Eksoplaneettojen havannointi

[Villem]

Moi,

minkälaisia eri tapoja nykytekniikalla on mahdollista havaita ja tutkia eksoplaneettoja? Niitähän on muitakin se tähden huojumiseen perustuva menetelmä ja se Keplerin käyttämä ylikulkumenetelmä?
Jos viitsitte, avatkaa käsitteitä lukiolaiselle, niin tämä helpottaisin esseen kirjoittamista eksoplaneetoista.

Ville

[Timo Kantola]

KEPLER on tehokkain ekso metsästäjä:
http://kepler.nasa.gov/

HARPS perustuu juuri huojumiseen, ja taitaa olla KEPLERin jälkeen tehokkain systeemi

http://obswww.unige.ch/Instruments/harps/
http://en.wikipedia.org/wiki/High_Accuracy_Radial_Velocity_Planet_Searcher

Ja viimeisenä taitaa olla suora kuvaaminen - kaikkein hankalin:
http://www.wired.com/wiredscience/2011/09/exoplanet-portraits/

[Jutte]

Yksi mahdollisuus on vielä tähden spektrin havaitseminen.
Jos Tähden yli kulkee planeetta tulee spektriin muutos.

[Timo Kantola]

Jatkoksi viellä pulsareilta lödetyistä planeetoista, tämäkin perustuu huojumiseen:
http://en.wikipedia.org/wiki/Pulsar_planet

[PetriKe]

Ja sitten on vielä mikrolinssi. Tähden ympäriltä voidaan havaita planeetta, jos se toimii gravitaatiolinssinä toiselle tähdelle tai tähdille.

Suoraan kuvattaessa voidaan käyttää koronagrafi-menetelmää (tähden valo peitetään mekaanisesti) tai suoria kulmaetäisyysmittauksia (tähti hävitetään kuvasta kuvankäsittelyllä).

Kysyit myös tutkimusmenetelmistä, mutta niiden selittämiseen ei ihan pari minuuttia riitä. Niistä on kirjoitettu useita kirjoja.

[naavis]

Huojumistakin tosiaan voi mitata kahdella eri tavalla. Lähimmistä tähdistä voidaan havaita ihan tähden sijainnin huojuminen taustataivaan tähtiin nähden. Kauempana olevilla tähdillä tämä liike on yleensä liian pientä havaittavaksi. Tällöin voidaankin tutkia tähden valon spektriä. Tähden tuottama spektri huojuu tähden säteittäisen liikenopeuden mukaan. Tämä johtuu doppler-ilmiöstä, jonka arkielämässä yleensä huomaa parhaiten kun ambulanssi ajaa ohi sireenit vinkuen. Kun ambulanssi lähestyy, ääni on kimeä, ja kun ambulanssi etääntyy, ääni muuttuu matalammaksi.

[PetriKe]

Yksi mahdollisuus on vielä tähden spektrin havaitseminen.
Jos Tähden yli kulkee planeetta tulee spektriin muutos.

Tällä tavalla ei kai ole löydetty yhtään eksoplaneettaa. Lisäksi laadukkaan spektrin saaminen maan pinnalta ekson ylikulusta häviää ilmakehän systemaattisten virheiden vuoksi olemattomiin. Niinpä spektrit on kuvattu Hubblella.

Vai tarkotitko Jutte juuri tuon huojumisen havaitsemista?

[Jyri Lehtinen]

Eipä tuo planeetan ylikulun tähden spektriin aiheuttama muutos ole tosiaankaan niitä kätevimpiä keinoja planeettojen löytymiseen. Ensinkin suurenkin planeetan vaikutus tähden spektriin on kovin vähäinen. Lisäksi muutosten huomaamiseksi on tähdestä otettava useampia spektrejä ylikulun ajalta ja sen ulkopuolelta. Tällöin planeetta käytännössä antaa itsensä ilmi jo tähden spektriin aiheuttamansa Doppler-siirtymän kautta. Tämä Doppler-huojuntakin on kinkkistä havaittavaksi, mutta paljon muita spektrin muutoksia selkeämpi ilmiö.

