Усилия астрономов обнаружить экзопланеты заставляют сделать вывод что раванда
Экзопланеты: другие миры
Экзопланеты — это планеты, находящиеся за пределами Солнечной системы. Долгое время они существовали только в теории и научной фантастике. Казалось, что невозможно обнаружить планеты, находящиеся на таком большом расстоянии от нашей Солнечной системы, потому что они в миллиарды раз слабее святятся, чем звезды. Однако в последние два десятилетия астрономы успешно разработали методы косвенного обнаружения, большинство из которых основаны на измерении воздействия экзопланет на родительские звезды.
В 1992 году астрономы сообщили о первом объекте размером с планету, обнаруженным около пульсара PSR1257+12, который находится на расстоянии 2000 световых лет от нас. Три года спустя пришло известие о первой известной экзопланете, похожей на Юпитер. Эта экзопланета, получившая название «Димидий», была обнаружена у солнцеподобной звезды 51 Pegasi, которая находится на расстоянии всего 50 световых лет от Земли.
С тех пор скорость обнаружения экзопланет начала быстро расти. Это произошло благодаря разработке основных методов обнаружения, которые включают как наземные, так и космические обсерватории. Однако охота на планету которая похожа на нашу Землю все еще продолжается.
В чем сложность поиска экзопланет?
Как обнаружить объект размером с планету, вращающийся вокруг звезды на расстоянии десятков световых лет?
Сложность этой задачи очевидна, потому что даже если посмотреть на звезды в самый мощный телескоп, то они покажутся не более чем точками света.
В свою очередь, планеты имеют значительно меньшую массу, чем звезды, и в них не протекают реакции термоядерного синтеза. Отсутствие свечения и небольшой размер сами по себе затрудняют их обнаружение с Земли, но добавьте к этому тот факт, что экзопланеты находятся рядом со своими звездами, и задача наблюдения за ними становится почти невозможной.
Из-за того, что экзопланеты не могут наблюдаться непосредственно, ученые начали следить за звездами и искать незначительные эффекты, которые орбитальные планеты способны оказать на них. Астрономы искали некоторые из этих эффектов с рассвета 20-го века, но только за последние десять лет инструменты стали достаточно чувствительными, чтобы наконец-то их обнаружить.
Методы обнаружения экзопланет
Доплеровская спектроскопия
Метод Доплера, также известный как доплеровская спектроскопия, является наиболее успешным методом обнаружения экзопланет. Он измеряет колебания звезды из-за гравитационных эффектов орбитальных планет.
Было бы неверно утверждать, что планеты вращаются вокруг звезд, на самом деле эти объекты вращаются вокруг своего общего центра масс. Из-за того, что звезды гораздо массивнее планет, общий центр масс находится к ним очень близко, и звезда имеет лишь небольшую, круговую или эллиптическую орбиту.
Колебания звезды могут быть обнаружены благодаря смещению ее спектра. Когда звезда движется к Земле, ее свет смещается в сторону синей части спектра (синее смещение), а когда звезда движется от Земли, ее свет отклоняется к красной части спектра (красное смещение). Это называется эффектом Доплера.
Наблюдая за этими сдвигами в течение определенного периода времени, может появиться регулярный паттерн, сигнализирующий, что планета или другой объект вращается вокруг звезды.
Стоит отметить, что доплеровская спектроскопия позволяет обнаружить только небольшую часть существующих экзопланет. Например, крупные планеты, расположенные в непосредственной близости от звезды, а также планеты-гиганты.
Транзитный метод
Этот метод обнаруживает далекие экзопланеты за счет измерения затемнения звезды, когда вращающаяся планета проходит между ней и Землей. Прохождение планеты между звездой и Землей называется «транзитом». Если такое затемнение обнаруживается через регулярные интервалы и длится фиксированный промежуток времени, то весьма вероятно, что планета вращается вокруг звезды и проходит перед ней один раз в каждый орбитальный период.
Преимущество этого метода в том, что он дает больше информации о найденных экзопланетах, чем доплеровская спектроскопия. Поскольку размер звезды известен, любое уменьшение яркости может дать достаточно точную оценку размера планеты.
Кроме того, состав атмосферы планеты может быть определен путем анализа света, который поглощается элементами при прохождении через атмосферу. Комбинируя результаты транзитного метода и доплеровской спектроскопии, можно получить оценку размера, массы и состава планет.
Однако есть еще несколько методов, для обнаружения и уточнения характеристик экзопланет. К ним относятся:
Типы экзопланет
Экзопланеты обычно классифицируются по трем характеристикам:
Классификация по массе
Классификация по орбите
Классификация по составу
Поскольку у астрономов нет точных данных о составе ядра, коры, мантии, плотности и т.д., то экзопланеты обычно классифицируются как:
Сколько обнаружено экзопланет
На сегодняшний день около 4000 экзопланет были обнаружены и признаны «подтвержденными». Тем не менее существует около 3000 других «кандидатов», которые требуют дальнейших наблюдений, чтобы точно сказать, реально ли они являются экзопланетами.
