Экзопланеты: миры за пределами нашей солнечной системы

  1. Ранние открытия
  2. Кеплер, TESS и другие обсерватории
  3. Известные экзопланеты

Экзопланеты - это планеты за пределами нашей Солнечной системы. За последние два десятилетия были обнаружены тысячи, в основном с помощью космического телескопа НАСА «Кеплер».

Эти миры имеют огромное разнообразие размеров и орбит. Некоторые - гигантские планеты, обнимающиеся близко к их родительским звездам; другие ледяные, некоторые каменистые. НАСА и другие агентства ищут особую планету такого же размера, как Земля, которая вращается вокруг солнечной звезды в обитаемой зоне.

Обитаемая зона - это диапазон расстояний от звезды, где температура планеты допускает жидкие воды океанов, критически важные для жизни на Земле. Самое раннее определение зоны было основано на простом тепловом равновесии, но текущие расчеты обитаемой зоны включают в себя множество других факторов, включая парниковый эффект атмосферы планеты. Это делает границы обитаемой зоны «размытыми».

Астрономы объявили в августе 2016 года, что они могли найти такой планета, вращающаяся вокруг Проксимы Центавра , Исследователи утверждают, что вновь обретенный мир, известный как Проксима В, примерно в 1,3 раза массивнее Земли, что говорит о том, что экзопланета - это каменистый мир. Планета также в звезде обитаемая зона всего 4,7 миллиона миль (7,5 миллиона километров) от звезды-хозяина. Он совершает одну орбиту каждые 11,2 земных дня. В результате, вероятно, что экзопланета приливно заблокирована, что означает, что она всегда показывает одно и то же лицо к своей звезде-хозяину, так же, как луна показывает только одно лицо (ближняя сторона) к Земле.

Большинство экзопланет было обнаружено космическим телескопом Кеплер, обсерваторией, которая начала работу в 2009 году и, как ожидается, завершит свою миссию в 2018 году, когда у нее закончится топливо. По состоянию на середину марта 2018 года Кеплер обнаружил 2342 подтвержденных экзопланеты и обнаружил существование, возможно, 2245 других. Общее количество планет, обнаруженных всеми обсерваториями, составляет 3706.

Ранние открытия

Хотя экзопланеты не были подтверждены до 1990-х годов, в течение многих лет заранее астрономы были убеждены, что они там. Это было не просто желаемое за действительное, но из-за того, как медленно вращается наше собственное солнце и другие звезды, подобные ему, рассказал Space.com астрофизик из Университета Британской Колумбии Джейми Мэтьюз. Мэтьюз, ученый миссии случайного наблюдателя телескопа MOST (Микропеременность и колебания звезд), участвовал в некоторых ранних открытиях экзопланет.

У астрономов была история происхождения нашей солнечной системы. Проще говоря, вращающееся облако газа и пыли (называемое протосолярной туманностью) разрушилось под действием собственной силы тяжести и образовало солнце и планеты. Когда облако рухнуло, сохранение момента импульса означало, что будущее солнце должно вращаться быстрее и быстрее. Но в то время как Солнце содержит 99,8 процента массы Солнечной системы, планеты имеют 96 процентов углового момента. Астрономы спросили себя, почему солнце вращается так медленно.

У молодого Солнца было бы очень сильное магнитное поле, силовые линии которого доходили до диска вихревого газа, из которого будут образовываться планеты. Эти силовые линии, связанные с заряженными частицами в газе, действовали как якоря, замедляя вращение образующегося Солнца и раскручивая газ, который в конечном итоге превратится в планеты. Большинство звезд, таких как солнце, вращаются медленно, поэтому астрономы пришли к выводу, что для них произошло то же самое «магнитное торможение», что означает, что для них должно было произойти формирование планет. Вывод: планеты должны быть общими вокруг звезд, похожих на солнце.

По этой и другим причинам астрономы сначала ограничивали свои поиски экзопланет звездами, подобными солнцу, но первые два открытия были сделаны вокруг пульсара (быстро вращающегося трупа звезды, который умер как сверхновая), называемого PSR 1257 + 12, в 1992. Первое подтвержденное открытие мира, вращающегося вокруг звезды, подобной Солнцу, в 1995 году было 51 Пегаси б - планета с массой Юпитера, в 20 раз ближе к ее Солнцу, чем мы к нашему. Это был сюрприз. Но еще одна странность появилась семь лет назад, что намекало на богатство грядущих экзопланет.

