Naši in tuji planeti
|
|  Yüklə 1.51 Mb.
|
| Naši in tuji planeti
dr. Andreja Gomboc Fakulteta za matematiko in fiziko Univerza v Ljubljani
Slika 1: Primerjava velikosti glavnih teles v Osončju. Od leve proti desni: rob Sonca, planeti Merkur, Venera, Zemlja, Mars, Jupiter, Saturn, Uran, Neptun in pritlikavi planet Pluton s svojo luno Charon. Predstavitev planetov se spodobi začeti doma: na Zemlji. Če zelo na kratko opišemo Zemljo kot planet, moramo omeniti, da ima en naravni satelit – Luno, polmer okrog 6400 km in 5,5-krat višjo povprečno gostoto kot voda. Notranjost Zemlje je vroča (do okrog 4000 stopinj) in tekoča. Na površini jo pokriva le 100 km debela trda skorja – za primerjavo si lahko predstavljate zelo mehek 15 centimetrski paradižnik, ki ga pokriva 1 milimeter debela lupina. V Zemljini skorji so razpoke oz. tektonske plošče, ki se premikajo in spreminjajo obliko površine. Nastajajo vulkani, gorske verige in podmorska brezna. Površje Zemlje spreminjajo tudi drugi procesi. Ko je bilo Osončje veliko mlajše, so pogosto »deževali« kamniti meteoriti, ki so naredili na površini udarne kraterje. Te lahko v velikem številu še vedno vidimo na površju Lune. Na Zemlji jih je mnogo manj: Zemlja ima namreč atmosfero in tekočo vodo, padavine in veter pa povzročajo erozijo tal. Vsi ti procesi so izbrisali številne zgodnje udarne kraterje, tako da danes poznamo le nekaj »nedavnih«, npr. 50.000 let star Barringerjev krater v Arizoni. Po današnji razlagi je 1,2 kilometra velik in 200 metrov globok krater povzročil padec okrog 45 metrov velikega meteorita, ki je imel maso okrog 100.000 ton. Zaradi tekoče vode in erozije je, kljub starosti okrog 4 milijarde let, Zemljina površina mlada in se še vedno spreminja. 71 odstotkov površine pokrivajo morja in predstavljajo 97 odstotkov vse vode na Zemlji. Tekoča voda je ključnega pomena za življenje. Prav tako ključna za življenje je Zemljina atmosfera, saj ga ščiti pred visokoenergijskim elektromagnetnim sevanjem in kozmičnimi žarki iz vesolja. Da ima planet atmosfero, mora biti izpolnjenih več pogojev: planet mora imeti primerno maso (če je prelahek, mu plini iz atmosfere pobegnejo) in biti na primerni oddaljenosti od Sonca. Oddaljenost od Sonca je odločujoča za razvoj življenja na planetu: če je preblizu, je na planetu prevroče; če je predaleč, je prehladno. Območju, kjer je temperatura ravno pravšnja, pravijo »naselitvena cona« ali tudi »cona Zlatolaske«1. Zemlja je v tej coni in je med planeti našega Osončja nekaj posebnega predvsem zato, ker je zelo verjetno edina na kateri obstaja življenje. S  lika 2: Modri pas na sliki predstavlja, kje leži naselitvena cona ali cona Zlatolaske za različne tipe zvezd. Razmere na planetu, predvsem temperatura so odvisne od njegove oddaljenosti od zvezde in od tipa zvezde: zvezda z večjo maso sveti močneje, zato leži naselitvena cona v njenem osončju bolj daleč vstran od nje.
