Кратко: фотометрия (Kepler, TESS) лучше находит малые планеты с короткими орбитами и даёт радиусы и атмосферные возможности; астрометрия (Gaia) лучше находит массивные (юпитеро-подобные) планеты на более широких орбитах и даёт прямые массы и полные орбиты. Подробней — по пунктам.
Что измеряет каждый метод
- Фотометрия: глубина транзита $\delta \approx {\left(\frac{R_p}{R_{\ast }}\right)}^2$ — даёт радиус $R_p$. Геометрическая вероятность транзита $P_{\mathrm{transit}}\approx \frac{R_{\ast }}{a}$ (чем ближе к звезде, тем выше шанс). Требуется удачное выравнивание (переход по диску звезды).
- Астрометрия: угловой маятник звезды $\alpha \approx \frac{M_p}{M_{\ast }}\frac{a}{d}$ (в угловых секундах, где $a$ в AU, $d$ в pc). В микросекундах: $\alpha [\mu \text{as}]=10^6\frac{M_p}{M_{\ast }}\frac{a}{d}$. Даёт истинную массу $M_p$ и полную 3D-геометрию орбиты (наклон, узлы), независимую от орбитального выравнивания.
Какие типы планет лучше обнаруживает каждый
- Фотометрия (Kepler/TESS)
- Лучшие: малые (землеподобные/суперземли), не только газовые, если транзит и достаточная точность; особенно короткопериодные планеты (высокая $P_{\mathrm{transit}}$ и много транзитов за миссию).
- Почему: чувствительность к малому $R_p$ через $\delta$; миссии с высокой фотометрической точностью (Kepler — длительная непрерывная съёмка, TESS — яркие близкие звёзды) легко выявляют малые транзиты.
- Ограничения: нужен транзит (низкая вероятность для больших $a$); фальшивые срабатывания (эвлипсирующие двойные и т.д.) требуют подтверждения; атмосферы можно изучать при транзите (трансмиссионная спектроскопия).
- Астрометрия (Gaia)
- Лучшие: массивные (юпитерные/сатурные) планеты на орбитах ~дальнейших от звезды ($a$ порядка $1-10$ AU) вокруг близких звёзд.
- Почему: сигнал $\alpha$ растёт с $M_p$ и $a$, и уменьшается с расстоянием $d$. Пример: для $M_p=M_J$, $a=1$ AU, $d=10$ pc и $M_{\ast }=M_{\odot }$ даёт $\alpha \approx 100\mu \mathrm{as}$ — в пределах чувствительности Gaia; для Земли $\alpha$ порядка $\sim 0.3\mu \mathrm{as}$ — слишком мало для Gaia.
- Ограничения: требуются орбитальные периоды сравнимые с длительностью миссии (чтобы покрыть орбиту); по слабой чувствительности к малым массам и очень малым орбитам.
Чувствительность по временным масштабам
- Фотометрия: миссии с коротким временным покрытием (TESS: $\sim 27\mathrm{d}$ по сектору) лучше на коротких периодах; длинная непрерывная съёмка (Kepler: $\sim 4\mathrm{г}$) позволяет находить более длинные периоды.
- Астрометрия: нужна длительная база наблюдений сопоставимая с $P$ (Gaia — годы), поэтому чувствительна к планетам с периодами до миссии и чуть больше.
Сильные стороны для характеристики
- Фотометрия: радиусы, плотности при наличии масс (совместно с RV/астрометрией), атмосферы (трансмиссия/эмиссия).
- Астрометрия: истинные массы и полные орбиты (наклон, узлы) — устраняет неопределённость $\sin i$ из RV; полезна для динамики систем, взаимных наклонов, и как предсказание для прямого изображения (когда ожидать наибольший раздел).
Синергия методов
- Транзит + астрометрия (или RV + астрометрия) → радиус + истинная масса → точная плотность и состав.
- Астрометрия помогает толковать непересекающиеся RV-сигналы (разрешает массу вместо $M_p\sin i$) и выбирать объекты для прямой съёмки; фотометрия даёт статистику малых планет и атмосферные свойства.
Вывод (коротко)
- Photometry (Kepler/TESS): лучше всего для обнаружения многочисленных малых и короткопериодных планет и для измерения радиусов и атмосфер — но только если есть транзиты.
- Astrometry (Gaia): лучше всего для обнаружения и точного измерения масс массивных планет на более широких орбитах вокруг близких звёзд и для восстановления полной орбитальной геометрии; не чувствительна к землеподобным массам на астрометрических уровнях Gaia.