Jak upolować planetę

Trudno wyobrazić sobie stopień trudności wyzwania, które stawiają przed sobą astronomowie polujący na planety poza Układem Słonecznym. Gwiazdy z odległości dziesiątek czy setek lat świetlnych wydają się punktami, a przecież w porównaniu z nimi planety to kosmiczne pyłki. Dlatego przez dziesięciolecia mogliśmy jedynie spekulować, czy pozasłoneczne planety w ogóle istnieją. Ale od 1992 r. dorobiliśmy się kilku pomysłowych metod ich poszukiwania.

MIKROZAĆMIENIA
Czasami wystarczy cierpliwość i odrobina szczęścia. Jeśli płaszczyzna, po której planeta okrąża swoje słońce, nachylona jest tak, że w którymś momencie znajduje się ona dokładnie pomiędzy swoją gwiazdą i nami, astronomowie mogą zaobserwować chwilowy, powtarzający się regularnie spadek jasności gwiazdy. Możliwy do wychwycenia wyłącznie dzięki komputerowej analizie danych z bardzo precyzyjnych instrumentów. Prawdopodobieństwo, że planeta krąży po orbicie umożliwiającej jej zaobserwowanie tą metodą, jest niewielkie. Dla planety rozmiarów Ziemi i krążącej po podobnej orbicie wynosi zaledwie... 0,47%. Mimo to kosmiczny teleskop Keplera, posługujący się dokładnie tą metodą, przez siedem lat obserwacji wycinka obejmującego zaledwie 0,25% nieba upolował 2325 prawdopodobnych planet.

ROZJAŚNIANIE
Czasami planeta zamiast „ściemniać” gwiazdę, powoduje nieznaczne zwiększenie ilości światła docierającego do Ziemi. Zwykle dotyczy to planet krążących tak blisko swoich gwiazd, że rozgrzane do czerwoności same emitują promieniowanie podczerwone. Kluczem do odróżnienia takich wahań od naturalnej aktywności gwiazdy jest regularność – zmiany jasności powtarzają się w dających się precyzyjnie zmierzyć odstępach czasu. W przeciwieństwie do poprzedniej metody, ta nie wymaga, by planeta znalazła się dokładnie pomiędzy nami a jej gwiazdą.
Obserwacje bezpośrednie

Najbardziej oczywista i może najtrudniejsza metoda. Nawet najlepsze teleskopy są zwykle zbyt słabe, by wypatrzyć maleńką planetę obok tysiące razy jaśniejszej gwiazdy. „Zwykle”, ale nie zawsze. Jeśli planeta jest duża, okrąża gwiazdę w wystarczająco dużej odległości, ale nie aż tak, żeby nie odbijać wystarczającej ilości jej światła – czasami daje się wypatrzyć. Do tej pory sfotografowano 33 egzoplanety. Budowane właśnie czulsze teleskopy, takie jak europejski E-ELT czy kosmiczny teleskop Webba, mogą wkrótce dodać do kolekcji następne fotografie.

ASTROMETRIA
Czasami krążąca planeta wywiera na gwiazdę wpływ na tyle duży, że astronomowie są w stanie wychwycić zmiany pozycji gwiazdy względem gwiazd ją otaczających. „Czasami” to zbyt mocne określenie: metoda wymaga tak niewyobrażalnie precyzyjnych instrumentów, że wg NASA udało się ją skutecznie zastosować zaledwie dwa razy.

GRAWITACYJNA SOCZEWKA
Albert Einstein byłby dumny – wiemy dzięki niemu, że masywne obiekty uginają światło. W sprzyjających warunkach mogą zadziałać jak soczewka, skupiająca i wzmacniająca promienie z odleglejszych obiektów. Czasami taką soczewką może stać się krążąca wokół gwiazdy planeta: wtedy na Ziemi obserwujemy krótki błysk.

TAŃCZĄCE GWIAZDY
Grawitacja to nie gra do jednej bramki: gwiazda trzyma planety w grawitacyjnym uścisku, ale one wpływają na nią, oczywiście na miarę swoich skromnych możliwości. Kiedy planeta okrąża swoje słońce, przyciąga je nieco do siebie. Skutkiem tego gwiazda wykonuje „taniec” po niewielkiej elipsie. Dzięki niezwykle czułym spektrografom można wykryć towarzyszący temu ruchowi efekt Dopplera. Tak jak dźwięk syreny zbliżającej się do nas karetki wydaje się coraz wyższy, a oddalającej – coraz niższy, tak samo światło gwiazdy zbliżającej się do nas staje się bardziej niebieskie, a oddalającej – czerwone. Jeśli to przesunięcie zmienia się rytmicznie, astronomowie mogą się domyślać, że gwiazdę przyciąga orbitująca planeta. W przypadku Proximy Centauri b prędkość tego ruchu wynosiła zaledwie 5 km/h – ale to wystarczyło. Metoda ta ma zasadnicze ograniczenie: pozwala jedynie w dużym przybliżeniu ustalić minimalną masę planety. Jeśli obiega ona gwiazdę pod kątem innym niż ten, przy którym płaszczyzna jej obiegu byłaby „wycelowana” dokładnie w naszą stronę, ów minimalny szacunek może być zaniżony. W przypadku Proximy Centauri b mamy 90% pewności, że realna masa planety nie jest większa niż trzykrotność masy Ziemi. ©