Các ngôi sao cực kỳ sáng tương phản với bất kỳ hành tinh nào có thể quay quanh chúng. Vì vậy, việc tìm kiếm các ngoại hành tinh - các hành tinh quay quanh mặt trời xa xôi - thật dễ dàng. Ở đây, cách thức của nó.
Nghệ sĩ khái niệm về một hành tinh xa xôi phía trước ngôi sao của nó. Nhiều ngoại hành tinh được tìm thấy thông qua việc nhúng nhỏ trong ánh sáng Ngôi sao xảy ra trong quá trình hành tinh. Hình ảnh qua SciTechD Daily.
Kể từ khi tin tức TRAPPIST-1 xuất hiện trên các phương tiện truyền thông vào ngày 22 tháng 2 năm 2017, các ngoại hành tinh đã trở thành một chủ đề thậm chí còn nóng hơn so với trước đây. 7 hành tinh được biết đến trong hệ thống TRAPPIST-1 chỉ cách chúng ta 40 năm ánh sáng và chúng đã chín muồi để khám phá thông qua các kính viễn vọng dựa trên Trái đất và không gian. Nhưng vài ngàn hành tinh ngoại khác - các hành tinh quay quanh mặt trời xa xôi - được các nhà thiên văn học biết đến. Khái niệm nghệ sĩ trên đây là một chút sai lầm bởi vì nó không cho thấy các ngôi sao rất, rất sáng tương phản với các hành tinh của họ. Nó có độ sáng của các ngôi sao khiến các ngoại hành tinh rất khó tìm. Thực hiện theo các liên kết dưới đây để tìm hiểu thêm về cách các nhà thiên văn tìm thấy các ngoại hành tinh.
Hầu hết các ngoại hành tinh được tìm thấy thông qua phương thức vận chuyển
Một số ngoại hành tinh được tìm thấy thông qua phương pháp lắc lư
Một vài ngoại hành tinh được tìm thấy thông qua hình ảnh trực tiếp
Một vài ngoại hành tinh được tìm thấy thông qua microlensing
Nghệ sĩ khái niệm về hệ thống TRAPPIST-1 khi nhìn từ Trái đất. Tín dụng hình ảnh cho NASA / JPL-Caltech.
Hầu hết các hành tinh được tìm thấy thông qua phương thức vận chuyển. Đó là trường hợp của các hành tinh TRAPPIST-1. Trên thực tế, từ TRAPPIST là viết tắt của các hành tinh TRAnsiting Planets và PlanetesImals nhỏ trên mặt đất, cùng với Kính viễn vọng Không gian Spitzer của NASA và các kính viễn vọng khác - đã giúp tiết lộ các hành tinh trong hệ thống này.
Chúng ta biết hầu hết các ngoại hành tinh thông qua phương thức vận chuyển một phần vì kính viễn vọng săn hành tinh trưởng thế giới của chúng ta - nhiệm vụ Kepler dựa trên không gian - sử dụng phương pháp này. Nhiệm vụ ban đầu, được đưa ra vào năm 2009, đã tìm thấy 4.696 ứng cử viên ngoại hành tinh, trong đó có 2.31 người được xác nhận ngoại hành tinh, theo NASA. Kể từ đó, nhiệm vụ Kepler mở rộng (K2) đã khám phá thêm.
Quá cảnh qua NASA.
Đường cong ánh sáng của Kepler-6b. Các nhúng đại diện cho quá cảnh của hành tinh. Hình ảnh qua Wikimedia Commons.
Phương thức vận chuyển hoạt động như thế nào? Nhật thực, ví dụ, Là một quá cảnh, xảy ra khi mặt trăng đi qua giữa mặt trời và Trái đất. Quá cảnh ngoại hành tinh xảy ra khi một hành tinh ngoại xa đi qua giữa ngôi sao và Trái đất. Khi nhật thực toàn phần diễn ra, ánh sáng mặt trời của chúng ta đi từ 100% đến gần 0% khi nhìn từ Trái đất, sau đó quay lại 100% khi nhật thực kết thúc. Nhưng khi các nhà khoa học quan sát các ngôi sao ở xa để tìm kiếm các ngoại hành tinh quá độ, thì ánh sáng của ngôi sao có thể, tối đa chỉ mờ đi vài phần trăm hoặc một phần trăm. Tuy nhiên, giả sử nó xảy ra thường xuyên khi hành tinh quay quanh ngôi sao của nó, thì việc nhúng vào một ngôi sao ánh sáng có thể tiết lộ một hành tinh ẩn khác.
