<< Vvedenie Istoriya >>
Razdely
- Pryamye nablyudeniya
- Fotometriya
- Gravitacionnoe linzirovanie
- Krivolineinoe dvizhenie zvezdy
- Doplerovskii sdvig v periodah vrasheniya pul'sarov
- Luchevaya skorost' (doplerovskii sdvig v spektral'nyh liniyah)
Metody
V etoi glave my rasskazhem o metodah obnaruzheniya vnesolnechnyh
planet. Do ih otkrytiya edinstvennoi izvestnoi planetnoi sistemoi
byla Solnechnaya. Poetomu metody razrabatyvalis' v predpolozhenii,
chto "ih" sistemy pohozhi na nashu. To zhe mozhno vyrazit' inache:
razrabatyvalis' metody otkrytiya Solnechnoi sistemy dlya zhitelei
Ceti, vooruzhennyh zemnymi instrumentami.
Pryamye nablyudeniya
Vidimyi diapazon
Legko podschitat', chto zvezdnaya velichina yarchaishei dlya inoplanetyan planety - Yupitera v polnoi faze ravna
izmeryayutsya v parsekah. Krupneishii nazemnyi
teleskop Keka na Gavaiyah vidit zvezdy do 28-30-i velichiny.
Krupneishii kosmicheskii teleskop Habbla - do 30-31-i. Yupiter
viden do rasstoyanii v 100 pk, 300 sv. let!
K sozhaleniyu, Yupiter potonet v solnechnom svete. On slabee Solnca na 20.5 zvezdnoi velichiny nezavisimo ot rasstoyaniya. A uzhe na pyati parsekah uglovoe rasstoyanie mezhdu Solncem i Yupiterom ne bolee odnoi sekundy.
Infrakrasnyi diapazon
Analogichnye rassuzhdeniya primenimy v lyubom diapazone elektromagnitnyh voln. Osobenno privlekatelen infrakrasnyi diapazon, poskol'ku otnoshenie yarkostei Solnca i Yupitera zdes' snizhaetsya na poryadki.
Poka ni odna (dazhe uzhe otkrytaya drugim metodom) planeta ne dala nam svoego izobrazheniya ni v kakom diapazone. Sovershenstvuite pribory i metodiki, i vy ih uvidite!
Radiodiapazon
Radiodiapazon besperspektiven. Za odnim isklyucheniem. Esli na planete sushestvuet kosmicheskaya civilizaciya vrode nashei, to ee mozhno obnaruzhit', ne sprashivaya ee soglasiya, s rasstoyaniya poryadka 100 pk, obladaya nashimi zhe radiosredstvami. Dlya spravki: po prinyatomu na byurakanskom simpoziume 1964 g. opredeleniyu civilizaciya stanovitsya kosmicheskoi, kak tol'ko ona izobretaet radio. Prichina legkoi obnaruzhimosti - moshnyi neteplovoi potok voln metrovogo diapazona, vyzvannyi v osnovnom radarami i televideniem. Tak, yarkostnaya temperatura Zemli v etom diapazone - poryadka milliarda gradusov. Esli zhe civilizaciya special'no napravlyaet uzkii luch k nam, ili my sluchaino okazyvaemsya na luche svyazi dvuh civilizacii, to ona obnaruzhivaetsya v predelah vsei Galaktiki! Zhal', no poka my znaem lish' odnu kosmicheskuyu civilizaciyu - rodivshuyusya v 1896 g. na Vasil'evskom ostrove.
Fotometriya
Esli naklon orbity ekzoplanety k kartinnoi ploskosti blizok k
, to raz v planetarnyi god my "nablyudaem"
prohozhdenie planety po disku zvezdy, a v protivofaze - pokrytie
planety zvezdoi. Real'no my mozhem izmerit' lish' rezkie izmeneniya
bleska zvezdy. Velichinu dvuh "stupenek" legko vychislit' s uchetom
togo, chto uglovye razmery i rasstoyaniya do planety postoyanny dlya
zemnogo nablyudatelya.
