Senda inn spurningu
Sólin Sólin Rís 05:51 • sest 21:06 í Reykjavík
Tunglið Tunglið Rís 09:47 • Sest 06:52 í Reykjavík
Flóð Flóð Árdegis: 00:02 • Síðdegis: 12:48 í Reykjavík
Fjaran Fjara Árdegis: 06:36 • Síðdegis: 18:53 í Reykjavík
Visit the English version

Flokkun:

Náttúruvísindi og verkfræði Stjarnvísindi: alheimurinn

Hvernig er leitað að reikistjörnum utan sólkerfisins?

Tryggvi Þorgeirsson

Hægt er að nota nokkrar aðferðir til að leita að reikistjörnum utan sólkerfis okkar. Slík leit er afar flókin vegna þess hve erfitt er að greina reikistjörnurnar úr mikilli fjarlægð. Ólíkt sólstjörnum, sem geisla frá sér orku sem losnar við kjarnasamruna, senda reikistjörnur ekki frá sér eigið ljós heldur endurvarpa aðeins ljósi sem fellur á þær. Þær gefa einnig frá sér dálitla innrauða varmageislun, en hún er yfirleitt ekki mikil. Í sólkerfi okkar er sólin til dæmis milljarðfalt bjartari en reikistjörnurnar í sýnilegu ljósi og milljón sinnum bjartari í innrauðu. Þar sem reikistjörnurnar eru svona daufar notast stjarnvísindamenn við óbeinar aðferðir í leit sinni. Það þýðir að þeir leita að áhrifum reikistjörnunnar á umhverfi sitt.

Hér á eftir verður fjallað í stuttu máli um fjórar helstu aðferðirnar sem notaðar hafa verið.

  1. Sú aðferð sem mest hefur verið notuð er að athuga hreyfingar sólstjörnunnar sem reikistjarnan gengur um. Í raun ganga bæði reikistjarnan og sólstjarnan um sameiginlega massamiðju. Umferðartími stjörnunnar og reikistjörnunnar um massamiðjuna er sá sami, og fjarlægð sólstjörnunnar frá miðju, rsól, fæst úr eftirfarandi jöfnu:

    rsól = rpláneta * Mpláneta / Msól

    Massi Júpíters, sem er massamesta reikistjarna sólkerfisins, er einn þúsundasti af massa sólar. Massi hans veldur því að sólin gengur eftir braut um sameiginlega massamiðju, einn hring á 11,8 árum sem er umferðartími Júpíters. Geisli (radíus) þessarar brautar er um 780.000 km, þannig að sólin er alls ekki eins kyrr og ætla mætti! Til samanburðar má nefna að radíus sólar er um 696.000 km, og því liggur hin sameiginlega massamiðja rétt utan við yfirborð hennar. Vegna þess að massi annarra reikistjarna í sólkerfinu er miklu minni en massi Júpíters þá hafa þær ekki nærri því eins mikil áhrif á sólina, og var þeim sleppt til einföldunar í fyrrnefndum tölum.

    Með mælingum má greina hreyfingar sólstjörnunnar, einkum eftir tveimur leiðum. Annars vegar eru gerðar nákvæmar mælingar á hraða hennar, en ef sólstjarnan gengur á braut í sléttu (plani) sem er ekki hornrétt á sjónlínu til hennar, þá er hraði hennar gagnvart jörðu misjafn eftir stöðu á brautinni. Þetta er sýnt á mynd 1. Í litrófi ljóssins frá stjörnunni koma í ljós frávik, svo kölluð Dopplervik, sem má nota til að reikna hraðabreytingar ótrúlega nákvæmlega, eða allt niður í 3 m/s. (Fjallað er um Dopplervik og fjarlægðarmælingar til stjarna í svari þriggja höfunda við spurningunni Hvað eru Doppler-hrif og hvernig getum við séð að stjarna er á leið til okkar eða frá? hér á Vísindavefnum).

