Rodzaje egzoplanet i rzeczywiste możliwości odkryć

[ekolog]

Tytułem wstępu:
Czy słyszeliście o blanetach albo o planetach okołopotrójnych?

'Zanim odkryliśmy pierwsze egzoplanety myśleliśmy , że inne układy planetarne wyglądają tak jak nasz chociaż pojawiały się głosy wizjonerów takich jak Otto von Struve , który spekulował możliwość istnienia masywnych planet krążących wokół swoich gwiazd jeszcze bliżej niż Merkury.
Na początku trzeba wyróżnić podział na gazowe olbrzymy.
Planety , których promień jest co najmniej 6-krotnie większy od promienia Ziemi to gazowe olbrzymy typu jowiszowego.
Oczywiście w grupie gazowych olbrzymów można wyróżnić mniejsze podgrupy jak super-Jowisze czy gorące Jowisze.
Super-Jowisze to gazowe olbrzymy znacznie przewyższające rozmiarami Jowisza ale nie będące jeszcze brązowymi karłami.
Przykłady takich masywnych egzoplanet można znaleźć wokół gwiazdy Beta Pictoris.
Gorące Jowisze to gazowe olbrzymy , które powstały za tzw. linią śniegu ale w skutek migracji krążą obecnie bardzo blisko swoich macierzystych gwiazd. Jako przykład skrajnego gorącego Jowisza można wskazać egzoplanetę KELT-9b. Jej okres orbitalny wynosi około 1,5 dnia a okrąża bardzo gorącą gwiazdę.
Na jej dziennej stronie temperatury wynoszą około 4300K a na stronie nocnej 2300K
Super-Ziemie to planety , które nie mają swojego odpowiednika w naszym Układzie Słonecznym.
Egzoplanety o promieniu większym o 25% od promienia Ziemi są zaliczane do tej kategorii planet.
Obecnie uważa się , że planety posiadające już 2-krotność promienia Ziemi mogą tworzyć kategorię egzoplanet zwaną mini-Neptunami.
Planety taki otoczone są gęstymi atmosferami w których dominuje wodór i hel.
Planety o 4-krotności promienia Ziemi , tworzą grupę planet typu Neptuna zwaną czasem lodowymi olbrzymami czyli są to planety o budowie przypominającej Urana i Neptuna.
Bardzo często skaliste światy oddziela się od kategorii super-Ziemi.
Obecnie tylko 4% odkrytych planet to planety skaliste o rozmiarach zbliżonych do masy Ziemi.
Czasem wyróżnia się także planety zwane mega-Ziemiami , których masa wynosi około 10 mas Ziemi a jednocześnie ich gęstość wskazuje na to , że nie należą do mini-Neptunów.
Czasami dla planet skalistych wyróżnia się kategorie sub-Ziemi dla planet o promieniu mniejszym niż 0,8 promienia Ziemi czyli odpowiedników Marsa.
Można jeszcze wyróżnić kategorię mini-Ziemi dla odpowiedników Merkurego.
Jesli chodzi o najszerszy podział planet gazowych to mamy: super-Jowisze, gazowe olbrzymy typu Jowisza, lodowe olbrzymy typu Neptuna i mini-Neptuny.
Jeśli chodzi o planety skaliste to możemy wyróżnić: mini-Ziemie, sub-Ziemie, planety skaliste rozmiarów Ziemi, super-Ziemie i mega Ziemie.
Żeby było ciekawiej dla każdej z tych grup można dodać przymiotnik gorący, ciepły lub zimny.
Mamy więc gorące Jowisze, zimne super-Ziemie lub ciepłe Neptuny itp.
Wśród planet skalistych można wyróżnić również planety lawowe , które krążą tak blisko swoich gwiazd , że temperatura na ich powierzchni topi skały.
Przykładem takiej planety może być Corot-7b.
Mówi się również o pustyni gorących Neptunów ponieważ na bardzo bliskich orbitach prawie nie znajduje się planet tej wielkości , wyjątek może być egzoplaneta NGTS-4 ,która okazała się pierwszym odkrytym gorącym Neptunem.
Wyróżnia się również światy oceaniczne, czyli planety całkowicie pokryte wodą , która może stanowić nawet 30% ich masy.
Tzw. planety hiaceńskie , których najlepszym przykładem ma być egzoplaneta K2-18b czyli świat oceaniczny z gęstą wodorową atmosferą.
Planety chtoniczne są to jądra gazowych planet które utraciły swoją atmosferę.
Oczywiście wyróżnia się egzoplanety także z powodu innych cech jak np. planety okołopodwójne czy okołopotrójne.
Bardzo ciekawymi przykładami planet są tzw. planety swobodne, które zostały wyrzucone w przestrzeń kosmiczną i przemierzają ją samotnie.
Duże sukcesy w odkrywaniu tego typu planet odnoszą polscy astronomowie z UW w ramach projektu OGLE.
Hipotetycznie można wspomnieć jeszcze o tzw. blanetach czyli planetach , które miały by krążyć wokół czarnych dziur.
Czarne dziury mogą przechwytywać planety swobodne lub planety mogłyby się formować w dużej odległości od czarnych dziur.
Jeśli chodzi o planety skaliste można jeszcze wskazać na tzw. planety węglowe czyli planety , których głównym składnikiem byłby węgiel.
Jako kandydata na taką planetę można wskazać 55 Cancri e.
Węglowa planeta może być pokryta węglikami krzemu i grafitem oraz jeziorami smoły.
Wysokie ciśnienie we wnętrzu takiej planety może prowadzić do zamiany węgla w diament.
Atmosfera takiej planety byłaby bogata w tlenek i dwutlenek węgla.
Jak widać rodzajów egzoplanet jest bardzo dużo a ich najpopularniejsze rodzaje w ogóle nie występują w Układzie Słonecznym.
Oczywiście należy wskazać na nasze ograniczenia technologiczne.
Małe planety skaliste w przeważającej ilości są odkrywane wokół czerwonych karłów.
Dopiero coraz lepsze spektrografy przyszłości takie jak ANDES na teleskopie ELT pozwolą na odkrywanie większej ilości takich planet wokół gwiazd typu widmowego K oraz G.
Na zdjęciu poniżej wizualizacja wyglądu planety oceanicznej.
Jako kandydata na taką planetę można wskazać TOI-1452b super-Ziemię , którą odkryto w 2022 r za pomocą teleskopu TESS.'
(Krzysztof Badoń / Facebook; mam jego permanentną zgodę na kopiowanie, cytowane i takie publikowanie jak tutaj).

