O planetach pozasłonecznych.
Robert wykład:
Temat ciekawy z wielu względów. Ostatnio wiele informacji w prasie. Większość z nas niestety nie zwraca na to uwagi.
Jakie są trudności przy poszukiwaniu tych planet? Ile już ich znamy?
Historia odkryć:
planeta ma dostateczną grawitację, tak aby pokonać siły ciała sztywnego, czyli stać się niemal kulą. Jedna szybka rotacja zmienia ten kształt – Saturn zwłaszcza.
Równowaga hydrostatyczna w przypadku planety.
Tyson zdegradował Pluton, nie jest już planetą.
Każda planeta jest mniej więcej dwa razy dalej od słońca, niż poprzednia. Podobnych zależności możemy szukać też w innych układach.
Odkrywanie niewidocznych gołym okiem planet na podstawie zaburzeń w orbitach pozostałych. Odkrycie obecności Neptuna wielkim triumfem nauki. Galle – 1846. Może Adams był pierwszy. Galle był też kierownikiem obserwatorium w Parku Szczytnickim. Odkrył planetę wedle obliczeń Le Veriera.
W 1930 odnaleziono Plutona. Miał duże albedo – współczynnik odbicia światła. Szacowana wielkość Plutona przez długie lata była zawyżona.
Przełomem było odkrycie Charona – satelity Plutona. Odkryto, iż nie ma on znaczącego wpływu na orbity pozostałych planet..
4 planety twarde
4 gazowe olbrzymy
Sądziliśmy, że zawsze bliżej powstają planety skaliste, zaś dalej gazowe olbrzymy. Nie jest to jednak zasada rzeczywiście obowiązująca w innych układach planetarnych.
Pluton krąży pod kątem do ekliptyki. Pluton bywa bliżej Słońca niż Neptun. Pluton jest bardzo podobny do dużego księżyca Trytona, krąży on w odwrotnym kierunku. Podejrzewa się, że zarówno Tryton, jak i Pluton zostały oderwane od pasa Kuipera.
Poza pasem Kuipera mamy pas między Marsem a Jowiszem, gdzie krąży inna planeta karłowata, Ceres, większa od Plutona.
Największy szczyt – góra Olimpus na Marsie.
Charon z Plutonem tworzą niemal układ podwójny. Krążą wokół centrum masy tak samo jak wszystkie inne ciała. Ziemię również można tak traktować, bowiem nasz księżyc stanowi aż 1/80 masy Ziemi. Stąd Ziemia się jakby kiwa.
Ekscentryczna orbita Plutona typowa dla pasa Kuipera.
Obłok Oorta – wewnętrzny i zewnętrzny – źródło komet. Odległość 10 do 3 jednostek astronomicznych. Jednostka atsronomiczna = odległość Ziemia – Słońce.
Posługujemy się rokiem świetlnym również – jest to 9 500 miliardów kilometrów.
Okolice Słońce. Alfa Centauri – 3 do 4 lat świetlnych. Także Syriusz, Procjon.
W promieniu 12,5 lś mamy tylko 33 gwiazdy.
Skalowanie. Gdy słońce jabłkiem, Jowisz wisieńką, powinny być od siebie w odległości 56 metrów.
Z Alfa Centauri trzeba by to wszystko pomniejszyć do wielkości oglądanej z kilku kilometrów groszówki.
Słońce świeci miliard razy jaśniej niż Jowisz. Planeta widoczna w różnej konfiguracji – zwykle część jest zaciemniona – też ma fazy, jak księżyc.
Do niedawna astronomia planetarna ograniczała się tylko do Układu Słonecznego. Naukowcy często przypuszczali, że planety to żadkość, a w każdym bądź razie są nieistotne. Pierwszą wskazówką, nadzieją na szukanie czegoś nowego była Beta Pictoris, pierwsza gwiazda z dyskiem pyłu wokół niej, co było dopiero procesem powstawania planet.
Potwierdzenie teorii o tworzeniu się dysku z obłoku materii wokółgwiezdnej, w nim zawirowań i z nich planet.