    Einnig er mögulegt að mæla hliðrun stjarnanna beint, það er að mæla stöðubreytingar þeirra en ekki hraðabreytingar. Þessi aðferð krefst ekki síður mikillar nákvæmni en sú fyrrnefnda, því að hreyfingar stjarnanna eru afar litlar miðað við fjarlægðina til þeirra. Því er aðeins hægt að nota hana á stjörnur sem eru tiltölulega nálægt jörðu.



    Þegar þessar aðferðir eru notaðar er það einkum massi reikistjörnunnar og fjarlægð hennar frá stjörnunni sem skipta sköpum. Eftir því sem reikistjarnan er fjær stjörnunni og massi hennar er meiri, þeim mun lengra verður hin sameiginlega massamiðja frá miðju stjörnunnar. Það veldur því að hliðrun stjörnunnar verður meiri. Því er nú hægt, með þessari aðferð, að sjá áhrif frá reikistjörnum sem líkjast Júpíter (sem er um 318 sinnum massameiri en jörðin og 5 sinnum lengra frá sólu) en útilokað að verða var við plánetu á borð við jörðina.

    Þegar búið er að fá upplýsingar um það hve mikið stjarnan hreyfist til má nota aflfæði Newtons til að áætla massa reikistjörnunnar og brautargeisla hennar. Til þess þarf að þekkja massa sólstjörnunnar, en hann má áætla eftir ýmsum leiðum.

  2. Ef braut reikistjörnu liggur þannig að reikistjarnan lendir á milli sólstjörnunnar og jarðar, er möguleiki að greina það með mælingum á birtu stjörnunnar, því að birtan minnkar þegar reikistjarnan skyggir að hluta á hana. Þetta nefnist þverganga og er hliðstætt því þegar tunglið myrkvar hluta sólar séð frá jörðu. Munurinn er sá að reikistjarnan byrgir fyrir miklu minna af sólstjörnunni en tunglið byrgir af sólinni séð frá jörð.

    Notkun þessarar aðferðar er háð ýmsum skilyrðum. Tilviljun ein ræður því hvort braut fjarlægrar reikistjörnu liggur þannig að hún lendi inni í sjónlínu milli sólstjörnunnar og jarðar. Líkur á að slíkt gerist fyrir reikistjörnu á stærð við Júpíter sem gengur um stjörnu á stærð við sólina eru um hálft prósent. Jafnvel þótt það gerist, getur þurft að fylgjast með stjörnunni meðan reikistjarnan gengur heilan hring um hana til að sjá hana einmitt þegar reikistjarnan er á réttum stað. Umferðartími reikistjarna getur verið mörg ár eða áratugir en tíminn sem það tekur hana að ganga fyrir stjörnuna, séð frá jörðu, er aðeins nokkrar klukkustundir. Þrátt fyrir að vandamálin tengd þessari aðferð séu töluverð, hefur hún þó ýmsa kosti, og fannst fyrsta reikistjarnan með þessum hætti árið 1999. Hægt er að greina mun minni reikistjörnur með þessari aðferð en þeirri sem áður var lýst og er talið að þetta geti verið besta leiðin til að greina reikistjörnur á stærð við jörðu.

  3. Tifstjörnur eru nifteindastjörnur sem snúast afar hratt og gefa frá sér afmarkaðan geisla með útvarpsmerkjum. Útvarpsmerkin má greina með reglulegu millibili á jörðu þegar geislinn beinist að okkur. Breytingar á tíðni merkjanna má mæla mjög nákvæmlega, allt niður í milljónustu hluta úr sekúndu. Ef reikistjörnur ganga um slíkar stjörnur geta þær haft áhrif á þessi merki, og því er líklegt að með nákvæmum mælingum á tifstjörnum megi finna reikistjörnur sem eru jafnvel á stærð við jörðina.

  4. Massamiklir hlutir sveigja rúmið í kringum sig og um leið brautir ljósgeisla sem ferðast um það. Massi stjarna er nægilegur til að sveigja lítillega ljósgeisla sem berast til jarðar frá stjörnum í bakgrunninum. Þetta fyrirbæri nefnist þyngdarlinsuáhrif og er talið að það megi nota við leitina að fjarlægum reikistjörnum. Ef stjarna sem sveigir ljós frá fjarlægari stjörnu hefur um sig reikistjörnu er mögulegt að reikistjarnan hafi örlítil áhrif á það með hvaða hætti ljóssveigjan gerist.