Канадская команда обнаружила планету размером с Юпитер вокруг Гамма-Цефея в 1988 году, но поскольку ее орбита была намного меньше орбиты Юпитера, ученые не требовали точного обнаружения планеты. «Мы не ожидали таких планет. Это было достаточно отличается от планеты в нашей собственной солнечной системе, что они были осторожны», сказал Мэтьюз.

Большинство первых открытий экзопланет были огромными газовыми гигантами размера Юпитера (или больше), вращающимися вокруг их родительских звезд. Это потому, что астрономы полагались на технику лучевой скорости, которая измеряет, насколько звезда «качается», когда планета или планеты вращаются вокруг нее. Эти крупные планеты, находящиеся близко друг к другу, оказывают соответственно большое влияние на их родительскую звезду, вызывая более легкое обнаружение колебания.

До эры открытий экзопланет инструменты могли измерять движения звезд только до километра в секунду, слишком неточно, чтобы обнаружить колебание, вызванное планетой. Теперь, по словам Мэтьюса, некоторые приборы могут измерять скорости с сантиметра в секунду. «Частично из-за лучшего инструментария, но также и потому, что астрономы теперь более опытны в том, чтобы дразнить тонкие сигналы из данных».

Кеплер, TESS и другие обсерватории

Kepler запущен в 2009 году на главной миссии наблюдать за регионом в созвездии Лебедя. Кеплер выполнял эту миссию в течение четырех лет - удвоив первоначальное время жизни миссии - до тех пор, пока большинство его колес реакции (указательных устройств) не вышли из строя. Затем НАСА отправило Кеплера на новую миссию под названием К2, в которой Кеплер использует давление солнечного ветра для поддержания положения в космосе. Обсерватория периодически меняет свое поле зрения, чтобы избежать солнечного света. Темпы открытия планет Кеплера замедлились после перехода на К2, но все еще можно найти сотни экзопланет, использующих новый метод. Его последний выпуск данных, в феврале 2018 , содержал 95 новых планет.

Плакат "Чужие миры". Купить здесь

(Изображение: © Space.com Store)

Кеплер выявил рог изобилия разных типов планет. Помимо газовых гигантов и земные планеты , это помогло определить целый новый класс, известный как супер-Земли ": планеты размером с Землю и Нептуна. Некоторые из них находятся в обитаемых зонах своих звезд, но астробиологи возвращаются к чертежной доске, чтобы рассмотреть, как жизнь может развиваться в таких мирах. Наблюдения Кеплера показали, что супер Земли богаты нашей вселенной. (Как ни странно, наша солнечная система, похоже, не содержит планеты такого размера, хотя некоторые считают, что большая планета по прозвищу " Планета Девять "может скрываться во внешних пределах Солнечной системы.)

Основной метод поиска планет Кеплера - метод «транзит». Кеплер следит за светом звезды. Если свет тускнеет с регулярными и предсказуемыми интервалами, это говорит о том, что планета проходит по поверхности звезды. В 2014 году астрономы Кеплера (включая бывшего ученика Мэтьюса Джейсона Роу) представили новый метод «проверки множественностью», который увеличил скорость, с которой астрономы продвигают планеты-кандидаты на подтвержденные планеты. Техника основана на стабильности орбиты - многие транзиты звезды, происходящие с короткими периодами, могут быть вызваны только планетами на малых орбитах, так как многократное затмение звезд, которые могут имитировать, гравитационно вытолкнет друг друга из системы всего за несколько миллионов лет.

Когда Кеплер завершает свою миссию, новая обсерватория под названием Транзитный обзорный спутник Exoplanet (TESS) Ожидается, что его запуск начнется весной 2018 года. TESS будет вращаться вокруг Земли каждые 13,7 дня и в течение двух лет будет выполнять съемки всего неба. Он проведет обзор Южного полушария в первый год, а Северное полушарие (которое включает в себя оригинальное поле Кеплера) - во второй. Ожидается, что обсерватория покажет гораздо больше экзопланет, в том числе не менее 50, размером с Землю.