Beta Pictoris to gwiazda podobna do Słońca, ale znacznie, znacznie młodsza (100 mln lat).
Rok przełomowy to odkrycie Wolszczana z 1992. Pierwsze planety zostały odkryte wokół pulsara, ostańca po wybuchu supernowej. PSR 1257+12.
Kolejny 1995 – odkryto planetę wokół gwiazdy na tzw. ciągu głównym, czyli na wodorze – najdłuższy, najspokojniejszy czas w życiu gwiazdy, tak jak na Słońcu. 51 Pegasi. Mayor i Quelaz
Pierwsze odkrycie, dotyczące pulsara, świadczyło o tym, że możemy się spodziewać wielu planet, bowiem pulsar nie jest zbyt przyjazny.
51 Pegasi to planeta o masie połowy Jowisza, krążąca zaś dziewięć razy bliżej niż Merkury. Potem się okaże, iż nie jest to wcale wyjątek.
Jak ich szukać?
Badanie prędkości radialnych
Tranzyty
Timing
Mikrosoczewkowanie
Prędkości radialne:
Centrum masy Jowisz – Słońce jest poza Słońcem, bowiem Jowisz jest dość daleko i jest masywny.
Ruchy odległych masywnych planet nakładają się na siebie i gwiazda rzeczywiście się zatacza. Punkt ciężkości układu jest często za nią.
Metoda spektometryczna. Światło gdy obiekt się zbliża i oddala zmienia się. Trzeba jednak długiej obserwacji.
Nie da się przeważnie przez wiele lat utrzymać tak dokładnej obserwacji. Kalibracja danych z innym sprzętem może być niemożliwa.
Kamera jest schłodzona do bardzo niskich temperatur, mimo wszystko i tak są zaburzenia. Do tego atmosfera, światła bliskich ciał kosmicznych.
Dlatego ważne są teleskopy kosmiczne.
Promieniowanie kosmiczne może zniszczyć układy elektroniczne. Potrzebny hel do kamer podczerwonych. W 2018 James Web Telescope zastąpi Hublle'a. Przeznaczony głównie do obserwacji w podczerwieni.
Optyka adaptatywna – lusta z segmentów z silniczkami regulującymi. Pozwala to też za pomocą mikroruchów niwelować wpływ atmosfery. Sztuczny punt kontrolny. Można dzięki temu prawie wykasować atmosferę (poza pochłonięciem światła).
Duże znaczenie ekscentryczności orbity.
Obecnie odkrywamy głównie planety o krótkich okresach. Najwięcej jest odkrywanych planet za pomocą prędkości radialnych – czyli chwiejnego ruchu gwiazdy, ale liczymy przesunięcia w metrach na sekundę – to niemal prędkość osiągalna dla człowieka.
559 systemów i 701 planet odkryto metodą prędkości radialnych.
Tranzyty:
Niedawny tranzyt Wenus – widoczny gołym okiem.
55 Cancri – odkryta superziemia, czyli planeta skalista typu ziemskiego 2 razy i więcej większa.
Gdyby 8 metrowy teleskop przeznaczyć, wtedy można by, być może odkryć planetę w Obłoku Magellana. Prawdopodobieństwo, iż orbita się dobrze ułoży do obserwacji tranzytu są znikome.
Mylące są podwójne gwiazdy.
Większość trafień jest przypadkowa. Wolszczan zajmował się pulsarami i dzieki temu, przypadkiem trafił na planetę. Pulsary są bardzo dokładne. Nie zdarzają się modulacje. Modulacja, po eliminacji wszelkich błędów, świadczyła o planecie. Liczy się też niewspółmiernośc z naszym układem odniesienia, który zawsze może się nałożyć (obieg Ziemi, okrązanie się z Księżycem).
Po wybuchu supernowej mogą zostać planety? Nazwa supernowa wzięła się stąd, iż te gwiazdy daje się zauważyć gołym okiem. Często pokazują się nagle – nie było czegoś, jest nagle gwiazda widoczna nawet w dzień. Nazwa myląca, bo to śmierć gwiazdy.