Siema
Wszystkie wszechświaty są wieczne

[ekolog]

Nieprędko zobaczymy zdjęcie innej planety niż w Układzie Słonecznym ujawniające jej kulisty kształt.
Ale dobry i rozmyty punkt. Cztery piksele na krzyż dajmy na to.
Jeszcze niedawno, zanim wybitny Polak, Aleksander Wolszczan, odkrył pierwszą egzoplanetę - mogliśmy o nich tylko spekulować.

Koronograf na teleskopie Nancy Grace Roman.
Sam teleskop kosmiczny Nancy Grace Roman był omawiany w jednym z poprzednich postów.
W tym poście skupię się na koronografie, który ma być zamontowany na tym teleskopie.
Teleskop ten ma otrzymać najbardziej zaawansowany technologicznie koronograf jaki zbudowano do tej pory.
Jak wiemy pierwsze koronografy były urządzeniami, które miały blokować światło Słońca używając do tego celu tzw. sztucznego księżyca.
Koronografy, które zostały zaprojektowane do blokowania światła gwiazd by uzyskać w ten sposób bezpośredni obraz planet są instrumentami znacznie bardziej zaawansowanymi i skomplikowanymi.
Blokowanie blasku gwiazdy będzie odbywało się w kilku etapach.
Światło z teleskopu trafia na zwierciadło i tutaj podlega pewnym odkształceniom.
Później światło przechodzi przez dwie soczewki, między którymi znajduje się specjalna maska koronografu, która blokuje większość światła gwiazdy.
W wyniku tego otrzymujemy obraz ciemniejszy w środku ale z licznymi pierścieniami dyfrakcyjnymi.
Dlatego właśnie za soczewkami zostanie wykorzystana tzw. przesłona Lyota, która ma za zadanie usunięcie pierścieni dyfrakcyjnych.
W ten sposób można zaobserwować obiekty, które będą nawet milion razy ciemniejsze od gwiazdy.
Ta wartość jest jednak zbyt mały by można było dostrzec mniejsze planety, ponieważ na obrazie z detektora pojawiają się smugi pozostawione przez światło gwiazdy.
Smugi te są wynikiem wspomnianych wcześniej drobnych odkształceń.
Takich wad nie można uniknąć można je jednak skutecznie kompresować.
W tym procesie zwierciadło, które kieruje obraz z teleskopu do koronografu jest wyposażone w miniaturowe siłowniki, które zmieniają kształt zwierciadła.
Proces ten jest nam dobrze znany z teleskopów naziemnych gdzie wykorzystuje się optykę adaptatywną.
Technika ta prowadzi do tego, że smugi są zniwelowane niemal całkowicie i można prowadzić obserwacje obiektów nawet miliard razy ciemniejszych od światła gwiazdy.
Światło, które pochodzi od planet nie jest blokowane przez koronograf ponieważ dociera do teleskopu pod nieco innym kątem niż światło gwiazdy.
Światło to nie trafia w maskę między soczewkami i dociera do czujników.
Koronograf, który będzie zainstalowany na teleskopie Nancy Grace Roman będzie pierwszym koronografem w kosmosie, który będzie wykorzystywał adaptacyjne lustro.
Koronograf ten będzie 100 razy czulszy niż jakikolwiek inny koronograf umieszczony wcześniej w kosmosie.
Po mimo tak zaawansowanej technologii instrument ten nie pozwoli jeszcze na obserwacje bezpośrednią małych skalistych planet rozmiarów Ziemi.
Koronograf ten będzie mógł bezpośrednio obserwować planety rozmiarów Neptuna na orbitach nieco większych od orbity Ziemi.
Pamiętając o tym, że obecnie jesteśmy w stanie bezpośrednio obserwować tylko egzoplanety o rozmiarach większych od Jowisza i na bardzo szerokich orbitach będzie to prawdziwa rewolucja.
By zaobserwować mały planety o rozmiarach Ziemi należy wykorzystać instrumenty blokujące światło gwiazdy 10 miliardów razy.
Oczywiście takie instrumenty też są planowane w dalszej przyszłości.
Można powiedzieć, że koronograf na teleskopie kosmicznym Nancy Grace Roman będzie prekursorem, który umożliwi pojawienie się jeszcze bardziej zaawansowanych instrumentów, które będą w stanie bezpośrednio obrazować małe skaliste światy wokół innych gwiazd. (Krzysztof Badoń / Facebook - mam zgodę)

Siema
Wszystkie wszechświaty są wieczne