Hér hafa verið taldar fjórar af þeim aðferðum sem nota má við leit að reikistjörnum utan sólkerfis okkar. Frá árinu 1992 hafa fundist á fjórða tug reikistjarna við fjarlægar sólstjörnur (þar á meðal tifstjörnur) og má ætla að með sífellt betri tækni muni sú tala hækka mjög á næstu árum.

Heimildir:

Glærur frá Gunnlaugi Björnssyni. Febrúar 2000.

The Search for the Extrasolar Planets. Vefsíða með ítarlegri umfjöllun um leit að reikistjörnum, fjallað um leitaraðferðir, fundi og framtíðarhorfur.

Schneider J., 1999b. “The study of extrasolar planets: methods of detection, first discoveries and future perspectives”. C.R. Acad. Sci. Paris, 327, Serie II b, 621 1999. Hér má nálgast skýrsluna á vefnum.

Extra-Solar Planets. Michael Perryman, maí 2000.

Mynd:

Scientific American á vefnum.

Tenglar:

Other Planetary Systems. Á þessari síðu er að finna tengla í ýmsar síður þar sem fjallað er um leit að reikistjörnum.

Höfundur

Tryggvi Þorgeirsson

Tryggvi Þorgeirsson

læknir og fyrrverandi starfsmaður Vísindavefsins

Útgáfudagur

2.8.2000

Spyrjandi

Ómar Kjartan Yazin

Efnisorð

Tilvísun

Tryggvi Þorgeirsson. „Hvernig er leitað að reikistjörnum utan sólkerfisins?“ Vísindavefurinn, 2. ágúst 2000. Sótt 16. apríl 2024. http://visindavefur.is/svar.php?id=717.

Tryggvi Þorgeirsson. (2000, 2. ágúst). Hvernig er leitað að reikistjörnum utan sólkerfisins? Vísindavefurinn. Sótt af http://visindavefur.is/svar.php?id=717

Tryggvi Þorgeirsson. „Hvernig er leitað að reikistjörnum utan sólkerfisins?“ Vísindavefurinn. 2. ágú. 2000. Vefsíða. 16. apr. 2024. <http://visindavefur.is/svar.php?id=717>.

Chicago | APA | MLA

Þessi síða notar vafrakökur Nánari upplýsingar

Ég samþykki
Spyrja

Sendu inn spurningu LeiðbeiningarTil baka

Hér getur þú sent okkur nýjar spurningar um vísindaleg efni.

Hafðu spurninguna stutta og hnitmiðaða og sendu aðeins eina í einu. Einlægar og vandaðar spurningar um mikilvæg efni eru líklegastar til að kalla fram vönduð og greið svör. Ekki er víst að tími vinnist til að svara öllum spurningum.

Persónulegar upplýsingar um spyrjendur eru eingöngu notaðar í starfsemi vefsins, til dæmis til að svör verði við hæfi spyrjenda. Spurningum er ekki sinnt ef spyrjandi villir á sér heimildir eða segir ekki nægileg deili á sér.

Spurningum sem eru ekki á verksviði vefsins er eytt.

Að öðru leyti er hægt að spyrja Vísindavefinn um allt milli himins og jarðar!

=

Senda grein til vinar

=

Hvernig er leitað að reikistjörnum utan sólkerfisins?
Hægt er að nota nokkrar aðferðir til að leita að reikistjörnum utan sólkerfis okkar. Slík leit er afar flókin vegna þess hve erfitt er að greina reikistjörnurnar úr mikilli fjarlægð. Ólíkt sólstjörnum, sem geisla frá sér orku sem losnar við kjarnasamruna, senda reikistjörnur ekki frá sér eigið ljós heldur endurvarpa aðeins ljósi sem fellur á þær. Þær gefa einnig frá sér dálitla innrauða varmageislun, en hún er yfirleitt ekki mikil. Í sólkerfi okkar er sólin til dæmis milljarðfalt bjartari en reikistjörnurnar í sýnilegu ljósi og milljón sinnum bjartari í innrauðu. Þar sem reikistjörnurnar eru svona daufar notast stjarnvísindamenn við óbeinar aðferðir í leit sinni. Það þýðir að þeir leita að áhrifum reikistjörnunnar á umhverfi sitt.

