Mikrosoczewkowanie

Tomasz Kasprzyk
Ul.Gwiaździsta 40/2
67-200 Głogów
tel. 510452188
[email protected]
I Liceum Ogólnokształcące w Głogowie
Im. Bolesława Krzywoustego
Ul. Jedności Robotniczej 10
67-200 Głogów
klasa II H
Opiekun Piotr Kohlman
Bibliografia :
„Milczenie Wszechświata” Z.Dworak Z.Paprotny Z.Sołtys, Warszawa 1995
Leopold Infeld „Albert Einstein”, PWN Warszawa 1984
„Świat Planet” T.Zbigniew Dworak, Konrad Rudnicki, PWN, Warszawa 1988
http://www.radio.com.pl/nauka/naukowe.asp?id=100
http://en.wikipedia.org/wiki/General_relativity
http://imagine.gsfc.nasa.gov/docs/features/news/grav_lens.html
http://www.racjonalista.pl/index.php/s,38/d,3/t,4444/
http://aik.magazyn.pl/art_show.php?art=otwzg&m=kosmologia/
http://pl.wikipedia.org/wiki/OGLE-2005-BLG-390Lb/
http://www.astronet.pl/
Odkrywanie Planet poza Układem Słonecznym
Czy gdzieś tam istnieją planety podobne do naszej, czy planety są gdzieś dalej niż
poza naszym układem słonecznym ?
To pytanie zadawało sobie przez wieki wielu ludzi, ale ich wiedza ograniczała się do
tych planet, które były stosunkowo blisko ziemi i można je było ujrzeć gołym okiem. Już w
starożytnej Grecji ludzie spekulowali, iż inne systemy słoneczne mogą istnieć, i w niektórych
mogą być formy życia. Do XVII wieku nasz układ planetarny był powszechnie uważany za
unikatowy we wszechświecie. Był zresztą uważany za niemal cały wszechświat zamknięty
strefą gwiazd stałych.
Pierwszym który powiedział głośno że jest inaczej, i jego głos został wysłuchany był
włoski dominikanin Giordano Bruno. Głosił on iż wszechświat jest nieskończony i
jednorodny ( z czego wynikał pogląd iż ludzie nie są jedynymi inteligentnymi istotami w
kosmosie), oraz że istenieje „ niezliczona liczba gwiazd, oraz Ziem obracających się wokół
ich słońć”. Wszechświat według niego był tworem żywym.
17 lutego 1600 r. Giordano Bruno spłonął na stosie za swoje poglądy, jednak jego przesłanie
nie umarło wraz z nim. Pod koniec XVII stulecia powszechne było przekonanie, iż prawie
krążą planeta ma swój układ planetarny, Zdawano sobie sprawę, iż niemożność dostrzeżenia
tych planet wynika z niedoskonałości teleskopów.
Dopiero w XX w rozpoczęły się systematyczne badania mające na celu stwierdzenie,
choćby pośrednio, czy wokół innych gwiazd krążą planety. Nie można tu mówić o
dosłownym zaobserwowaniu tych planet. Graniczna zdolność rozdzielcza teleskopów jest
zbyt mała, w dodatku mała jasność planet – świecą światłem odbitym – niknie w świetle
gwiazdy macierzystej.
Jedna z pierwszych metod, opieraj się na mechanice nieba. Jak wiadomo gwiazdy nie
tkwią nieruchomo w przestrzeni, lecz poruszają się. Jeśli gwiazda porusza się samotnie, to
rzut jej drogi na sferę niebieską daje idealny łuk okręgu. Jeśli gwiazda ma „towarzysza” to
rzut jej drogi jest linią falistą, jako wynik nałożenia się dwóch ruchów – ruchu własnego
gwiazdy oraz wokół wspólnego środka masy. W ten sposób gwiazdy ‘zdradzają’ obecność,
często niewidocznego, towarzysza ( czasem towarzyszy). Na podstawie charakteru takiej
„fali”, jej długości oraz amplitudy można określić okres obiegu oraz masę towarzyszącego
obiektu. W większości przypadków odkrywano układy podwójne, gdzie drugi obiekt mógł
być np. białym karłem, niknącym w blasku gwiazdy. Lecz z czasem okazało się , iż w
przypadku niektórych gwiazd towarzysz widoczny, oraz ma tak małą masę, iż nie może być
on gwiazdą. W ten sposób pośrednio wykazano możliwość istnienia planet innych gwiazd.
