Что такое экзопланеты: какие они?

Здравствуйте, любители космоса!

В этой статье пойдет речь об экзопланетах.

Экзопланеты — это планеты, вращающиеся вокруг далеких звезд за пределами нашей Солнечной системы, и сегодня астрономы подсчитали, что на каждую звезду, которую мы видим в ночном небе, приходится в среднем по крайней мере одна экзопланета, вращающаяся вокруг нее.

Концепция экзопланет вряд ли нова: еще в 1584 году итальянский философ Джордано Бруно предположил, что пространство заполнено «бесконечностью миров, подобных нашему».

Сможем ли мы когда-нибудь найти жизнь за пределами Земли?

Что делает планету пригодной для жизни?

За прошедшее столетие множество авторов, телережиссеров и кинопродюсеров разворачивали свои истории на планетах за пределами нашей Солнечной системы.

Но летом 1991 года казалось, что экзопланеты вот-вот превратятся из научной фантастики в научный факт.

Как была открыта первая экзопланета?

Наблюдения, проведенные в обсерватории Джодрелл-Бэнк (Jodrell Bank) в Чешире, по-видимому, обнаружили планету, вращающуюся вокруг пульсара, плотного остатка взорвавшейся звезды.

Пульсары названы так потому, что благодаря их быстрому вращению лучи света, которые они излучают, проходят через Землю через равные промежутки времени.

С нашей точки зрения, пульсары кажутся мерцающими, как луч маяка, и скорость, с которой импульсы видны с Земли, подразумевает скорость вращения пульсара.

К сожалению, команда Jodrell Bank вскоре обнаружила систематическую ошибку в программном обеспечении, используемом для анализа данных о пульсарах.

После исправления обнаруживаемое «торможение» вращения пульсара, которое, как считалось, было связано с массой невидимой планеты, исчезло.

Тем не менее, сразу после того, как Эндрю Лайн (Andrew Lyne) из Jodrell Bank официально отказался от результатов своей группы на собрании Американского астрономического общества в Атланте в январе 1992 года, за ним на сцену вышел Александр Вольщан (Aleksander Wolszczan), главный автор статьи, в которой подробно описывалось его собственное обнаружение по меньшей мере две планеты вокруг другого пульсара.

Это должно было стать первым подтвержденным открытием экзопланеты.

Вольщан особенно интересовался «миллисекундными пульсарами», которые совершают сотни оборотов в секунду.

Ему было трудно разработать достаточно точную математическую модель, чтобы объяснить, как ведет себя один конкретный миллисекундный пульсар, обозначенный как PSR B1257+12.

«Каждый раз, когда я придумывал модель, а затем собирал дополнительные данные, модель не могла предсказать время прихода импульсов», — говорит он.

После почти месячного периода сосредоточенных наблюдений Вольщан начал замечать регулярные сбои в скорости, с которой импульсы достигали Земли.

У многих пульсаров есть карликовые звезды-компаньоны, дающие материал и энергию, но Вольщан понял, что наблюдаемые особенности этих импульсов лучше всего объясняются существованием вокруг звезды «объектов с двумя планетарными массами».

В отличие от команды Джодрелл Бэнк, Вольщан знал, что его результат не был просто результатом «чего-то в программном обеспечении для анализа данных», поскольку ранее он наблюдал другой двойной пульсар, который не показывал таких же нарушений.

Вместе с коллегой-астрономом Дейлом Фрэйлом (Dale Frail) выводы Вольщана были независимо подтверждены несколько месяцев спустя.

Затем в 1995 году Мишелем Майором (Michel Mayor) и Дидье Кело (Didier Queloz) впервые была обнаружена экзопланета вокруг солнцеподобной звезды — 51 Pegasi.

Этот «горячий Юпитер» — массивный газовый гигант на близкой орбите вокруг своей родительской звезды — также стал полной неожиданностью.

Что экзопланеты говорят о нашей Солнечной системе?