W wyniku wybuchu jedna gwiazda emituje energię świetlną całej galaktyki w danym przedziale czasu. Eksplozja supernowej byłaby groźna dla nas nawet z setek lś.
Nie powinny zostać planety. Zostały one jako resztki układów podwójnych. Pozostałością supernowej może być gwiazda neutronowa, albo czarna dziura. Spaliwszy wodór gwiazda się powiększa.
Neutronowa przechwytuje gaz wielkiego olbrzyma, tworzy się dysk. W nim tworzą się planety.
WYKRES ZMIAN JASNOŚCI, gdy jest tranzyt. Spadek jasności gwiazdy jest ogromnie mały.
Metoda tranzytu ma duży zasięg. Można oszacować rozmiar planety.
196 systemów tak odkryto, 230 planet.
TIMING< CHRONOMETRAŻ.
Dowolny układ, gdzie są regularne zmiany. Pulsar, układ podwójny etc.
Gdy jedna z gwiazd ma planetę/planety, jego okres jest modulowany. Inaczej mamy dość prostą zależność.
Pulsar pulsuje regularnie, gdyż ma bieguny i szybką rotację. Miga jak migacz karetki pogotowia.
PSR – skrót od pulsaru.
MIKROSOCZEWKOWANIE:
Efekt ugięcia promieni świetlnych w polu grawitacyjnym.
Gromada galaktyk z półokręgami – świadczy o zogniskowaniu w polu grwaitacyjnym światła.
Soczewkowanie grawitacyjne
ZBYSZEK TŁUMACZY:
Bliższy obiekt soczewkujący porusza się szybciej, bo jest bliżej. Jeśli to co dalej jest jaśniejsze, możemy mieć do czynienia ze zjawiskiem. Bliższy obiekt nazywamy mikrosoczewką grawitacyjną. W jego pobliżu światło się deformuje.
Na moment zwiększa on dalsze obiekty.
Gdy dalszy obiekt jest blisko promienia Einsteina, efekt jest silny.
Tworzą się dwa obrazy pozorne. Dla nas póki co to jeden punkt, bowiem to poniżej sekundy łuku, a takie jest rozmycie atmosferyczne.
Zwykle otrzymujemy nagłe i symetryczne pojaśnienie.
Gwiazd małomasywnych jest tysiące razy więcej, niż masywnych. Stąd zdarzają się zjawiska.
ROBERT WYKŁAD:
Posiadanie przez gwiazdę dodaje maleńki grzbiet do widma rozbłysku.
Pojaśnienia są duże – to widać. Nieraz trzy razy jaśniejsza gwiazda, nieraz dziesięć.
Układów gwiazdowych z planetami mamy już 800, planet prawie 1000. Dane sprzed tygodnia.
Do niedawna wiedzieliśmy tylko o kilku naszych planetach.
Teraz nie ma miesiąca bez nowych odkryć w tej dziedzinie.
Sądziliśmy, że struktura naszego układu musi być typowa. To nieprawda.
Nieraz spotykamy z bliskimi gwieździe centralnej gazowymi olbrzymami.
Planety skaliste – superziemie.
Planety lawowe – skaliste bliskie gwieździe.
Spodziewamy się odkryć planet oceanicznych, w całości pokrytych cieczą.
Odkrywa się też planety niezwiązanie z gwiazdami.
JA:
Niektórzy uważają, iż będzie ich wiele.
WYKŁAD:
Podział jasności gwiazd.
Słońce jest dość chłodne. Większość odkrytych planet przypada na gwiazdy ciągu głównego.
ZBIGNIEW:
Dziś przejścia zaczynają wygrywać w szukaniu planet. Teleskop Keplera na orbicie, w punkcie Lagrange (nie krąży wokół Ziemi). Już 2000 planet wykrytych na drodze tranzytu czeka na ostateczne potwierdzenie.
WYKŁAD:
Obserwowany jest duży obszar koło Vegi i rejestruje się wszelkie określone zmiany.
Sam tranzyt nie starcza. Trzeba też znać charakterystykę gwiazdy.
