|
Экзопланеты и все с ними связанное
|
|
|
|
Человечество довольно рано догадалось, что в небе есть звезды, и их очень много. Затем эта мысль дополнилась рассуждением, что звезды похожи на наше Солнце или когда-то были похожи. Затем стало понятно, что Земля и прочие планеты вращаются вокруг Солнца, и возникает резонный вопрос: «А почему вокруг остальных звезд не могут вращаться планеты?» Теория не видела в возможном существовании планет за пределами Солнечной системы никаких проблем, но науке всегда нужны факты. И со временем факты нашлись.
|
|
|
|
Что такое экзопланета? Все просто до безобразия – это планета за пределами Солнечной системы, которая вращается вокруг звезды. Термин был образован от сокращения extra solar planet, то есть внесолнечная планета. Но не стоит путать: не все, что за пределами Солнечной системы, – это экзопланета, есть еще и небесные тела – сироты, так называемые планемо, которые путешествуют по космосу вне орбиты материнской звезды.
|
 |
|
Какие бывают экзопланеты? Они бывают очень разные. Космический телескоп Кеплер наблюдал всего два созвездия – Лебедь и Лиру — в течение 8 лет, но обнаружил около тысячи кандидатов в экзопланеты. А созвездий у нас 88, да и в этих двух еще есть что открывать.
|
|
|
|
Таким образом, экзопланет много, и они разные. Способы обнаружения, о котороых мы поговорим позже, не дают нам с точностью определить состав, атмосферу и природу открытых планет. Что уж говорить, мы не можем даже непосредственно увидеть экзопланету. Но даже через косвенные признаки и данные можно составить классификацию.
|
|
|
|
Два главных класса экзопланет – маленькие каменные планеты и планеты-гиганты. Если применить эту классификацию к нашей Солнечной системе, то к первым пойдут Венера, Меркурий, Земля и Марс, а ко вторым – Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун.
|
|
|
|
Каждый из классов можно разделить на целый ряд подклассов. Разберем самые основные.
|
|
|
|
Хтоническая планета
|
|
|
|
Хтоническая планета — это газовый гигант, стремительно падающий на материнскую звезду. В центре у газового гиганта находится маленькое плотное ядрышко, которое удерживает вокруг себя огромные массы газообразного вещества. Постепенно приближаясь к материнской звезде, газовый гигант начинает испарять свою оболочку, пока не остается одно ядро.
|
|
|
|
Сверхземли
|
|
|
|
Главный и единственный критерий, по которому можно причислить планету к сверхземле, – это ее масса. Такие планеты обычно тяжелее Земли в разы, но при этом сильно меньше газового гиганта. В отличие от хтонических планет, таких небесных тел обнаружено довольно много, причем в 2007 году астрономы нашли сверхземлю Глизе 581-с в зоне обитаемости.
|
|
Горячий юпитер
|
|
|
|
Название всем известной планеты написано с маленькой буквы не по ошибке, горячий юпитер — это не конкретная планета, а целый планетарный класс. В отличие от нашего газового гиганта, горячие юпитеры располагаются почти вплотную к материнской звезде, которая разогревает их атмосферу до 1500 К. Из-за ряда особенностей, в частности, большого размера, горячих юпитеров обнаружено очень много.
|
|
Холодный юпитер
|
|
|
|
Именно к этому классу относится оригнальный Юпитер и Сатурн – холодный юпитер находится на таком расстоянии от звезды, что большую часть своего тепла он получает от внутренних процессов, а не от излучения.
|
|
Ледяной гигант
|
|
|
|
Такие планеты тоже есть у нас в системе: Уран и Нептун типичные представители ледяных гигантов – планет с большим размером и удалением от родной звезды. В силу того, что лучи слабо обогревают такие планеты, почти вся их поверхность скована льдами, причем не только водяными, но и метановыми и сероводородными.
|
|
Список видов экзопланет можно продолжать еще очень долго. Есть и планеты-океаны, и углеродные планеты, и горячие с холодными нептуны, и многое, многое другое. Но мы поговорим о том, как их обнаруживают.
|
|
Способы обнаружения экзопланет
|
|
|
|
Проведем простой эксперимент. Как-нибудь, в теплую летнюю ночь, желательно, на юге, причем возле Экватора, поднимите глаза к ночному небу. Что вы увидите? Все верно, мириады звезд. Разных звезд – ярких и не очень, одиночных и в созвездиях. Но практически все, кроме Меркурия, Юпитера, Луны и, может быть, Марса, будут звездами.
|
|
|
|
Точно так же дела обстоят и с гигантскими телескопами в обсерваториях. Звезды, благодаря своим размерам и излучению, практически полностью забивают все обозримое пространство космоса, и планеты, которые светятся очень слабым, отраженным светом, просто не видны на их фоне. Так что если и есть где-то цивилизация нашего уровня развития, то она, скорее всего, догадывается о наличии Юпитера и Сатурна возле Солнца, но не более.
|
|
|
|
Но экзопланеты находятся, и весьма достоверно. Для этого у нас есть несколько способов.
|
|
|
|
Самый плодовитый – транзитный, или метод транзитной фотометрии. Дело в том, что у каждой звезды есть такой показатель, как светимость. Грубо говоря, светимость – это весь свет, излучаемый звездой в единицу времени. Но если между телескопом наблюдателя и звездой проходит какое-то небесное тело, то на момент прохождения светимость падает. И если этот процесс повторяется периодически, то значит — вокруг звезды вращается планета. У этого способа есть плюсы и минусы. Главный плюс – возможность определения размеров экзопланеты. Минус – чтобы с точностью определить наличие планеты с большим периодом обращения, например, как Юпитер (12 лет), придется наблюдать за звездой очень долго.