Другие известные обсерватории для охоты на планетах (прошлые и настоящие) включают в себя:

  • Спектр HARPS на 3,6-метровом телескопе La Silla Европейской южной обсерватории в Чили, первый свет которого был в 2003 году. Прибор предназначен для просмотра колебаний, которые планета вызывает при вращении звезды. Сам HARPS обнаружил более 100 экзопланет и регулярно используется для подтверждения наблюдений Кеплера и других обсерваторий.
  • Канадский телескоп "Микровариабельность и колебания звезд" (MOST), который начал наблюдения в 2003 году. MOST предназначен для наблюдения за астросейсмологией звезды или звездными землетрясениями. Но он также участвовал в открытиях экзопланет, таких как обнаружение экзопланеты 55 Cancri e.
  • CoRoT французского космического агентства (COvvection ROtation и планетарные транзиты), который работал в период с 2006 по 2012 год. Он обнаружил несколько десятков подтвержденных планет, включая COROT-7b - первую экзопланету, в которой преобладали породы или металлы.
  • Космические телескопы NASA / Европейского космического агентства Hubble и NASA Spitzer, которые периодически наблюдают планеты в видимой или инфракрасной длинах волн, соответственно. (Более подробная информация об атмосфере планеты доступна в инфракрасном диапазоне.)
  • Европейский характеризующий спутник ExOPlanets (CHEOPS), который, как ожидается, будет готов к запуску в 2018 году. Миссия предназначена для точного расчета диаметров планет, особенно тех планет, которые попадают между массами суперземли и Нептуна.
  • Космический телескоп НАСА Джеймса Вебба , который ожидается к 2020 году. Он специализируется на наблюдении в инфракрасном диапазоне. Ожидается, что мощная обсерватория расскажет больше о обитаемости атмосферы некоторых экзопланет.
  • Европейское космическое агентство Телескоп PLAnetary Transits и Колебания звезд (PLATO) , который, как ожидается, будет запущен в 2024 году. Он предназначен для изучения того, как формируются планеты и какие условия, если таковые имеются, могут быть благоприятными для жизни.
  • Миссия ESA ARIEL (Инфракрасная космическая дистанционная съемка с большой дистанционной съемкой), которая начнется в середине 2028 года. Ожидается, что будут наблюдаться 1000 экзопланет, а также будет проведен обзор химического состава их атмосфер.

Ожидается, что будут наблюдаться 1000 экзопланет, а также будет проведен обзор химического состава их атмосфер

Диаграмма, показывающая относительные размеры новых инопланетных планет, открытых Кеплером, по сравнению с Землей и Юпитером.

(Изображение: © НАСА / Тим Пайл)

Известные экзопланеты

С тысячами на выбор трудно сузить несколько. Маленькие твердые планеты в обитаемой зоне автоматически выделяются, но Мэтью выделил пять других экзопланет, которые расширили наш взгляд на то, как планеты формируются и развиваются:

  • 51 Пегаси б: Как упоминалось ранее, это была первая планета, подтвержденная вокруг звезды, похожей на Солнце. Половина массы Юпитера, он вращается вокруг своего Солнца примерно на расстоянии Меркурия от нашего Солнца. 51 Pegasi b настолько близок к своей родительской звезде, что он, вероятно, заблокирован по центру, то есть одна сторона всегда обращена к звезде.
  • HD 209458 б: Это была первая найденная (в 1999 году) планета, которая прошла свою звезду (хотя она была обнаружена методом доплеровского колебания), и в последующие годы накапливалось больше открытий. Это была первая планета за пределами Солнечной системы, для которой мы могли определить аспекты ее атмосферы, включая температурный профиль и отсутствие облаков. (Мэтьюз участвовал в некоторых из наблюдений, используя МОСТ.)
  • 55 Cancri e: эта супер-Земля вращается вокруг звезды, которая достаточно яркая, чтобы видеть глазом, а это значит, что астрономы могут изучить систему более подробно, чем почти любую другую. Его «год» длится всего 17 часов и 41 минуту (узнается, когда МОСТ смотрел на систему в течение двух недель в 2011 году). Теоретики предполагают, что планета может быть богата углеродом с алмазным ядром.
  • HD 80606 b: на момент своего открытия в 2001 году он считался самой эксцентричной экзопланетой из когда-либо обнаруженных. Возможно, что его странная орбита (которая похожа на комету Галлея вокруг Солнца) может быть связана с влиянием другой звезды. Его экстремальная орбита сделает окружающую среду планеты чрезвычайно изменчивой.
  • WASP-33b: эта планета была открыта в 2011 году и имеет своего рода «солнцезащитный» слой - стратосферу, которая поглощает часть видимого и ультрафиолетового света от своей родительской звезды. Эта планета не только вращается вокруг своей звезды "назад", но также вызывает вибрации в звезде, видимой спутником MOST.

Календарь

«     Август 2016    »
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
 

Популярные новости