Z nekaj domišljije si lahko prihranimo potovanje v vesolje, da bi opazovali prehod Zemlje preko Sončeve ploskve. Prehod namreč lahko opazujemo kar z Zemlje. In sicer tako, da opazujemo odboj Sončeve svetlobe od oddaljenih objektov. Dobri kandidati za takšen poskus so planeti in njihove lune - največja zrcala v našem Osončju.

 

 

 

Če bi se 5. januarja 2014 postavili na Jupiter ali njegove lune, bi videli Zemljo, ki potuje preko Sonca. Znanstveniki so se zato odločili, da bodo tega dne opazovali Jupitrovi luni Evropa in Ganimed [1]. Luni ne oddajata lastne svetlobe, torej je vsa svetloba, ki jo detektiramo ob opazovanju lun, svetloba s Sonca. Znanstveniki so opazovali, kako se pri prehodu Zemlje spreminja spekter odbite Sončeve svetlobe. Spektri so bili posneti s spektrografoma HARPS (La Silla, Čile) in HARPS-N (La Palma, Kanarski otoki). Gre za instrumenta, s katerima lahko izredno natančno izmerimo radialne hitrosti zvezd - torej hitrosti, s katero se vir svetlobe oddaljuje od nas. Natančnosti dosegajo neverjetne vrednosti pod 1 m/s!

Sonce, Zemlja in Luna, kot bi jih videli 5. januarja 2014 z Jupitra. Vir

Cilj opazovanja je bil izmeriti Rossiter-McLaughlinejev pojav, ki ga opazimo pri sledenju spektra zvezde, medtem ko preko ploskve zvezde potuje drugo telo. Ideja je predstavljena na spodnji skici. Zvezde niso statična telesa, temveč se vrtijo okoli svoje osi [2]. Pri vrtenju se tako pol vidne fotosfere Sonca giblje proti nam, druga polovica pa se od nas oddaljuje. Pri tem se frekvenca svetloba prvega dela malo poveča, drugega dela pa zmanjša (t.i. modri in rdeči premik, gre za enak pojav kot pri zvoku - vsi poznamo spreminjanje frekvence policijske sirene, ko se le-ta nam približuje ali oddaljuje). Zemlja pri potovanju prek Sončevo ploskev najprej zakrije del svetlobe, ki je podvržena modremu premiku, nato pa še drug del ploskve. Rezultat tega bo sprememba v spektru svetlobe. Bolj podrobno: spremenila se bo oblika spektralnih črt. Z opazovanjem spremembe oblike črt se lahko nekaj naučimo o planetu, ki prečka zvezdno ploskev (v našem primeru o Zemlji) ter o medsebojnih geometrijskih lastnostih sistema planet-zvezda.

Rossiter-McLaughlinejev pojav: ko planet potuje preko zvezdne ploskve, najprej zakrije del svetlobe, katere frekvenca je premaknjena v modro, nato pa še svetlobo, ki je podvržena rdečemu premiku. Posledica je navidezna sprememba radialne hitrosti zvezde (torej sprememba v obliki spektralnih črt). Vir

Na spodnji sliki so prikazani rezultati meritev: radialna hitrost Sonca v odvisnosti od časa. Prehod je z Jupitrove perspektive trajal 9 ur in 40 minut. Pričakovano je bilo, da bo sprememba hitrosti pri prehodu enaka 20 cm/s [3]. A meritve so pokazale veliko večjo spremembo (38 cm/s). Ne samo to, sprememba se je zgodila v obratni smeri, v nasprotju s pričakovanji!

Izmerjena radialna hitrost. Tri navpične črte prikazujejo začetek, osrednji del in konec prehoda Zemlje prek Sončevo ploskev. Različne barve označujejo opazovanja z različnimi instrumenti. Vir

Avtorji študije so ugotovili, da so kot prvi opazili obratni Rossiter-McLaughlinejev pojav. Razlog za odstopanje od pričakovanih vrednosti naj bi bil t.i. pojav opozicije, pri katerem telo, ki se nahaja v opoziciji (opazovalec se v tem primeru nahaja med Soncem in opazovanim objektom), postane izredno svetlo. Delno je za to krivo dejstvo, da pri telesu v opoziciji izginejo vse sence na telesu. Drugi razlog je koherentno vzvratno sipanje svetlobe na prašnih delcih na telesu, ki ojačajo odbojnost svetlobe. Znanstveniki so zgradili preprost model, s katerim so lepo pojasnili opažene spremembe v spektru. Namesto, da bi Zemlja blokirala svetlobo s Sonca, kot bi pričakovali pri klasičnem Rossiter-McLaughlinejevem pojavu, je delovala kot leča [4] in svetlobo še dodatno ojačala!

Študija predstavlja prvo meritev obratnega Rossiter-McLaughlinejevega pojava. Avtorji nadalje opozorijo, da bomo pojav, čeprav manj močno izražen, s pomočjo Jupitrovih lun zopet lahko opazovali leta 2026.

----------------------------------
[1] Jupiter sam ni primeren za tovrstno opazovanje zaradi prehitrega vrtenja in turbulentne atmosfere.

[2] Sonce se okoli svoje osi zavrti v 25.05 dneh. Ta vrednost velja za ekvator. Pri Soncu namreč opazimo t.i. diferencialno vrtenje, kjer se deli Sonca na različnih zemljepisnih širinah vrtijo z različno hitrostjo. Tak pojav opazimo tudi pri Jupitru in Saturnu.

[3] Luna, ki je tudi sodelovala pri prehodu (glej sliko 1), je prispevala nekaj cm/s.

[4] Fotoni s Sonca, ki potujejo bližje Zemlji, so izpostavljeni močnejšemu pojavu opozicije. Ne samo, da s tem nadomestijo izgubljeno svetlobo, ki jo blokira Zemlja, temveč pozvročijo, da je Sonce videti svetlejše. Velja opozoriti, da se svetlost Sonca samega ne spremeni, spremeni se samo svetlost opazovanih Jupitrovih lun, torej odbite svetlobe s Sonca.

Vir: Članek, Astrobites