Поскольку первые экзопланеты были обнаружены в начале 1990-х годов, число известных экзопланет удваивалось примерно каждые 27 месяцев.
Список ближайших экзопланет земного типа
Обнаружение тысяч планет за пределами нашей солнечной системы считается большим достижением для человечества. Однако самые большие открытия еще впереди…
Экзопланеты
Экзопланеты – это планеты, которые находятся вне нашей Солнечной системы. Они вращаются не вокруг нашего Солнца, а около других звезд. На данный момент исследователями космоса открыто более 3000 экзопланет в различных созвездиях. В одной только нашей галактике их может быть примерно сто миллиардов. Примерно пятая часть из них может оказаться похожей на Землю.
Как их ищут и находят
По сей день главным оборудованием для поиска экзопланет является спутник «Кеплер». У него вообще нет других задач кроме как мониторить космос и искать там другие планеты. Ведь каждая новая экзопланета, подобная Земле, может оказаться шансом на то, что мы не одиноки во Вселенной. Из более чем трех тысяч подобных объектов, 250 имеют как минимум схожую с нашим домом поверхность или строение, а некоторые – даже размеры.
Проще всего Кеплер находит массивные объекты, так как они сильнее меняют блеск звезды, вокруг которой вращаются. Именно это и отслеживает спутник. Поэтому не удивительно, что большая часть обнаруженных экзопланет весят больше, чем Юпитер, и лишь небольшое количество по размерам и массе напоминают Землю. Также важно расстояние от планеты до звезды. Если она находится слишком далеко, то исследовать ее, скорее всего, не получится.
Экзопланеты
Методы поиска экзопланет
Непосредственное наблюдение. Данный метод пока даже не используется. Так как ни один даже самый инновационный телескоп пока не позволяет рассмотреть экзопланеты, находящиеся рядом со своими звездами. Так как свечение звезды попросту затмевает их. Однако уже сейчас на стадии проектирования и разработки находятся так называемые звездные коронографы, которые будут этот свет слегка приглушать.
Измерение яркости звёзд. Понять, вращаются ли вокруг небесного светила планеты, нам помогает измерение яркости их свечения. Но это не совсем точный метод, так как он даст результаты только в том случае, если плоскость данной планеты будет ориентирована на нас.
Фиксация положения звезды. Наверное, ни для кого не секрет, что планеты также притягивают звезды, а не только наоборот. Естественно, гравитационное влияние их на столь массивные объекты очень мало, но все же оно есть и звезда немного смещается. И наши астрономы уже смогли вычислить даже такие ничтожные величины.
Определение скорости звёзд. Исходя из предыдущего пункта, звезда, притягиваемая собственным спутником, начинает двигаться по очень малой орбите. Увидеть этот процесс можно с помощью метода спектрального анализа.
Гравитационное микролинзирование. Это также не очень эффективный метод, так как он сработает только тогда, когда между нами и наблюдаемым объектом будет находится другая звезда. Таким образом она отклонит свет, исходящий от того небесного светила, что мы исследуем, и создаст эффект линзы. Далее останется дело за малым – измерить яркость свечения нужной нам звезды.
Пульсары. Во время радиоисследования данных космических объектов можно выявить, есть ли вокруг него планеты с помощью характерного изменения сигнала.
Гравитационное микролинзирование
Есть ли там жизнь?
Главной загвоздкой в исследовании нашей Солнечной системы всегда было то, что ее планеты попросту не с чем было сравнивать. Сейчас же различных экзопланет открыли очень много.
Большое количество новых объектов раскололо научное сообщество на два лагеря. Первые говорят о том, что мы единственная во всей Вселенной разумная форма жизни. Вторые отвечают, что такого просто не может быть, и, хотя бы на некоторых из тех планет должна существовать жизнь.
Сейчас нельзя подтвердить ни ту, ни другую теорию. Мы не можем ни доказать, ни опровергнуть существование жизни на экзопланетах.
Заключение
Само по себе открытие всех этих экзопланет уже является одним из самых важных за всю историю исследования космоса. Ведь оно доказало, что во Вселенной есть еще планеты, и что наша Солнечная система не единственная, а лишь одна из многих. Это дало некоторым людям надежду на то, что мы не одни во Вселенной. Пусть этого пока не доказать научными методами, но надежда есть, и она вполне обоснована. Как бы там ни было, открытие экзопланет – первый большой шаг в изучении космоса.