Poleg Zemlje je v Osončju še 8 oz. od avgusta 2006, 7 planetov. Nekateri jih delijo na klasične in moderne planete. Klasični so: Merkur, Venera, Mars, Jupiter, Saturn in so človeštvu znani že iz pradavnine, saj so vidni s prostim očesom. Moderne planete so odkrili šele v »moderni dobi« s teleskopi. Uran je leta 1781 odkril britanski astronom W. Herschel. Iz perturbacij njegove orbite sta Anglež J.C. Adams in Francoz U. J. Le Verrier napovedala obstoj še enega planeta onstran njegove tirnice. In res sta leta 1846 nemški astronom J.G. Galle in danski H.L. d'Arrest na napovedani lokaciji na nebu našla nov planet – Neptun. In zgodba se je ponovila: ameriški astronom P. Lowell je iz perturbacij Neptunove tirnice napovedal obstoj še bolj oddaljenega planeta, ki naj bi imel maso 10 MZemlje. Dvajset let so ga iskali zaman, leta 1930 pa ga je odkril američan Clyde Tombaugh in poimenovali so ga Pluton. Toda izkazalo se je, da je Pluton veliko manjši kot napovedano. Leta 1970 pa so celo odkrili, da so bile »perturbacije« iz katerih so ga napovedali, pravzaprav napake v meritvah. Naslednji udarec je prišel leta 1978, ko so odkrili njegovo luno Charon. To jim je omogočilo izmeriti Plutonovo maso in izkazalo se je, da znaša le 0,001 MZemlje! Postalo je očitno, da je bilo njegovo odkritje zgolj srečno naključje. Pluton je več kot pol manjši od Merkurja (najmanjšega med ostalimi planeti v Osončju), in tudi njegova tirnica je veliko bolj nagnjena in sploščena kot tirnice ostalih planetov v Osončju. Vendar do 1990. leta ni bilo razloga, zakaj ga ne bi obravnavali kot planet. Takrat pa so začeli s sodobnejšo opremo in metodami odkrivati onstran Neptunove tirnice še druga telesa (imenovana TNO – trans-neptunian objects). Ta so bila sprva bistveno manjša od Plutona. Vse do leta 2002, ko so odkrili Varuno (ki ima premer 900 km) in Quaoar (s premerom okrog 1000 km). Leta 2003 je sledilo odkritje Sedne (okrog 1500 km) in končno je leta 2005 prišel Eris, ki je z več kot 2300 km večji od Plutona. S temi odkritji se je pojavilo vprašanje, ali so tudi ta telesa planeti oz. kje potegniti mejo med planeti in ne-planeti? Mednarodna astronomska zveza (IAU - International Astronomical Union), ki poimenuje astronomska telesa, je morala na novo sprejeti definicijo, kaj je planet in kaj ne. Na generalnem zasedanju v Pragi avgusta 2006 je IAU razdelila telesa v Osončju v tri skupine: majhna telesa, pritlikavi planeti in planeti. Sprejeli so definicijo, da je planet telo, k ustreza trem pogojem: 1. je na tirnici okoli Sonca; 2. je pod vplivom lastne gravitacije postalo okrogle oblike in 3. je »očitilo« svojo tirnico okoli Sonca. Zadnji pogoj je najbolj izmuzljiv in ga Pluton ne izpolnjuje, saj so v »njegovem« delu Osončja še druga telesa, ki so sicer manjša, a vseeno primerljiva po velikosti z njim. Telo, ki izpolnjuje prva dva pogoja, tretjega pa ne, spada v skupino pritlikavih planetov. Naše Osončje ima tako 8 planetov in 3 pritlikave planete (poleg Plutona še Ceres in Eris) ter čez 10 kandidatov za pritlikave planete, ki jih morajo še bolj natančno proučiti. 
Slika 3: Primerjava velikosti TNO-jev Sedne in Quaoarja s Plutonom, Luno in Zemljo. 2. Planeti v drugih osončjih Če je naše Osončje »izgubilo« en planet, pa so astronomi v zadnjih 15 letih odkrili celo množico »novih« planetov – ne v našem Osončju, pač pa v orbitah okrog drugih zvezd. Poleg našega tako danes poznamo čez dvesto osončij in še več planetov. Odkriti planet okoli druge zvezde oz. drugo osončje, ni lahko. Poleg tega, da je takšen planet zelo daleč, sveti veliko šibkeje od svoje zvezde, tako da ga je v njenem siju še težje videti. Ker je razdalja med planetom in zvezdo veliko veliko manjša od razdalje do nas, ju ponavadi ni mogoče videti posamezno, ampak zazanamo le njuno skupno svetlobo. Astronomi si zato pomagajo z različnimi metodami detekcije:
S Nekaj trditev o odkritju planetov je bilo že pred letom 1990, vendar dokazi o obstoju za nobenega niso bili dovolj trdni. Leta 1992 sta A. Wolszczan in D. Frail odkrila prvi planet izven našega osončja, ki je na tirnici okrog pulzarja PSR 1257+12. Prvi planet okoli zvezde glavne veje sta leta 1995 našla M. Mayor in D. Queloz okrog zvezde 51 Pegaza. Doslej so odkrili že okrog 220 drugih osončij. V nekaterih so našli več kot en planet, tako da je skupno število odkritih planetov okrog 250. Obe številki sta približni in se povečujeta iz dneva v dan. Odkriti planeti ležijo v vseh smereh na nebu. Nekateri imajo svoje vzdevke, npr. Osiris, Bellerophon, Ymir, vendar IAU meni, da bi bilo nepraktično za vsakega izbirati neko posebno ime. Zato je dogovor, da prvi odkriti planet okoli neke zvezde dobi ime, ki je sestavljeno iz imena zvezde z dodano črko b, za drugi odkriti planet dodajo črko c in tako naprej. 
Slika 5: Prvi primer planeta v drugem osončju, ki so ga neposredno videli – seveda ne s prostimi očmi, ampak z 8,2-metrskimi teleskopi VLT na Evropskem južnem observatoriju v Čilu. Okrog 200 svetlobnih let oddaljene rjave pritlikavke 2M1207 z maso le 25 MJupitra se giblje planet z maso 5 MJupitra, razdalja med njima pa je okrog 55 a.e. Večinoma so bili planeti okoli drugih zvezd odkriti z metodo radialne hitrosti. Ker je ta metoda bolj občutljiva za planete, ki imajo veliko maso in so blizu svoje zvezde, je tako večina planetov, ki jih poznamo danes, velikih (z maso nad 10 MZemlje) in vročih – nekateri jim pravijo tudi »vroči Jupitri«. Večina jih je na tirnici okoli zvezd tipov F, G in K, kar je tudi posledica iskalne metode. Pričakujejo, da jih je okrog rdečih prilikavk tipa M in vročih zvezd tipa O, manj. Prav tako pričakujejo, da je majhnih planetov veliko več kot velikih in da jih bodo z bolj natančnimi meritvami odkrili še mnogo več. Zanimivo je, da je večina danes znanih planetov v drugih osončjih na zelo sploščenih (eliptičnih) tirnicah okoli svojih zvezd, medtem ko so tirnice planetov v našem Osončju skorajda krožnice. Zakaj je tako, še ni povsem jasno. Ena od razlag pravi, da se to dogaja v osončjih, v katerih je več orjaških planetov, kot je na primer naš Jupiter. Zaradi medsebojnih gravitacijskih motenj se njihove tirnice sploščijo, majhne planete pa v bližnjih srečanjih celo vrže iz osončja ven. Pravijo tudi, da če Jupiter ne bi imel krožne tirnice, Marsa in Zemlje danes ne bi bilo več v Osončju. Planet OGLE-2005-BLG-390Lb (slika 4) je prvi odkriti planet v drugem osončju, ki je po velikosti primerljiv z Zemljo in leži 21.000 svetlobnih let daleč od nas v smeri proti središču Galaksije. Le 20 svetlobnih let daleč, okrog zvezde Gliese 581 pa so astronomi odkrili kar 3 planete. Tretji odkriti, Gliese 581d ima okrog 5 MZemlje in je od zvezde, ki je rdeča pritlikavka, oddaljen 0,25 a.e. ali štirikrat manj kot Zemlja od Sonca. Kaže, da leži v naselitveni coni ali coni Zlatolaske in ima morda ugodne pogoje za razvoj življenja. Pri razvoju življenja je po današnjem razumevanju med pomembnimi dejavniki tudi voda. Sestavo morebitne atmosfere planeta in prisotnost vode se trudijo razvozlati preko spektra planeta. Tega dobijo tako, da posnamejo skupni spekter zvezde in planeta, ko se ne zakrivata. Ko se planet skrije za zvezdo, posnamejo spekter zvezde. Od prvega spektra odštejejo drugega in ostane jim le spekter planeta, ki ga potem analizirajo. Ta metoda je razkrila dokaze o obstoju silikatnih oblakov na planetu HD209458b in morda celo prisotnost vodne pare na planetu HD 189733b. Pri tem gre zaenkrat »le« za odkrivanje ugodnih življenskih pogojev in ne za odkrivanje »vesoljcev«. Kako odkriti sledi življenja na nekem oddaljenem planetu, pa je že druga zgodba... Viri slik: © by Calvin J. Hamilton, http://www.solarviews.com/cap/misc/ss.htm Chewie, Wikipedia, http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Habitable_zone-en.svg