W polowaniu na planety pozasłoneczne astronomom i entuzjastom można wybaczyć nieco optymizmu. Czy w trakcie odkrywania tysięcy skalistych planet, gazowych gigantów i innych ciał niebieskich jest zbyt wiele nadziei, że kiedyś znajdziemy prawdziwy analog ziemski? Nie tylko planeta „podobna do Ziemi” (co implikuje skaliste ciało o porównywalnej wielkości), ale rzeczywista Ziemia 2.0?
Z pewnością był to jeden z celów łowców egzoplanet, którzy szukają w pobliżu układów gwiezdnych planet, które są nie tylko skaliste, ale krążą wokół strefy zamieszkania gwiazdy, wykazują oznaki atmosfery i mają na powierzchni wodę. Ale według nowego badania Aleksieja G. Butkiewicza - astrofizyka z obserwatorium Pulkovo w Sankt Petersburgu w Rosji - nasze próby odkrywania Ziemi 2.0 mogą być utrudnione przez samą Ziemię!
Badanie Butkevicha, zatytułowane „Wykrywalność astrometrycznej egzoplanety i ruch orbitalny Ziemi”, zostało niedawno opublikowane w Miesięczne zawiadomienia Royal Astronomical Society. Ze względu na swoje badania dr Butkevich zbadał, w jaki sposób zmiany we własnej pozycji orbitalnej Ziemi mogą utrudnić prowadzenie pomiarów ruchu gwiazdy wokół barycentrum jego układu.
Ta metoda wykrywania egzoplanet, w której ruch gwiazdy wokół środka masy układu gwiezdnego (barycentrum) jest znany jako Metoda Astrometyczna. Zasadniczo astronomowie próbują ustalić, czy obecność pól grawitacyjnych wokół gwiazdy (tj. Planet) powoduje, że gwiazda kołysze się w tę iz powrotem. Jest to z pewnością prawdziwe w przypadku Układu Słonecznego, w którym nasze Słońce jest przyciągane tam iz powrotem wokół wspólnego centrum przez przyciąganie wszystkich swoich planet.
W przeszłości tę technikę stosowano do identyfikacji gwiazd podwójnych z dużą precyzją. W ostatnich dziesięcioleciach uznano ją za realną metodę polowania na egzoplanetę. Nie jest to łatwe zadanie, ponieważ chybotanie jest raczej trudne do wykrycia na danych odległościach. Do niedawna poziom precyzji wymagany do wykrycia tych przesunięć był na granicy czułości instrumentu.
To się szybko zmienia, dzięki ulepszonym instrumentom, które pozwalają na dokładność nawet do mikrosekundy. Dobrym przykładem tego jest sonda Gaia ESA, która została wdrożona w 2013 roku w celu skatalogowania i pomiaru względnych ruchów miliardów gwiazd w naszej galaktyce. Biorąc pod uwagę, że może on przeprowadzać pomiary w 10 mikrosekundach, uważa się, że misja ta może przeprowadzić pomiary astrometryczne w celu znalezienia egzoplanet.
Ale jak wyjaśnił Butkevich, istnieją inne problemy, jeśli chodzi o tę metodę. „Standardowy model astrometryczny opiera się na założeniu, że gwiazdy poruszają się równomiernie względem środka ciężkości Układu Słonecznego”, stwierdza. Jednak, jak wyjaśnia, podczas badania wpływu ruchu orbity Ziemi na wykrywanie astrometryczne, istnieje korelacja między orbitą Ziemi a pozycją gwiazdy względem jej centrum barycentrycznego.
Innymi słowy, dr Butkevich zbadał, czy ruch naszej planety wokół Słońca i ruch Słońca wokół jego środka masy może mieć anulujący wpływ na pomiary paralaksy innych gwiazd. Dzięki temu wszelkie pomiary ruchu gwiazdy, mające na celu sprawdzenie, czy krążą wokół niej jakieś planety, są bezużyteczne. Lub, jak stwierdził dr Butkevich w swoim badaniu:
„Z prostych rozważań geometrycznych wynika, że w takich układach ruch orbitalny gwiazdy macierzystej, w pewnych warunkach, może być obserwowalnie bliski efektowi paralaktycznemu lub nawet nie do odróżnienia od niego. Oznacza to, że ruch orbitalny może zostać częściowo lub całkowicie pochłonięty przez parametry paralaksy. ”
Byłoby to szczególnie prawdziwe w przypadku systemów, w których okres orbity planety wynosił jeden rok, i które miały orbitę, która umieściła ją blisko ekliptyki Słońca - tj. Podobnej do orbity Ziemi! Zasadniczo astronomowie nie byliby w stanie wykryć Ziemi 2.0 za pomocą pomiarów astrometrycznych, ponieważ własna orbita Ziemi i drgania Słońca uniemożliwiłyby wykrycie.
Jak stwierdza dr Butkevich w swoich wnioskach:
„Prezentujemy analizę wpływu ruchu orbity Ziemi na wykrywalność astrometryczną układów egzoplanetarnych. Wykazaliśmy, że jeśli okres planety jest bliski jednego roku, a jej płaszczyzna orbity jest prawie równoległa do ekliptyki, ruch orbity gospodarza może zostać całkowicie lub częściowo pochłonięty przez parametr paralaksy. Jeśli nastąpi pełne wchłanianie, planeta jest niewykrywalna astrometrycznie. ”
Na szczęście łowcy egzoplanet mają do wyboru mnóstwo innych metod, w tym pomiary bezpośrednie i pośrednie. A jeśli chodzi o wykrywanie planet wokół sąsiednich gwiazd, dwie najbardziej skuteczne obejmują pomiar przesunięć Dopplera w gwiazdach (aka. Metoda prędkości radialnej) i obniżenie jasności gwiazdy (aka. Metoda tranzytu).
Niemniej jednak metody te mają swoją wadę, a znajomość ich ograniczeń jest pierwszym krokiem do ich udoskonalenia. Pod tym względem badanie dr Butkevicha ma echo heliocentryzmu i teorii względności, w którym przypomina się nam, że nasz własny punkt odniesienia nie jest ustalony w przestrzeni i może wpływać na nasze obserwacje.
Oczekuje się, że polowanie na egzoplanety znacznie skorzysta na rozmieszczeniu instrumentów nowej generacji, takich jak Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) i inne.
