Naszą pasją jest przestrzeń

Prawdopodobnie każdy z nas zastanawiał się kiedyś, czy jesteśmy sami we Wszechświecie. Na odpowiedź na to pytanie z pewnością przyjdzie nam jeszcze długo poczekać, jednak próba wyobrażenia sobie rozmiarów Wszechświata pozwala odnieść wrażenie, że nasza samotność we Wszechświecie jest wręcz niemożliwa. Obserwujemy miliardy galaktyk, w każdej z nich miliardy gwiazd, wokół których mogą krążyć planety, a wokół planet księżyce (oczywiście tylko planety lub księżyce mogą stworzyć warunki odpowiednie dla powstania życia w takiej formie, w jakiej potrafimy je sobie wyobrazić). W naszej Galaktyce astronomowie odkryli już prawie 1000 planet, w tym w ciągu ostatniego roku ponad 160. Przynajmniej na kilku z nich mogą istnieć warunki sprzyjające powstaniu chociażby prymitywnych form życia.
Pierwsza planeta pozasłoneczna została odkryta dopiero w 1992 roku (przez polskiego astronoma Aleksandra Wolszczana) lecz historia poszukiwań sięga XVII wieku. Niedługo po wprowadzeniu do obserwacji astronomicznych teleskopu, astronomowie zaczęli poszukiwać blasku planet, odbijających światła gwiazd, wokół których miałyby krążyć. Oczywiście szanse dostrzeżenia czegokolwiek były zerowe- duże odległości do gwiazd i małe rozmiary planet całkowicie uniemożliwiają ich wizualną obserwację (gdyby planeta rozmiarów Jowisza krążyła wokół najbliższej Słońcu gwiazdy- Alfa Centauri- próbę jej dostrzeżenia można porównać do obserwacji główki szpilki z doległości 100 km). Odstąpiono więc od prób bezpośredniej obserwacji planet na rzecz pośrednich metod, polegających na poszukiwaniu zaburzeń blasku bądź ruchu gwiazdy przez krążące wokół niej planety.
Pierwszą metodą pośrednią była astrometria. Na niebie obserwuje się wiele gwiazd podwójnych, czyli dwóch gwiazd, krążących wokół wspólnego środka masy. Układ planetarny działa analogicznie- gwiazda i planety krążą wokół wspólnego środka masy- zatem jeżeli gwiazda posiada planety, powinniśmy dostrzegać na niebie jej ruch. Okazało się jednak, iż ruch ten jest tak subtelny, że jego dostrzeżenie wciąż jest nie lada wyzwaniem.
W widmie każdej gwiazdy obserwowane są linie (powstające w wyniku absorpcji światła o różnych długościach fal przez pierwiastki występujące w atmosferze gwiazdy), których położenie jest znane z dużą dokładnością. Jeżeli gwiazda przybliża się do nas lub oddala, linie te zmieniają swoje położenie (w wyniku działania efektu Dopplera), a zmiana ta jest zależna od prędkości gwiazdy względem nas. W ten sposób możemy badać tzw. ruch radialny gwiazd. Jeżeli gwiazda posiadająca planety krąży wokół środka masy, a płaszczyzna jej orbity nie jest prostopadła do kierunku widzenia obserwatora, będzie on dostrzegał ruch radialny gwiazdy. Mamy więc kolejną metodę pośrednią poszukiwania planet pozasłonecznych. Niestety, podobnie jak w przypadku astrometrii, dokładność jakiej wymaga ta metoda jest niezwykle wysoka- prędkość ruchu Słońca w wyniku obecności Jowisza wynosi zaledwie 13 m/s! Poszukując planet powinniśmy osiągnąć dokładność pomiarów prędkości gwiazd rzędu 1 m/s! Okazuje się, że jest to możliwe (osiągane są nawet większe dokładności) dzięki widmom powstającym w spektrografach typu echelle i metoda ta jest obecnie jedną z najowocniejszych.
Kolejną metodą pośrednią jest fotometria, czyli badanie jasności gwiazdy. Jeżeli wokół gwiazdy krąży planeta, może się zdarzyć, że planeta zasłoni kawałek gwiazdy- zjawisko to nazywane jest tranzytem. Efektem jest spadek jasności gwiazdy. Obecna technologia pozwala dostrzec również zjawisko odwrotne- zasłonięcie planety przez gwiazdę (okultację)- a także zmiany jasności wywołane zmianami faz planety (analogicznymi do zmiany faz Wenus).
Istnieje szereg innych metod pośrednich jak np. mikrosoczewkowanie grawitacyjne, timing, polarymetria, których opisy zainteresowani znajdą w odnośnikach na końcu artykułu.
Rozwój technologii pozwolił na powrót do łask metod bezpośrednich, czyli próby dostrzeżenia światła planet. Dzięki największym teleskopom, wykonywane są zdjęcia o bardzo dużej rozdzielczości. Uzyskanie obrazu planet wymaga jednak dodatkowych zabiegów, gdyż ich jasność, w porównaniu z jasnością gwiazd macierzystych jest znikoma. W tym celu światło pochodzące bezpośrednio od gwiazdy jest komputerowo usuwane z obrazu, a pozostaje na nim tylko światło planet.
Poszukiwanie planet stało się już odrębną, potężną dziedziną astronomii. Tworzone są grupy zajmujące się wyłącznie planetami pozasłonecznymi, powstają również misje kosmiczne, których najważniejszym celem jest poszukiwanie i badanie planet pozasłonecznych.

 

Więcej na ten temat:
http://www.pwuniverse.cba.pl/planety.pdf – podsumowanie stanu wiedzy o planetach pozasłonecznych
http://exoplanet.eu/ – encyklopedia planet pozasłonecznych
http://kepler.nasa.gov/ – strona misji Kepler
http://en.wikipedia.org/wiki/Echelle_grating – spektrograf echelle (ang.)
http://pl.wikipedia.org/wiki/Efekt_Dopplera – efekt Dopplera

 

Autor: Piotr Wielgórski