Находя различные типы экзопланет, астрономы могут узнать гораздо больше о нашей собственной Солнечной системе.

Мы знаем, что, например, «горячие юпитеры» не могли сформироваться так близко к своим звездам, поэтому они должны были сформироваться дальше и приблизиться.

Это говорит о том, что планеты могут перемещаться из своих первоначальных мест формирования, и есть предположение, что в первые дни нашей собственной Солнечной системы было много движений: Юпитер и Сатурн приближались, Нептун и Уран, возможно, вытеснялись и даже менялись местами.

Предполагается даже, что этот балет газовых гигантов, вероятно, вызвал Позднюю тяжелую бомбардировку, период (примерно через полмиллиона лет после образования Солнечной системы), во время которого огромное количество материала было выброшено на внутренние планеты.

Есть также множество типов экзопланет, таких как большие «суперземли», которых нет в нашей Солнечной системе.

На самом деле, чем больше мы узнаем о других звездных системах, тем более необычной кажется наша собственная Солнечная система.

Сколько существует экзопланет?

На сегодняшний день обнаружено и подтверждено более 4300 экзопланет, но их число продолжает расти.

Масштабы этого постоянно растущего списка означают, что астрономы теперь могут заменить некоторые термины в уравнении Дрейка, которое, как известно, пытается подсчитать количество активных, коммуникабельных внеземных цивилизаций во Вселенной.

Если планета, похожая на Землю, на орбите, подобной Земле, является наиболее вероятным местом для обнаружения сложной внеземной жизни, мы можем быть вполне уверены, что такие среды действительно существуют в довольно большом количестве по всей Галактике.

Но достаточно ли этого для существования жизни?

Найдем ли мы когда-нибудь жизнь за пределами Земли?

Крайности экзопланет

Какие самые близкие, самые большие и странные экзопланеты еще не обнаружены?

Ближайшая экзопланета: Проксима b

В августе 2016 года астрономы объявили, что наш ближайший звездный сосед, красный карлик Проксима Центавра (всего 4,25 световых года от нас), каждые 11 дней вращается вокруг, возможно, каменистого мира, способного обладать жидкой водой, немного большей, чем Земля.

Самая дальняя экзопланета: SWEEPS-11

Эта гигантская газовая планета, обнаруженная космическим телескопом Хаббл вместе с SWEEPS-4 в 2006 году, имеет радиус в 1,13 раза больше радиуса Юпитера и находится на расстоянии 27 710 световых лет.

Самая маленькая экзопланета: Kepler 37 b

Kepler 37 b — самая маленькая известная экзопланета, вращающаяся вокруг звезды, подобной Солнцу.

Она вращается вокруг звезды главной последовательности в Лире, хотя предполагаемая масса PSR B1257+12 b (она же Draugr) может превзойти ее.

Самая широкая экзопланета: HAT-P-6b

HAT-P-67 b — экзопланета газового гиганта, масса которой составляет 0,34 массы Юпитера, а диаметр более чем в 2 раза превышает диаметр Юпитера.

Чтобы совершить оборот вокруг своей звезды, требуется почти 5 земных дней, но она невероятно близка к звезде: всего 0,06 а.е. (где 1 а.е. — среднее расстояние между Землей и Солнцем).

Как астрономы находят экзопланеты?

Есть несколько методов, доступных астрономам, ищущим планеты, вращающиеся вокруг далеких звезд:

Радиальная скорость

Метод радиальной скорости обнаружения экзопланеты включает наблюдение за родительской звездой, вращающейся вокруг экзопланеты, на наличие признаков колебания.

Это колебание вызвано присутствием планеты, гравитационно притягивающей звезду, что приводит к незначительному изменению положения звезды.

Астрономы используют спектрометр, чтобы измерить, насколько световые волны звезды сдвинуты из-за колебания, наблюдаемого с Земли.

