Диссертация (1103493), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Cтоль высокая точность достигается лишь для звезд соспокойной хромосферой, подобным Солнцу и зависит от ряда других свойствзвезды, например, скорости ее вращения. Вначале метод измерения лучевыхскоростей позволял обнаруживать лишь планеты-гиганты на тесных орбитах.12Важной особенностью метода измерения лучевых скоростей родительскихзвезд является невозможность определить лишь с его помощью точную массупланеты.
Измеряя амплитуду колебаний лучевой скорости, можно определитьтолько произведение массы планеты на синус угла наклонения орбиты (угла междунормалью к плоскости орбиты планеты и лучом зрения). Если наклонение орбитынеизвестно (как это и бывает в большинстве случаев), метод лучевых скоростейдает только нижний предел на массу. Тем не менее, статистически это не мешаетделать оценку основных параметров планеты, например, периода обращения,радиуса орбиты и других.В России в настоящее время проводятся работы по разработке и адаптацииинструментов (спектрографов) для поиска и изучения внесолнечных планетметодом измерения лучевых скоростей, например, на базе САО (специальнойастрофизической обсерватории) РАН [12].1.2.2 Метод транзитовЕсли наклонение орбиты планеты составляет около 90° (т.е. планетнаясистема наблюдается практически с ребра), в системе возможны так называемыетранзиты и вторичные транзиты – т.е.
проходы планеты по диску своей звезды и зазвездой [8, 9], см. рисунок 2. Транзитный метод позволяет определить радиуспланеты, наклонение ее орбиты к лучу зрения и другие параметры системы, а такжеделает возможной спектроскопию экзопланет. При совмещении с методом лучевыхскоростей транзитный метод способен дать уникальные результаты – например,определить массу и среднюю плотность планеты.
Но наблюдать затмения звездпланетами, подобными Земле, очень сложно, что показывает модель транзитаЗемли по диску Солнца, для которого ослабление потока солнечного излучениясоставляет 8.4∙10-5 при максимальной длительности затмения около 13 часов. Ктому же влияние земной атмосферы ограничивает возможности наземныхфотометрических обзоров лишь массивными планетами на тесных орбитах(горячими юпитерами). Вместе с тем, если для наблюдений отобраны звезды малыхразмеров, становятся возможными наблюдения транзитов суперземель. Таким13образом, например, была обнаружена суперземля GJ 1214b [13] около красногокарлика в созвездии Змееносца и многие другие объекты в рамках проекта TheMEarth Project [14].Рисунок 2 – Иллюстрация транзитов и вторичных транзитов из [8]Метод транзитов для близких и ярких экзопланет позволил провестиспектроскопические исследования и определить важные характеристики излученияостающейся невидимой планеты.
Наблюдение и спектральный анализ кривойблеска звезды во время транзита могут предоставить информацию об альбедопланеты, контрасте между дневной и ночной сторонами, а также о влиянииродительской звезды на планету. В ряде случаев удается выделить составляющуюизлучения звезды, прошедшую сквозь верхние слои атмосферы транзитнойэкзопланеты, тогда удается судить о наличии и свойствах атмосферы планеты: еехимическом составе и наличии облаков (например, [15]). Если же в системе звездапланета происходит и есть возможность наблюдать вторичный транзит (ванглоязычной литературе "secondary eclipse", "occultation", "anti-transit"), прикотором планета проходит за диском звезды, то появляется возможность выделитьизлучение только планеты из суммарного излучения звезды и планеты [16, 17].В 2006 и 2009 годах были запущены первые специализированныекосмические обсерватории COROT [18] и Kepler [7], предназначенные для поиска14транзитных событий в небольших определенных областях неба.
Кроме того, обателескопа выполняли также астросейсмологические наблюдения звезд дляизучения их внутренней структуры.COROT (от англ. COnvection ROtation and planetary Transits) — космическийтелескоп, созданный CNES (Национальный центр космических исследованийФранции) при участии ESA (Европейское Космическое Агентство), запущенный вдекабре 2006 года.