Kepler obserwuje 180 tys gwiazd.
Satelita Corot mniej, ale metodami zwiększającymi stosunek sygnału do szumu.
ZBIGNIEW:
TE OBYDWA TELESKOPY widzą miliony gwiazd. Ale tylko określoną część mogą mierzyć ich komputery.
WYKŁAD:
Ocenia się, iż może być tyle planet, ile gwiazd. Optymiści mówią, że ich jest więcej.
ZBIGNIEW:
W Nature – co najmniej tyle planet, co gwiazd.
WYKŁAD:
Misja Planet Finder Coronograph:
złożony z zespołu teleskopów, które będą zasłaniać gwiazdę specjalną częścią, aby odsłonić planetę i rzeczywiście ją zaobserwować.
Idea, aby dwa przyrządy obserwujące ten sam obiekt zrobić tak, aby możliwe było wygaszenie światła gwiazdy. Gdy jakaś ma planety, nie zostanie wykluczona. Zostaną planety i ich światło uda się wzmocnić.
Główny motor naszych poszukiwań, to szukanie drugiej Ziemi. Może ktoś tam żyje? A może choć da się tam przenieść?
Planeta zdatna do życia musi mieć ok. 300 kelvinów, płynną wodę, spokojnie orbitować na tyle długo, aby mogła tam zajść ewolucja.
Strefa do życia.
Woda jest też na Europie.
We wnętrzu oceanów wokół gejzerów, gdzie nie ma światła. Tam istnieją bogate ekosystemy zupełnie bez światła. Ciepło nie musi płynąć ze Słońca.
RADEK:
Na antarktydzie pod lodem woda, gdzie jest ekosystem.
WYKŁAD i JA:
Siły pływowe źródłem ciepła. Ciała będące blisko większego obiektu są silnie deformowane.
WYKŁAD:
Strefa Roche'a, kiedy siły pływowe mogą rozerwać obiekt.
Na pewno we wnętrzu Europy pod lodem są gorące źródła. Być może jest też coś na Io.
ZBIGNIEW:
Io jest najlepszym przykładem siły tarcia, która daje energię.
Każda planeta traci szybko swoje ciepło. Zachowuje atmosfera, naświetlanie.
Nie da się odtworzyć ciepła przy otwartych oknach.
WYKŁAD:
Wenus jest przykładem odwrotnym do Marsa wobec Ziemi – za dużo atmosfery.
Gwiazda na ciągu głównym o masie Słońca żyje na ciągu głównym ok. 10 miliardów lat. Jednak jasność Słońca ciągle rośnie i już za miliard lat będzie nam za ciepło.
Wodoru jest coraz mniej, Słońce musi mocniej grzać, aby zrównoważyć zapadanie się.
Gdzie szukać?
Są gwiazdy, które żyją na głównym ciągu tylko kilka milionów lat.
JA:
Zależność od masy.
WYKŁAD:
Najbardziej stabilne są gwiazdy karłowate.
JA:
I przy nich życie miałoby dobrze.
ZBIGNIEW:
Przy każdej gwieździe da się ustalić pas znośnych dla nas warunków.
WYKŁAD:
Chcemy, by jakaś planeta miała 4,5 mld lat aby szukać na niej życia. Pozornie zmniejszanie masy gwiazdy jest ok. Ale gdy masa jest zbyt mała, odległości są małe i dochodzi do szybkiej synchronizacji ruchu obrotowego z ruchem wokół osi, co życiu nie sprzyja. Więc nasze Słońce nie jest idealne, ale tylko gwiazdy o 0,5 – 0,8 masy Słońca mogą się okazać lepsze.
ZBIGNIEW:
Małe gwiazdy mają silniejsze pola magnetyczne, co też uniemożliwiłoby życie.
Najlepiej od 0,7 do 1,2 masy Słońca.
WYKŁAD:
Życie powinno istnieć.
WOJTEK:
A co z ciężkimi pierwiastkami.
WYKŁAD:
Słońce jest młodą gwiazdą. Do układu metale cięższe musiały napompować inne umarłe gwiazdy.
