Что такое экзопланета? Это планета, которая находится вне пределов Солнечной системы и вращается вокруг звезды. Помимо данного определения существует ещё такое понятие как обитаемая зона (зона Златовласки). Под ней подразумевается условная область в космическом пространстве, где на находящейся в ней планете может существовать вода в жидком состоянии. Если данная характеристика присутствует, то, значит, есть условия для возникновения жизни.
Иоганн Кеплер
Как открывают экзопланеты?
В отличии от звёзд, ярко сияющих в ночном небе Земли , экзопланеты такие тусклые и маленькие, что их почти невозможно разглядеть. Об их существовании в космическом пространстве заговорили только в 1885 году, когда капитан Джейкоб из Мадрасской обсерватории сообщил о присутствии планетарного тела в системе 70 Змееносца (двойная звёздная система в созвездии Змееносца). Однако впоследствии существование этого несветящегося тела было подвергнуто сомнению.
Прошло немало лет, прежде чем очередная внесолнечная планета была обнаружена тремя канадскими астрономами. Найдена она была возле двойной звезды Гамма Цефея в созвездии Цефея. Случилось это в 1988 году, но официальная наука подтвердила это открытие только в 2002 году.
В 1995 году швейцарские астрономы Дидье Келос и Мишель Майор обнаружили внесолнечную планету возле звезды 51 Пегас в созвездии Пегаса. По своим размерам она соответствовала Юпитеру , но находилась очень близко от светила и делала полный оборот вокруг него за 4,23 суток. Назвали её Планета b.
Шестого марта 2009 года NASA запустила телескоп «Кеплер», в задачу которого входило обнаружение экзопланет. Данный аппарат назвали в честь немецкого астронома и математика Иоганна Кеплера. Именно он открыл законы движения планет.
Телескоп оснастили самыми совершенными приборами, способными наблюдать за светом звёзд. Когда несветящееся космическое тело проходит перед звездой, то затмевает её свет. Телескоп при этом фиксирует данное явление, и астрономы выявляют новые внеземные планеты.
Кроме «Кеплера» существует орбитальный телескоп COROT. Он фиксирует кривые блеска звёзд. Запущен данный аппарат 27 декабря 2006 года. Запущена также 19 декабря 2013 года космическая обсерватория Gaia. Её главной задачей является создание трёхмерной карты Млечного пути и обнаружение внесолнечных планет. Имеются и наземные обсерватории, ведущие наблюдение за космосом.
Помимо транзитного метода , определяющего несветящиеся тела на фоне звезды, существует и другие способы поиска экзопланет. Здесь надо назвать метод Доплера , с помощью которого можно обнаружить очень большие планеты, которые по своей массе значительно превосходят Землю. Они, воздействуя на звезду, как бы раскачивают её. В результате этого наблюдается смещение спектра звезды.
Так может выглядеть экзопланета
Используется также гравитационное микролинзирование . Суть его заключается в том, что между астрономом на Земле и звездой, за которой он наблюдает, должна существовать ещё одна звезда. Она берёт на себя роль линзы, то есть фокусирует своим гравитационным полем рассеянный свет наблюдаемой звезды. Вблизи такой звезды-линзы может оказаться планета. Её присутствие проявляется в ассиметричной кривой блеска и отсутствии цветного тона. С помощью данного метода можно определить планеты с маленькой массой, соответствующей земной.
Помимо названных существует астрометрический способ . Он базируется на фиксировании изменения движения звезды под воздействием гравитационных сил планеты. Благодаря астрометрии, можно определять массы таких космических тел.
С Земли также ведётся радионаблюдение за пульсарами . Если возле пульсара есть планеты, то его излучение создаёт в космическом пространстве конические формы, которые указывают на наличие планетарных тел.
Ну и, конечно, экзопланеты можно обнаружить путём прямого наблюдения , изолируя их от света звёзд. Данный способ хорош в тех случаях, когда планетарные тела удалены от светила на значительное расстояние. Они имеют остаточное тепло, сохранившееся после их образования. Указанный метод даёт хороший эффект при наблюдении за молодыми звёздами.
Сколько открыто экзопланет?
В настоящее время у 10% звёзд, которые включены в программу поиска, обнаружены планеты. При этом их количество неуклонно увеличивается. На июль месяц 2015 года насчитывалось 1935 планетарных тел. А вот кандидатов, которые могут стать экзопланетами, больше. Их числится 4695.
В Млечном пути таких космических тел должно быть не менее 100 млрд. При этом около 20 млрд могут оказаться подобными Земле. По современным оценкам у 34% звёзд, подобных Солнцу , в обитаемых зонах имеются планеты, сравнимые по многим характеристикам с нашей.
Специалисты разработали индекс подобия. Он характеризует пригодность той или иной планеты или спутника для жизни. Индекс учитывает такие характеристики как массу, размер, плотность, расстояние до светила, температуру на поверхности.
Для нашей голубой планеты индекс, естественно, равен 1. Для Марса он составляет 0,64, а вот у некоторых экзопланет он достигает 0,8. Так у недавно открытой Kepler-452b данный показатель равен 0,862.
Похожие на Землю экзопланеты, слева направо:
Земля, Kepler-186f, Kepler-62f, Kepler-452b, Kepler-69c, Kepler-22b
Возможна ли жизнь на экзопланетах?
Планеты, находящиеся вне Солнечной системы и имеющие характеристики, близкие к земным, могут иметь жизнь. Вот только она может кардинально отличаться от земной. Для примера рассмотрим уже упомянутый Kepler-452b. Данное небесное тело вращается вокруг звезды Kepler-452, которая находится в созвездии Лебедя и отстоит от Земли на расстоянии в 1400 световых лет. Возраст светила равен 6 млрд лет, то есть оно старше Солнца на 1,5 млрд лет, превосходит его по яркости на 20% и на 10% больше в диаметре.
