Kepler -rymdfarkosten håller ögonen på mer än 156, 000 stjärnor. Än så länge, NASA:s berömda rymdteleskop har lyckats med sin exoplanetjakt. Se fler bilder på rymdutforskning. Bild med tillstånd av NASA Långt innan det fanns teleskop, astronomer eller skriven historia, människor tittade upp på "vandrande stjärnor" som senare observatörer skulle kalla planeter. När vi tillämpade våra myter om fjärran världar på dessa himmelska kroppar, vi började undra om möjligheten att leva på andra världar, en idé som har fascinerat oss sedan dess.
Under de senaste decennierna har astronomer beväpnade med radioteleskop, orbitalobservatorier och andra kraftfulla högteknologiska verktyg har börjat svara på den frågan. 1995, Astronomerna vid universitetet i Genève Michel Mayor och Didier Queloz tillkännagav upptäckten av den första planeten utanför vårt solsystem, en jupiterliknande jätte som kretsar runt en stjärna med "huvudsekvens" som liknar vår sol, 51 Pegasi [källa:borgmästare och Queloz]. Sedan dess, andra - inklusive forskarna i NASA:s Kepler Mission - har letat efter fler av dessa exoplaneter , som de kallas av astronomer. Särskilt, de syftar till att identifiera stenig, Jordliknande klot som är inom den så kallade "Guldlockszonen"-det vill säga precis lagom avstånd från deras stjärnor för att ha yttemperaturer som skulle hålla flytande vatten, och på så sätt möjliggöra åtminstone livets utveckling [källa:Borucki].
Beväpnad med toppmoderna teleskop och andra högteknologiska verktyg, astronomer upptäcker nya världar i en häpnadsväckande takt. Från början av 2012, Keplers forskare, som har skannat 150, 000 avlägsna stjärnor på jakt efter tecken på planeter som kretsar kring dem, har identifierat runt 2, 300 "kandidater, "eller objekt som kan vara planeter [källa:Brumfiel]. I slutet av januari 2012, de tillkännagav upptäckten av 11 nya planetsystem, inklusive 26 bekräftade exoplaneter, som tydligen sträcker sig från möjliga steniga planeter ungefär en och en halv gånger jordens radie, till gasjättar större än Jupiter. En stjärna, Kepler-33 , har ett solsystem med fem planeter, som sträcker sig i storlek från en och en halv till fem gånger jordens storlek [källa:NASA].
Men dessa upptäckter kan bara vara toppen av isberget. Kepler -forskare uppskattar att det kan finnas så många som 50 miljarder exoplaneter i Vintergatan [källa:O'Neill]. Joseph Catanzarite, en astronom vid NASA:s Jet Propulsion Laboratory, berättade för Space.com 2011 att så många som 2 miljarder av dem kan vara jordlika. "Med det stora antalet, det finns en bra chans att livet och kanske till och med intelligent liv kan existera på några av dessa planeter, "tillade han [källa:Choi].
Så, vilka instrument och tekniker använder forskare för att lokalisera exoplaneter, och hur fungerar de?
Innehåll
Att jaga efter planeter utanför vårt solsystem är lite som att försöka läsa en frimärke som sitter fast vid en avlägsen fyrlampa:Föräldrastjärnorna lyser så starkt att deras bländning dränker allt annat. Att kompensera, forskare har tagit fram geniala metoder för att upptäcka exoplaneter genom att mäta deras effekter på sina föräldrastjärnor.
En planet påverkar sin stjärna på två användbara sätt. Först, dess tyngdkraft drar stjärnan något fram och tillbaka när planeten kretsar kring den. Andra, planeten blockerar en liten mängd ljus när den passerar framför stjärnan (ur vår synvinkel).