Ruch własny gwiazdy z
periodycznymi zakłóceniami wywołanymi krążącym wokół niej innym ciałem. Kółko z
prawej strony określa wielkość błędu.
Przełom nastąpił w 1992 roku, kiedy to Aleksander Wolszczan ogłosił odkrycie
pierwszych planet poza układem słonecznym, krążyły ona wokół gwiazdy neutronowej.
Soczewkowanie Grawitacyjne
Wyobraźmy sobie jasny obiekt, taki jak gwiazda, galaktyka lub kwazar, który jest
bardzo daleko od ziemi ( powiedzmy 10 milionów lat świetlnych). Na nasze potrzeby
powiedzmy że jest to kwazar. Jeśli nie ma nic pomiędzy nim a nami widzimy obraz kwazara.
Ale jeśli masywna galaktyka ( albo grupa galaktyk) blokuje obraz w linii prostej, światło
zostanie zakrzywione przez pole grawitacyjne naokoło galaktyki, zobaczymy wtedy dwa
obrazy kwazara. Ta metoda jest nazywana ‘ soczewkowaniem grawitacyjnym”, galaktyka
działa jak soczewka i pokazuje obraz odległego kwazara w nowym miejscu. Jeśli galaktyka
byłaby idealnie symetryczna uwzględniając odległość pomiędzy gwiazdą i Ziemią,
zobaczylibyśmy pierścień obrazów gwiazdy.
Jeśli masywna galaktyka nie jest pośrodku ( jak można było przewidywać), wtedy
droga dwóch dróg świetlnych przebędzie inną drogę przez galaktykę, to sprawia iż obrazy są
formowane w różnej odległości od kwazara.
Według Ogólnej teorii względności obecność dużej masy może zakrzywić
czasoprzestrzeń, co za tym idzie zakrzywia również światło. To zjawisko jest podstawą
Soczewkowania Grawitacyjnego. W wielu przypadkach można przypadkach można je opisać
analogicznie do zakrzywienia światła ( np. szklanka) przez soczewkę w optyce.
W układzie w którym zachodzi soczewkowanie grawitacyjne znajduje się:
Źródło : źródło skąd pochodzi światło, może być to kwazar, lub źródło kosmicznego
promieniowania, galaktyka itp.
 Soczewka (lub ich mnogość) która zakrzywia światło
 Obserwator: który widzi inną ilość światła, ponieważ soczewka zakrzywiła
czasoprzestrzeń i jednocześnie drogi światła
 Obraz lub Obrazy : to co widzi obserwator

Światło nie jest tylko widzialnym światłem, ale bardziej generalnie każdym
promieniowaniem. Jako konsekwencja soczewkowania, zostaje zmieniona droga promieni
świetlnych, które inaczej nie dotarłyby do obserwatora (światło może być również zagięte ,
tak że obserwator go nie widzi, ale to nie jest obiektem naszego zainteresowania).
Istnieją różne rodzaje Soczewkowania grawitacyjnego, dokładniej omówię
mikrosoczewkowanie, które można wykorzystać do odkrywania planet.
W niektórych przypadkach soczewkowany obraz jest tak mały lub słaby, że widać
tylko jeden obraz, nagłe rozjaśnienie, które widzi obserwator świadczy o tym iż na drodze
światła do Ziemi pojawiła się jeszcze jedna soczewka.
Mikrosoczewkowanie
W mikrosoczewkowaniu grawitacyjnym źródłem światła jest zawsze gwiazda, a rolę
soczewek spełniają obiekty takie jak brązowe karły, małomasywne gwiazdy, stare białe karły,
gwiazdy neutronowe lub czarne dziury. Obserwacja zjawiska mikrosoczewkowania dostarcza
informacji o masach obiektów będących soczewkami. Jednakże żeby to zjawisko zaistniała
obserwator, soczewka, i gwiazda – źródło światła, muszą znajdować się na jednej linii co jest
rzeczą niezwykle rzadką. Dodatkowo z powodu ruchu gwiazd efekt jest przejściowy i
krótkotrwały.