Что же касается Kepler-452b, то эта экзопланета имеет диаметр в 1,6 раз превышающий земной. Её период обращения вокруг звезды составляет 385 суток. На её поверхности, как предполагается, существуют действующие вулканы, а получаемое от светила тепло не исключает возможность фотосинтеза.
Таких космических тел во Вселенной чрезвычайно много. Отсюда напрашивается совсем простой вывод: жизнь за пределами Солнечной системы возможна . А раз возможна жизнь, то, значит, нельзя исключать и существование разума. Но пока это только предположения и догадки, а вот когда наступит момент истины - неизвестно.
Юрий Сыромятников
Миры, обитающие на орбитах других звезд, называются «экзопланетами», и они бывают самыми разными: от гигантских газовых гигантов, превосходящих по размеру Юпитер, до небольших скалистых планет подобных Земле или Марсу. Далекие планеты могут быть достаточно горячими, что металл плавится на их поверхностях, или ледяными снежными шарами. Многие из них так быстро и близко вращаются вокруг своих звезд, что их год длится несколько земных дней. У некоторых может быть два солнца. Есть и изгнанные из своих систем странники, те, что блуждают в темноте по галактике.
Млечный Путь – огромное семейство звезд, простирающееся примерно на 100 000 световых лет. Его спиральная структура содержит около 400 миллиардов жильцов, и наше Солнце среди них. Если каждая из этих звезд имеет на орбите не одну планету, а несколько, как в Солнечной системе, то число миров в Млечном Пути просто астрономическое: счет идет на триллионы.
Тысячи звездных систем, проживающих в Млечном Пути. Credit: ESO/M. Kornmesser
Человечество несколько веков размышляло о возможности существования планет вокруг далеких звезд, и теперь мы с уверенностью говорим, что внесолнечные миры действительно существуют. Недавно у нашей ближайшей соседки, Проксима Центавра, была открыта , и, вероятно, она не одинока. Расстояние до нее примерно 4,5 световых года или 40 триллионов километров. Однако большая часть найденных экзопланет находится в сотнях или тысячах световых лет от нас.
Плохая новость: пока у нас нет способа добраться до них. Хорошая новость: мы можем смотреть на них, оценивать температуру, «прощупывать» атмосферу и, возможно, в ближайшее время обнаружим признаки жизни, которые скрыты в тусклом свете, поступающем от этих далеких миров.
Первой экзопланетой, вышедшей на мировую арену, была 51 Pegasi b, в 50 световых годах от нас, который совершает один оборот вокруг звезды за 4 земных дня. Поворотный момент, после которого внесолнечные планеты стали обычным делом, произошел в 1995 году.
Художественное представление горячего юпитера. Credit: ESO
Еще до 51 Pegasi b было несколько кандидатов. Экзопланета, известная сегодня как Тадмор, была обнаружена в 1988 году. Хотя из-за недостаточного количества доказательств ее существование было поставлено под сомнение в 1992 году, десять лет спустя дополнительные наблюдения подтвердили, что вокруг Гамма Цефея A действительно вращается планета. Затем, в 1992 году, была открыта система из «пульсарных планет». Эти миры вращаются у мертвой звезды, PSR 1257+12, проживающего на расстоянии 2300 световых лет от Земли.
Теперь мы живем во вселенной экзопланет. Их количество постоянно увеличивается, и на данный момент число подтвержденных планет за пределами Солнечной системы перешагнуло рубеж в 3700, но уже в ближайшем десятилетии график может скакнуть до отметки в десятки тысяч.
Как мы к этому пришли?
Мы стоим на пороге великих открытий. Эпоха ранних исследований и первые подтвержденные экзопланеты подготовили почву для следующего этапа: охоте за далекими мирами с более «зоркими» и сложными телескопами в космосе и на земле. Некоторым их них было поручено проводить точную перепись населения, вычисляя разнообразные размеры и типы экзопланет. Другие тщательно изучают отдельные миры, их атмосферы и потенциал для поддержания жизни.
Прямая визуализация экзопланет, то есть их фактические снимки, играют все более значимую роль, хотя ученые достигли текущий уровень знаний, главным образом, косвенными средствами. Два основных метода опираются на колебания и затмения.
«Охотник» за экзопланетами TESS. Credit: NASA
Сегодня об этом классе внесолнечных миров мало что известно, в том числе пригодны ли они для жизни. Причина этому – отсутствие аналогов суперземли в Солнечной системе. Если нам повезет, одна из них покажет в своей атмосфере признаки кислорода, углекислого газа и метана. Однако охоту за атмосферами планет размером с Землю придется отложить до будущего поколения космических телескопов в 2030-х годах.
Благодаря телескопу «Kepler» теперь мы знаем, что звезды над нами окружены планетами. И мы можем быть уверены не только в огромном множестве экзопланетных соседей, но и в том, что приключение только начинается.
Вступление
Долгое время было затруднительно обнаружить такие планеты, т.к. они слишком малы и невидны на таком огромном межзвездном расстоянии. К примеру, до ближайшей звезды нужно лететь четыре с половиной года со скоростью света. Все такие планеты были обнаружены только в Млечном пути на различных расстояниях. Самая ближайшая из них является Альфа Центавра B b, примерное удаление от нас 4,36 световых года. Большинство обнаруженных экзопланет похожи на газовые гиганты Юпитер и Нептун.