Vi kan upptäcka dessa effekter med några praktiska metoder, var och en med sina egna styrkor och svagheter. Låt oss tackla astrometri först. När en planet i en kretsande planet drar till sig sin moderstjärna, det får stjärnan att vingla på sin väg över himlen. Vi kan urskilja denna lilla rörelse genom att exakt mäta stjärnans position. Baserat på period , eller tid som stjärnan tar för att slutföra ett wobble, vi kan beräkna period och radie för planetens bana, tillsammans med planetens massa. Astrometri är bäst på att hitta massiva planeter med banor långt från sina solar.
Dopplerspektroskopi använder också denna gravitationella push och pull, men medan astrometri använder stjärnans relativa rörelse från sida till sida, denna metod använder Doppler skift som beror på att planeten drar sin stjärna mot jorden, sedan bort från det. När stjärnan rör sig mot jorden, dess ljus är komprimerat, eller "blåskiftad, "mot de kortare våglängderna i spektrumet. När det färdas bort från oss, vi ser ljusvågorna sträcka sig ut mot den röda (längre våglängd) änden av spektrumet. Genom att mäta en stjärnas spektrum över tiden, vi kan upptäcka Doppler -skift som orsakas av en planet eller planeter som rör stjärnan mot och bort från oss.
Doppler -skift berättar också om stjärnans radiell hastighet (hur snabbt stjärnan rör sig mot och bort från oss). Som du kan förvänta dig, större radiella hastigheter betyder större planeter. Baserat på stjärnans massa och skiftperioden, vi kan också beräkna planetens omloppsradie. Denna metod är bäst lämpad för att upptäcka massiva planeter som ligger nära deras föräldrastjärna, och den kan bara uppskatta minimimassan av sådana planeter.
Fotometri letar inte efter vinglar eller skift. Istället, den ser efter den avslöjande dimningen av en stjärnas ljusstyrka som uppstår när en exoplanet kretsar transiteringar , eller går mellan den och oss.
Genom att kombinera de tre metoderna kan astronomer utveckla en mycket tydligare bild av dessa planeter. Nästa, vi ska utforska hur Kepler -uppdraget använder fotometri för att utföra en stjärnräkning av potentiellt beboeliga planeter.
Kepler är det första NASA-uppdraget som kan hitta planeter i jordstorlek runt andra stjärnor. Dess huvudsakliga mål är att generera en basuppskattning, eller folkräkning, av antalet sådana planeter som kretsar inom beboeliga zoner, där förhållandena är rätta för flytande vatten.
Instrumentpaketet kretsar inte runt jorden i en satellit:Det ryms i en rymdfarkost som är 2,7 meter i diameter och 4,7 meter hög som kretsar kring solen, efter vår hemplanet.
Kepler använder ett mycket brett fältteleskop och en fotometer (ljusmätare) för att mäta ljusstyrka variationer i mer än 156, 000 stjärnor samtidigt [källa:Ames Research Center, NASA hittar planetkandidater i jordstorlek]. Det tar dessa avläsningar var 30:e minut eftersom transiteringar kan kräva från en timme till en halv dag, beroende på planetens bana och vilken typ av stjärna det handlar om.
Missionsforskare använder också spektroskopiska data från markbaserade observatorier för att bekräfta planetkandidater och använda stjärnobservationer för att ta bort andra förvirrande faktorer, såsom binära stjärnor (ett par stjärnor som kretsar kring ett gemensamt masscentrum).
Cygnus-Lyra-området valdes som studieområde eftersom det är välbefolkat med stjärnor och ligger tillräckligt högt över jordens omloppsplan för att solen, Jorden och månen kommer inte att hindra Keplers observationer. Stjärnorna är mellan 600 och 3, 000 ljusår bort. Ur vårt perspektiv, de täcker ett område som motsvarar 1/400 av himlen [källa:Harwood].
Kepler detekterar planeter via den fotometriska eller transiteringsmetoden, vilket innebär att den upptäcker det lilla avfallet i en stjärnas ljusstyrka som uppstår när en kretsande planet passerar mellan sin stjärna och oss. När dataanalysen identifierar en dimningshändelse, forskare letar efter ytterligare fall av samma storlek, varaktighet och period för att bekräfta planetens existens.