Методы обнаружения экзопланет
Обнаружение планет за пределами Солнечной системы является чрезвычайно трудным делом с традиционными методами наблюдения. Во-первых, потому, что планеты едва ли излучают свет сами по себе и поэтому видны только по отражению сияния своей звезды. Во-вторых, потому, что эти планеты находятся рядом со звездой, которая излучает огромное количество света и полностью заглушает слабое сияние планеты. Наконец, поскольку есть проблема атмосферной турбулентности, что значительно усложняет измерения для наземных телескопов.
По всем этим причинам поиски внесолнечных планет действительно могли начаться только в конце XX века новыми методами и приборами беспрецедентной точности.
Метод радиальной скорости
Метод радиальной скорости основан на возмущениях, которые планета вызывает при движении своей звезды. В самом деле, так же как звезда оказывает гравитационное воздействие на планету, последняя создает равную и противоположную силу на звезду. Очевидно, что звезда намного массивнее планеты, и поэтому влияние этой обратной силы чрезвычайно слабое.
Изменения в положении звезды под воздействием этого планетарного возмущения очень малы и их слишком трудно обнаружить в настоящее время. Поэтому метод радиальной скорости стремится измерять небольшие изменения в скорости, а не в положении звезды.
Очень эффективным способом для этого является использование эффекта Доплера. Действительно, изменения скорости звезды вдоль нашей линии прицеливания переводятся, благодаря эффекту Доплера, в небольшие смещения длины волны видимого спектра звезды. Поэтому теоретически достаточно идентифицировать определенные линии этого спектра и наблюдать небольшие изменения их длины волны с течением времени, чтобы вывести из них наличие гравитационного возмущения другим телом.
Очевидно, что эти колебания всегда очень малы и обычно обнаруживаются только тогда, когда планета производит значительные гравитационные возмущения. Это ограничивает метод лучевой скорости для массивных планет типа газового гиганта и только в том случае, если эти планеты находятся ближе к своей звезде, чем Меркурий от нашего Солнца. Когда эти условия выполняются, очень точные спектроскопические наблюдения могут выявить планету и предоставить приблизительно ее массу и информацию о ее орбите.
Метод транзита
Второй основной метод обнаружения экзопланет является наблюдение за возможным транзитом, то есть прохода планеты точно между звездой и Землей по ее орбите. Очевидно, что прохождение планеты не является непосредственно наблюдаемым с учетом задействованных расстояний, но когда это происходит, видимая яркость звезды немного уменьшается, потому что небольшая часть ее поверхности временно скрыта, и точные измерения может обнаружить эту ситуацию.
Этот метод дает более точную информацию о массе и орбите планеты, чем предыдущий. Это также позволяет рассчитать размер планеты: чем она больше, тем больше отмечается временное снижение яркости.
К сожалению, метод транзита может выявить только планеты, которые проходят точно между их звездой и Землей, что редко. Это также ограничено довольно большими планетами, потому что маленькая земная планета не вызовет падения яркости, которое легко обнаружить в данный момент.
Эффект гравитационного микролинзирования
Классический эффект гравитационной линзы возникает, например, когда близкая звезда проходит точно между Землей и более отдаленной звездой. Согласно общей теории относительности, лучи света, которые приходят к нам от далекой звезды, слегка отклоняются при прохождении ближайшей. Это может создавать оптические эффекты, такие как множественные изображения далекой звезды или увеличение ее видимой яркости.
Гораздо более редкая ситуация возникает, когда близкая звезда сопровождается планетой, которая способствует отклонению световых лучей. В этом случае анализ конечного изображения может выявить искажения, которые внесла планета, и, следовательно, обеспечивает косвенный метод обнаружения последнего.
Эффект гравитационного микролинзирования вычисляет массу планеты и ее приблизительное расстояние от звезды. Этот метод требует идеального выравнивания между двумя звездами и поэтому является относительно ограниченным. Тем не менее он имеет огромное преимущество в том, что он способен обнаруживать планеты, которые меньше и дальше от своей звезды, поскольку он не зависит от гравитационных возмущений или измерения светимости.
Что такое экзопланеты и как ищут жизнь во Вселенной
Что такое экзопланета
В слове «экзопланета» приставка «экзо» означает «вне», «снаружи». Получается, что экзопланеты — это все планеты за пределами Солнечной системы. Большинство из них, как и Земля, вращаются вокруг звезд, но встречаются и не привязанные к орбите определенной звезды.
Большинство открытых экзопланет находятся в одном регионе нашей Галактики — внутри Млечного пути. При помощи мощных телескопов ученые измеряют размеры планет, их состав и поверхность. Большая часть открытых экзопланет состоят из тех же элементов, что и планеты Солнечной системы. Отличаются только комбинации и соотношение: на некоторых больше воды и льда, на других — железа и углерода. При этом нет ни одной планеты, которая была бы идентична Земле или другим телам Солнечной системы.