|
|
|
|
Метод Доплера. Названый в честь австрийского математика Кристиана Доплера, этот метод заключается в измерении спектрального смещения звезды под влиянием планеты. Законы тяготения работают в обе стороны, и на нас в том числе, поэтому не только Земля притягивает нас, но и мы Землю. Так же и в паре планета — звезда. Вращение массивной экзопланеты смещает лучевую радиальную скорость материнской звезды, и на приборах видно, как планета раскачивается то в красную область спектра, то в фиолетовую. Метод Доплера позволяет, вместе с транзитным, определить плотность планеты, но опять же – только если она достаточно большая.
|
|
|
|
Гравитационное микролинзирование. Этот способ завязан на наличии между телескопом астронома и наблюдаемой звездой еще одной звезды, которая работает как гравитационная линза. Но если у звезды-линзы есть собственная планета, то свет наблюдаемой звезды будет характерно искажен.
|
|
|
|
Ну и наконец, экзопланету можно просто-напросто увидеть. Сами по себе планеты — очень слабые источники света, так что небесные тела земного типа обнаружить таким методом очень сложно. Наиболее вероятные объекты, которые можно обнаружить, – гиганты, размерами больше Юпитера, которые достаточно удалены от звезды, и сами по себе испускают лучи инфракрасного спектра.
|
|
|
|
До 2014 года лидерство по количеству открытых экзопланет делили между собой метод Доплера, или метод радиальных скоростей, и транзитный метод. В 2014 году, благодаря флагману поиска экзопланет – телескопу Кеплер, транзитный метод ушел далеко вперед.
|
|
|
|
Интересный факт: информация, полученная Кеплером, столь обширна, что ее в свободном доступе предоставляют для изучения всем желающим. Так, проект Planet Hunters помог обнаружить уже три экзопланеты.
|
|
Возможность жизни и перспективы колонизации
|
|
|
|
Естественно, обывателей в меньшей степени интересуют горячие нептуны и методы обнаружения экзопланет. Главный интерес публики – возможность жизни и колонизации далеких небесных тел.
|
|
|
|
Всего на июнь 2017 года открыто 3614 экзопланет. Из них напоминают Землю – 216. Вполне есть из чего выбрать. Но предположительная колонизация и возможность существования жизни ограничена целым рядом параметров.
|
|
Зона обитаемости
|
|
|
|
Привыкшие все мерить по себе, земные астрономы вывели концепцию зоны обитаемости. Суть концепции в том, что у каждой звезды должна быть определенная зона, планеты в которой могут быть обитаемы.
|
|
|
|
Главное условие зоны обитаемости – существование воды в жидком виде. Поэтому планета должна быть достаточно близко к звезде, чтобы вода не замерзала, и достаточно далеко, чтобы не испарялась. Для вычисления центра обитаемой зоны даже выведено уравнение, которое выглядит как dAU=vLstar/Lsun, где d – средний радиус обитаемой зоны, Lstar – светимость звезды, а Lsun – светимость Солнца.
|
|
|
|
Всего в списке пригодных для жизни экзопланет, по рейтингу Университета Пуэрто-Рико, 52 планеты. Одна из них – миниземля TRAPPIST – 1d, 21 планета, сопоставимая с Землей, и 30 суперземель.
|
|
|
|
Основные критерии – состав планеты, температура поверхности, размеры и атмосфера. Планеты оцениваются по степени схожести с Землей, и даже выведен специальный числовой критерий, который складывается из всего вышеуказанного. Если планета набирает от 0,8 до 1 по индексу подобия Земле, то ее смело можно заносить в список потенциальных колоний. Итак, выбирайте себе по вкусу, господа колонисты!
|
|
Kepler-438b
|
|
|
|
Был рекордсменом по схожести с Землей до 2016 года. Его ESI (Earth Similarity Index) – 0.88. Сама планета находится в 470 световых годах от Земли в созвездии Лиры, причем родительская звезда у Kepler-438b всего лишь в два раза меньше Солнца. Сама планета находится в обитаемой зоне звезды, по размерам превышает Землю на 12%.
|
|
Проксима Центавра b
|
|
|
|
Родная звезда этой планеты – Проксима Центавра, самая близкая к Солнцу. Сама планета, как и светило, расположена в 4,22 световых года от нас. По индексу схожести Проксима Центавра набирает 0.85 и уверенно держится в топе.
|
|
TRAPPIST-1 d
|
|
|
|
На данный момент планета TRAPPIST, обнаруженная телескопом, больше всех прочих похожа на нашу родную Землю. Она также третья от своей материнской звезды, чуть уступает Земле по размерам и очень близка по составу. Предположительная температура поверхности — +15 градусов по Цельсию.
|
|
|
|
К сожалению, наличие подходящих планет для колонизации – далеко не самый главный барьер на пути заселения человеком Вселенной. Даже до Проксима Центавры b при нынешних технологиях потенциальным колонистам лететь очень и очень долго. И пока мы не научимся эффективно преодолевать расстояния хотя бы в 10 световых лет, о покорении экзопланет говорить рано.
|
|
|
|
Вариаций экзопланет еще очень много. Но самые большие открытия ждут нас впереди – на Земле уже сейчас подготавливаются амбициозные международные проекты по созданию гигантских телескопов и космических обсерваторий, которые будут способны видеть то, что мы не можем обнаружить сейчас. А ведь я еще не упомянул, что у экзопланет есть спутники.
|
|
|
|
Источник
|