Procesy termojądrowe prowadzą do żelaza. Wszystko co powyżej daje eksplozja supernowej.
WOJTEK:
Kiedy mogły powstać pierwsze planety typu ziemskiego.
WYKŁAD:
Dość szybko, bo gwiazdy o wielkiej masie szybko stawały się supernowymi.
WOJTEK:
Czyli mogą istnieć liczące 13 mld lat planety typu ziemskiego.
WYKŁAD:
Oczywiście.
RADEK:
My odnotowaliśmy jeden tylko wybuch supernowej.
WYKŁAD:
Więcej.
ZBIGNIEW:
Choćby Tycho widział jedną. Jedną w Kasjopei przeoczono, choć został ślad.
Dziś widzimy wszystkie dzięki teleskopom rentgenowskim.
PAN 1:
Jak długo widać taki rozbłysk.
ZBIGNIEW:
Kraba był rok, oczywiście słabło. Miesiąc świecenia supernowej, to tyle co cała emisja Słońca przez czas jego istnienia. CO ciekawe najwięcej energii idzie w neutrina.
BOGDAN:
Gdyby była blisko supernowa, to promienie rentgenowskie by nas zabiły.
ZBIGNIEW:
Oraz gamma. Wiadomo, jak silnie absornuje nasza atmosfera. Szacuje się, że odległość 50 – 100 lś lub mniej by nas zabiła. Są dwa typy supernowych. Są też supernowe z odzysku. Białe karły. Gdyby biały karzeł mógł wziąć z sąsiedztwa materię i doprowadza do wybuchu. Gaz etonowy zdegenerowany ma granicę . Kolaps sprawia, iż w ułamku sekundy pojawiają się wszystkie możliwe pierwiastki. W gazie zdegenerowanym nie może nastąpić wzrost ciśnienia, to jakby jeden wielki atom, dlatego następuje całkowita eksplozja jądrowa.
JA:
Ile zostaje ze zwykłej supernowej po wybuchu?
ZBIGNIEW:
Około 1/5 – 1/10. Jest to gwiazda neutronowa, pulsar.
WYKŁAD:
Biały karzeł to jakby jeden atom. Gaz zdegenerowany to pływający swobodnie gaz jądrowo – elektronowy.
KAJA:
Jak można poprawić metody poszukiwania planet?
ZBIGNIEW:
Przenieść teleskopy w przestrzeń kosmiczną i budować większe teleskopy.
KAJA:
Jaki jest największy teleskop?
ZBIGNIEW:
Średnica 10,5. Aby powstało bogate życie, musi być bogata biosfera, na której nadbudowuje się złożoność form życia i coraz wyższe formy życia. Dawkins mówi, że wszystko powstało z jednej komórki, że całe życie powstało raz.
JA:
Ale życie mogło powstawać wiele razy na ziemi, tyle, że nie miało szans z tym lepiej ukształtowanym.
ZBIGNIEW:
O tym też mówi Dawkins. Każda planeta traci część atmosfery. Na przykład z Ziemi szybko ucieka cały wodór i hel. O 6 rano 6 czerwca warto zobaczyć tranzyt Wenus w moim ośrodku na Kopernika.
BOGDAN:
Czy na Ziemi mógł się zachować wpływ dawnego wybuchu supernowej?
ZBIGNIEW:
To temat na szeroki wykład. Na pewno supernowa spowodowałaby wymieranie i szybsze mutacje.
WYKŁAD ROBERT:
Słońce już wiele razy okrążyło galaktykę, przechodząc przez większe zagęszczenia gwiazdowe. Co zwiększało szansę na kontakt z supernowymi. Być może wymierania to cykliczny zanik pola magnetycznego Ziemi, co zdarza się cyklicznie.
RADEK:
Sylur największe wymieranie. A dla ludzi wybuch wulkanu w Indonezji niemal wykończyło ludzi.
WYKŁAD:
Wulkan w Yellowstone może rzeczywiście spowodować zagładę wyższych organizmów.
Brak komentarzy:
Prześlij komentarz