Prve planete okoli drugih zvezd so odkrili v začetku devetdesetih let prejšnjega stoletja. Danes jih lahko opazujemo že z manjšimi teleskopi. Točneje, eksoplaneta ne opazujemo neposredno, temveč vidimo, da njegova zvezda nekoliko potemni, ker eksoplanet na svoji poti zakrije del zvezdine ploskve in dobimo z nje manj svetlobe. Iz trajanja potemnitve in njene globine (koliko svetlobe planet zastre) lahko ugotovimo nekatere lastnosti eksoplaneta in njegove tirnice okoli zvezde.

Iskanje primernega prehoda eksoplaneta za opazovanje

Danes poznamo že več kot 5800 eksoplanetov. Med njimi jih več kot 4300 občasno zakrije svojo zvezdo oziroma prečka njeno ploskev. Kako izbrati primeren eksoplanet in njegov prehod za opazovanje? Opazovanje prehoda eksoplaneta je namreč pogojeno s pravim časom opazovanja: prehod se zgodi ob točno določenem trenutku, in če ga zamudimo, ga zamudimo. Poglejmo, kako najti primeren prehod in na kaj moramo biti še posebej pozorni.

Obstaja več spletnih strani z napovedmi prehoda eksoplanetov. Priporočamo Nasin arhiv eksoplanetov. Iskalnik prehodov ima štiri okna: Target ephemerides, Observer location, Observing window in Phases.

• Target ephemerides. Imamo dva osnovna načina iskanja prehoda. Lahko iščemo vse prehode v določenem časovnem obdobju (Multiple targets) ali pa točno določen prehod, recimo eksoplaneta Wasp 80b (Single target). V slednjem primeru se nam pojavi seznam raziskav, ki obravnavajo ali omenjajo ta eksoplanet. Kliknemo na eno od raziskav in v spodnjih poljih se bodo pojavile vrednosti parametrov orbite tega eksoplaneta.
• Observer location. Vidnost prehoda je odvisna od položaja observatorija na Zemlji. Tukaj lahko izbirate med vnaprej ponujenimi lokacijami ali sami vpišete koordinate svojega observatorija.
• Observing window. Izberite časovni interval, v katerem vas zanimajo prehodi.
• Phases. Svetlost sistema zvezda — eksoplanet se spreminja s potovanjem eksoplaneta okoli zvezde. Govorimo o orbitalni fazi. Prehod eksoplaneta med zvezdo in nami imenujemo primarni prehod. Sekundarni prehod je časovni interval, med katerim je planet za zvezdo. Ko je planet na pol poti med primarnim in sekundarnim prehodom, je osvetljena polovica njegove površine, ki je obrnjena proti nam — pravimo, da je faza v kvadraturi. Z manjšimi teleskopi na Zemlji opazimo predvsem primarni prehod, zato je smiselno označiti le to možnost.

Iskalnik vam bo vrnil seznam prehodov v izbranem časovnem intervalu. Če ste iskali določen eksoplanet, bo teh prehodov malo. Če ste iskali med vsemi eksoplaneti v arhivu, je številka lahko visoka. A vsi prehodi niso primerni za opazovanje, zato moramo v naslednjem koraku pogledati nekatere lastnosti prehoda.

• Event visibility plot. Spletna stran nariše graf vidnosti zvezde in čas prehoda eksoplaneta za posamezen dogodek. Primer takšnega grafa je slika P8. Z rdečo je prikazan čas prehoda. Pomembno je, da je celoten prehod viden med astronomsko nočjo in da telo ni prenizko nad obzorjem. V idealnih razmerah imamo za opazovanje sistema pred prehodom in po njem vsaj še pol ure noči.
• Transit duration. Poleg tega da mora biti viden celoten prehod, je trajanje prehoda pomembno, ker vpliva na trajanje opazovanja. Če ne želite opazovati več ur, lahko izberete primere kratkega prehoda. Ti trajajo nekoliko manj od ene ure.
• Transit depth. Uspeh opazovanja je močno odvisen od globine prehoda oziroma stopnje potemnitve. Zvezde med prehodom potemnijo za največ nekaj odstotkov. Z manjšim teleskopom je težko opaziti potemnitve, manjše od enega odstotka, zato se takih primerov vsaj na začetku izogibamo.
• Propagated midpoint uncertainty. Negotovost napovedane sredine prehoda ne sme biti večja od okoli deset minut. Večja negotovost običajno pomeni, da o sami orbiti ne vemo dovolj, in zato tudi drugi parametri verjetno niso povsem točni.
• V band magnitude. Zelo pomembna informacija je navidezni sij zvezde. Ta vrednost v tej tabeli ni vedno podana, a jo morate vsekakor poiskati, preden se odločite za opazovanje. Če je zvezda pretemna, tudi prehoda z visoko stopnjo potemnitve mogoče ne boste opazili, namreč zaradi prevelikega šuma meritve. Navidezni sij zvezde vpliva tudi na dolžino časa osvetlitve posameznega posnetka.