Первую экзопланету обнаружили в 1992 году. С тех пор астрономы идентифицировали тысячи планет, и их число постоянно растет. С Земли не всегда просто обнаружить новые тела: не хватает мощности телескопов, и обзор может перекрываться звездами или другими планетами. Количество открытых небесных объектов может увеличиться в разы, как только ученые наладят технологию запуска космических роботизированных телескопов, которые будут отправлять на Землю данные о своих наблюдениях. Часть таких телескопов уже запущена в космос, но развитие направления поможет ускорить процесс открытия и изучения небесных тел.
Какие бывают типы экзопланет
Наша Галактика состоит из огромного количества звезд — не менее 100 млрд, включая Солнце. Если представить, что вокруг каждой звезды вращается минимум одна планета, то количество неоткрытых экзопланет представляется астрономическим. При этом ученые предполагают, что у каждой звезды есть своя система, в которую входит сразу несколько планет. В таком случае количество экзопланет внутри одного Млечного Пути может составлять триллионы.
Тысячи лет до нашего поколения люди догадывались о существовании планет за пределами Солнечной системы. Сейчас мы точно знаем, что экзопланеты существуют и их много, но все еще не можем добраться ни до одной из них. У ближайшей к Земле звезды — Проксима Центавры — есть минимум одна планета. Вероятно, это планета земного типа, и на ней может находиться вода. Но лететь до нее придется более четырех световых лет, при этом ученые пока не могут с точностью описать свойства планеты и сказать, подходит ли она для жизни. Остальные экзопланеты находятся на расстоянии сотен или тысяч световых лет от нас, и посетить их пока нет никакой возможности.
С момента открытия первой экзопланеты прошло почти 30 лет, но мы до сих пор не знаем о всем разнообразии существующих планет. Поэтому их деление скорее условно.
Газовые гиганты
В космосе встречаются газовые гиганты, наподобие Юпитера и Сатурна. Сейчас известно о 1367 экзопланетах такого типа. Самые известные из них:
51 Pegasi b — газовый гигант с атмосферной температурой более 1000 °C. Первая открытая планета из тех, что вращаются вокруг звезд солнечного типа.
KELT-9 b — cамая горячая известная экзопланета. Температура на дневной стороне может подниматься до 4600 °C. Находится на расстоянии 667 световых лет от Земли.
Нептунианские экзопланеты
Маленькие планеты с атмосферой, на которых преобладают водород и гелий. Открыто 1484 планеты, самые известные:
Kepler-1655 b — экзопланета, похожая на Нептун. Полный оборот вокруг звезды (то есть, один год) на Кеплере, проходит за 11,9 дней. Экзопланету открыли в 2018 году.
GJ 436 b — экзопланета, которая находится относительно близко к Земле: лететь до нее придется 32 года.
Суперземли
Экзопланеты из газа, горных пород и их комбинаций, которые в несколько раз больше Земли. Открыто 1346 планет, самые известные:
Barnard’s Star b — вторая самая близкая к Земле экзопланета, лететь до нее шесть лет. Планету открыли в 2018 году. Она в 3,2 раза больше нашей планеты. Звезда, вокруг которой вращается экзопланета, дает ей только 2% энергии, которую получает Земля от Солнца.
GJ 15 A b — экзопланета, которая вращается вокруг звезды красного карлика в 11 световых годах от Земли. В ее системе есть еще одна планета, что делает ее ближайшей к нам суперземлей со своей системой.
Планеты земного типа
Скалистые тела, похожие на Землю, Марс или Венеру. Открыто 164 планеты, самые известные:
TRAPPIST-1 e — ее масса составляет 60% массы Земли, а год на планете длится 6,1 дня. Планету открыли в 2017 году.
TRAPPIST-1 d — как и Земля — третья планета от своей звезды. Скалистая планета с температурой поверхности около 2290 °C.
Как ищут экзопланеты
Экзопланеты находят при помощи мощных телескопов, которые располагаются на Земле или летают в космосе. Изучение неба через космический телескоп обсерватории NASA «Кеплер» показало, что в Млечном пути находится больше планет, чем звезд. Данные рассчитывались через статистическую оценку. Сейчас ученым известно, что в Галактике сильно распространены маленькие планеты. Однако открывать их сложно: в силу их размера они могут быть не видны в телескоп. Все усложняется тем, что от них, в отличие от звезд, не исходит света. Вдобавок яркий свет звезды может скрывать планету: это как пытаться рассмотреть пылинку на включенной лампе.
Чтобы найти экзопланету, астрономы пытаются обнаружить признаки нахождения планеты у материнской звезды. Свойства звезды могут меняться, если вокруг нее вращается планета. Во-первых, планета влияет на вращение: звезда начинает немного раскачиваться, и специальное оборудование может уловить это движение. Планета — единственное, что может повлиять на такое изменение. Во-вторых, мощный телескоп может поймать небольшую тень, которая исходит от планеты на звезду. Существуют и другие способы поиска, но эти два считаются основными и применяются чаще всего.