Hér á eftir verður fjallað í stuttu máli um fjórar helstu aðferðirnar sem notaðar hafa verið.

  1. Sú aðferð sem mest hefur verið notuð er að athuga hreyfingar sólstjörnunnar sem reikistjarnan gengur um. Í raun ganga bæði reikistjarnan og sólstjarnan um sameiginlega massamiðju. Umferðartími stjörnunnar og reikistjörnunnar um massamiðjuna er sá sami, og fjarlægð sólstjörnunnar frá miðju, rsól, fæst úr eftirfarandi jöfnu:

    rsól = rpláneta * Mpláneta / Msól

    Massi Júpíters, sem er massamesta reikistjarna sólkerfisins, er einn þúsundasti af massa sólar. Massi hans veldur því að sólin gengur eftir braut um sameiginlega massamiðju, einn hring á 11,8 árum sem er umferðartími Júpíters. Geisli (radíus) þessarar brautar er um 780.000 km, þannig að sólin er alls ekki eins kyrr og ætla mætti! Til samanburðar má nefna að radíus sólar er um 696.000 km, og því liggur hin sameiginlega massamiðja rétt utan við yfirborð hennar. Vegna þess að massi annarra reikistjarna í sólkerfinu er miklu minni en massi Júpíters þá hafa þær ekki nærri því eins mikil áhrif á sólina, og var þeim sleppt til einföldunar í fyrrnefndum tölum.

    Með mælingum má greina hreyfingar sólstjörnunnar, einkum eftir tveimur leiðum. Annars vegar eru gerðar nákvæmar mælingar á hraða hennar, en ef sólstjarnan gengur á braut í sléttu (plani) sem er ekki hornrétt á sjónlínu til hennar, þá er hraði hennar gagnvart jörðu misjafn eftir stöðu á brautinni. Þetta er sýnt á mynd 1. Í litrófi ljóssins frá stjörnunni koma í ljós frávik, svo kölluð Dopplervik, sem má nota til að reikna hraðabreytingar ótrúlega nákvæmlega, eða allt niður í 3 m/s. (Fjallað er um Dopplervik og fjarlægðarmælingar til stjarna í svari þriggja höfunda við spurningunni Hvað eru Doppler-hrif og hvernig getum við séð að stjarna er á leið til okkar eða frá? hér á Vísindavefnum).

    Einnig er mögulegt að mæla hliðrun stjarnanna beint, það er að mæla stöðubreytingar þeirra en ekki hraðabreytingar. Þessi aðferð krefst ekki síður mikillar nákvæmni en sú fyrrnefnda, því að hreyfingar stjarnanna eru afar litlar miðað við fjarlægðina til þeirra. Því er aðeins hægt að nota hana á stjörnur sem eru tiltölulega nálægt jörðu.



    Þegar þessar aðferðir eru notaðar er það einkum massi reikistjörnunnar og fjarlægð hennar frá stjörnunni sem skipta sköpum. Eftir því sem reikistjarnan er fjær stjörnunni og massi hennar er meiri, þeim mun lengra verður hin sameiginlega massamiðja frá miðju stjörnunnar. Það veldur því að hliðrun stjörnunnar verður meiri. Því er nú hægt, með þessari aðferð, að sjá áhrif frá reikistjörnum sem líkjast Júpíter (sem er um 318 sinnum massameiri en jörðin og 5 sinnum lengra frá sólu) en útilokað að verða var við plánetu á borð við jörðina.

    Þegar búið er að fá upplýsingar um það hve mikið stjarnan hreyfist til má nota aflfæði Newtons til að áætla massa reikistjörnunnar og brautargeisla hennar. Til þess þarf að þekkja massa sólstjörnunnar, en hann má áætla eftir ýmsum leiðum.