С июня 2013 года официально считается потерянным. За времясвоей работы телескоп COROT обнаружил около 600 транзитных кандидатов, изкоторых планетная природа была подтверждена для 33 объектов, а также былиоткрыты 2 транзитных коричневых карлика. Остальные кандидаты в экзопланетыожидают независимого подтверждения.Несравненно более успешной стала миссия телескопа Kepler американскогокосмического агентства NASA, который вел поиск планет путем длительныхвысокоточныхфотометрическихнаблюденийболее150тысячзвездвфиксированном поле зрения, направленном на область неба в районе созвездийЛебедя, Лиры и Дракона.
В 2013 году после поломки телескоп продолжил работу вупрощенном режиме. В июле 2015 года в рамках отчета о работе мисси [19]командой Кеплера объявлено об открытии 4696 транзитных кандидатов в планеты,для более 1000 из которых планетная природа уже подтверждена. Из данных,полученных Кеплером [19], стало ясно, что планетные системы есть у большинствазвезд, что внесолнечные планеты чрезвычайно разнообразны и что небольшиепланеты встречаются чаще крупных (85% транзитных кандидатов Кеплера имеютрадиус меньше радиуса Нептуна). Также анализ обнаруженных Кеплером планетпозволяет полагать, что у каждой звезды спектрального класса К или М есть покрайней мере одна планета (любого размера) и что у одной из шести таких звездесть сравнимые по размеру с Землей планеты в обитаемой зоне [20, 21, 22].В настоящее время разрабатываются несколько проектов космическихтелескопов, нацеленных на наблюдения транзитов внесолнечных планет, средикоторых можно выделить TESS (NASA) и ARIEL (ESA), как имеющие наибольшиешансы на осуществление.15Максимальная доля планет, которые можно обнаружить и изучать с помощьютранзитного метода, определяется вероятностью затмения звезды планетой и равнаотношению радиуса звезды к радиусу орбиты планеты (большой полуоси) приусловиях, что размер планеты много меньше размера звезды и форма орбитыпланеты близка к круговой [23, 24].
Например, в случае Солнца и планеты нарасстоянииоднойастрономическойединицывероятностьтранзитнойконфигурации для удаленного наблюдателя составляет 1/215 = 0.465%.В ситуации, когда транзита не происходит, т.е. в наиболее общем случаенетранзитной конфигурации, с помощью фотометрических методов можнонаблюдать изменение количества отраженного планетой света при ее движении поорбите – фазовую кривую (см. рисунок 3). Фазовая кривая существует почти всегдакроме случаев, когда наклонение орбиты близко к нулю. Наблюдение испектральный анализ фазовой кривой, как и кривой блеска во время транзита, могутдать информацию о параметрах орбиты планеты, ее альбедо, контрасте междудневной и ночной сторонами и свойствах атмосферы.
Так, например, в [25, 26] длясуперземель (радиусом 1.8 земного и массой 9.5 земной) с использованиемчисленных моделей показано, что спектральный анализ фазовой кривой винфракрасной области спектра позволяет сделать вывод о наличии атмосферы, ееосновных параметрах (температуре, давлении, толщине), составе и исследоватьповерхность планеты в окнах прозрачности, если таковые имеются.а) – иллюстрация фаз планеты при движении по орбите вокруг звезды; б) – данные наблюденияфазовой кривой нетранзитного горячего юпитера Upsilon Andromedae b из работы [27]Рисунок 3 – Иллюстрация фазовых кривых экзопланет16Фазовые кривые уже наблюдались для нетранзитных горячих юпитеров(например, [28, 27]) фотометрическими методами. В то же время для нетранзитнойсуперземли Глизе 876 d с коротким периодом обращения фазовая кривая ненаблюдалась, несмотря на предпринятые попытки [29].Методы прямого наблюдения внесолнечных планет также могут применятьсядля наблюдения фазовых кривых внесолнечных планет и помогут контрастироватьфазовую кривую на фоне света звезды (за счет ослабления звездного света), о чемподробнее будет сказано в главе 5.1.2.3 ТаймингиМетод тайминга (от англ.
timing – распределение во времени, измерениевремени, хронометраж) основан на регистрации временных вариаций какого-либопериодического процесса, связанного с наблюдаемой звездой [8, 9].Первая достоверно обнаруженная внесолнечная планетная система упульсара PSR 1257 + 12 была найдена путем анализа вариаций периода егорадиовсплесков [30], см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