Несмотря на существование таких способов, ученым пока не хватает мощностей, чтобы открыть все планеты. До сих пор не было обнаружено ни одной системы, похожей на Солнечную. Вероятно, это говорит о том, что современные телескопы не могут уловить маленькие планеты. К тому же многие из них вращаются на далеком от звезд расстоянии, и на них почти не падает свет, что делает их поиск почти невозможным с далекого расстояния.
Актуальные прогнозы исследований экзопланет
Мощные телескопы и технологии нового поколения помогут открыть все большее количество экзопланет. Они помогут приблизить нас к поиску планет, похожих на Землю: такие вращаются относительно далеко от звезд и имеют маленькие размеры.
Космический телескоп Джеймса Уэбба
Гигантский телескоп размером с теннисный корт будет запущен в космос из Французской Гвианы в 2021 году. Телескоп будет наблюдать Вселенную в инфракрасном свете, изучать формирование планетных систем и состав атмосфер экзопланет. Ожидается, что он станет главным космическим инструментом нынешнего десятилетия.
Космическая платформа: телескоп Нэнси Роман
В середине 2020-х годов в космос запустят электростанцию телескопов, которая поможет лучше изучить экзоланеты. Окно зрения этой станции будет в 100 раз превышать окно самого мощного телескопа NASA, который сейчас занимается поиском планет. Главная цель — изучение темной материи и темной энергии, но в рамках своей программы он будет делать и фотографии экзопланет. С его помощью начнут исследовать плотные звезды Млечного Пути, а на их фоне можно поймать и новые планеты.
Зачем изучать экзопланеты
Теоретически, изучение экзопланет поможет ответить на вопрос: «одни ли мы в этой Вселенной?». Поиск новых планет — одно из самых быстроразвивающихся направлений астрономии. Изучение разных космических тел поможет лучше понять, как устроена Солнечная система, как она сформировалась, и есть ли в мире похожие группы планет. А также, существует ли планета, настолько похожая на Землю, что на нее можно переехать.
В погоне за этими ответами ученые делают новые открытия и раскрывают детали Вселенной. В частности, находят возрастные планеты и делают предположения о том, как может развиваться Солнечная система и какие у нее сроки жизни.
Основная цель направления — поиск признаков жизни во Вселенной. Небо экзопланет может содержать элементы, которые помогут ответить на этот вопрос.
Экзопланеты: сколько их найдено и где искать жизнь?
Недавно астрономы сделали первое в истории изображение молодой солнечной звезды в сопровождении двух гигантских экзопланет. Она очень похожа на нашу, но на гораздо более ранней стадии ее развития. Почему это событие так важно? Что из себя представляют экзопланеты? Есть ли земли, подобные нашей планете? Как ищут и зачем? И где можно искать жизнь вне нашей Солнечной системы?
Читайте «Хайтек» в
Многие из этих новых планет очень отличаются от тех, которые вращаются вокруг нашего Солнца, и даже архитектура экзопланетных систем мало похожа на нашу. Прошло время, и огромное количество информации было найдено в некоторых из этих далеких миров. Что еще более примечательно, так это то, насколько быстро область экзопланетных исследований выросла за относительно короткий период времени.
Экзопланеты — что это такое?
Экзопланета — это планета за пределами нашей Солнечной системы. Экзопланета вращается вокруг своей звезды — аналогу нашего Солнца. Вместе со звездой одна или несколько экзопланет составляют Солнечную систему, подобную нашей. Расстояние от ближайшей планеты до принимающей звезды может быть больше или меньше, чем у Меркурия, а дальние планеты могут располагаться дальше Сатурна и Плутона и быть больше Юпитера — так или иначе, экзопланета, одна или несколько образуют со своей звездой Солнечную систему.
Какими бывают «другие» Солнечные системы?
Как ищут экзопланеты?
В 2006 году была запущена первая космическая миссия, посвященная экзопланетным исследованиям, — миссия под названием CoRoT. В течение нескольких месяцев после запуска CoRoT обнаружил свою первую планету, горячий юпитер, вращающийся вокруг звезды, подобной Солнцу. В следующие несколько лет CoRoT поставил экзопланетные исследования из космоса на устойчивую основу с постоянным обнаружением необычных планет.
Методы обнаружения экзопланет становятся все более точными.
Метод транзита позволяет телескопам измерять сияние, чтобы подтвердить присутствие планет вокруг звезды, поскольку при каждом прохождении планеты перед звездой происходит потемнение. Циклические изменения в яркости показывают прохождение планеты между Землей и звездой.
Астрометрия — это метод, который обнаруживает движение звезды путем точных измерений ее положения на небе. Этот метод также может быть использован для идентификации планет вокруг звезды путем измерения крошечных изменений в ее положении, когда она колеблется вокруг центра масс планетной системы.