По мнению многих ученых, общее количество таких планет в нашей галактике Млечный путь может достигать примерно 100 миллиардов, а до 20 миллиардов таких планет можно отнести к классу «землеподобных». Существует мнение, что около 34 % всех солнецеподобных звезд могут иметь землеподобные планеты в обитаемой зоне. Самая большая вероятность обнаружить обитаемую планету это, поиски вблизи коричневых карликов. Такие погасшие звезды самые старые в нашей галактике, их возраст может достигать до 14 миллиардов лет, а планеты в этих солнечных системах намного древнее нашей Земли.
История открытия экзопланет
Первым в истории сообщением о существовании некоего небесного тела у другой звезды, был астроном Мадрасской обсерватории, капитан В.С.Джейкоб. Сделанные им записи в 1855 году сообщали, что есть высокая вероятность существования космического тела размером с планету в системе 70 Змееносца (двойная система). Позднее в 1890 году Томас Дж. Си, астроном из Чикагского университета подтвердил догадку Джейкоба. Он сообщил, что двойная система 70 Змееносца имеет некий невидимый спутник звезды, с периодом обращения в 36 лет. Однако проведенные расчеты астрофизика Ф.Р.Мультона опровергают наличия экзопланеты в данной системе и по состоянию на 2014 год они не опровергались.
В 1916 году астроном Эдуард Барнард обнаружил звезду, которая представляла собой быстро смещающуюся красную точку на звездном небе. Эта небольшая звезда имеет массу меньшую, чем Солнце в 7 раз. Исходя их этого в 1960-х годах, астроном Питер Ван де Камп попытался вычислить у «Летящей звезды Барнарда» ее спутник. Он сообщил, что звезда имеет свой спутник с массой как у . Новые расчеты Дж. Гейтвуда в 1973 году опровергли наличия у этой звезды своих массивных планет.
Благодаря развитию науки в 1980 годах астрономы стали применять новые методы для обнаружения потенциальных экзопланет. В частности поиски начали с применением высокоточных спектрометров и новых научных методов.
В 1989 году сверхмассивная планета (или коричневый карлик) была найдена Д. Латамом около звезды HD 114762 A. Однако её планетный статус был подтверждён только в 1999 году.
Первые потонциальные к жизни планеты - Драугр и Полтергейст - были обнаружены у нейтронной звезды Лич (PSR 1257+12), их открыл астроном Александр Вольшчан в 1991 году. Эти планеты были признаны вторичными, возникшими уже после взрыва сверхновой.
В 1995 году астрономы Мишель Майор (Michel Mayor) и Дидье Келос (Didier Queloz) с помощью сверхточного спектрометра обнаружили покачивание звезды Гельвеций (51 Пегаса) с периодом 4,23 сут. Планета Димидий, вызывающая покачивания, напоминает Юпитер, но находится в непосредственной близости от светила. В среде астрономов планеты этого типа называют «горячими юпитерами».
В дальнейшем путём измерения лучевой скорости звёзд и поиска их периодического доплеровского изменения (метод Доплера) было обнаружено несколько сотен экзопланет.
В августе 2004 года в системе звезды Сервантес (μ Жертвенника) была обнаружена первая планета - горячий нептун Кихот. Она обращается вокруг светила за 9,55 суток, на расстоянии 0,09 а. е., температура на поверхности ~ 900 K (+626 °C), масса ~ 14 масс Земли.
Первая сверхземля, обращающаяся вокруг нормальной звезды (а не пульсара), была обнаружена в 2005 году около звезды Глизе 876. Её масса - 7,5 масс Земли.
В 2004 году было получено первое изображение (в инфракрасных лучах) кандидата в экзопланеты у коричневого карлика 2M1207.
13 ноября 2008 года впервые удалось получить изображение сразу целой планетной системы - снимок трёх планет, обращающихся вокруг звезды HR 8799 в созвездии Пегаса. Это первая планетная система, открытая у горячей белой звезды раннего спектрального класса (А5). Все открытые ранее планетные системы (за исключением планет у пульсаров) были обнаружены вокруг звёзд более поздних классов (F-M).
13 ноября 2008 года также впервые удалось обнаружить планету Дагон вокруг звезды Фомальгаут путём прямых наблюдений.
В 2011 году Дэвид Беннетт из Университета Нотр-Дам (Индиана, США) объявил на основе наблюдений 2006-2007 годов на 1,8-метровом телескопе Университетской обсерватории Маунт-Джон в Новой Зеландии об открытии с помощью метода микролинзирования 10 одиночных юпитероподобных планет. Правда, две из них могут быть высокоорбитальными спутниками ближайших к ним звёзд.
В сентябре 2011 года было объявлено об открытии двух подобных планет KIC 10905746 b и KIC 6185331 b любителями астрономии в рамках проекта Planet Hunters, предназначенного для анализа данных собранных телескопом «Кеплер». При этом упоминалось о 10 кандидатах в планеты, но на тот момент только два из них с достаточной степенью уверенности определялись учёными как экзопланеты. Планеты были найдены добровольными участниками проекта среди данных, которые профессиональные астрономы по тем или иным причинам отсеяли и если бы не помощь добровольцев, то эти планеты вероятно остались бы неоткрытыми.
5 декабря 2011 года телескопом Кеплер была обнаружена первая сверхземля в обитаемой зоне - Kepler-22 b.
20 декабря 2011 года телескопом Кеплер у звезды Кеплер-20 были обнаружены первые экзопланеты размером с Землю и меньше - Kepler-20 e (радиусом 0,87 земного и массой от 0,39 до 1,67 масс Земли) и Kepler-20 f (0,045 массы Юпитера и 1,03 радиуса Земли).