Detta är ingen elak prestation:En planet i jordstorlek som korsar framför en solstor stjärna dämpar ljuset med bara 0,01 procent. NASA -folk tycker om att upptäcka ett så litet dopp är som att upptäcka en loppa som kryper över en strålkastare från flera mil bort. Planeter i Jupiters storlek kastar en större skugga. Ändå, sett utanför vårt solsystem, Jupiters transitering minskar bara solens ljusstyrka med 1 till 2 procent [källa:Ames Research Center, FAQ].
Det finns mer. För att transiteringsmetoden ska fungera, en planet måste passera nästan perfekt längs vår siktlinje, vars chanser är cirka 0,5 procent för en jordstor planet (i en jordstorlek) och 10 procent för en planet i Jupiter (om den kretsar nära sin stjärna) [källa:Ames Research Center, FAQ].
För att uttrycka det på ett annat sätt:Även om vi checkade ut 100, 000 stjärnor som faktiskt hade jordliknande planeter, vi skulle bara kunna "se" 500 av dem via transiteringsmetoden. Använda sannolikheter som dessa, forskare kan uppskatta planetens befolkning i vår galax från Keplers observationer.
GuldlockszonenFör att en planet ska kunna leva, ett antal faktorer måste vara "helt rätt". En bra kandidat bör vara en mark (stenig) planet. Helst, den ska mäta mellan hälften och dubbelt så stor som jorden, men det viktiga är att den är massiv nog för att hålla en atmosfär men inte så stor att den sväller upp i en gasjätte som Jupiter eller en isgigant som Neptunus.
Det bör också vara beläget i den beboeliga zonen, ett avstånd från moderstjärnan där yttemperaturen inte fryser flytande vatten eller kokar bort det. Platsen för denna zon varierar beroende på stjärnans egenskaper.
Läs mer
Innan Kepler kom, stallet av avlägsna planeter belägna av astronomer som var tiotal och hundratals, inte tusentals. Ändå, detta var ett extraordinärt antal med tanke på de begränsningar som forskare står inför med hjälp av tillgängliga instrument-särskilt markbaserade teleskop, som kräver att forskare kompenserar för atmosfäriska snedvridningar.
Mellan 2005 och 2008, forskare upptäckte fem superjordar, var och en skryter med massor mellan fem och tio gånger jordens.
2008, astronomer som använde rymdteleskopet Hubble's Near Infrared Camera och Multi-Object Spectrometer upptäckte koldioxid på en exoplanet för första gången. Metoden innebar att subtrahera moderstjärnans spektroskopiska data från de kombinerade uppgifterna om stjärna och planet. Tyvärr, exoplaneten i Jupiter-storlek HD 189733 b kretsar för nära sin stjärna för att vara beboelig, men tekniken kan ge värdefull information om den tillämpas på andra beboeliga kandidater. Forskare är intresserade av koldioxid eftersom det, som metan, kan peka på biologiska processer.
År 2009, astronomer rapporterade den första exoplaneten som någonsin hittats genom astrometri, lägga till den i listan över 350 planeter som tidigare hittats med Doppler -skiftmetoden. Hade det bekräftats, VB 10b skulle ha tippat vågen på sex gånger mer massiv än Jupiter. Dock, efterföljande Doppler -spektroskopiobservationer misslyckades med att upptäcka de förväntade radiella hastighetsförskjutningarna i sin moderstjärna, VB 10, och påståendet motbevisades [källa:Bean].
Samma år, med hjälp av sex månaders observationer från markbaserade amatörteleskop, forskare meddelade GJ 1214b , en planet 6,5 gånger mer massiv än jorden och 2,7 gånger bredare. Forskare tror att planeten till största delen består av vatten. GJ 1214b kretsar kring en röd dvärgstjärna mer än 40 ljusår från jorden på ett avstånd som motsvarar en fyrtiondels utrymme mellan kvicksilver och vår sol.