  2. Ef braut reikistjörnu liggur þannig að reikistjarnan lendir á milli sólstjörnunnar og jarðar, er möguleiki að greina það með mælingum á birtu stjörnunnar, því að birtan minnkar þegar reikistjarnan skyggir að hluta á hana. Þetta nefnist þverganga og er hliðstætt því þegar tunglið myrkvar hluta sólar séð frá jörðu. Munurinn er sá að reikistjarnan byrgir fyrir miklu minna af sólstjörnunni en tunglið byrgir af sólinni séð frá jörð.

    Notkun þessarar aðferðar er háð ýmsum skilyrðum. Tilviljun ein ræður því hvort braut fjarlægrar reikistjörnu liggur þannig að hún lendi inni í sjónlínu milli sólstjörnunnar og jarðar. Líkur á að slíkt gerist fyrir reikistjörnu á stærð við Júpíter sem gengur um stjörnu á stærð við sólina eru um hálft prósent. Jafnvel þótt það gerist, getur þurft að fylgjast með stjörnunni meðan reikistjarnan gengur heilan hring um hana til að sjá hana einmitt þegar reikistjarnan er á réttum stað. Umferðartími reikistjarna getur verið mörg ár eða áratugir en tíminn sem það tekur hana að ganga fyrir stjörnuna, séð frá jörðu, er aðeins nokkrar klukkustundir. Þrátt fyrir að vandamálin tengd þessari aðferð séu töluverð, hefur hún þó ýmsa kosti, og fannst fyrsta reikistjarnan með þessum hætti árið 1999. Hægt er að greina mun minni reikistjörnur með þessari aðferð en þeirri sem áður var lýst og er talið að þetta geti verið besta leiðin til að greina reikistjörnur á stærð við jörðu.

  3. Tifstjörnur eru nifteindastjörnur sem snúast afar hratt og gefa frá sér afmarkaðan geisla með útvarpsmerkjum. Útvarpsmerkin má greina með reglulegu millibili á jörðu þegar geislinn beinist að okkur. Breytingar á tíðni merkjanna má mæla mjög nákvæmlega, allt niður í milljónustu hluta úr sekúndu. Ef reikistjörnur ganga um slíkar stjörnur geta þær haft áhrif á þessi merki, og því er líklegt að með nákvæmum mælingum á tifstjörnum megi finna reikistjörnur sem eru jafnvel á stærð við jörðina.

  4. Massamiklir hlutir sveigja rúmið í kringum sig og um leið brautir ljósgeisla sem ferðast um það. Massi stjarna er nægilegur til að sveigja lítillega ljósgeisla sem berast til jarðar frá stjörnum í bakgrunninum. Þetta fyrirbæri nefnist þyngdarlinsuáhrif og er talið að það megi nota við leitina að fjarlægum reikistjörnum. Ef stjarna sem sveigir ljós frá fjarlægari stjörnu hefur um sig reikistjörnu er mögulegt að reikistjarnan hafi örlítil áhrif á það með hvaða hætti ljóssveigjan gerist.

Hér hafa verið taldar fjórar af þeim aðferðum sem nota má við leit að reikistjörnum utan sólkerfis okkar. Frá árinu 1992 hafa fundist á fjórða tug reikistjarna við fjarlægar sólstjörnur (þar á meðal tifstjörnur) og má ætla að með sífellt betri tækni muni sú tala hækka mjög á næstu árum.

Heimildir:

Glærur frá Gunnlaugi Björnssyni. Febrúar 2000.

The Search for the Extrasolar Planets. Vefsíða með ítarlegri umfjöllun um leit að reikistjörnum, fjallað um leitaraðferðir, fundi og framtíðarhorfur.

Schneider J., 1999b. “The study of extrasolar planets: methods of detection, first discoveries and future perspectives”. C.R. Acad. Sci. Paris, 327, Serie II b, 621 1999. Hér má nálgast skýrsluna á vefnum.

Extra-Solar Planets. Michael Perryman, maí 2000.

Mynd:

Scientific American á vefnum.

Tenglar:

Other Planetary Systems. Á þessari síðu er að finna tengla í ýmsar síður þar sem fjallað er um leit að reikistjörnum.

...