22 февраля 2012 года учёные из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики на расстоянии 40 световых лет от Земли открыли первую суперземлю, предположительно являющуюся планетой-океаном - GJ 1214 b. Последние данные транзитных проходов позволяют судить о наличии у GJ 1214 b протяжённой водородно-гелиевой атмосферы, низком уровне метана и слое облаков на уровне давления 0,5 бар, что не соответствует свойствам атмосферы с устойчивым доминированием водяных паров. Период обращения планеты вокруг звезды - красного карлика - 38 часов, расстояние составляет около 2 миллионов километров. Температура на поверхности планеты составляет примерно 230 °C. В 2015 году была обнаружена новая планета, похожая на молодой Юпитер.
Современные методы обнаружения экзопланет в других звездных системах
Фото «Популярная механика», нажмите для увеличения. 1. Метод Доплера - спектрометрический, стал самым распространенным методом для обнаружения потенциальных экзопланет оп массе в несколько масс Земли находящихся радом от звезды и планеты газовые-гиганты, с периодом обращения до 10 лет. Метод заключается в вычислении радиальной скорости звезды. Планета, когда вращается вокруг своей звезды, как бы раскачивает ее, смещая ее спектр (Доплеровское смещение спектра звезды). Данным методом удалось обнаружить на 2011 год 647 планет.
— этот метод заключается в наблюдении за изменением яркости звезды в момент прохождения на ее фоне планеты. Данный метод требует долгого наблюдения за звездой и если транзит был зафиксирован, то требуется неоднократное его подтверждение. Плюсом такого метода является определение размеров планеты, состав и наличие атмосферы (с применением спектрографа). Минусом данного метода является возможность увидеть планету только если она находится в одной плоскости при наблюдении. На 2011 год было обнаружено 185 потенциальных планет.
При вычислении подобных объектов требуется, что бы между предполагаемой планетой и наблюдателем на Земле находилась другая звезда (играющая роль линзы). В том случае, если у звезды-линзы есть спутники планеты, то наблюдается асимметричная кривая блеска. Этот метод применяется крайне редко, но при его помощи можно вычислить планеты с Земной массой.
На 2011 год данным методом вычислили 13 планет.
предполагает изменение пространственного движения звезды под воздействием гравитационного потенциала планеты. В основном этим методом производится уточнение массы и размер ранее обнаруженной экзопланеты, в частности были уточнены размеры Эпсилона Эридана b.
Крайне сложный метод обнаружения планет Земной группы, он заключается в измерении направленных пучков энергии излучаемых от пульсара. Если вокруг пульсара вращается некая планета, то излучаемый сигнал, имеет особенный осциллирующий характер. На 2010 год обнаружили 5 планет у двух пульсаров.
6. Прямое наблюдение.
Данным методом можно вычислить планеты удаленные от своей звезды на расстоянии от 10 до 100 астрономических единиц. Удаленный планеты достаточно горячи поэтому изображение тяготеет к выбору звёзд. Ярким примером обнаружения стала планетарная система HR 8799. Ученые из NASA предполагают, что «Космический телескоп имени Джеймса Уэбба» с 6,5 метровым зеркалом сможет напрямую распознавать экзолпнеты и наличие у них атмосферы.
Типы экзопланет обнаруженных астрономами
Благодаря огромным размерам, такие газовые гиганты проще обнаружить у далеких звезд современными методами.
Первая планета газовый гигант «Горячий Юпитер», стала 51 Пегаса. Находится она в планетарной системе со спокойной звездой в 50 световых годах от Земли.
Первую планету, вращающуюся вокруг пульсара PRS B1257+12, обнаружили в 1994 году с помощью радиотелескопа с расстояния в 800 световых лет от Земли. Пульсар это не простая звезда, а быстровращающийся стробоскоп, образовавшийся после взрыва сверхновой. Предполагается, что зарождение жизни на таких планетах крайне мала т.к. экзопланеты находятся в зоне крайне высоких энергий излучаемых пульсаром.
Данные типы планет имею массу до 10 масс Земли. Первой такой обнаруженной планетой, стала пара планет возле звезды PSR B1257+12.
Предполагается, что планета Суперземля имеет чрезвычайно тектоническую активность. Астрономы из Гарвард-Смитсонсково университета разрабатывают теорию, что на таких планетах тонкие тектонические плиты.
Эксцентрические планеты
Солнечная система довольно четко сбалансирована. Планеты в ней вращаются по ровным орбитам. Обнаруженные эксцентрические странные планеты не вращаются по ровному кругу вокруг звезды. Их орбита то приближается к звезде, то удаляется.
Такие планеты имеют массу от 10 до 20 от массы Земли, то есть как Нептун или Уран. В отличии от «Холодного Нептуна» горячий Нептун находится ближе к звезде.
Такие планеты могут быть двух типов. Планета с жидкой водой покрытая полностью или почти полностью.
Вторым вариантом может быть планета океан как «Горячий Нептун» но расположенная ближе к звезде. Такое расположение не дает воде заледенеть. Толщина водяного слоя может достигать пару тысяч километров.
Такие планеты очень близко расположены к своим звездам, покрыты они раскаленным камнем и лавой. На их поверхностях происходит настоящий Ад. К примеру, обнаруженная планета Corot-7b ближе на 23 раза к звезде, чем наш Меркурий.
В основном планеты привязаны гравитацией к звездам, но есть теория, что под действием неких процессов или столкновений, планета может оторваться от своей звезды, и пустится в свободное плавание.
Настоящим кладом для астрономов стал поиск обитаемых планет. Благодаря современной аппаратуре, ученые обнаружили ряд звездных систем с планетами похожими на . К примеру звезда 55 Рака имеет 5 подтвержденных экзопланет , а удалена от нас на расстояние всего в 41 световой год.
Какие инструменты применяются для обнаружения подобных планет
В космосе.