Vilka upptäckter gjordes 2010 och 2011?
Framtida uppdragKeplers resultat kommer att stödja två planerade uppdrag - Space Interferometry Mission (SIM) och den Terrestrial Planet Finder (TPF) - genom att bestämma vilka typer av närliggande stjärnor som sannolikt kommer att ha planeter. Denna information kommer att berätta för SIM och TPF vart de ska rikta sina instrument.
Båda uppdragen kommer att använda en teknik som kallas upphäver interferometri att avbryta bländning från en målstjärna och avslöja planeter i omloppsbana. Två teleskop tittar på samma stjärna, men ljuset från ett teleskop sätts ett halvt steg ur fas med ljus från det andra innan de kombineras, får dem att avbryta varandra. Omvänt, ljuset från planeten kombineras på ett sätt som stärker dess signal.
TPF kombinerar sina interferometriska observationer med data från a coronagraph , som avbryter bländning genom att blockera stjärnans direkta ljus med ett fysiskt föremål så att bara stjärnans korona är synlig, som en pilot som blockerar solen med tummen. Med större delen av bländningen reducerad, planeter i omloppsbana blir mer synliga.
Läs mer
En konstnärs uppfattning om Kepler-11 planetsystemet och vårt solsystem från ett lutande perspektiv. Det perspektivet hjälper till att visa att var och en av banorna ligger på liknande plan. Bild med tillstånd av NASA I mars 2010, forskare tillkännagav en annan milstolpe:en Jupiter-liknande planet 1, 500 ljusår från jorden som var relativt sval och som kunde studeras i detalj. Eftersom COROT -satelliten upptäckte det, det dubbades COROT-9b . Tidigare arbete hade redan hittat andra coola planeter, men COROT-9b var den första som passerar mellan stjärnan och jorden. Detta innebar att forskare kunde studera både dess storlek (från den mängd det minskade ljuset på sin föräldrastjärna) och dess atmosfäriska sammansättning (från hur stjärnljus interagerade med det när det passerade genom dess atmosfär) [källa:ESA].
COROT-9b ligger i sin stjärnas beboeliga zon men, för det är en gasformig värld, forskare anser inte att det är troligt att det är gästvänligt för livet. Dess atmosfär kan innehålla vatten, dock, och en så stor planet kan också ha en beboelig måne [källa:ESA].
I slutet av september 2010, en grupp astronomer i USA som använde spektroskopiska data från markbaserade instrument tillkännagav upptäckten av en potentiellt gästvänlig planet, Gliese 581g , kretsar kring stjärnan Gliese 581 bara 20 ljusår bort. Meddelandet väckte stor spänning eftersom planeten hittades så nära jorden, och bara 15 år efter att astronomer identifierade de första exoplaneterna. Strax efter tillkännagivandet, dock, vetenskapliga grupper började tvivla på upptäckten [källa:Wall].
Forskare hade redan hittat bevis för andra planeter i samma röda dvärgsystem, varav två ( Gliese 581d och Gliese 581e ) kretsade i utkanten av den beboeliga zonen. Så, vilket av Gliese 581:s barn skulle ta kronan som den bästa kandidaten som hittats för att stödja livet? Frågan var för komplicerad för att enkelt kunna lösas. Att upptäcka planeter kräver spektroskopiskt att tona ner det buller som finns i observationsdata och sedan bestämma vilka antaganden som ska användas. Samma data kan argumentera för olika antal planeter beroende på om du antar excentriska (mycket elliptiska) banor eller nästan cirkulära. Forskare hade ännu inte nått enighet när artikeln skrevs.
I januari 2011 bekräftade Kepler -uppdraget att hitta sin första steniga planet, uppskattas till 1,4 gånger jordens storlek. Ligger långt utanför den beboeliga zonen, Kepler-10b sticker ut som den minsta planeten som hittills hittats utanför vårt solsystem.