W przypadku odkrywania tą metodą nowych planet, soczewka musi być gwiazdą. Jeśli
światło z obiektu ulegnie soczewkowaniu grawitacyjnemu, ulega ono pojaśnieniu. Jeśli
soczewce towarzyszy planeta, to zniekształci ona działanie soczewki, i zamiast jednego
wzmocnienia, będzie drugie ale o wiele słabsze. Odkrywanie planet tą metodą wymaga wiele
cierpliwości. Astronomowie śledzą stale miliony gwiazd, czekając właśnie na moment kiedy
ich światło znajdzie się w polu soczewki ( w tym wypadku innej gwiazdy) oraz badają czy w
tym uczestniczyła planeta.
Polski wkład w odkrywanie planet poza układem słonecznym z wykorzystaniem
mikrosoczewkowania grawitacyjnego
Metodę odkrywania planet z wykorzystaniem mikrosoczewkowania grawitacyjnego
zaproponował w 1991 roku Prof. Bohdan Paczyński z Uniwersytetu w Princeton, przyczynił
on się również do rozwinięcia i upowszechnienia tej metody. Jest to jedyna metoda za
pomocą której można wykryć małe planety, także te podobne do ziemi.
W 1992 roku rozpoczęła się pierwsza faza polskiego projektu obserwacyjnego OGLE
(Optical Gravitational Lensing Experiment), którego nadrzędnym celem było poszukiwanie
zjawisk mikrosoczewkowania. W pierwszych latach działania projektu OGLE
zaobserwowano kilkanaście przypadków mikrosoczewkowania, co też
potwierdziło kilkunastoletnie badania Prof. Paczyńskiego. W latach 1995-96
powstał specjalny teleskop o średnicy 1,3 metra, dedykowany do wykrywania
zjawiska mikrosoczewkowania. Powstał on w Las Campanas Observatory
mieszczącym się w Chile. Gdzie istnieją niemalże idealne warunki do
prowadzenia obserwacji.
Najnowsze odkrycie Polaków w ramach projektu OGLE - planeta
której odkrycie było szeroko komentowane przez ogólnoświatową prase, jest
inna od odkrytych wcześniej..
„OGLE-2005-BLG-390Lb, planeta podobna do Ziemi, okrążająca
gwiazdę OGLE-2005-BLG-390L oddaloną 20 000 lat świetlnych od Ziemi w
konstelacji Strzelca, blisko centrum galaktyki drogi mlecznej. Oficjalne
odkrycie planety zostało ogłoszone na światowym forum naukowym w dniu 26 stycznia 2006,
w czasopiśmie NATURE, (Beaulieu et al., 2006, Nature, 439, 437). Nowoodkryta planeta jest
najbardziej podobna do Ziemi, spośród ponad 170-ciu wszystkich dotychczas znanych
exoplanet. Odkrycie zostało dokonane 10-go sierpnia, 2005 roku przez międzynarodową
kolaborację PLANET (Probing Lensing Anomalies NETwork), przy współpracy z polskim
projektem OGLE (Optical Gravitational Lensing Experiment). Nowoodkryta planeta posiada
strukturę lodowo-skalną i jest blisko 5,5 razy większa od Ziemi. Według obliczeń
modelowych dokonanych przez grupę PLANET (Dave Bennett, University of Notre Dame;
Martin Dominik, University of St Andrews) Temperatura na powierzchni wynosi około -220°
Celsjusza. Jej odległość od macierzystej gwiazdy (czerwony karzeł - 95%
prawdopodobieństwa, biały karzeł - 4%, albo gwiazda neutronowa lub czarna dziura
<1%prawdopodobieństwa) jest trzy razy większa niż odległość Ziemi od Słońca, a czas
obiegu wokół tej gwiazdy prawdopodobnie wynosi ok. 3800 dni (ok. 10 lat). ”- pobrano z
pl.wikipedia.org
To pierwsza tak mała planeta odkryta przez człowieka poza Układem Słonecznym.
Znalezienie takiej planety daje nadzieje iż mogą istnieć planety bardzo podobne do Ziemi.