Кеплер – космический телескоп, диаметр зеркала 0,95 м. Задача одновременно отслеживать 100 звезд;
COROT – специализированный космический телескоп с зеркалом 0,3 м. Задача следить за отблесками звезд Метод Доплера;
Gaia – космическая обсерватория. Введена в эксплуатацию в 2013 году для построения 3-х мерной карты галактики Млечный путь, предполагается работа по поиску обитаемых планет;
Некоторые планетные системы с экзопланетами
- 51 Пегаса- первая солнцеподобная звезда главной последовательности, у которой была обнаружена экзопланета.
- υ Андромеды- первая звезда главной последовательности, у которой была обнаружена многопланетная система.
- Тау Кита- ближайшая из обнаруженных многопланетных систем (пять планет, открытие пока не подтверждено).
- ε Эридана- не считая Солнца, это третье светило из ближайших звёзд с планетой, видимое без телескопа.
- 55 Рака- на текущий момент у неё известно 5 планет, одна из которых - 55 Рака e, транзитная горячая суперземля размером 2 земных.
- μ Жертвенника- имеет одну из самых маломассивных известных планет Мю Жертвенника c, возможно, принадлежащую к планетам земной группы.
- γ Цефея- первая относительно тесная двойная звезда, у одной из компонентов которой была открыта планета Гамма Цефея A b.
- Глизе 876- первый красный карлик, у которого была обнаружена планетная система.
- HD 209458- содержит одну из самых примечательных планет - HD 209458 b («Осирис») - «испаряющуюся планету».
- OGLE-TR-56- первая звезда, планета которой была открыта транзитным методом.
- OGLE-235/MOA-53- первая экзопланета, обнаруженная благодаря эффекту гравитационного микролинзирования.
- 2M1207- вероятно, первое полученное изображение экстрасолнечной планетной системы.
- PSR 1257+12- пульсар, планетная система которого была первой из обнаруженных за пределами Солнечной системы. Одна из планет, предположительно, имеет массу всего в 0,025 земной.
- HD 188753- первая тройная звёздная система, в которой была открыта планета (HD 188753 A b).
- HD 189733- впервые в истории изучения экзопланет была составлена карта температур поверхности для планеты HD 189733 A b.
- Глизе 581 c,Глизе 581 d, HD 85512 b и Kepler-22 b - из известных в настоящее время открытых планет, они достаточно схожи с Землёй.
- KOI-961 d- наименьшая по массе (достоверной) из известных на данный момент (октябрь 2012), (<0,9 массы Земли).
- WASP-17 b- первая обнаруженная планета, которая вращается вокруг звезды в направлении, противоположном вращению самой звезды.
- COROT-7 b- первая суперземля (февраль 2009), обнаруженная транзитным методом и имеющая размер 1,58 размера Земли.
- GJ 1214 b- первая планета-океан (теоретически).
- HD 10180- звезда с максимальным числом открытых планет. На апрель 2012 года было обнаружено девять планет.
- Глизе 581 g- планета с высокой вероятностью существования жидкой воды.
- Kepler-10 b- первая железная планета (плотность планеты 8,8 г/см³).
- Kepler-11- звезда, которая находится в созвездии Лебедя на расстоянии около 613 парсеков от нас. Вокруг звезды обращается, как минимум, 6 планет.
- WASP-19 b- планета с периодом обращения вокруг звезды, равным 0,7888399 земных суток (18,932 часа).
- WASP-33 b- самая горячая экзопланета из известных на 2011 год. Температура - 3200 °C.
- WASP-43 bи GJ 1214 b - обладают самыми «тесными» орбитами. WASP-43 b - среди горячих юпитеров, GJ 1214 b - среди сверхземель. У WASP-43 b большая полуось 0,014 а. е. (2 млн км или 5 звездных радиусов). Родительская звезда WASP-43 - самая маломассивная звезда из всех, около которых вообще были обнаружены горячие гиганты. У GJ 1214 b большая полуось равна 0,014 ± 0,0019 а. е. (эксцентриситет орбиты меньше 0,27 - слабоэллиптическая орбита)
- KIC 10905746 bи KIC 6185331 b - впервые экзопланеты открыты «любителями» среди массива данных, собранных «профессионалами» (проект Planet Hunters)
- Kepler-20 eи Kepler-20 f - первые открытые экзопланеты размером с Землю и меньше, размеры Kepler-20 e составляют всего 0,87, а Kepler-20 f 1,03 радиуса Земли. Открыты телескопом Кеплер
- KOI-961 b,KOI-961 c и KOI-961 d - экзопланета у красного карлика KOI-961, радиусом 0,78, 0,73 и 0,57 радиуса Земли. Радиус KOI-961 d чуть больше, чем у Марса (0,53 радиуса Земли) .
- HD 37605 c- первый холодный юпитер, обнаруженный в 2012 году.
- 47 Большой Медведицы- система, состоящая из 3 холодных юпитеров - 47 Большой Медведицы b, 47 Большой Медведицы c и 47 Большой Медведицы d.
- GD 66 b- вероятно, первая гелиевая планета.
– планеты за пределами Солнечной системы: обнаружение и характеристика, первые открытия, классификация, методы поиска, список, Кеплер и Джеймс Уэбб.
Экзопланетами называют миры, расположенные вне нашей Солнечной системы. За последние 20 лет были найдены тысячи чужих планет при помощи мощного космического телескопа Кеплер НАСА. Все они отличаются по размерам и орбитам. Некоторые – гиганты, вращающиеся очень близко, а другие – ледяные или же скалистые. Но космические агентства сосредоточены на конкретном виде. Они ищут экзопланеты размера Земли и с расположением в зоне обитаемости.