Ylikulun (ja planeetan peittymisen) aikaiset tähden spektrit ovat toisaalta erinomaisia mahdollisuuksia saada loistavaa lisätietoa jo löydetyistä planeetoista. Vertaamalla tällaisia spektrejä planeetan muilta rata-asemilta oleviin spektreihin on pystytty selvittämään joidenkin eksojen kaasukehien koostumusta. Lisäksi ylikulkunsa aikana planeetta peittää osan tähden pinnasta poistaen samalla sen spektristä pienen palan. Tämä aiheuttaa käytännössä hienoista puna- tai sinisiirtymää havaittaviin spektriviivoihin ja siten mutkan muuten siistiin säteisnopeuskäyrään. Tällä tavalla pystytään saamaan tietoa planeetan ratatason ja tähden pyörimisakselin suunnista toisiinsa nähden. On havaittu, että jotkut planeetat kiertävät tähteään lähes napojen kautta ja jotkut täysin päinvastaiseen suuntaan tähden pyörimiseen verrattuna.

Kuten naavis totesi, voi planeettojen aiheuttamaa tähtien huojuntaa teoriassa havaita myös kohtisuorassa näkösäteeseen nähden eli havaitsemalla tähden sijainnin muutoksia. Koska tähdet ovat kaukana ja huojunta pientä, on tämä erittäin vaikeaa eikä toistaiseksi yhdeltäkään tähdeltä ole löytynyt planeetan massaista seuralaista tällä tavoin. Ensi vuonna laukaistava Gaia-luotain tulee havaitsemaan äärimmäisen monen tähden sijainteja ennennäkemättömällä tarkkuudella ja sen odotetaan vihdoin löytävän ensimmäiset varmat planeetat sijaintihuojunnan perusteella.

Myös planeettojen ylikulkufotometrialla voi tehdä yllättäviä paljon asioita. Infrapuna-alueella kuumilta tähteä läheltä kiertäviltä planeetoilta näkyy nimittäin ylikulun aiheuttaman pimennyksen lisäksi toinen kuoppa valokäyrässä, kun planeetta kulkee tähden takaa eikä sen lähettämä lämpösäteily ole havaittavissa. Havainnoista voi vieläpä tehdä eron planeetan päivä- ja yöpuolen lämpötilojen välille. Planeetan kiertäessä radallaan sen vaihe muuttuu (havaittavan valaistun osan koko vaihtelee), mikä aiheuttaa loivan kallistuman pimennysten ulkopuoliseen valokäyrään. Tämä tosin vaati jo aika kookasta kaukoputkea ja laadukkaita havaintoja.

[allar]

Suoraan kuvattaessa voidaan käyttää koronagrafi-menetelmää (tähden valo peitetään mekaanisesti) tai suoria kulmaetäisyysmittauksia (tähti hävitetään kuvasta kuvankäsittelyllä).

Tuohon voisi lisätä vielä että viimevuosina ovat yleistyneet ns. vortex phase maskit jossa tähden valoa ei peitetä mekaanisesti mutta ohjataan maskin avulla pupillin ulkopuolelle.

Periaatepiirros: http://www.nature.com/nature/journal/v464/n7291/extref/nature09007-s1.pdf

Esimerkkihavainto jossa keskellä olevaa tähteä ei näy lainkaan mutta tähden ympärillä olevat kolme planeettaa erottuvat selvästi: http://www.nature.com/nature/journal/v464/n7291/fig_tab/nature09007_F2.html

[Jutte]

Kysymys oli: minkälaisia eri tapoja nykytekniikalla on mahdollista havaita ja tutkia eksoplaneettoja
Vastaukset painottuivat havaitsemiseen, mutta Ylen uutisessa: http://yle.fi/uutiset/loytyiko_vihdoin_maan_kaltainen_planeetta/6430002
kerrotaan useiden havaintomuotojen yhdistämisen tuomat mahdollisuudet.
J-P