Etot metod perspektiven. Hotya s ego pomosh'yu planety poka ne otkryvalis', on dal v nekotoryh sluchayah mnogo dopolnitel'noi informacii ob uzhe otkrytyh planetah.
Gravitacionnoe linzirovanie
Esli mezhdu istochnikom sveta (zvezdoi) i priemnikom okazhetsya planeta, proizoidet uvelichenie yarkosti zvezdy vplot' do neskol'kih zvezdnyh velichin, vyzvannoe gravitacionnym linzirovaniem. Ved' fotony material'ny i ih traektorii iskrivlyayutsya gravitaciei. Dlya obychnyh skorostei v desyatki kilometrov v sekundu yavlenie dlitsya neskol'ko minut. Takoi metod vryad li goditsya dlya otkrytiya obychnoi planety, obrashayusheisya vokrug materinskoi zvezdy. No s ego pomosh'yu byli otkryty planety-siroty (planety-brodyagi, odinochnye planety). Principial'nyi nedostatok metoda - narushenie vazhneishei zapovedi estestvennyh nauk, vosproizvodimosti yavleniya. Pobyla planeta-odinochka desyatok minut na luche Zemlya - dalekaya zvezda, i bol'she eto nikogda ne povtoritsya! Otlichit' sboi registriruyushei apparatury ot iskomogo yavleniya mozhet pomoch' lish' bogataya statistika, ili odnovremennaya registraciya sobytiya na dvuh observatoriyah. Razumeetsya, nado eshe ubedit'sya, chto vspyshka yarkosti ne vyzvana drugimi horosho izvestnymi v astrofizike sobytiyami.
Krivolineinoe dvizhenie zvezdy
Zvezdy na nebesnoi sfere dvizhutsya po bol'shim krugam, v kartinnoi ploskosti - po pryamym. V samom dele, v okrestnostyah Solnca (a tol'ko imi my i zanimaemsya) za 150 let astrometricheskih izmerenii priemlemoi tochnosti zvezdy prohodyat primerno sekundu dugi, esli schitat' ih put' galaktocentricheskoi okruzhnost'yu. Poetomu krivolineinost' zvezdnyh orbit poka chto vne dosyagaemosti nashih izmeritel'nyh sredstv. No esli zvezda imeet planetu, ee put' budet krivolineinym v rezul'tate slozheniya pryamolineinogo dvizheniya centra mass zvezda-planeta s orbital'nym dvizheniem zvezdy vokrug centra mass. Takim putem eshe v 19 veke byli otkryty slabye sputniki zvezd. No vse oni okazyvalis' zvezdami nizkoi svetimosti - naprimer, belymi karlikami, a ne planetami. V nastoyashee vremya etim metodom otkryto neskol'ko "kandidatov v planety". No oshibki izmerenii dazhe v luchshih sluchayah sravnimy s izmeryaemymi velichinami, poetomu ubrat' slovo "kandidat" poka ne udaetsya. No budushee blagopriyatno. Obrashayu vnimanie, chto izmeryaemyi effekt slabo zavisit ot polozheniya orbital'noi ploskosti otnositel'no kartinnoi i naibolee informativen sluchai ih sovpadeniya (sr. s nizhesleduyushim).
Doplerovskii sdvig v periodah vrasheniya pul'sarov
Rassmotrim nekotoryi stabil'nyi periodicheskii process v tochke
, informaciya o kotorom rasprostranyaetsya so skorost'yu 
i
prinimaetsya v tochke 
. Oboznachim cherez 
luchevuyu skorost',
t. e. skorost' izmeneniya rasstoyaniya mezhdu i . Po
principu Doplera
registriruemyi v tochke period otlichaetsya ot ishodnogo
v tochke na velichinu
Pomestim v tochku vrashayushiisya s periodom
pul'sar, a v tochku - zemnogo
nablyudatelya. Kak pokazano v predydushem paragrafe, dvizhenie
odinochnogo pul'sara otnositel'no centra mass Solnechnoi
sistemy 
pryamolineino i ravnomerno.