Vì vậy, việc nhúng trong ánh sáng sao Star là công cụ tiện dụng để tiết lộ các ngoại hành tinh. Tuy nhiên, để sử dụng nó, các nhà thiên văn học đã phải phát triển các công cụ rất nhạy cảm có thể định lượng được ánh sáng phát ra từ một ngôi sao. Đó là lý do tại sao, mặc dù các nhà thiên văn học đã tìm kiếm các ngoại hành tinh trong nhiều năm, nhưng họ đã bắt đầu tìm thấy chúng cho đến những năm 1990.
Đường cong ánh sáng thu được bằng cách vẽ đồ thị ánh sáng của một ngôi sao theo thời gian cũng cho phép các nhà khoa học suy ra độ nghiêng của quỹ đạo Exoplanet và kích thước của nó.
Nhấp vào tên của một hành tinh ngoại để xem một đường cong ánh sáng hoạt hình ở đây.
Và lưu ý rằng chúng tôi không thực sự thấy các ngoại hành tinh được phát hiện với phương thức vận chuyển. Thay vào đó, sự hiện diện của họ được suy ra.
Phương pháp lắc lư. Sóng xanh có tần số cao hơn sóng ánh sáng đỏ. Hình ảnh qua NASA.
Một số hành tinh được tìm thấy thông qua phương pháp lắc lư. Con đường được sử dụng nhiều thứ hai để khám phá các ngoại hành tinh là thông qua quang phổ Doppler, đôi khi được gọi là phương pháp vận tốc hướng tâm và thường được gọi là phương pháp lắc lư. Tính đến tháng 4 năm 2016, 582 ngoại hành tinh (khoảng 29,6% tổng số được biết đến vào thời điểm đó) đã được phát hiện bằng phương pháp này.
Trong tất cả các hệ thống hấp dẫn liên quan đến các ngôi sao, các vật thể trên quỹ đạo - trong trường hợp này, một ngôi sao và ngoại hành tinh của nó - di chuyển xung quanh một trung tâm khối lượng chung. Khi một khối ngoại hành tinh có ý nghĩa so với khối sao Star của nó, thì có khả năng chúng ta nhận thấy sự chao đảo trong trung tâm khối này, có thể phát hiện được thông qua sự thay đổi tần số ánh sáng sao. Sự thay đổi này về cơ bản là một sự thay đổi Doppler. Nó có cùng một loại hiệu ứng làm cho vroom của một chiếc xe đua Động cơ của Âm thanh phát ra âm thanh cao khi chiếc xe phóng về phía bạn và thấp khi chiếc xe chạy đi.
Sự chao đảo của một ngôi sao được quay quanh bởi một cơ thể rất lớn. Hình ảnh qua Wikimedia Commons.
Tương tự như vậy, khi nhìn từ Trái đất, các chuyển động nhẹ của một ngôi sao và hành tinh của nó (hoặc các hành tinh) xung quanh một trung tâm trọng lực chung ảnh hưởng đến phổ ánh sáng bình thường của ngôi sao. Nếu ngôi sao đang di chuyển về phía người quan sát, thì quang phổ của nó sẽ có vẻ hơi dịch về phía màu xanh; nếu nó đang di chuyển ra xa, nó sẽ bị dịch chuyển sang màu đỏ.
Sự khác biệt là rất lớn, nhưng các công cụ hiện đại đủ nhạy cảm để đo lường nó.
Vì vậy, khi các nhà thiên văn đo lường sự thay đổi theo chu kỳ trong phổ ánh sáng của một ngôi sao, họ có thể nghi ngờ một vật thể quan trọng - một ngoại hành tinh lớn - đang quay quanh nó. Các nhà thiên văn học khác sau đó có thể xác nhận sự hiện diện của nó. Phương pháp lắc lư chỉ hữu ích cho việc tìm các ngoại hành tinh rất lớn. Các hành tinh giống Trái đất không thể được phát hiện theo cách này vì sự chao đảo gây ra bởi các vật thể giống Trái đất quá nhỏ để có thể đo được bằng các dụng cụ hiện tại.
Cũng lưu ý rằng, một lần nữa, bằng cách sử dụng phương pháp này, chúng tôi không thực sự thấy exoplanet. Sự hiện diện của nó được suy ra.
Ngôi sao HR 87799 và các hành tinh của nó. Tìm hiểu thêm về hệ thống này thông qua Wikiwand.
Một vài hành tinh được tìm thấy thông qua hình ảnh trực tiếp. Hình ảnh trực tiếp là thuật ngữ ưa thích cho chụp ảnh ngoại hành tinh. Nó là phương pháp phổ biến thứ ba để khám phá các ngoại hành tinh.
Hình ảnh trực tiếp là một phương pháp rất khó khăn và hạn chế để khám phá các ngoại hành tinh. Trước hết, hệ sao phải tương đối gần Trái đất. Tiếp theo, các ngoại hành tinh trong hệ thống đó phải đủ xa ngôi sao để các nhà thiên văn học có thể phân biệt chúng với ánh sáng chói sao. Ngoài ra, các nhà khoa học phải sử dụng một dụng cụ đặc biệt gọi là vành để chặn ánh sáng từ ngôi sao, cho thấy ánh sáng mờ hơn của bất kỳ hành tinh hoặc hành tinh nào có thể quay quanh nó.