Транзитный метод

Возможно, вы слышали об астрономах на Земле, наблюдающих за прохождением Меркурия или Венеры, благодаря чему можно увидеть силуэт любой из двух внутренних планет, проходящих по лику Солнца.

Транзитный метод обнаружения экзопланет почти такой же.

Он включает в себя изучение «кривой блеска» звезды-хозяина, а провалы в свете указывают на потенциальное присутствие экзопланеты на орбите.

Транзиты можно использовать для обнаружения экзопланет, но их также можно использовать, чтобы узнать о размере экзопланеты и о том, сколько времени требуется для обращения вокруг звезды.

Изучение звездного света, прошедшего через атмосферу экзопланеты на пути к Земле, может показать, что это за мир, например, какие элементы присутствуют в его атмосфере.

Прямая визуализация

Можно напрямую захватывать изображения экзопланет, вращающихся вокруг звезды, путем обнаружения света, отраженного от атмосферы экзопланеты в инфракрасном диапазоне.

Одна из проблем с этим методом заключается в том, что звезды намного ярче экзопланет и могут полностью их заглушить.

Астрономы обходят это путем прямых изображений экзопланет, которые особенно массивны и имеют широкие орбиты вдали от своей звезды, или блокируя свет от звезды-хозяина, чтобы лучше видеть экзопланеты на орбите.

Этот последний метод использовался в исследовании, в ходе которого были получены прямые изображения 4 экзопланет на орбите вокруг молодой звезды HR 8799 (смотрите анимацию выше), и о нем было объявлено в 2019 году.

Гравитационное микролинзирование

Микролинзирование было впервые предложено Эйнштейном в 1930-х годах и особенно полезно для обнаружения маломассивных экзопланет, вращающихся вокруг звезд вблизи центра нашей галактики.

Этот метод будет использоваться в предстоящем римском телескопе Нэнси Грейс (Nancy Grace Roman Telescope), запуск которого был запланирован на середину 2020-х годов.

Он работает на основе предположения, что масса искривляет пространство-время, поэтому свет от далекой звезды увеличивается и становится ярче за счет гравитационного притяжения более близкой звезды, вращающейся перед ней, как это наблюдается с Земли.

На самом деле звезда на заднем плане может казаться в 1000 раз ярче, чем она есть на самом деле.

Изменения в этой яркости могут указывать на то, есть ли планета, вращающаяся вокруг этой более близкой звезды-«линзы».

Этот метод во многом похож на гравитационное линзирование, но в меньшем масштабе.

Астрометрия

Астрометрия — это раздел астрономии, который касается измерений положения звезд и других небесных тел и их движения во времени.

Астрометрия как метод обнаружения экзопланет включает измерение положения звезды на небе.

Небольшие изменения в положении звезды могут указывать на то, что она смещается по орбите экзопланет вокруг нее.

«Каждый метод наблюдения чувствителен к определенным диапазонам экзопланет», — говорит доктор Бет Биллер (Beth Biller) из Института астрономии, чья астрономическая карьера была сосредоточена на обнаружении и исследовании экзопланет.

«Из основных методов транзит и лучевая скорость более чувствительны к объектам размером с Юпитер, расположенным ближе к звезде, в то время как прямая визуализация более чувствительна к объектам, находящимся дальше. В конце концов они встретятся».

Как астрономы называют экзопланеты?

Научные названия экзопланет обычно состоят из двух элементов: имени собственного или аббревиатуры, иногда с соответствующими цифрами, за которыми следует строчная буква.

Первый элемент — это обычное или астрономическое каталожное имя родительской звезды, вторая строчная буква (не включая «а»), обозначающая порядок планеты от звезды.

Таким образом, самая внутренняя планета вокруг изученного пульсара Вольщана — первая подтвержденная экзопланета — официально обозначена как PSR B1257+12 b.

Если у вас остались вопросы или вы хотите оставить комментарий по этой статье - напишите его в разделе комментариев ниже.

До скорых встреч! Заходите!