Зона обитаемости – идеальная дистанция между планетой и звездой, позволяющая поддерживать нужную температуру для образования жидкой воды. Первые наблюдения основывались только на балансе тепла, но сейчас учитываются и прочие факторы, вроде парникового эффекта. Конечно, это «размывает» границы зоны.
В августе 2016 года ученые заявили, что нашли подходящий кандидат в экзопланеты земного типа возле звезды Проксима Центавра. Новый мир назвали Проксима b. Он превосходит Землю по массивности в 1.3 раза (скалистый). Отдален от звезды на 7.5 миллионов км, а на орбиту тратит 11.2 дней. Это значит, что планета заблокирована – всегда повернута к звезде одной стороной (как в случае с земным спутником).
Ранние открытия экзопланет
Хотя официально наличие экзопланет не подтверждали до 1990-х годов, астрономы знали, что они там есть. И это не строилось на фантазиях и сильном желании. Достаточно было посмотреть на медлительность вращения нашей звезды и планет.
Ученые владели главным механизмом – история появления Солнечной системы. Они знали, что существовало газовое и пылевое облако, не выдержавшее давления собственной гравитации и рухнувшее в себя. В момент крушения появилось и . Сохранение углового момента обеспечило ускорение для будущей звезды. Солнце вмещает 99.8% массы всей системы, а у планет – 96% момента движения. Поэтому исследователи не уставали удивляться медлительности нашей звезды.
Они начали искать исключительно звезды, напоминающие нашу. Но ранние находки в 1992 году неожиданно привели к пульсару (мертвая звезда с быстрой скоростью вращения после взрыва сверхновой) – PSR 1257+12. В 1995 году обнаружился первый мир – 51 Пегаса b. По размеру напоминал , но располагался ближе к своей звезде. Это было удивительное и шокирующее открытие. Но прошло 7 лет, и мы нашли новую планету, намекающую на то, что Вселенная богата на миры.
В 1998 году команда из Канады заметила мир образца Юпитер возле Гамма Цефея. Но ее орбитальный путь был намного меньше, чем у Юпитера, и ученые не претендовали на исследование находки.
Методы регистрации экзопланет
Астрофизик Сергей Попов о транзитных планетах, явлении гравитационного линзирования и телескопе Gaia:
Бум на данные экзопланет
Первые открытые экзопланеты представляли собою газовых гигантов (как Юпитер). Тогда ученые использовали методику лучевых скоростей. Она вычисляла уровень «раскачивания» звезды. Этот эффект создавался, если рядом с ней были планеты. Крупные экземпляры имеют большую массивность, а потому их присутствие обнаружить проще.
Перед тем как вступить в активное исследование экзопланет, земные инструменты умели измерять движение звезд до км/с. Это слишком слабо, чтобы уловить колебание, вызванное планетой. Сейчас существует более тысячи найденных миров, обнаруженных космическим телескопом Кеплер. Оказался на орбите в 2009 году и охотился 4 года. Он вышел на новую методику – «транзит». То есть, измеряет уровень уменьшения яркости звезды в момент, когда перед ней появляется планета и затеняет. Ниже показана схема, где сопоставляются методы поиска и количество открытых экзопланет.
В 2014 году появилась еще одна техника – «тест на множественность», способный ускорять процесс подтверждения кандидатуры в экзопланету. Базируется на орбитальной устойчивости. Большинство звездных транзитов связаны с наличием на орбите малых планет. Но многократно затмевающие звезды могли имитировать этот эффект и выгонять друг друга гравитацией из системы.
 Горячие Юпитеры
Это газовые гиганты, напоминающие массу Юпитера, но совершающие обороты слишком близко к звезде-хозяину. Из-за этого происходит резкий скачок температуры (7000°C). Для ученых было настоящим сюрпризом обнаружить, что этот вид довольно распространен, так как ранее полагали, что такие планеты должны вращаться во внешней линии. |
 Пульсарная планета
Такие объекты совершают орбитальные проходы вокруг нейтронных звезд – остаточные ядра крупных звезд, то есть, все, что сохранилось после взрыва сверхновой. Нет сомнений, что ни одна планета не переживет такое событие, поэтому они формируются уже после. |
|
|
 Суперземля
Это скалистые планеты, превосходящие земную массу в 10 раз. Сама приставка «супер» намекает лишь на характеристики размера, а не какие-то планетарные особенности. Поэтому среди них встречаются и газовые карлики. Первыми найденными суперземлями были два объекта, совершающих обороты вокруг пульсара PSR B1257 + 12.