NASA, http://www.spitzer.caltech.edu/Media/releases/ssc2004-05/ssc2004-05c.shtml Hans Deeg, http://www.solstation.com/stars2/cm-dra3.htm ESO Gaia mission, dokument GAIA – A Spectroscopic Census of our Galaxy ESO, http://www.eso.org/esopia/images/html/phot-22e-07.html NASA: http://planetquest.jpl.nasa.gov/images/microlensing3-400.jpg PLANET/RoboNet, OGLE, in MOA, http://planet.iap.fr/OB05390.news.html ESO Paranal Observatory, VLT/NACO, http://www.eso.org/public/outreach/press-rel/pr-2005/pr-12-05-phot.html 1 Izraz izhaja iz pravljice o Zlatolaski in treh medvedih: Trije medvedi: mama, oče in majhen medvedek živijo v hišici v gozdu. Nekega dne čakajo, da se njihova kaša ohladi in vmes odidejo na sprehod. Medtem pride v hišico Zlatolaska in po vrsti poskusi njihovo kašo, stole in postelje. Za mamino in očetovo kašo ugotovi, da sta ena prevroča in druga premrzla, medtem ko je medvedkova kaša »ravno prava« - in jo poje. Podobno je z njihovimi stoli in posteljami: postelji od medvedov-staršev sta ena pretrda in druga premehka, medvedkova pa je »ravno prava« in Zlatolaska v njej zaspi. Ko medvedja družina pride s sprehoda, jo tam najde in je ni prav nič vesela. Zlatolaska zbeži in se nikoli več ne vrne v hišico. |
. Planeti v našem Osončju
ranzitna ali prekrivalna metoda – če leži tirnica planeta v isti ravnini kot naša smer gledanja, se planet na delu svoje tirnice nahaja pred zvezdo. Ker zakrije del njene površine in ker je hladnejši od zvezde, je rezultat zmanjšanje njunega skupnega sija. Takšen mrk nam torej izdaja prisotnost planeta okoli oddaljene zvezde.
strometrična metoda temelji na zelo natančnem merjenju položaja zvezde. Če opazijo periodično spreminjanje položaja 
etoda radialne hitrosti – če je gibanje zvezde zaradi prisotnosti planeta premajhno, da bi ga lahko izmerili, pa ga lahko izdaja hitrost zvezde. Premikanje zvezde oz. periodično spreminjanje njene radialne hitrosti (hitrosti v smeri proti nam ali vstran od nas opazovalcev), povzroči, da spektralne črte v njenem spektru kažejo periodičen Dopplerjev premik: proti rdečemu, ko se zvezda oddaljuje in proti modremu, ko se nam približuje. Podobno kot pri prejšnji metodi izračunajo maso nevidnega telesa in ugotovijo ali gre za planet.
etoda gravitacijskega mikrolečenja – pot svetlobe oz. svetlobni žarki se v bližini masivnih teles ukrivijo. Masivna telesa delujejo na svetlobo podobno kot zbiralna leča in temu pojavu pravimo gravitacijsko lečenje. Predstavljajte si, da opazujemo oddaljeno zvezdo. Zveznico med zvezdo in nami v nekem trenutku prečka zvezda, ki nam je bližje, vendar je tako šibka, da je ne zaznamo. Ker pa bo s svojo maso ukrivila 
lika 4: Opazovanja na sliki kažejo dogodek gravi-tacijskega mikro-lečenja. Majhen hribček (povečan izrez na sliki) izdaja prisotnost planeta OGLE-2005-BLG-390Lb z maso 5,5 MZemlje, ki je 2,6 a.e. oddaljen od svoje zvezde (1 a.e. je oddaljenost Zemlje od Sonca in znaša 150 milijonov kilometrov). Ocenjujejo, da je na njem temperatura minus 220 C.