V chastnosti, skorost' 
tochki otnositel'no
postoyanna. Legko ponyat' (narisuite chertezh), chto luchevaya skorost' tem
ne menee peremenna. Imenno, s tochnost'yu do malyh pervogo poryadka
gde
- vremya; 
- tangencial'naya sostavlyayushaya
; 
- rasstoyanie mezhdu i . Velichiny sprava
otneseny k nachal'nomu momentu 
. Dazhe pri
km/s
posle goda nablyudenii vtoroe slagaemoe v (2) ne prevoshodit
10 m/s i im mozhno prenebrech', schitaya 
const.
Krivolineinoe
dvizhenie Zemli i observatorii legko uchest', tak chto priemnik
izlucheniya mozhno schitat' razmeshennym v . Esli pul'sar
stabilen, nablyudeniya dadut nam period
.
Predpolozhim, chto vokrug pul'sara massy 
dvizhetsya planeta massy
. Dlya prostoty predpolozhim, chto orbita planety krugovaya; naklon
k kartinnoi ploskosti raven 
, period obrasheniya 
, a
rasstoyanie mezhdu centrami mass zvezdy i planety - . Uchet
ekscentrisiteta uslozhnyaet matematiku zadachi, ne vnosya
principial'nyh izmenenii v fiziku processa. To zhe mozhno skazat' i
o sluchae dvuh i bolee planet, nado lish' vydelyat' garmoniki raznyh
periodov i amplitud.
Pol'zuyas' elementarnoi nebesnoi mehanikoi, formalizmom zadachi dvuh tel, legko vychislit' periodicheskuyu sostavlyayushuyu luchevoi skorosti pul'sara:
gde
- postoyannaya tyagoteniya;
; 
-
nachal'naya faza.
Provodya sistematicheskie izmereniya perioda , my naidem
kak sinusoidal'nuyu funkciyu vremeni, pol'zuyas' sootnosheniem
(1). Takim obrazom, mozhno schitat' izvestnymi period
i amplitudu kolebanii 
. Soglasno (3)
Ocenim neobhodimuyu tochnost' izmerenii. Skorost' Yupitera
otnositel'no Solnca ravna 13 km/s, a Solnca otnositel'no
baricentra - 13 m/s. Zamenyaya Solnce pul'sarom ravnoi massy, pri
blagopriyatnom
naidem iz (1), chto
. Takim obrazom, trebuetsya otnositel'naya tochnost'
izmereniya periodov poryadka
.
Chto mozhno uznat' o planete, esli trebuemaya tochnost'
dostignuta i planeta otkryta? V formule (4) amplitudu
, period i fazu mozhno schitat' izvestnymi
iz nablyudenii. Massa izvestna, hotya i s nizkoi tochnost'yu,
iz astrofizicheskih nablyudenii i teorii. Postoyannuyu tyagoteniya
mozhno schitat' izvestnoi tochno, poskol'ku okonchatel'naya
pogreshnost' opredelyaetsya oshibkami massy . Nakonec,
nahoditsya po tret'emu zakonu Keplera. V rezul'tate
Esli prenebrech' massoi
po sravneniyu s v znamenatele,
to (5) pozvolyaet naiti 
. Pri neobhodimosti massu
v znamenatele mozhno uchest' posledovatel'nymi
priblizheniyami.
Itak, my poluchaem
. K sozhaleniyu, ot mnozhitelya
mozhno izbavit'sya lish' v redkih sluchayah. My obsudim
etu problemu v sleduyushem paragrafe.
