Hur bestämmer forskare kompositionen och atmosfären av andra planeter?

Disobedience - Rise of the global fossil fuel resistance (Juni 2019).

Anonim

Det verkar som om populärkulturen stämmer överens med de senaste nyheterna om rymdsupptäckter och en fascination med att hitta andra "jordliknande" planeter. Med tanke på att vi bara har varit på ytan av två andra planeter i vårt eget solsystem (menar inte månen) verkar vi vara mycket övertygade om sammansättningen av många andra planeter och månar i vårt solsystem och bortom.

Vetenskapsmän gissar bara när de kallar en planet som är potentiellt beboelig? Hur kan de eventuellt bestämma sammansättningen och atmosfären av planeter som är miljontals miljarder mil bort?

Sammansättningen av en planet kan bestämmas av

.

Vi vet emellertid vad jordens sammansättning och storlek är, särskilt dess densitet, så vi kan tillämpa samma information i jämförelse med andra planeter. Om vi ​​finner en jordstor planet som har samma densitet, kan vi anta att de är gjorda av liknande komponenter (silikatrock kring en järn- och nickelkärna). Om en stjärna är mycket mer massiv men mindre tät, är det mer sannolikt att vara en gigantjätt (t.ex. Jupiter, Saturnus, Uranus) och består förmodligen av lättare element, som väte och helium som omger en stenig eller smält metallkärna .

Att bestämma planetens densitet är dock en annan knepig fråga, för vi behöver veta massans och volymen av planeten. Baserat på vad vi har lärt oss om banor och fysikens newtonska lagar, kan vi beräkna massan av en planet baserat på effekten på dess förälderstjärna. När en planet kretsar en stjärna, är det ett litet drag på stjärnan som orsakas av massan av planetens rörelse. Denna wobble beror på att planeten drar på stjärnan, något skiftar sin hastighet; Dessa förändringar i hastighet kan berätta massan av planetobjektet med extrem noggrannhet, baserat på vår kunskap om röda skift och blåskiftfenomen, allmänt känd som Doppler-effekten (Läs mer om Doppler-effekten här).

Red and Blue Shift Diagram (Foto Credit: wired.com)

Volymen är dock en något mindre exakt vetenskap. Genom att titta på förmörkelser (när en planet passerar framför en stjärna), eller en mån som passerar framför en planet, kan vi upptäcka ljusdämpning som orsakas av den korsningen. När en planet passerar framför en stjärna, lockar den en viss del av den stjärnformiga ytan som kan mätas och en diameter kan etableras. När en diameter har beräknats och en sfärs form antas kan volymen mätas något noggrant.

Med volym och massa i handen kan densitet beräknas, vilket ger oss en uppfattning om vilken "typ" av en planet den är (stenig, smält, jordliknande, gasjätten eller något annat helt). Vi kan göra utbildade gissningar om vilken typ av element som skulle hittas på ytan baserat på denna mätning.

Planetens atmosfär

Ljussignaturexempel (Fotokredit: visionlearning.com)

Med hjälp av ett instrument som kallas en spektrometer kan astronomer mäta det ljus de upptäcker genom atmosfären och sprida sedan det spektret, vilket äntligen kommer att se ut som en streckkod. De "saknade" bitarna av ljusspektret berättar exakt vilka element som finns i atmosfären, eftersom vi har mätt ljusabsorptionen av varje känt element och kan använda det som en standardskala.

Om vi ​​skulle titta på ett ljusspektrum som kommer från jorden, skulle "streckkoden" exempelvis sakna de frekvenser som korrelerar med kväve, syre och argon skulle saknas, eftersom de komponerar jordens atmosfär (78%, 21% och 1% respektive). Dessa ljusspektrumavläsningar ger oss tillgång till universets fingeravtryck, och vår förmåga att läsa och förstå dessa mätningar blir bara bättre.

Faktum är att vissa spektrometrar inte ens läser synligt ljus, ljus som ligger utanför det synliga spektret (mikrovågor och röntgenstrålar). Dessa mätningar följer samma idé, men de kan berätta mycket för objektets elementära sammansättning, även från hela universum!

referenser: