Nowa metoda wykrywania planet pozasłonecznych. Teleskopy nie są tu przydatne.

W 2017 roku opisałem cztery główne metody wykrywania planet – astrometrię, mikrosoczewkowanie, pomiary prędkości radialnych i tranzyty. Do tego należy dodać technikę bezpośredniej wizualizacji. Dzięki coraz lepszej pracy teleskopów odkryto już kilkadziesiąt planet. Wszystkie pięć metod ma jeden wspólny mianownik. Opierają się na obserwacjach za pomocą teleskopów w świetle widzialnym. W tym przypadku duże nadzieje wiążą się z obserwacjami Webba, a także z nowymi superteleskopami, takimi jak Giant Magellanic Telescope.

Czy można obserwować planety inaczej niż za pomocą teleskopów optycznych?

Planety można również zobaczyć za pomocą radioteleskopów. Musi być jednak spełniony jeden ważny warunek. Sygnał radiowy musi być silny, co oznacza, że ​​albo planeta lub jej otoczenie musi być tak silnym źródłem emisji radiowej, albo radioteleskop musi być używany do bardzo czułych i wysokiej rozdzielczości obserwacji obserwacyjnych.

W tym momencie zapewne myślisz o emisji radiowej, którą wytwarza nasza cywilizacja, która jest dowodem na istnienie inteligentnego życia. Astronomowie oferują jednak obserwacje fal radiowych, które powstają między innymi w wyniku oddziaływania wiatru gwiazdowego z polem magnetycznym planety. Takie zjawiska są prawdopodobnie szczególnie widoczne na gigantycznych planetach, takich jak nasz Jowisz. W Układzie Słonecznym ten gazowy gigant może być bardzo jasny na zdjęciach radiowych, nawet w porównaniu ze Słońcem. 

Jowisz i jego obserwacje radiowe, czyli punkt wyjścia dla nowej metody wykrywania planet pozasłonecznych.

Jowisz w Układzie Słonecznym jest tak blisko, że obserwacje są możliwe nawet dla entuzjastów radioastronomii przy użyciu przyrządów domowej roboty. Efekt oddziaływania elektronów wiatru słonecznego z polem magnetycznym Jowisza objawia się w postaci szumu radiowego w zakresie od 10 do 40 MHz dochodzącego od strony planety.

Oczywiście nawet najlepsze amatorskie zdjęcia Jowisza nie będą tak dobre, jak te uzyskane przy użyciu profesjonalnych siatek interferometrycznych radioteleskopów. W przypadku VLA (Very Large Array, sieć radioteleskopów w Nowym Meksyku, USA), która dzięki wspólnej pracy 27 teleskopów zapewnia dość wysoką rozdzielczość kątową obserwacji radiowych, Jowisz wygląda jak na zdjęciu poniżej. Zamiast smug, takich jak obserwacje w niskiej rozdzielczości, które pokazują planetę i tzw. torus powstały w wyniku wyrzucenia materii z księżyca Io, otrzymujemy obraz podobny do Jowisza, jaki znamy. To znaczy pasma chmur w górnej atmosferze.

Jednak w rzeczywistości, wybierając odpowiednią długość fali do obserwacji, obserwujemy Jowisza poniżej wierzchołków chmur. Obserwacje uzyskane za pomocą VLA na długościach 2 i 3 cm, czyli odpowiadających częstotliwościom od 8 do 18 GHz, pozwalają zajrzeć w głąb tej planety na 30–90 km.

Nowa generacja radioteleskopów potrzebna do poszukiwania planet pozasłonecznych

Planety pozasłoneczne znajdują się niestety znacznie dalej niż Jowisz. Aby wykryć przechodzący sygnał radiowy, konieczne będzie zbudowanie ogromnych radioteleskopów. I to nawet nie radioteleskopy, ale siatki interferometryczne, które zapewnią obserwacje w wysokiej rozdzielczości. Ponadto nie będziemy zainteresowani obserwowaniem cech ich powierzchni, ale dokładnym określeniem ich położenia względem gwiazdy.

Do tej pory nie byliśmy w stanie zaobserwować żadnych planet za pomocą detekcji fal radiowych, ale symulacje komputerowe sugerują, że jeśli uzyskamy odpowiednią rozdzielczość obserwacyjną, sygnał powinien być bardzo wyraźny i łatwo wykrywalny.

Takie obserwacje radiowe będą oczywiście możliwe przede wszystkim w przypadku gigantycznych planet z silnymi polami magnetycznymi. Gdy jednak nam się to uda, będziemy mieli najdokładniejsze pomiary orbity takiego obiektu i wskazania jego wewnętrznej struktury. Nawet jeśli w układzie znajdują się inne planety o mniejszej masie i trudniejsze do wykrycia, dokładne wyznaczenie trajektorii jednej z planet ułatwi ich dopracowanie w przypadku innych obiektów.

Źródło: Berkeley, inf. własne, zdjęcie wejściowe: NASA/JPL-Caltech/R. Sprzedaż hurtowa (IPAC)