Och i februari 2011, Kepler -forskare tillkännagav upptäckten av fem planeter, varje kretsar i de beboeliga zonerna av stjärnor som är mindre och svalare än vår sol. Om det bekräftas, dessa kommer att representera de första planeterna av jordliknande storlek som finns i beboeliga zoner. Samma månad, Kepler hittade sex bekräftade planeter som kretsade runt en solliknande stjärna, Kepler-11, 2, 000 ljusår från jorden. Detta utgör den största gruppen av transiterande planeter som kretsar kring en enda stjärna som någonsin upptäckts utanför vårt solsystem [källa:NASA].
Även om dessa upptäckter har varit viktiga, det är viktigt att komma ihåg att Kepler hittills bara har sökt en liten bråkdel av det kända universum. Det kan mycket väl vara så att under de kommande åren, forskare kommer att göra ännu mer fantastiska fynd - inklusive, kanske, en jordlik planet som är hem för levande saker.
VetenskapAstronomibegreppFloating PlanetScienceAstronomyHow Nomad Planets WorkScienceRumutforskningHur Planet Hunting fungerarScienceSolsystemet Varför anses Pluto inte längre vara en planet? ScienceFuture SpaceHur kommer vi att kolonisera andra planeter? ScienceGeophysicsHur mycket väger planet Earth? ScienceSolsystemet Varför tog det så lång tid att "upptäcka"? Vetenskap Solsystemet Vad är planeterna i solsystemet? Vetenskap Solsystemet Regnar det på andra planeter? Vetenskap Solsystemet Jupiter:Yokozuna av gasjättar, Banisher of PlanetsScienceThe Solar SystemHur kan planeter bildas? ScienceStarsWhite Dwarfs Can Shred Planets to PiecesScienceThe Solar SystemVem namngav Planet Earth? ScienceSpace Exploration Behöver en planet kontinenter för att stödja livet? ScienceSolsystemets planet nio egentligen ett ursprungligt svart hål? ScienceSpace ExplorationHow många planeter i universum kan stödja livet? ScienceStars Kan en planet existera utan en värdstjärna? Vetenskap Solsystemet Varför är planeter nästan sfäriska? Vetenskap Solsystemet NASA tillkännager nytt solsystem packat med sju planeterScienceSolsystemetPluto:Är det trots allt en planet? ScienceSolsystemet Haumea, en dvärgplanet i Kuiperbältet, Har sin egen RingScienceSpace ExplorationNy NASA -satellit jagar efter avlägsna planeterScienceSolsystemetAntik utplånning av dvärgplaneter kan ha skapat Saturnus ringarScienceSolsystemet är jorden den enda planeten med tektoniska plattor? ScienceStars Hur upptäcker astronomer att en stjärna har en planet som kretsar det? ScienceSpace Exploration vatten på exoplaneter? Vetenskap Solsystemet Sanningen bakom Rogue Planet NibiruScienceSolsystemetUranus:Planeten på en mycket lutad axelScienceSolsystemetPlaneter:När månarna blir planeterScienceAstronomi VillkorPlanetariumScienceRymdutforskning10 Anmärkningsvärda planetar SystemScienceStars Så här kommer vi att upptäcka liv på avlägsna exoplaneterScienceSpace ExplorationNASAs Kepler Mission lägger till 100 främmande världar till Exoplanet TallyScienceSpace ExplorationKan amatörastro nomers upptäcker exoplaneter? Vetenskap Framtidsutrymme10 Bästa idéer för interplanetär kommunikationVetenskap Utforskning av rymden LISA:Upptäcka exoplaneter med gravitationsvågorScienceSolsystemetHur NASA planetskydd fungerarVetenskapAstronomivillkorPlanetesimal hypotes Underhållning Minnesvärda filmer I "Star Wars" blir hela stjärnorna och planeterna förstörda - är det möjligt?
