Ανίχνευση εξωπλανητών με τη μέθοδο της διέλευσης
Από RemoteSensing Wiki
Πρωτότυπος Τίτλος: Detection of Exoplanets Using the Transit Method
Συγγραφείς: Afanasev Dennis, COMPUTER SCIENCE, CCAS ‘20
Πηγή: THE GEORGE WASHINGTON UNIVERSITY
URL: https://scholarspace.library.gwu.edu/concern/gw_works/ww72bb82z
Εισαγωγή:
Όλοι οι πλανήτες στο ηλιακό μας σύστημα περιστρέφονται γύρω από τον ΉΉλιο. Ακριβώς το ίδιο συμβαίνει και σε πλανήτες που περιστρέφονται γύρω από άλλα αστέρια, τους οποίους ονομάζουμε εξωπλανήτες. Εξαιτίας του έντονου φωτισμού των αστεριών, οι εξωπλανήτες είναι ιδιαίτερα δύσκολο να ανιχνευτούν άμεσα μέσα από τηλεσκόπια, για αυτό το λόγο από το 1992 που ανακαλύφθηκε ο πρώτος εξωπλανήτης έχουν καθιερωθεί αρκετές μέθοδοι και τεχνικές ανίχνευσης εξωπλανητών μέσω της τηλεπισκόπησης άλλων ηλιακών συστημάτων. Μια από αυτές τις μεθόδους είναι αυτή της Διάβασης (Transit Method), η οποία είναι αρκετά δημοφιλής, αρχικά λόγο της αξιοπιστίας της στην έρευνα του φαινομένου, και αφετέρου για τη δυνατότητά που δίνει ακόμη και σε ερασιτέχνες αστρονόμους να συμβάλουν και αυτοί ερευνητικά με Follow Up παρατηρήσεις εξωπλανητών ακόμη και ανακαλύψεις. Με λίγα λόγια, με τη μέθοδο της διάβασης εκμεταλλευόμαστε την τροχιά των εξωπλανητών γύρω από το άστρο τους έτσι ώστε, όταν ο εξωπλανήτης περνάει μπροστά από αυτό, να έχουμε φαινομενική πτώση της φωτεινότητας του άστρου.
Μεθοδολογία:
Η μέθοδος της διάβασης βασίζεται στην παρατήρηση του αστέρα του οποίου που θέλουμε να εξετάσουμε αν υπάρχει εξωπλανήτης, άρα στη σύγκριση της φαινομενικής φωτεινότητας του αστέρα-στόχου, με διαδοχικές παρατηρήσεις ώστε να γίνει αντιληπτή η πτώση φωτεινότητας του αστέρα όταν ο εξωπλανήτης περνάει ενδιάμεσα από το άστρο και το όργανο παρατήρησης. Αρχικά, χρησιμοποιώντας τις προβλεπόμενες περιόδους διέλευσης εξωπλανητών που έχουν δημιουργηθεί από παλιότερες παρατηρήσεις, μπορούν να οριστούν οι μέρες και οι ώρες παρατηρήσεις αστεριών-στόχων για λήψη δεδομένων πριν, μετά και κατά τη διάρκεια της προβλεπόμενης διέλευσης ενός εξωπλανήτη. Αυτά τα δεδομένα στη συνέχεια χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία ενός συνόλου δεδομένων τιμών ροής για κάθε καρέ/ frame που έχει ληφθεί κατά τη διάρκεια της παρατήρησης.
Κατά κύριο λόγο τα όργανα που εφαρμόζουν τη μέθοδο της Διάβασης είναι οπτικά τηλεσκόπια, τα οποία είναι εξοπλισμένα με μονόχρωμους φωτογραφικούς αισθητήρες. Προκειμένου να γίνει η φωτομετρία γίνεται η ανάλυση ADU (Analog το Digital Unit) τα οποία είναι η τιμή του φωτισμού που θα λάβει ένας φωτογραφικός αισθητήρας μιάς και κάθε pixel επηρεάζεται από έναν αριθμό φωτονίων, η οποία επιρροή εξάγεται στην τιμή ADU. Αφού τελειώσει η συλλογή των δεδομένων, γίνετε το post processing στο οποίο γίνεται η ανάλυση των ADU στο αστέρι που έχει επιλεχτεί για να φωτομετρηθεί. Σε αυτό το σημείο είναι σημαντικό να αναφερθεί ότι μαζί με το αστέρα-στόχο για την παρατήρηση διέλευσης ενός εξωπλανήτη, πραγματοποιείται φωτομετρία και σε αλλα άστρα του πεδίου, προκείμενου να συγκριθούν οι καμπύλες (τα επίπεδα φωτεινότητας), ώστε να αποκλειστεί το ενδεχόμενο σφάλματος. Αν δηλαδή, υπάρχει πτώση φωτεινότητας όχι μονο στον αστέρα-στόχο αλλά σε όλα τα άστρα του πεδίου, τότε η πτώση φωτεινότητας μπορεί να οφείλεται σε άλλο παράγοντα, όπως για παράδειγμα κάποιο οπτικό σφάλμα όπως μια τοπική ανάκλαση, μια ατμοσφαιρική διαταραχή, ακόμη και μια είσοδος συννέφων στο οπτικό πεδίο. 
Στο τέλος της φωτομετρικής ανάλυσης, ο φωτισμός των επιλεγμένων αστεριών μετατρέπεται σε καμπύλη φωτισμού και χρόνου ώστε σε πρώτο στάδιο να αποκλείσουμε το ενδεχόμενο σφάλματος, στη σύγκριση με άλλα άστρα και σε δεύτερο και σημαντικότερο στάδιο να επιβεβαιώσουμε την περίοδο και το επίπεδο της πτώσης της φωτεινότητας, άρα και την ανίχνευση εξωπλανήτη. Για να είναι ακόμη πιο αξιόπιστο και ξεκάθαρο το αποτέλεσμα της παρατήρησης, τα προγράμματα ανάλυσης δίνουν τη δυνατότητα να ορίσουμε την προβλεπόμενη περίοδο πτώσης φωτεινότητας, ώστε να δημιουργηθούν σημεία αναφοράς στο διάγραμμα.
Συμπεράσματα:
Παρόλο που ένας πλανήτης συνήθως εμποδίζει ελάχιστο ποσοστό φωτισμού από ένα αστέρι, (1% ή λιγότερο), είναι δυνατόν να ανιχνευθεί. Σίγουρα η μέθοδος δεν θα λειτουργήσει για κάθε περίπτωση, μιας και μόνο περίπου το 10% των ‘’Hot Jupiters’’ (μεγάλοι εξωπλανήτες κοντά στο αστέρι κατά τη διάρκεια της διάβασης) είναι ευθυγραμμισμένοι με τέτοιο τρόπο ώστε να τους βλέπουμε να διέρχονται. Ωστόσο για εξωπλανήτες που μπορούμε να παρατηρήσουμε με τη μέθοδο της διάβασης, οι αστρονόμοι μπορούν να λάβουν πολύτιμες πληροφορίες για την ατμόσφαιρα του εξοπλανήτη, τις θερμοκρασίες και το μέγεθος της επιφάνειας τα οποία αποτελούν ένα τεράστιο ερευνητικό πεδίο. Σε κάθε περίπτωση, η μέθοδος της διάβασης δίνει τη δυνατότητα εύκολων και σχετικά γρήγορων παρατηρήσεων για την ανίχνευση και επιβεβαίωση εξωπλανητών με μέσα τηλεπισκόπησης όπως τα οπτικά τηλεσκόπια διαστημικά και μη.
