи достатъчно близо до водата, за да избегне замръзване, но все пак не е достатъчно гореща, за да я свари, се счита, че тя обикаля в обитаемата зона на звездата. [ Как работят обитаемите зони за извънземни планети и звезди (инфографика) ]

Обитаемата зона за нашето слънце се простира от орбитата на Венера почти навън до Марс. За да се избегне прегряване на екзопланета, обитаемите зони на горещите звезди трябва да са по -далеч от звездата, така че годината на планетата ще бъде по -дълга. Но горещите звезди живеят бързо и умират млади - някои с живот, обхващащ само десетки милиони години, което вероятно е твърде кратко, за да позволи на живота да възникне и да се развие. Прохладни звезди, особено червени джуджета, греят стотици милиарди години. Техните обитаеми зони са компактни и има достатъчно време за живот. За съжаление, орбитата по -близо до звезда също излага планетата на повишена вредна радиация и космически метеорологични събития, като изблици и изхвърляне на коронална маса от звездата на системата.

И накрая, масата на планетата трябва да бъде достатъчна, за да упражни достатъчно гравитационно привличане, за да се задържи в защитна атмосфера и летливи вещества - елементи и съединения с ниска точка на кипене, като водата. Марс не е достатъчно голям, за да задържи атмосферата и водата за дълго, което води до неговото студено и сухо състояние днес. Следователно не е изненадващо, че учените говорят за „Зоната на златни косатки“ за извънземен живот. Планетата трябва да е достатъчно голяма, не прекалено гореща и не твърде студена - точно за цял живот!

Обитаемата зона (зеления диск) на нашата Слънчева система е с подобен диаметър на този на слънчевата звезда Kepler-452. Хладно-червената звезда джудже в системата Kepler-186 има много по-малка зона. Относителните размери на планетарните орбити и художник

Обитаемата зона (зеления диск) на нашата Слънчева система е с подобен диаметър на този на слънчевата звезда Kepler-452. Хладно-червената звезда джудже в системата Kepler-186 има много по-малка зона. Относителните размери на планетарните орбити и представите на художника за екзопланетите са показани в мащаб с нашата Слънчева система.(Изображение кредит: НАСА )

Забелязване на някои звезди с планети

Докато самите екзопланети не се наблюдават визуално, можете да се забавлявате, като погледнете звездите домакини, които са достатъчно ярки, за да се виждат с просто око, бинокъл и телескоп (звезда с невъоръжено око се вижда без специално оборудване). Ето няколко, за да започнете. Използвайте любимото си приложение за астрономия, за да търсите посочените звезди и/или указателните табели на обекта на Месие (вДЪРВО).

Алрай, или Gamma Cephei, е лесна за наблюдение звезда с невъоръжено око с магнитуд 3,2, която се обикаля от горещ Юпитер на име Тадмор. Това всъщност беше постулирано от канадски екип през 1988 г. и би било първата в света известна екзопланета, но те не бяха достатъчно уверени в данните си, за да бъдат публикувани. Съществуването му е потвърдено през 2002 г.

Upsilon Andromedaeе звезда с невъоръжено око с магнитуд 4.1, която седи над и между по-ярките звезди Алмаак и Мирах в Андромеда. Той се обикаля, донякъде хаотично, от поне четири горещи Юпитера и е едно от първите открития на екзопланета през 1996 г.

47 Голяма мечкае невъоръжено око, подобно на слънце звезда с магнитуд 5.0, за което е известно, че е домакин на три екзопланети от тип горещ Юпитер (първата от които е открита през 1996 г.), а може би и някои планети, подобни на Земята.

51 Пегасе звезда с магнитуд 5,5, видима с невъоръжено око от тъмно място, която изгрява в късната вечер сега и остава видима през есента и зимата. Орбита е около горещ Юпитер, наречен Димидиум, първата потвърдена екзопланета около звезда, подобна на слънце.

HD219134, известен също като Gliese 892, е звезда с магнитуд 5,6 в Касиопея, близо до границата за невъоръжено око, но лесно се забелязва с бинокъл. Това е около 4,5 градуса южно от отворения клъстерМесие 52. Около него има седем планети Земя, свръхзема и Юпитер и е само на 21 светлинни години от нас.

Фомалхауте ярка звезда с магнитуд 1,2, видима ниско в южното вечерно небе от август до есен. През 2008 г. космическият телескоп Хъбъл успя да изобразява околозвезден диск около Фомалхаут, който включваше за първи път екзопланета, видяна във видима светлина. Последващите снимки показват, че планетата се движи през орбитата си. Планетата, наречена Dagon, все още може да се обедини.

Вълк 1061 е слаба звезда с червено джудже с магнитуд 10, разположена в южната част на Змееносец. От трите известни скалисти планети с размер на Земята „c“ е точно в обитаемата зона, а „d“ е незначително гостоприемно. На разстояние 13,8 светлинни години те са сред най-близките планети, подобни на Земята. Това е само 39 дъгови минути северозападно от яркото кълбовидно струпванеМесие 107.

Парчето небе, анализирано от мисията Kepler, е добре позиционирано за наблюдение между сега и есента. Използвайте любимото си приложение за астрономия, за да потърсите ярката звезда Вега в съзвездието Лира. Придвижвайки се към Денеб в Лебед, потърсете скромната звезда Рух, маркираща част от горното крило на лебеда. В този 14-градусов квадрат на небето между Рух и Вега има хиляди известни планети!

