Номер 2, страница 286 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

2. Какие методы обнаружения планетных систем используют в астрономии?

Для обнаружения планетных систем у других звёзд (экзопланет) астрономы используют несколько основных методов. Большинство из них являются косвенными, то есть они регистрируют не саму планету, а её воздействие на родительскую звезду или на свет от более далёких объектов.

Метод транзитов (транзитная фотометрия). Этот метод является самым продуктивным на сегодняшний день. Он основан на наблюдении за изменением блеска звезды. Если плоскость орбиты планеты такова, что она периодически проходит перед диском своей звезды с точки зрения наблюдателя на Земле (это явление называется транзитом), то при каждом таком прохождении она будет затмевать часть света звезды. Это приводит к небольшому, но измеримому периодическому падению яркости. Глубина падения блеска позволяет оценить отношение радиусов планеты и звезды, а периодичность транзитов — определить орбитальный период планеты. С его помощью космические телескопы, такие как «Кеплер» и TESS, открыли тысячи экзопланет.

Метод лучевых скоростей (доплеровская спектроскопия). Этот метод основан на том, что планета и звезда вращаются вокруг общего центра масс. Хотя звезда намного массивнее, она также совершает небольшие колебательные движения под действием гравитации планеты. Эти движения вызывают доплеровский сдвиг в спектре звезды: когда звезда движется к нам, линии в её спектре смещаются в синюю сторону, а когда от нас — в красную. Измеряя эти периодические сдвиги, можно определить наличие планеты, её орбитальный период и оценить минимальную массу ($m \cdot \sin i$, где $\text{i}$ — угол наклона орбиты к лучу зрения).

Прямое наблюдение. Это самый очевидный, но и самый сложный технически метод, заключающийся в получении прямого изображения экзопланеты. Основная трудность состоит в том, что планета чрезвычайно тусклая по сравнению со своей звездой и находится очень близко к ней, из-за чего свет звезды полностью её засвечивает. Для преодоления этой проблемы используются сложные технологии, такие как коронографы (которые физически заслоняют свет звезды) и системы адаптивной оптики (которые компенсируют искажения, вносимые атмосферой Земли). Метод лучше всего работает для очень крупных, горячих и молодых планет, находящихся на большом расстоянии от своих звёзд.

Гравитационное микролинзирование. Метод основан на эффекте, предсказанном общей теорией относительности Эйнштейна. Когда на луче зрения между наблюдателем и далёкой звездой-источником проходит другая звезда (линза), её гравитационное поле действует как лупа, фокусируя свет фоновой звезды и вызывая временное увеличение её видимой яркости. Если у звезды-линзы есть планета, её собственное гравитационное поле создаёт дополнительное, более короткое и слабое возмущение на кривой блеска. Этот метод позволяет обнаруживать планеты на очень больших расстояниях, планеты с низкой массой и даже планеты-сироты, не связанные гравитационно ни с одной звездой. Однако такие события очень редки и не повторяются.

Астрометрический метод. Как и метод лучевых скоростей, он основан на гравитационном влиянии планеты на звезду. Однако здесь измеряется не изменение скорости звезды, а её видимое смещение на небесной сфере. Под действием планеты звезда описывает крошечный эллипс вокруг их общего центра масс. Астрометрия — это сверхточное измерение положения звёзд. Метод очень сложен, так как требует измерения угловых смещений на пределе возможностей современных телескопов. Большие надежды на него возлагаются в связи с работой космической обсерватории Gaia.

Методы тайминга (измерение временных интервалов). К этой группе относятся несколько подходов, основанных на измерении отклонений от строгой периодичности астрономических явлений.
1. Вариации времени транзитов (TTV): В системах с несколькими планетами их взаимное гравитационное притяжение вызывает небольшие отклонения от строгой периодичности транзитов. Анализируя эти опережения или запаздывания, можно обнаружить другие планеты в системе (даже если они не являются транзитными) и определить их массы.
2. Тайминг пульсаров: Пульсары — это нейтронные звёзды, испускающие радиоимпульсы со строжайшей периодичностью. Если у пульсара есть планеты, их гравитационное влияние будет вызывать колебания самого пульсара, что приведёт к измеримым изменениям во времени прихода импульсов на Землю. Именно этим методом были открыты самые первые экзопланеты в 1992 году.

Ответ: В астрономии для обнаружения планетных систем используются следующие основные методы: метод транзитов (транзитная фотометрия), метод лучевых скоростей (доплеровская спектроскопия), прямое наблюдение, гравитационное микролинзирование, астрометрический метод, а также методы тайминга (включая вариации времени транзитов и тайминг пульсаров).