Načrtovanje in izvedba opazovanja

Po izbiri prehoda pride na vrsto načrtovanje opazovanja. Kakšna je Lunina mena? Je osvetljena Luna dovolj daleč stran od zvezde, da bo opazovanje izvedljivo? Opazovanje je najbolje začeti vsaj pol ure pred napovedanim začetkom prehoda in ga končati ne prej kot pol ure po napovedanem zaključku prehoda.

Izbira primernega časa osvetlitve posameznih posnetkov je predvsem odvisna od navideznega sija oziroma svetlosti zvezde. Na posameznem posnetku želite dobiti dovolj visoko razmerje med signalom in šumom (glej poglavje Fotometrija). Tudi izbira filtra je pomembna. Izbira filtra vpliva na dolžino časa osvetlitve — osvetlitev pri filtru mora biti daljša kot pri filtru , če želimo doseči podobno visok signal. Če je na nebu svetla Luna, je bolje opazovati z rdečimi filtri, da s tem zmanjšamo šum ozadja, saj se rdeča svetloba manj siplje kot modra. V primeru svetle zvezde in dolgega prehoda lahko opazujete prehod z različnimi filtri, saj je oblika prehoda nekoliko odvisna od valovne dolžine.

Analiza rezultatov: AstroImageJ

Pri opazovanju prehoda eksoplaneta običajno posnamemo veliko število slik. Po osnovni pripravi posnetkov je treba izmeriti navidezni sij izbranega sistema. Ker je slik veliko, je koristno merjenje sija avtomatizirati.

Primeren prosto dostopen program je AstroImageJ, ki ga podrobneje predstavljamo v posebnem praktikumu (povezava). S programom izmerite navidezni sij sistema pri vseh slikah opazovalne serije glede na primerjalne (referenčne) zvezde. Rezultat je svetlobna krivulja prehoda (spreminjanje svetlosti oziroma sija s časom).

AstroImageJ tudi omogoča, da svetlobno krivuljo modeliramo z enostavnim modelom prehoda. To naredimo s funkcijo MultiPlot, ki jo odpremo v glavnem meniju. Odpre se več oken:

• Multi-plot Main. Glavno okno, v katerem naložimo meritve. Lahko dodamo naslov, urejamo razpon ordinatne in abscisne osi in na graf dodamo podrobnosti, kot so čas prehoda meridiana.
• Multi-plot Y-data. Tu programu povemo, kaj naj bo na grafu. Na abscisni osi bo čas v izbranih enotah, na ordinatni osi navidezni sij zvezde, izmerjen pri posameznih posnetkih (alternativa je, da izberemo relativno gostoto svetlobnega toka). Pozor: včasih na diagramu nič ne vidimo, tudi ko izberemo osi. V tem primeru je največkrat težava razpon osi, kar spremenimo v glavnem oknu. V isti diagram lahko vrišemo več setov meritev tako, da odkljukamo več kot eno vrstico. V posamezni vrstici lahko podatke zgladimo. A tisto, kar nas tukaj še posebej zanima, je možnost prilagajanja modela podatkom. To funkcijo izberemo tako, da v stolpcu Fit mode izberemo zadnjo možnost (skica prehoda).
• Fit Settings. Ko izberemo model, moramo spremeniti določene parametre modela, kar storimo v tem oknu. Povsem na vrhu levo vnesemo pravo periodo orbite eksoplaneta, ki jo preberemo v spletnih katalogih. Na vrhu desno spremenimo enega izmed parametrov, ki opiše zvezdo, na primer efektivno temperaturo (ko spremenite en parameter, se ustrezno spremenijo še drugi). Program nato prilagodi najboljši model — parametri najboljšega modela so izpisani v polju Transit parameters. Model se izriše tudi na diagramu (glej sliko P9).

Prednost programa AstroImageJ je preprosta uporaba. Žal pa programa ne moremo uporabljati za resnejše meritve. Med drugim ne vrne intervala zaupanja vrednosti najboljših parametrov.