Экзопланеты: метод транзитной фотометрии

УДК 524.4-852
ПРОХОЖДЕНИЯ ЭКЗОПЛАНЕТЫ ПО ДИСКУ ЗВЕЗДЫ

Н.П. Емец, кандидат педагогических наук, доцент
Дальневосточный федеральный университет (Владивосток), Россия
Аннотация. В статье рассмотрен самый продуктивный на сегодня метод поиска экзопланет – метод прохождения планеты по диску звезды. Даются основные характеристики, выделяются и анализируются
особенности и проблемные аспекты метода прохождения.
Ключевые слова: экзопланета, метод прохождения, транзитный метод, метод транзитной фотометрии, звезда, планета.
В настоящее время метод прохождения является первым по результативности методом поиска экзопланет. К середине июля 2014 года открыто уже 1810 экзопланет, из них 1140 обнаружено методом прохождения
[2]. Ожидается, что в ходе работы будущих наземных и космических телескопов число открытых экзопланет
существенно возрастет. В связи с этим возникла острая необходимость выявления общих закономерностей экзопланет, что, в свою очередь, требует определения их физических характеристик. Метод прохождения позволяет их получить.
В англоязычной литературе метод прохождения получил названия "транзитный метод" и "метод транзитной фотометрии", однако эти понятия отражают одно явление – явление прохождения планеты на фоне
звезды. В чем суть метода прохождения? Если планетная система расположена к земному наблюдателю "с ребра", то в такой системе возможны наблюдения прохождения планеты по диску своей звезды. Это приводит к
регулярному ослаблению блеска звезды.
Прохождения планеты по диску звезды приводят к двум затмениям в такой системе (рисунок 1). Первичное затмение (прохождение или транзит) – планета проходит перед звездой и вторичное – планета проходит
позади звезды. Вторичное затмение называют покрытием.
Рисунок 1. Геометрическая схема прохождения и покрытия
Типичная кривая блеска для системы звезда-планета представлена на рисунке 2 (наблюдения звезды
HAT-P-7 получены на телескопе "Kepler") [3].
© Емец Н.П. / Emets N.P., 2014
Рисунок 2. Кривая блеска звезды HAT-P-7, демонстрирующая прохождение и покрытие планеты HAT-P-7b
Кривая блеска звезды HAT-P-7 имеет два минимума с разной глубиной. Глубокие минимумы вызваны
прохождением планеты HAT-P-7b на фоне звезды. Небольшой минимум – покрытием планеты HAT-P-7b звездой – расположен на полпути между двумя затмениями.
Кроме глубины затмения отличаются формой. Яркость звездного диска падает от центра к краю, поэтому на графике (рисунок 2) первое затмение напоминает латинскую букву "U": в середине планета перекрывает более яркие части диска, чем по краям. Вторичное затмение (покрытие) похоже на перевернутую русскую
букву "П": когда планета скрылась за диском, блеск падает полностью, поэтому никаких изменений в нем не
происходит.
Только с помощью метода прохождения удается исследовать некоторые важные характеристики экзопланеты. Так, измеряя глубину первичного затмения, можно определить размеры планеты (рисунок 3). Наблюдаемая яркость звезды уменьшается, и степень такого уменьшения (глубина падения блеска) зависит от размера
планеты.
Рисунок 3. Зависимость глубины затмения от размера планеты
Вторичное затмение позволяет исследовать атмосферу экзопланеты [5]. В чем суть вторичного затмения? Когда планета проходит на фоне диска своей звезды, то к наблюдателю обращена её темная сторона. В
другие периоды она открывает часть своей освещённой поверхности. Перед тем как планета скроется за звездой, к наблюдателю обращена её дневная поверхность (рисунок 1): планета сияет, главным образом в инфракрасном диапазоне спектра. Однако это сияние внезапно прекращается, когда планета скрывается за звездой –
вторичное затмение блокирует отраженный свет звезды. Таким образом, если провести сравнение спектров поглощения до и после того, как планета зайдет за звезду, то можно сделать вывод о строении и химическом составе атмосферы планеты.
Метод прохождения имеет два основных недостатка. Первый – прохождение наблюдается только у тех
планет, орбиты которых проходят по диску звезды. Второй недостаток – высокий уровень ложных срабатываний.
К основным преимуществам метода прохождения относят: определение размера экзопланеты из кривой
блеска; изучение атмосферы экзопланеты из сравнения спектров системы "звезда + планета" во время прохождения и во время покрытия; в сочетании с методом радиальной скорости – получение информации о физической структуре и плотности экзопланеты.
Таким образом, экзопланеты, открытые методом прохождения, являются наиболее перспективными для
исследований.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Emets, N. P. Atmosphere of exstrasolar planet of GJ 1214 b / N. P. Emets // Science and world. – 2014. – № 3(7). –
Vol. I. – P. 25–26.
2. The Extrasolar Planets Encyclopedia. [Электронный ресурс]. URL : http://exoplanet.eu/catalog.php (дата обращения: 15.07.2014).
3. Haswell, C. A. Transiting Exoplanets / C. A. Haswell. – Cambridge University Press, 2010, 336 p.
4. Perryman, М. The Exoplanet Handbook / М. Perryman. – Cambridge University Press, 2014, 424 p.
5. Winn, J. N. Exoplanet Transits and Occultations / J. N. Winn // Exoplanets, edited by S. Seager. Tucson, AZ : University of Arizona Press, 2011, p. 55–77.
Материал поступил в редакцию 21.07.14.
EXOPLANETARY PASSAGE ACROSS THE STELLAR DISK
N.P. Emets, Candidate of Pedagogical Sciences, Associate Professor
Far Eastern Federal University (Vladivostok), Russia
Abstract. The article describes the method of exoplanetary passage across the stellar disk, which is the most
effective searching method of exoplanets for today. The author presented the main characteristics, emphasized and analyzed peculiarities and problematic issues of the method of exoplanetary passage.
Keywords: exoplanet, the method of passage, transit method, method of transit photometry, star, planet.