Обнаружение с помощью гравитационного микролинзирования происходит, когда гравитационное поле звезды искривляет пространство-время, которое отклоняет свет от далекой звезды позади. Этот эффект виден только в том случае, если две звезды выровнены относительно Земли. Если у звезды, которая действует как линза, есть планета, поле планеты может иметь небольшой, но заметный эффект.
Прямое обнаружение экзопланет основано на изображениях высокого разрешения и высокой контрастности с использованием адаптивной оптики.
Сколько во Вселенной экзопланет? Какие они бывают?
К концу 2019 года было найдено и подтверждено более 4 000 экзопланет. Некоторые из них массивны, как Юпитер, но находятся на орбите гораздо ближе к своей звезде, чем Меркурий к нашему Солнцу. Другие экзопланеты — скалистые или ледяные, а у многих просто нет аналогов в нашей Солнечной системе.
По большей части экзопланеты состоят из тех же самых элементов, которые составляют планеты в нашей солнечной системе, хотя с различными балансами состава, которые придают каждой экзопланете свои отличительные качества. Существует четыре первичные классификации экзопланет, включая нептуноподобные миры, миры с планетами, похожие на горячий Юпитер, миры с суперземлями и миры с планетами-аналогами Земли.
Суперземля — это планета с массой от 1 до 10 масс Земли. Классификация суперземли относится только к массе планеты, но ничего не говорит о ее поверхностных условиях или пригодности для жизни.
Первые суперземли, две экзопланеты с массами, в четыре раза превышающими массы Земли, были обнаружены на орбите вокруг пульсара PSR B1257+12 в 1992 году.
Первая суперземля вокруг звезды главной последовательности была открыта командой под руководством Эудженио Риверы в 2005 году. Она вращается вокруг Gliese 876 и получила обозначение Gliese 876 d (два газовых гиганта размером с Юпитер ранее были обнаружены в этой системе). Планета имеет оценочную массу 7,5 массы Земли и очень короткий орбитальный период всего около 2 дней. Из-за близости Gliese 876 d к звезде-хозяину, красному карлику, Gliese 876 d может иметь температуру поверхности 430–650 Кельвинов (156,85–376,85 °C) и может поддерживать жидкую воду.
Это был первый красный карлик, у которого была обнаружена планетная система. Вероятно, массивные планеты-гиганты вообще нетипичны для подобных звезд. С тех пор были открыты десятки суперземель, масса которых составляет всего 1,9 массы Земли.
В апреле 2007 года ученые объявили об открытии двух новых суперземель вокруг Gliese 581, на краю обитаемой зоны вокруг звезды, где жидкая вода может оказаться возможной на поверхности.
Gliese 581 c массой по меньшей мере в 5 масс Земли и расстоянием до своей звезды до 11 млн км (0,073 астрономических единиц) находится на «теплой» границе обитаемой зоны. Последующие исследования показали, что Gliese 581 c, вероятно, перенес мощнейший парниковый эффект, такой же, что и Венера.
Астрономы предположили, что суперземли могут быть более геологически активными, чем наша планета, и испытывать более энергичную тектонику из-за более тонких плит, которые находятся под большим напряжением. Те, кто занят поиском инопланетной жизни, в восторге от суперземель из-за возможности того, что они могут быть каменистыми и, возможно, обитаемыми, в отличие от газовых гигантов.
Мини-нептун (иногда известный как газовая карликовая планета или переходная планета) — это экзопланета, от 2 до 10 масс Земли с плотностью менее 1. Планеты этого типа меньше Урана (14,5 массы Земли) и Нептуна (17,1 массы Земли).
Мини-нептун — газовый карлик, на котором жидкий океан окружен густой атмосферой водорода и гелия и небольшим скалистым ядром. Хотя недавнее открытие показало, что мини-нептуны, которых все считали газовыми планетами, могут быть суперземлями со скалистым ядром, которое окружено водой в сверхкритическом состоянии. Такое состояние вода принимает при очень высоких давлениях и температурах.
Планеты по своим размерам и массой между Землей и Нептуном не существуют в нашей Солнечной системе, но они, кажется, распространены в других частях Вселенной. Они представляют собой нечто среднее между каменистыми планетами нашей солнечной системы и ее ледяными гигантами. В итоге астрономам удалось проанализировать атмосферу одного из этих «средних» отдаленных миров, которые известны как класс «мини-нептуны». Результаты рецензирования были объявлены 2 июля 2019 года и опубликованы в журнале Nature Astronomy 1 июля 2019 года.
Мини-нептун — планета Gliese 3470 b — вращается вокруг своей звезды — красного карлика. Планета весит примерно 12,6 земных масс, что делает его гораздо более массивной, чем Земля, но менее массивной, чем Нептун в нашей солнечной системе (17 масс Земли). Если поместить Gliese 3470 b в нашу Солнечную систему, он будет прекрасно подходить между Землей и Нептуном с точки зрения размера. Считается, что на планете есть большое скалистое ядро, похороненное под глубокой, сокрушительной атмосферой водорода и гелия.
