Auringon ulkopuolisten planeettojen metsästyksessä tähtitieteilijöille ja harrastajille voidaan antaa anteeksi, että he ovat hieman optimistisia. Löydätkö tuhansien kallioisten planeettojen, kaasujättiläisten ja muiden taivaankappaleiden löytämisen aikana liikaa toivoa, että voisimme joskus löytää aitoja maapalloanalogeja? Ei vain "maapallon kaltainen" planeetta (mikä merkitsee vastaavan kokoista kivistä vartaloa), mutta myös todellista maata 2.0?
Tämä on varmasti ollut yksi eksoplaneetta-metsästäjien tavoitteista. He etsivät lähistöllä sijaitsevista tähtijärjestelmistä sellaisia planeettoja, jotka eivät ole vain kivisiä, vaan myös kiertävät tähtensä asuinalueella, osoittavat ilmakehän merkkejä ja niiden pinnalla on vettä. Mutta Venäjän Pietarin Pulkovon observatorion astrofysiikan tutkijan, Aleksei G. Butkevitšin uuden tutkimuksen mukaan maa itse voi estää yrityksiämme löytää Earth 2.0!
Butkevitšin tutkimus, jonka otsikko on ”Astrometrinen eksoplaneetan havaittavuus ja maan kiertorata”, julkaistiin äskettäin lehdessä Kuukausittaiset ilmoitukset Royal Astronomical Society -tapahtumasta. Tutkimuksensa vuoksi tohtori Butkevich tutki, kuinka muutokset maan omassa kiertoradalla voivat vaikeuttaa tähden liikkeen mittausten suorittamista järjestelmän jännityskeskuksessa.
Tämä eksoplaneetan havaitsemismenetelmä, jossa tähden liikkuminen tähtijärjestelmän massakeskipisteen ympäri (barycenter), tunnetaan nimellä Astrometic Method. Pohjimmiltaan tähtitieteilijät yrittävät selvittää, aiheuttavatko painovoimakenttien esiintyminen tähden (ts. Planeettojen) ympärillä tähtiä heiluttaen edestakaisin. Tämä pätee varmasti aurinkokuntaan, jossa aurinkoomme vetää edestakaisin yhteisen keskuksen ympärille kaikkien planeettojen vetämällä.
Aikaisemmin tätä tekniikkaa on käytetty binaaritähteiden tunnistamiseen erittäin tarkasti. Viime vuosikymmeninä sitä on pidetty toteuttamiskelpoisena menetelmänä eksoplanetaalien metsästyksessä. Tämä ei ole helppo tehtävä, koska heilahteluja on melko vaikea havaita kyseisillä etäisyyksillä. Ja viime aikoihin asti näiden siirtymien havaitsemiseksi tarvittava tarkkuustaso oli instrumentin herkkyyden aivan reunalla.
Tämä muuttuu nopeasti parannettujen instrumenttien ansiosta, jotka mahdollistavat tarkkuuden mikrosekundiin asti. Hyvä esimerkki tästä on ESA: n Gaia-avaruusalus, joka otettiin käyttöön vuonna 2013 luetteloimaan ja mittaamaan miljoonien tähtiä suhteellisissa liikkeissä galaksissamme. Koska se pystyy suorittamaan mittauksia 10 mikrosekunnissa, uskotaan, että tämä tehtävä voisi suorittaa astrometrisiä mittauksia eksoplaneettojen löytämisen vuoksi.
Mutta kuten Butkevich selitti, tällä menetelmällä on muita ongelmia. "Vakioastrometrinen malli perustuu oletukseen, että tähdet liikkuvat tasaisesti suhteessa aurinkokunnan barycentreihin", hän toteaa. Mutta kuten hän jatkaa selittäessään, tutkiessaan maapallon kiertoradan liikettä astrometriseen havaitsemiseen, maan kiertoradan ja tähden aseman välillä on yhteys korrelaatio suhteessa sen järjestelmän barycenteriin.
Toisin sanoen, tohtori Butkevich tutki, voisiko planeettamme liikkeellä Auringon ympärillä ja Auringon liikkeellä sen massakeskuksen ympärillä olla peruuttava vaikutus muiden tähtijen parallaksimittauksiin. Tämä tekisi tehokkaasti kaikki tähden liikkeen mittaukset, jotka on suunniteltu näkemään, onko sitä kiertäviä planeettoja käytännössä hyödytön. Tai kuten tohtori Butkevich totesi tutkimuksessaan:
”Yksinkertaisista geometrisista näkökohdista käy selvästi ilmi, että tällaisissa järjestelmissä isäntätähden kiertorata voi tietyissä olosuhteissa olla havainnollisesti lähellä parallaktista vaikutusta tai jopa erottaa siitä. Se tarkoittaa, että parallaksiparametrit voivat absorboida kiertoradan liikkeen osittain tai kokonaan. "
Tämä pätee erityisesti järjestelmiin, joissa planeetan kiertorata oli yksi vuosi ja joiden kiertorata asetti sen lähellä Auringon ekliptiaa - ts. Kuten maan oma kiertorata! Joten periaatteessa tähtitieteilijät eivät pystyisi havaitsemaan Earth 2.0: ta astrometrisillä mittauksilla, koska Maan oma kiertorata ja Auringon oma heilahtelu tekisivät havaitsemisen lähes mahdottomaksi.
Kuten tohtori Butkevich toteaa päätelmissään:
”Esitämme analyysin Maan kiertoradan liikkeen vaikutuksista eksoplanetaaristen järjestelmien astrometriseen havaittavuuteen. Osoitimme, että jos planeetan jakso on lähellä vuotta ja sen kiertorata on melkein yhdensuuntainen ekliptisen kanssa, parallaksiparametri voi absorboida isännän kiertoradan liikkeet kokonaan tai osittain. Jos täydellinen imeytyminen tapahtuu, planeetta on astrometrisesti havaitsematon. "
Onneksi eksoplaneettojen metsästäjillä on lukemattomia muitakin valittavissa olevia menetelmiä, mukaan lukien suorat ja epäsuorat mittaukset. Ja kun kyse on planeettojen tarkkailemisesta naapuritähteiden ympärillä, kahta tehokkaimmista ovat Doppler-siirtymien mittaaminen tähdissä (tunnetaan myös nimellä radiaalinen nopeuden menetelmä) ja kastetaan tähden kirkkaudessa (tunnetaan myös nimellä Transit Method).
Siitä huolimatta, nämä menetelmät kärsivät omasta haitoistaan, ja niiden rajoitusten tunteminen on ensimmäinen askel niiden puhdistamisessa. Tässä suhteessa tohtori Butkevichin tutkimuksessa on kaikuja heliokestrismista ja suhteellisuudesta, jossa meille muistutetaan, että omaa vertailupistettä ei ole kiinteästi tilassa ja että se voi vaikuttaa havaintoihimme.
Eksoplaneettojen metsästyksen odotetaan myös hyötyvän suuresti seuraavan sukupolven instrumenttien, kuten James Webbin avaruusteleskoopin, Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) ja muiden, käytöstä.