Luchevaya skorost' (doplerovskii sdvig v spektral'nyh liniyah)
Klassicheskii effekt Doplera opredelyaetsya podobnoi (1) formuloi
gde
- dlina volny. Poetomu obnaruzhenie
periodicheskogo sdviga spektral'nyh linii mozhet
svidetel'stvovat' o sushestvovanii planety. Takim putem davno
issleduyutsya spektral'no-dvoinye zvezdy.
Formuly (3-5) sohranyayut silu. Neobhodimaya tochnost'
spektral'nogo razresheniya otvechaet skorosti poryadka 10 m/s.
Zametim, chto teoreticheskii predel pogreshnosti 
u zvezd
solnechnogo tipa opredelyaetsya nestabil'nost'yu fotosfery i
sostavlyaet okolo 1 m/s.
S nablyudatel'noi tochki zreniya obsuzhdaemaya zdes' situaciya
blagopriyatnee rassmotrennoi v predydushem paragrafe: period
odin, togda kak spektral'nyh linii mnogo.
Vernemsya k bol'nomu voprosu o sinuse naklona. Vo-pervyh,
ukazhem dva sluchaya, kogda on mozhet byt' opredelen (pust' s
nevysokoi tochnost'yu) iz nablyudenii. Esli fotometriya pokazhet
prohozhdeniya planety po disku materinskoi zvezdy, to naklon
blizok k
. Esli izobrazhenie okrestnostei
zvezdy pokazhet pylevoi disk, to estestvenno predpolozhit',
chto i orbita planety raspolozhena v ploskosti diska.
Vo-vtoryh, ukazhem sluchai kratnoi sistemy, sostoyashei iz dvuh ili
bolee otkrytyh planet, kogda naklon mozhet byt' opredelen
teoreticheski. Vysheopisannyi algoritm pozvolyaet poluchit' lish'
ocenku snizu:
. Dlya polucheniya ocenki sverhu
privlechem poslednie dostizheniya astrofiziki i nebesnoi mehaniki.
Teoriya zvezdnoi evolyucii dast nam vremya 
sushestvovaniya zvezdy
ot rozhdeniya do nashih dnei. Teoriya zvezdoobrazovaniya utverzhdaet,
chto planetnye sistemy v podavlyayushem chisle sluchaev voznikayut
odnovremenno s materinskoi zvezdoi. Sledovatel'no, sistema dolzhna
byt' orbital'no ustoichivoi po krainei mere na promezhutke vremeni
. Estestvenno predpolozhit', chto orbital'nye ploskosti dlya vseh
planet blizki drug k drugu, i togda naklon budet obshim dlya vseh
planet. Budem umen'shat' myslenno , nachinaya s edinicy
(uvelichivaya tem samym massy 
, nachinaya s 
). Nastupit
moment, kogda iz-za vozrosshih vozmushenii planetnaya sistema
poteryaet ustoichivost' na issleduemom promezhutke i razvalitsya.
Tak my poluchim ocenku sverhu:
. Chislennyi primer
mozhno naiti v [7].
V ostal'nyh, sostavlyayushih bol'shinstvo, sluchayah my nichego skazat'
ne mozhem. Ostaetsya tol'ko statistika. Estestvennoe predpolozhenie
ravnoveroyatnosti vseh vozmozhnyh orientacii vektora ploshadei
pozvolyaet vychislit' matematicheskoe ozhidanie i dispersiyu sluchainoi
velichiny 
[5,6]:
Beskonechnost' dispersii vyzvana osobennost'yu pri
.
V [6] privedeny formuly i tablicy
matematicheskogo ozhidaniya i dispersii ukazannoi sluchainoi
velichiny pri ee izmenenii v promezhutke
dlya proizvol'nogo 
.
<< Vvedenie Istoriya >>
|
Publikacii s klyuchevymi slovami:
planety
Publikacii so slovami: planety | |
Sm. takzhe:
Vse publikacii na tu zhe temu >> | |