Однако ученые периодически задаются вопросом: Gliese 3470 b — мини-нептун в том виде, в каком он упоминается сейчас, или это суперземля?
Еще пример мини-нептунов — Кеплер-11f имеет массу 2,3 массы Земли и плотность 0,69, такую же, как у Сатурна, масса которого составляет 95 Земли. Эти свойства класса, эта экзопланета в категории мини-нептун или газообразных карликов, которые имеют жидкий океан, окруженный густой атмосферой водорода и гелия и небольшого скалистого ядра.
Горячие юпитеры — это газовые планеты-гиганты с периодом обращения менее 10 дней. Короткий период означает, что горячие юпитеры очень близки к своим звездам-хозяевам. Обычно они находятся на расстоянии обычно менее 0,1 астрономических единиц, что составляет одну десятую расстояния от Земли до Солнца. Горячие юпитеры доминировали в открытиях планет в течение, по крайней мере, одного десятилетия, потому что их легче всего найти с помощью метода радиальной скорости (допплера) и метода транзита.
Согласно современным моделям формирования планет, технически горячие юпитеры не должны существовать. Газовый гигант не может сформироваться так близко к своей звезде, потому что гравитация, радиация и интенсивный звездный ветер должны препятствовать слипанию газа вместе.
Тем не менее, они существуют; из более чем 4 000 подтвержденных экзопланет, обнаруженных на сегодняшний день, до 337 могут быть горячими юпитерами.
Одним из возможных решений является то, что горячие юпитеры образуются дальше, где строительных материалов достаточно, а затем мигрируют на свои текущие позиции. Миграция горячих юпитеров может быть вызвана разными механизмами. Есть мнение, что причиной является дисбаланс токов в протопланетном диске. Некоторые ученые считают, что орбиты горячего юпитера возбуждаются до очень высокого эксцентриситета (числовая характеристика орбиты небесного тела, которая характеризует «сжатость» орбиты).
Однако новое исследование, представленное на 233-м заседании Американского астрономического общества в Сиэтле, подтверждает идею, которая противоречит предыдущим представлениям о формировании планет, но набирает обороты в этой области.
Гигантские планеты, которые вращаются вокруг своих звезд, возможно, за несколько дней сформировались в месте, близком к их солнцам, вместо того, чтобы сформироваться в отдалении и позже мигрировать к звезде.
Работа, опубликованная 5 октября 2018 года в The Astrophysical Journal Letters, показывает, что такие гигантские планеты, называемые горячими юпитерами, могут образовываться в месте, близком к их звездам, и оставаться там на протяжении всей своей жизни, не испаряясь.
В 2017 году был обнаружен мир, похожий на Юпитер, настолько горячий, что планета испаряется своей собственной звездой. С дневной температурой более 4 315,556 °C (4 600 Кельвинов), KELT-9b — это планета, которая горячее, чем большинство звезд. Но его голубая звезда типа А, называемая KELT-9, еще горячее — фактически она, вероятно, распадает планету за счет испарения.
В 2019 году был установлен новый рекорд среди орбит горячих юпитеров. Судя по исследованию, газовый гигант под названием NGTS-10b вращается вокруг своей звезды так близко, что он совершает полный оборот за 18,4 часа. Открытие делает эту Солнечную систему невероятной лабораторией для изучения приливных взаимодействий между звездой и опасно близкой гигантской экзопланетой.
До научного поиска и изучения внесолнечных планет эта возможность существования планет, подобных Земле, обсуждалась лишь в философии и научной фантастики. Принцип заурядности предполагает, что планеты, подобные нашей, должны быть распространены во Вселенной, в то время как гипотеза уникальной Земли предполагает, что они чрезвычайно редки. Тысячи экзопланетных звездных систем, обнаруженных до сих пор, сильно отличаются от нашей солнечной системы, пока подтверждают гипотезу уникальной Земли.
Философы отмечают, что размер вселенной таков, что где-то должна существовать почти идентичная планета. В далеком будущем люди могут использовать технологию для искусственного получения аналога Земли путем терраформирования. Теория мультивселенной предполагает, что аналог Земли может существовать в другой Вселенной или даже быть другой версией самой Земли в параллельной Вселенной.
Судя по исследованию от 4 ноября 2013 года, может существовать 40 000 000 000 планет размеров Земли, вращающихся вокруг своих звезд в зонах обитаемости в пределах Млечного пути. Ближайшая такая планета может быть на расстоянии 12 световых лет. Астрономы предоставили результаты на основе данных миссии Кеплера.
Научные находки с 1990-х годов сильно повлияли на область астробиологии, модели обитаемости планет и поиск внеземного разума (SETI).