|
 Эксцентрические планеты
В нашей , планеты по большей части имеют довольно равномерные круговые орбиты. Однако, экзопланеты, найденные до сих пор, могут иметь гораздо более эксцентричные орбиты, двигаясь то близко, то в отдаление от звезды. Если идеальный круг имеет значение эксцентриситета равное ноль, то примерно половина экзопланет имеет эксцентриситет 0,25 или более. Эти эксцентричные орбиты могут привести к довольно экстремальным тепловым волнам. Например, HD 80606b, которая примерно в четыре раза больше Юпитера и находится на расстоянии примерно в 200 световых лет от Земли, имеет эксцентриситет примерно 0,93. Таким образом, орбитальное расстояние HD 80606b меняется в промежутках от орбитального расстояния Земли до орбитального расстояния Меркурия. |
 Газовые и ледяные гиганты
К газовым относят те, что напоминают Юпитер и Сатурн. Из элементов присутствуют водород и гелий, окружающие скалистое или металлическое ядро. У ледяных, вроде Нептуна и Урана, намного меньше этих элементов, зато заметны более тяжелые. К этим типам относятся примерно 2/3 найденных экзопланет. |
 Планета-океан
Эти объекты полностью укрыты водным слоем. Скорее всего, с самого начала это были ледяные миры, появившиеся на большой удаленности от звезды. Но что-то заставило их приблизиться. Температура поднялась и лед трансформировался воду. |
 Хтоническая планета
Изначально были газовыми гигантами, которым не повезло подойти слишком близко к звезде. Из-за этого атмосферы выгорела, оставив лишь металлическое или скалистое ядро. На поверхности может течь лава. Суперземли и хтонические планеты похожи, поэтому их иногда путают. |
|
Их еще называют «сиротами», так как не располагают главной звездой. Находятся в изоляции, потому что по какой-то причине их выбросило из системы. Ученым удалось найти всего несколько примеров, но полагают, что этот тип распространен. |
Планета-сирота
Земные приборы активно работают над поиском. У нас есть MOST и TESS НАСА, CHEOPS (Швейцария) и спектрограф HARPS. Не стоит забывать о телескопе Спитцер. Он идеален тем, что настроен на инфракрасный диапазон и способен вычислять экзопланеты по температуре и даже характеризовать атмосферные показатели. Ниже представлен список экзопланет, пригодных для жизни.
Известные экзопланеты
Мы располагаем двумя тысячами планет за пределами Солнечной системы, поэтому сложно выбрать несколько примеров. Конечно, выделяются небольшие и расположенные в зоне обитания. Но стоит вспомнить еще 5 объектов, способствующих нашему пониманию эволюционного планетарного пути.
- 51 Пегаса b – первая найденная планета, обладающая половиной массы Юпитера. Ее орбитальный путь приравнивается к маршруту Меркурия. Удаленность от звезды мала, поэтому находится в заблокированном состоянии (одна сторона всегда повернута к звезде).
- 55 Рака e – суперземля возле звезды, чья яркость позволяет наблюдать ее невооруженным глазом. Это очень хорошо, так как дает ученым возможность исследовать детали чужой системы. На один орбитальный проход уходит 17 часов и 41 минута. Объект может обладать алмазным ядром и большим количеством углерода.
- WASP-33b – интересная планета с заметной защитной оболочкой. Речь идет о стратосфере, впитывающей видимое и ультрафиолетовое свечение звезды. Ее нашли в 2011 году. Орбитальное движение противоположно звездному, что создает ощутимые вибрации.
- HD 209458 b – первая, которую удалось найти при помощи звездного транзита в 1999 году. Она также стала первой, у которой выявили атмосферную характеристику вместе с температурными показателями и отсутствием облачных формирований.
- HD 80606 b – считалась самой необычной планетой из-за странностей в орбите (будто проход кометы Галлея вокруг нашей звезды). Скорее всего, на это влияет еще одна звезда. Нашли в 2001 году. Изучите список экзопланет земного типа с указанием звезды-хозяина и расстояния от Солнца.
Список ближайших экзопланет земного типа
| Имя | Изображение | Жизнепригодность | Звезда | Расстояние от Солнца |
| Альфа Центавра B b | 1 | Предполагаемая температура поверхности: 1200 °C | Альфа Центавра B | 4,37 |
| Gliese 876 d | 2 | Предполагаемая температура поверхности: 157-377°C | Gliese 876 | 15 |
| Gliese 581 e | 3 | Из-за слишком высокой температуры скорее всего не имеет атмосферы | Gliese 581 | 20 |
| Gliese 581 c | 4 | Сомнительна. Скорей всего находится вне обитаемой зоны | Gliese 581 | 20 |
| Gliese 581 d | 5 | Возможная психропланета. Находится внутри обитаемой зоны | Gliese 581 | 20 |
| Глизе 667 Cc | 6 | Возможная мезопланета | Gliese 667C | 22 |
| 61 Девы b | 7 | 61 Девы | 28 | |
| HD 85512 b | 8 | Возможная Термопланета. Считалась наиболее жизнепригодной экзопланетой до открытия Глизе 667 Cc. | HD 85512 | 36 |
| 55 Cancri e | 9 | Слишком высокая температура из-за близости к звезде | 55 Cancri | 40 |
| HD 40307 b | 10 | Слишком высокая температура из-за близости к звезде | HD 40307 | 42 |
| HD 40307 c | 11 | Слишком высокая температура из-за близости к звезде | HD 40307 | 42 |
| HD 40307 d | 12 | Слишком высокая температура из-за близости к звезде | HD 40307 | 42 |
Посмотрите увлекательные видео про экзопланеты, чтобы исследовать их строение, внутренний состав, классификацию, особенности атмосферы и расположение в зоне обитаемости.
Внутреннее строение экзопланет
Астрофизик Сергей Попов о веществах планетарных недр, типах экзопланет и зависимости плотности от размера:
Атмосферы экзопланет
Астрофизик Сергей Попов о способах изучения атмосферы, структуре внешних слоев газовой оболочки планет и горячих юпитерах:
Зона обитаемости
Астрофизик Сергей Попов о параметрах зоны обитаемости, парниковом эффекте и перспективах поиска жизни на экзопланетах:
Как искать экзопланеты?
Как удается найти мир, по размеру напоминающий нашу планету, если он скрывается за десятками световых лет? И насколько сложно отыскать экзопланету земного типа с потенциалом для жизни? Вся грандиозность поставленной проблемы становится понятнее, если вспомнить, что крупные звезды кажутся всего лишь небольшими яркими точками. Некоторые даже в мощные телескопы не удается разглядеть.
Планеты достигают лишь небольшой части от звездной массы. Из-за этого ядерный синтез не активируется. В таком случае миры очень крошечные и темные, что еще больше усложняет работу исследователей. Приплюсуйте к этому и тот момент, что планеты обнаруживаются рядом с яркими звездами, часто закрывающие их своим свечением.
