Экзопланеты

Объекты глубокого космоса > Экзопланеты

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

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 Солнце и планеты. 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 Юпитер, 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.

Бум на данные

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.

Количество экзопланет, открытых разными способами

Кеплер показал, что существует множество различных объектов и предоставил богатый список экзопланет. Были не только подобные Юпитеру, но и миры земного типа. Отсюда появилось новое направление поиска – «суперземли» (по размеру колеблются от Земли к Нептуну).

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.

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

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:

1. Радиальная скорость
2. Транзитная фотометрия
3. Микролинзирование
4. Астрометрия
5. Прямое наблюдение

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.

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 Плутон. 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 Харон и Тритон, 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.

Классификация

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.