Мы знаем только одну планету, на которой есть жизнь — Земля. И на нашей планете вода является важнейшим компонентом жизни, каким мы его знаем. В то время как астрономы до сих пор не уверены, есть ли жизнь на других планетах, они сужают поиск потенциально обитаемых миров, используя несколько критериев.
Поскольку наша концепция жизни — Земля, астрономы ищут планеты с характеристиками, подобными ей. Такими, например, как жидкая вода. Но небесный объект может вращаться только так близко (как Меркурий) или так далеко (как Плутон) от своей звезды, что вода прежде испарится или замерзнет на его поверхности, чем там сможет образоваться жизнь. Зона обитаемости — это диапазон расстояний с правильными температурами, чтобы вода на планете оставалась жидкой. Ученые надеются, что такие открытия в зоне обитаемости, как планеты размером с Землю Кеплер-186f, приведут нас к воде — и однажды к инопланетной жизни.
Если где и можно найти жизнь, то, скорее всего, это будут экзопланеты в зоне обитаемости.
Будущее изучение экзопланет: основные миссии и их задачи
JWST (James Webb Space Telescope)
Миссия NASA/ESA/CSA космического телескопа Джеймса Вебба в связи с запуском в 2021 году обеспечит игровые изменяющие новые возможности для наблюдения экзопланет и их атмосфер. С набором из четырех приборов, работающих на инфракрасных длинах волн, Уэбб будет использовать несколько методов для исследования этих внесолнечных тел.
Высокочувствительные спектроскопические наблюдения транзитных планет — с аналогичными характеристиками в отношении размера и массы — откроют эру сравнительной планетологии для экзопланет.
Уэбб будет характеризовать атмосферы экзопланет путем регистрации спектров поглощения, отражения и излучения на инфракрасных длинах волн для планет, охватывающих диапазон размеров от суперземель до газовых гигантов. Он будет использовать тот факт, что на этих длинах волн молекулы в атмосферах экзопланет обладают большим количеством спектральных характеристик, предоставляя наблюдателям богатый набор диагностических инструментов, многие из которых недоступны с Земли.
Уэбб также сможет напрямую визуализировать некоторые молодые и массивные экзопланеты, вращающиеся на больших расстояниях от их родительской звезды, чем большинство транзитных. Три из инструментов Уэбба обладают высококонтрастными возможностями визуализации (в двух случаях это осуществляется с помощью коронографа), чтобы свести к минимуму блики родительской звезды и упростить изображение планеты. Наблюдения с несколькими инфракрасными фильтрами предоставят много информации об этих планетах, их свойствах и механизмах их формирования.
Комбинируя точные измерения радиусов PLATO для большой выборки планет с соответствующими планетарными массами, определенными из наземных наблюдений, ученые смогут исследовать разнообразие существующих планет. Эти наблюдения также позволят ученым определить объемный состав большого числа малых планет, изучить, насколько они похожи на Землю, и исследовать их обитаемость.
Открывая планеты, вращающиеся вокруг ярких звезд, PLATO станет первооткрывателем для последующих миссий, ищущих сигнатуры жизни — эти типы планет являются лучшими кандидатами для последующих спектроскопических измерений для измерения структуры и состава атмосфер планет.
Находящийся в разработке космический телескоп, который планируется запустить в 2028 году в рамках четвертой миссии среднего класса Cosmic Vision Европейского космического агентства. Планируется, что с помощью телескопа будут исследованы не менее 1 000 экзопланет при помощи транзитного метода.
С момента запуска в 2028 году ARIEL будет предназначена для проведения высокоточных наблюдений с использованием одновременной фотометрии в видимой области спектра и спектроскопии в ближней инфракрасной области волн. Она будет наблюдать и изучать около 1 000 преимущественно горячих и горячих транзитных газовых гигантов, Нептунов и суперземель вокруг ряда звездных типов и архитектур планетных систем.
С этим набором космических телескопов, которые будут запущены в течение следующего десятилетия, мы можем ожидать приближения к обнаружению «Земли 2.0», в то же время добавляя более странные и неожиданные планеты в коллекцию экзопланет. Впереди захватывающие времена.
Зачем изучать экзопланеты?
«Мы одни во Вселенной?» — это один из самых глубоких вопросов, который может задать человечество. Открытие первой экзопланеты, вращающейся вокруг такой звезды, как наше Солнце, было сделано в 1995 году, и сегодня исследование экзопланет является одной из наиболее быстро растущих областей в астрономии.
Изучение разнообразного спектра экзопланет и планетных систем, которые были обнаружены на сегодняшний день — от малых до больших, от тех, которые кажутся земными, до глубоко причудливых — не только помогает нам узнать о том, как эти конкретные системы формировались и развивались, но и предоставляет важные подсказки к пониманию того, может ли и где существовать жизнь где-либо еще во Вселенной.