Приложения за екзопланета

Безплатните приложения Екзопланета за iOS и Exo Planets Explorer 3D за Android включва обширен списък с известни екзопланети, който се поддържа актуален, тъй като се обявяват нови открития.

След като потребителят избере екзопланета от обширна база данни, приложението Exoplanet за iOS показва данни за откриване, системни параметри, опции за извеждане на анимиран метод за откриване и графики за сравнение с размера на планетата, небесна диаграма за вашето местоположение, диаграма отгоре надолу и още. Приложението остава в течение с най -новите открития.

След като потребителят избере екзопланета от обширна база данни, приложението Exoplanet за iOS показва данни за откриване, системни параметри, опции за извеждане на анимиран метод за откриване и графики за сравнение с размера на планетата, небесна диаграма за вашето местоположение, диаграма отгоре надолу и още. Приложението остава в течение с най -новите открития.(Изображение кредит: Екзопланета за iOS)

На главната страница на приложението Exoplanet изберете опцията Млечен път, за да видите динамично 3D изобразяване на разпространението на известни екзопланети в галактиката, след това завъртете и увеличете. Опцията за търсене ви позволява да изберете планета и да летите там, като видите нейната система в движение. Можете също така да летите до Земята и да активирате режим, който използва вашето GPS местоположение и компаса и жироскопа на вашето устройство, за да посочи екзопланетите в небето. Платените добавки позволяват добавяне и показване на други видове обекти по този начин.

В менюто База данни изберете планета, като превъртите списъка или въведете в полето за търсене. Всеки запис извежда обобщена страница, от която можете да преминете към изглед на цяла страница на техниката за откриване, анимирана графика, сравняваща размера и скоростта на въртене с нашата Слънчева система, звездна карта, изглед в план на орбитите за планетите в тази система и обширен списък с факти и цифри за планетата и звездата домакин. Щракването върху миниизображението на планетата извлича фотографско изображение на водещата звезда от мрежата. Можете да филтрирате обширния списък по тип планета, метод за откриване и сортиране, като използвате различни параметри. Горещо препоръчвам това приложение.

Приложението Exo Planets Explorer 3D също съдържа много данни и ще добавя нови планети, когато бъдат открити, но е насочено към по -младата тълпа, с опция за активиране на виртуални джойстици и полет около планетарните системи. На главния екран можете да завъртите и увеличите 3D изобразяване на звездите на екзопланетата в нашия локален обем на галактиката и да докоснете всяка система, за да летите там. Подобно на Exoplanet, базата данни може да се търси и дава възможност за широко сортиране и филтриране на резултатите. Една полезна функция е 3D показването на обитаемата зона за всяка звезда и отлично изобразяване на орбиталните наклони на различните планети, всички от които могат да се завъртат и увеличават. Друго страхотно приложение.

Приложението Exo Planet Explorer 3D за Android ви позволява да търсите всяка екзопланета и да показвате нейната планетарна система, пълна с обитаема зона и орбитални наклони, в динамично изобразяване, което позволява мащабиране, въртене и орбитален поток. По избор кутия с данни показва данни за всяка планета и звездата -домакин.

Приложението Exo Planet Explorer 3D за Android ви позволява да търсите всяка екзопланета и да показвате нейната планетарна система, пълна с обитаема зона и орбитални наклони, в динамично изобразяване, което позволява мащабиране, въртене и орбитален поток. По избор кутия с данни показва данни за всяка планета и звездата -домакин.(Изображение кредит: Exo Planet Explorer 3D за Android)

Going Beyond

За да научите за някои необичайни екзопланети, разгледайте Scientific American Топ 10 екзопланети , поддържайте актуалните си приложения за екзопланети и гледайте научните новини, тъй като през цялото време се обявяват нови открития.

Ако искате да помогнете в търсенето на екзопланети, можете да се регистрирате за Ловци на планети програма, управлявана от Йейлския университет. След кратко тренировъчно упражнение онлайн порталът ще покаже светлинни криви, които ще можете да маркирате с всякакви екзопланетни спадове, които може да откриете. Вашите отговори се сравняват с тези на други хора и ако бъде постигнат консенсус, звездата ще бъде маркирана за професионален анализ. Забавно е и вие допринасяте за истинската наука.

Предстоят още много неща в бъдещите издания на мобилната астрономия, включително прегледи на астро-джаджи, усъвършенствана фотография на смартфони и колони за използването на приложения за преподаване на астрономия. Изпратете ми и вашите идеи. Дотогава продължавайте да гледате нагоре!

Бележка на редактора:Крис Вон е астрономически специалист и образователен специалист, и оператор на историческия 1,88 метров телескоп на обсерваторията Дейвид Дънлап. Можете да достигнете него по имейл и го последвайте в Twitter като @astrogeoguy , както и на Facebook и Tumblr .

Тази статия е предоставена от Учебна програма за симулация , лидер в учебните програми за космическа наука и създателите на SkySafari приложение за Android и iOS. Следвайте SkySafari в Twitter @SkySafariAstro . Последвай ни @Spacedotcom , Facebook и Google+ . Оригинална статия на demokratija.eu .