Nhà thiên văn học Kate Follette, người làm việc với phương pháp này, nói với EarthSky rằng số lượng ngoại hành tinh được tìm thấy qua hình ảnh trực tiếp khác nhau, tùy thuộc vào định nghĩa của một hành tinh. Nhưng, cô nói, bất cứ nơi nào từ 10 đến 30 đã được phát hiện theo cách này.
Wikipedia có một danh sách 22 ngoại hành tinh được chụp ảnh trực tiếp, nhưng một số người sói đã phát hiện thông qua hình ảnh trực tiếp. Chúng được phát hiện theo một cách khác và sau đó - thông qua công việc cực kỳ khó khăn và sự thông minh cần cù, cộng với những tiến bộ trong thiết bị - các nhà thiên văn học đã có thể có được một hình ảnh.
Quá trình microlensing trong các giai đoạn, từ phải sang trái. Ngôi sao thấu kính (màu trắng) di chuyển phía trước ngôi sao nguồn (màu vàng) phóng to hình ảnh của nó và tạo ra một sự kiện microlensing. Trong hình ảnh thứ tư từ bên phải hành tinh thêm hiệu ứng vi lọc riêng, tạo ra hai gai đặc trưng trong đường cong ánh sáng. Hình ảnh và chú thích thông qua Hiệp hội hành tinh.
Một vài ngoại hành tinh được tìm thấy thông qua microlensing. Điều gì sẽ xảy ra nếu một ngoại hành tinh có kích thước rất lớn và hấp thụ hầu hết ánh sáng mà ngôi sao chủ của nó nhận được? Điều đó có nghĩa là chúng tôi không thể nhìn thấy những thứ đó?
Đối với các vật thể tối nhỏ hơn, các nhà khoa học sử dụng một kỹ thuật dựa trên hệ quả tuyệt vời của Thuyết tương đối rộng Einstein Einstein. Đó là, các đối tượng trong không gian đường cong không gian; ánh sáng đi gần họ uốn cong kết quả là Điều này tương tự như khúc xạ quang trong một số cách. Nếu bạn đặt bút chì vào cốc nước, bút chì có vẻ bị hỏng vì ánh sáng bị khúc xạ bởi nước.
Mặc dù nó đã được chứng minh cho đến nhiều thập kỷ sau đó, nhà thiên văn học nổi tiếng Fritz Zwicky đã nói vào đầu năm 1937 rằng lực hấp dẫn của các cụm thiên hà sẽ cho phép chúng hoạt động như các thấu kính hấp dẫn. Tuy nhiên, trái ngược với các cụm thiên hà, hoặc thậm chí là các thiên hà đơn lẻ, các ngôi sao và các hành tinh của chúng có khối lượng rất lớn. Họ don uốn cong ánh sáng rất nhiều.
Đó là lý do tại sao phương pháp này được gọi là vi lọc.
Để sử dụng microlensing cho phát hiện ngoại hành tinh, một ngôi sao phải vượt qua trước một ngôi sao khác ở xa hơn khi nhìn từ Trái đất. Các nhà khoa học sau đó có thể đo ánh sáng từ nguồn xa bị uốn cong bởi hệ thống đi qua. Họ có thể phân biệt giữa ngôi sao can thiệp và ngoại hành tinh của nó. Phương pháp này hoạt động ngay cả khi ngoại hành tinh ở rất xa ngôi sao của nó, một lợi thế so với các phương thức vận chuyển và lắc lư.
Nhưng, như bạn có thể tưởng tượng, nó là một phương pháp khó sử dụng. Wikipedia có một danh sách 19 hành tinh được phát hiện bằng phương pháp microlensing.
Exoplanets được phát hiện mỗi năm. Lưu ý rằng hai phương pháp khám phá chủ yếu là vận chuyển và vận tốc hướng tâm (phương pháp lắc lư). Hình ảnh thông qua NASA Lưu trữ Exoplanet.
Điểm mấu chốt: Các phương pháp phổ biến nhất để khám phá các ngoại hành tinh là phương pháp vận chuyển và phương pháp lắc lư, còn được gọi là vận tốc hướng tâm. Một vài ngoại hành tinh đã được phát hiện bằng hình ảnh trực tiếp và vi lọc. Nhân tiện, hầu hết các thông tin trong bài viết này đều đến từ một khóa học trực tuyến mà tôi đã tham gia có tên là Siêu Trái đất và Sự sống, do Harvard đưa ra. Khóa học thú vị!