Но для ученых нет ничего невозможного и они всегда находят обходные пути. Если планету нельзя увидеть в прямое наблюдение, то остаются приметные звезды, которые влияют на орбитальный путь планеты. В начале 20-го века астрономы выявили конкретные критерии поиска, но только в последнее время телескопы достигли нужной чувствительности, чтобы применить их на практике и не ошибаться. Какие же есть методы? Перечислим их:
С развитием техники ученым удается открывать все больше экзопланет, чье количество начинает исчисляться уже тысячами. Именно поэтому важно уметь группировать объекты, чтобы разбираться в характеристиках. Но у нас до сих пор мало информации о далеких планетах, поэтому само определение остается неточным.
Астрофизик Сергей Попов об открытии экзопланет, астрономическом спутнике «Кеплер» и спектральных измерениях
Спутники экзопланет
Астрофизик Сергей Попов об образовании Луны, методах регистрации спутников и потенциальной обитаемости экзолун:
Что собою представляет планета?
Давайте разберемся в том, что такое планета. В 2006 году вышел документ Международного астрономического союза (МАС), в котором говорилось, что объект для планетарного статуса должен соответствовать нескольким критериям:
- совершает обороты вокруг Солнца;
- обладает необходимой массой, чтобы закрепить круглую форму;
- устранил мусор и чужеродные объекты с орбиты;
Эти условия появились только после того, как Майк Браун обратил внимание на несколько миров на окраине Солнечной системы. По размеру они напоминали . Пришлось пересмотреть определение и Плутон автоматически перенесли в категорию карликовых планет.
Важно отметить, что это решение не восприняли с энтузиазмом и одобрением. За Плутон заступались не только ученые, но и простые люди. Особенно сильно протестовал Алан Стерн. Он был главным исследователем миссии «Новые горизонты», посетившей Плутон в 2015 году. Он много раз заявлял, что «устранить чужеродные объекты» – слишком расплывчатое требование. Ведь на Земной орбите есть астероиды. Да и фото продемонстрировали сложный и интересный мир, на котором видны горы, замороженные озера и прочие планетарные атрибуты.
Но в МАС отказались что-то менять и сказали, что карликовые планеты представляют такой же научный интерес. Они также упомянули такие крупные тела, как и , на которых заметно много интересных особенностей.
В 2017 году Стерн и несколько других ученых предложили более усовершенствованное определение: «Планета – субзвездный массивный объект, лишенный ядерного синтеза и обладающий достаточной собственной гравитацией, чтобы сформировать сфероид».
Первую экзопланету заметили в 1992 году недалеко от PSR B1257+12 (пульсар). А вот планету у звезды главной последовательности (51 Пегаса b) обнаружили в 1995 году. С того момента телескопу Кеплер удалось отыскать тысячи «земных» планет и проживающих в зоне обитаемости (есть необходимые условия для того, чтобы вода сохранялась в виде жидкости).
Но он также выявил широкое разнообразие планет. Например, были распространены горячие юпитеры. Некоторые были невероятно древние. Достаточно вспомнить PSR 1620-26 b, которая уступает по возрасту Вселенной всего на миллиард лет. Есть те, кому не повезло проживать чересчур близко к звезде, и их атмосфера напоминает ад на Венере. Были найдены экземпляры, которым удается совершать обороты вокруг двух или даже трех звезд сразу.
Конечно, становится понятно, что при таком планетарном разнообразии очень сложно следовать единой системе классификации. Прежде всего исследователи учитывают предрасположенность к наличию жизни. Такие числятся в списке обитаемых экзопланет.
Вот только для этого нужно знать два параметра: массу и орбиту. К сожалению, современная техника все еще не обладает необходимой мощностью, чтобы изучать чужие атмосферы, если только объект не расположен близко и недостаточно крупный. Но все может измениться с появлением в 2018 году телескопа Джеймс Уэбб.
Многообразие планет
Астрофизик Сергей Попов о газовых и ледяных гигантах, системах двойных звезд и одиночных планетах:
Классификация экзопланет
Какие существуют типы экзопланет и что собою представляет классификация? Наверное, самая популярная та, которой пользовались в «Звездном Пути»: населенная планета – класс М. Следуя этой схеме, имеем:
- D – планетоид или спутник, лишенный атмосферы.
- H – непригодная для жизни.
- J – газовый гигант.
- К – есть жизнь или используются купольные камеры.
- L – есть растительность, но нет животных.
- M – наземная.
- N – серная.
- R – изгой.
- T – газовый гигант.
- Y – токсичная атмосфера и высокий температурный показатель.
Если взять научные схемы, то для распределения используют массу или разнообразие элементов. Массу получают на основе наблюдений в телескоп. Ее вычисляют по лучевой скорости, улавливаемой спектрографами. В таком случае, классификация выглядит так:
Малые планеты, спутники и кометы:
- астероид: меньше 0.00001 земной массы.
- меркурианский тип: от 0.00001 до 0.1 земной массы.
Земная группа (скалистые):
- субтерран: 0.1-0.5 земной массы.
- терран (земли): 0.5-2 земных масс.
- супертерран: 2-10 земных масс.
Газовые гиганты:
- Нептун: 10-50 земных масс.
- Юпитер: 50-5000 земных масс.
Эволюция экзопланет
Астрофизик Сергей Попов об изменениях орбит планет, сверхземле в Солнечной системе и превращении звезды в красного гиганта:
Современные методы изучения экзопланет
Астрофизик Сергей Попов об открытии экзопланет, астрономическом спутнике «Кеплер» и спектральных измерениях: