Mūsu Saules sistēma ir tikai neliels ieskats tajāpastāvīgi paplašinās Visums<
Daudzas no šīm jaunajām planētām ļoti atšķiras notie, kas griežas ap mūsu sauli, un pat eksoplanetu sistēmu arhitektūra maz līdzinās mūsējai. Laikam ejot, dažās no šīm tālajām pasaulēm tika atrasts milzīgs informācijas daudzums. Vēl ievērojamāk ir tas, cik ātri eksoplanētu pētījumu lauks ir pieaudzis salīdzinoši īsā laika posmā.
Eksoplanetes - kas tās ir?
Eksoplaneta ir planēta, kas atrodas ārpus mūsu robežāmSaules sistēma. Eksoplaneta griežas ap savu zvaigzni - mūsu Saules analogu. Kopā ar zvaigzni viena vai vairākas eksoplanetes veido tādu saules sistēmu kā mūsējā. Attālums no tuvākās planētas līdz saimnieka zvaigznei var būt vairāk vai mazāks nekā Merkuram, un tālākās planētas var atrasties tālāk nekā Saturns un Plutons un būt lielākas par Jupiteru - vienā vai otrā veidā, eksoplaneta, viena vai vairākas veido Saules sistēmu ar savu zvaigzni.
Kādas ir “citas” saules sistēmas?
- Sistēma ar vienu vai vairākām planētām.
- Sistēma ar divām zvaigznēm un vienu planētu.
- Sistēma ar planētām, kurām var būt piemēroti apstākļi ūdens stabilitātei uz to virsmas, kas ir nepieciešama mūsu pazīstamajai dzīvības sastāvdaļai.
Kā tiek meklētas eksoplanetes?
2006. gadā tika palaists pirmais kosmosa kuģiseksoplanetārajiem pētījumiem veltītā misija ir CoRoT. Dažu mēnešu laikā pēc atklāšanas CoRoT atklāja savu pirmo planētu - karsto Jupiteru -, kas riņķo ap zvaigzni kā Saule. Dažu nākamo gadu laikā CoRoT izveidoja eksoplanētu izpēti no kosmosa uz ilgtspējīga pamata, pastāvīgi atrodot neparastas planētas.
Kad NASA misija tika uzsākta 2009Kepler, zināmo planētu skaits sāka pieaugt. Kepler ir NASA kosmosa observatorija, orbitālais teleskops ar īpaši jutīgu fotometru, kas īpaši izstrādāts eksoplanetu meklēšanai.
Eksoplanētu noteikšanas metodes kļūst precīzākas.
Doplera metode(radiālie ātrumi, radiālie ātrumi). Pirmās planētas, kas atrastas Saulei līdzīgu zvaigžņu orbītā, tika atklātas, izmantojot tieši šo metodi. Vienai zvaigznei, kurai nav planētu sistēmas, smaguma centrs atradīsies zvaigznes centrā. Tomēr, kad planēta riņķo ap zvaigzni, zvaigžņu un planētu sistēmas smaguma centrs nobīdās prom no zvaigznes centra, izraisot zvaigznes "svārstīšanos" uz priekšu un atpakaļ no novērotāja perspektīvas, tāpat kā zvaigznes un zvaigznes. Planēta griežas ap to kopējo masas centru. Smalkas izmaiņas zvaigznes radiālajā (redzes līnijas) ātrumā principā var izmērīt, lai atklātu citādi neredzamu planētu klātbūtni.
Doplera metode(radiālie ātrumi, radiālie ātrumi)
Tranzīta metodeļauj teleskopiem izmērīt polārblāzmuapstipriniet planētu klātbūtni ap zvaigzni, jo katru reizi, kad planēta iet garām zvaigznei, notiek tumšums. Cikliskas spilgtuma izmaiņas norāda uz planētas pāreju starp Zemi un zvaigzni.
Tranzīta metode
Astrometrijair metode, kas nosaka kustībuzvaigznes, precīzi izmērot to atrašanās vietu debesīs. Šo paņēmienu var izmantot arī, lai identificētu planētas ap zvaigzni, mērot nelielas izmaiņas tās stāvoklī, kad tā svārstās ap planētu sistēmas masas centru.
Astrometrija
Atklāšana, izmantojotgravitācijas mikrolenēšanarodas, kad zvaigznes gravitācijas laukssaliec telpas laiku, kas aiz muguras izliec gaismu no tālas zvaigznes. Šis efekts ir redzams tikai tad, ja abas zvaigznes ir izlīdzinātas ar Zemi. Ja zvaigznei, kas darbojas kā lēca, ir planēta, planētas laukam var būt neliela, bet pamanāma ietekme.
Gravitācijas mikrolente
Eksoplanētu tieša noteikšana balstās uz augstas izšķirtspējas, augsta kontrasta attēliem, izmantojot adaptīvo optiku.
Cik eksoplanetu ir Visumā? Kas viņi ir?
Līdz 2019. gada beigām tas tika atrasts un apstiprinātsvairāk nekā 4000 eksoplanetu. Daži no tiem ir tikpat masīvi kā Jupiters, bet orbīta ir daudz tuvāk savai zvaigznei nekā Merkurs ir mūsu Saulei. Citas eksoplanetes ir akmeņainas vai ledainas, un daudzām mūsu saules sistēmā tām vienkārši nav analogu.
Eksoplanetes lielākoties sastāv no vienām un tām pašāmpaši elementi, kas veido planētas mūsu Saules sistēmā, kaut arī ar atšķirīgiem kompozīcijas līdzsvariem, kas katrai eksoplanetei piešķir tās atšķirīgās īpašības. Pastāv četras eksoplanētu primārās klasifikācijas, ieskaitot neptūnam līdzīgās pasaules, pasaules ar planētām, piemēram, karsto Jupiteru, pasaules ar superzemēm un pasaules ar planētām līdzīgajām planētām.
Superzemes
Superzeme ir planēta ar masu no 1 līdz 10 Zemes masām. Superzemes klasifikācija attiecas tikai uz planētas masu, bet neko nesaka par tās virsmas apstākļiem vai piemērotību dzīvībai.
Zeme kreisajā pusē un mākslinieka iespaids par superzemi labajā pusē. Kredīts: NASA / JPL-Caltech
Pirmās superzemes, divas eksoplanētas, kuru masa četras reizes pārsniedz Zemes masu, tika atklātas orbītā ap pulsāru PSR B1257+12 1992. gadā.
Pirmā superzeme ap galveno zvaigzniSecību atklāja komanda, kuru vadīja Eugenio Rivera 2005. gadā. Tas riņķo ap Gliese 876 un ir apzīmēts ar Gliese 876 d (šajā sistēmā iepriekš ir atklāti divi Jupitera izmēra gāzes giganti). Planētas aptuvenā masa ir 7,5 Zemes masas un ļoti īss orbītas periods ir tikai aptuveni 2 dienas. Tā kā Gliese 876 d atrodas tuvu tās sarkanajam pundurim, Gliese 876 d virsmas temperatūra var būt 430–650 Kelvini (156,85–376,85 °C), un tā var uzturēt šķidru ūdeni.
Tas bija pirmais sarkanais pundurisatklāja planētu sistēmu. Droši vien masveida milzu planētas parasti ir netipiskas šādām zvaigznēm. Kopš tā laika ir atklāti desmitiem superzemju, kuru masa ir tikai 1,9 Zemes masas.
2007. gada aprīlī zinātnieki paziņoja par divu jaunu superzemju atklāšanu ap Gliese 581, zvaigznes apdzīvojamās zonas malā, kur uz virsmas var būt šķidrs ūdens.
Gliese 581 ar vismaz 5 masu masuZeme un attālums līdz tās zvaigznei līdz 11 miljoniem km (0,073 astronomiskās vienības) atrodas uz apdzīvojamās zonas "siltā" robežas. Turpmākie pētījumi parādīja, ka Gliese 581 c, iespējams, cieta milzīgu siltumnīcas efektu, tādu pašu kā Venēra.
Astronomi ir ierosinājuši, ka superzemes varētu būtģeoloģiski aktīvāka nekā mūsu planēta, un piedzīvo spēcīgāku tektoniku plānāku plākšņu dēļ, kurām ir lielāks stress. Tie, kas meklē svešu dzīvi, ir nobijušies no superzemēm, jo pastāv iespēja, ka atšķirībā no gāzes gigantiem tie var būt akmeņaini un, iespējams, apdzīvoti.
Mini neptūns
Mini Neptūns (dažreiz pazīstams kā gāzepundurplanēta jeb pārejas planēta) ir eksoplaneta ar 2 līdz 10 Zemes masām, kuru blīvums ir mazāks par 1. Šāda veida planētas ir mazākas par Urānu (14,5 Zemes masas) un Neptūnu (17,1 Zemes masas).
Mini-neptūns ir gāzes punduris ar šķidrumuokeānu ieskauj bieza ūdeņraža un hēlija atmosfēra un neliels akmeņains kodols. Lai gan nesenais atklājums ir parādījis, ka mini-neptūns, kuru visi uzskatīja par gāzveida planētām, varētu būt superzemes ar akmeņainu kodolu, ko ieskauj superkritisks ūdens. Ūdens iegūst šo stāvokli ļoti augstā spiedienā un temperatūrā.
Planētas lieluma un masas starp Zemi unNeptūns mūsu Saules sistēmā nepastāv, bet šķiet, ka tie ir izplatīti citās Visuma daļās. Tie ir krustojums starp mūsu Saules sistēmas klinšainajām planētām un tās ledus milžiem. Rezultātā astronomi varēja analizēt atmosfēru vienā no šīm "vidējām" tālajām pasaulēm, kuras ir pazīstamas kā "mini-neptūna" klase. Salīdzinošās pārskatīšanas rezultāti tika paziņoti 2019. gada 2. jūlijā un publicēti Dabas astronomijā 2019. gada 1. jūlijā.
Mini neptūns - planēta Gliese 3470 b - rotējošsap savu zvaigzni - sarkanu punduri. Planētas svars ir aptuveni 12,6 Zemes masas, padarot to daudz masīvāku nekā Zeme, bet mazāk masīvu nekā Neptūns mūsu Saules sistēmā (17 Zemes masas). Ja jūs ievietojat Gliese 3470 b mūsu Saules sistēmā, tas lieluma ziņā lieliski iederētos starp Zemi un Neptūnu. Tiek uzskatīts, ka planētai ir liels akmeņains kodols, kas aprakts dziļā, drupinošā ūdeņraža un hēlija atmosfērā.
Šī mākslinieka ilustrācija parādaeksoplanētas GJ 3470 teorētiskā iekšējā struktūra b. Tas ir atšķirībā no jebkuras citas Saules sistēmas planētas. Sverot 12,6 Zemes masas, planēta ir masīvāka par Zemi, bet mazāk masīva nekā Neptūns. Atšķirībā no Neptūna, kas atrodas 3 miljardu jūdžu attālumā no Saules, GJ 3470 b, iespējams, ir izveidojies ļoti tuvu tās sarkanajai pundurzvaigznei kā sauss akmeņains objekts. Pēc tam tas gravitācijas ceļā no apstākļu diska ievilka ūdeņradi un gāzveida hēliju, lai izveidotu biezu atmosfēru. Disks izkaisīts pirms daudziem miljardiem gadu, un planēta pārstāja augt. Apakšējā attēlā parādīts disks, kuru sistēma izskatījās ilgu laiku. NASA / ESA pieklājība
Tomēr zinātnieki periodiski uzdod jautājumu: vai Gliese 3470 b ir mini-neptūns tādā formā, kādā tas tagad tiek minēts, vai tas ir superzeme?
Vēl viens mini-Neptūna piemērs — ir Kepler-11fmasa ir 2,3 Zemes masas un blīvums 0,69, kas ir tāds pats kā Saturnam, kura masa ir 95 Zemes. Šīs klases īpašības šī eksoplaneta ietilpst mini-Neptūnu jeb gāzveida punduru kategorijā, kam ir šķidrs okeāns, ko ieskauj bieza ūdeņraža un hēlija atmosfēra un neliels akmeņains kodols.
Karstie Jupiters
Karstie Jupiteri ir gāzes milzu planētas arar apgrozības periodu, kas mazāks par 10 dienām. Īsais periods nozīmē, ka karstie Jupiters ir ļoti tuvu viņu uzņemošajām zvaigznēm. Parasti tie atrodas mazāk nekā 0,1 astronomisko vienību attālumā, kas ir desmitā daļa no attāluma no Zemes līdz Saulei. Karstie Jupiteri ir dominējuši planētu atklājumos vismaz vienu gadu desmitu, jo tos visvieglāk atrast, izmantojot radiālo ātrumu (Doplera) un tranzīta metodes.
Karstie Jupiteri ir masīvas gāzes milzu planētas, kas mūsu Saules sistēmā riņķo ap savām saulēm nelielā attālumā no Zemes-Saules. Kredīts: ESA
Saskaņā ar mūsdienu planētu veidošanās modeļiemtehniski karstajam Jupiteram nevajadzētu pastāvēt. Gāzes gigants nevar veidoties tik tuvu savai zvaigznei, jo gravitācijai, starojumam un intensīvam zvaigžņu vējam ir jāattur gāze no salipšanas.
Tomēr tie pastāv; no vairāk nekā 4000 apstiprinātajām līdz šim atklātajām eksoplanētām līdz 337 var būt karsti Jupiteri.
Viens no iespējamajiem risinājumiem ir tādskarstie jupīti veidojas tālāk, kur pietiek ar celtniecības materiāliem, un pēc tam migrē uz pašreizējām pozīcijām. Karsto Jupiteru migrāciju var izraisīt dažādi mehānismi. Tiek uzskatīts, ka cēlonis ir protoplanetārā diska strāvu nelīdzsvarotība. Daži zinātnieki uzskata, ka karstā Jupitera orbītas ir satrauktas ar ļoti lielu ekscentriskumu (debess ķermeņa orbītas skaitliskais raksturojums, kas raksturo orbītas "saspiešanu").
Tomēr jauni pētījumi tika prezentēti plkstAmerikas Astronomijas biedrības 233. sanāksme Sietlā apstiprina ideju, kas ir pretrunā ar iepriekšējiem priekšstatiem par planētu veidošanos, bet šajā jomā uzņem apgriezienus.
Milzu planētas, kas griežas apkārtviņu zvaigznes dažu dienu laikā, iespējams, ir izveidojušās tuvu saulei, nevis veidojas tālumā un vēlāk migrē uz zvaigznes pusi.
Darbs publicēts 2018. gada 5. oktobrī TheAstrophysical Journal Letters liecina, ka šādas milzu planētas, sauktas par karstajiem Jupiteriem, var veidoties vietā, kas atrodas tuvu viņu zvaigznēm, un tur uzturēties visu mūžu, neiztvaiko.
Protoplanetārie diski, kas veido planētasap jaunām zvaigznēm vidū ir caurums, ko rada zvaigznes magnētiskais lauks. Jauni pētījumi ir parādījuši, ka diska iekšējā robeža var veidot gāzes milzu planētas, neprasot tām turpmāku veidošanos un migrāciju. Kredīts: NASA / JPL-Caltech
2017. gadā tika atklāta Jupiteram līdzīga pasaule.tik karsts, ka planētu iztvaiko tās zvaigzne. Ar dienas temperatūru virs 4315,556°C (4600 Kelvini), KELT-9b ir planēta, kas ir karstāka par lielāko daļu zvaigžņu. Bet tās zilā A veida zvaigzne, ko sauc par KELT-9, ir vēl karstāka - patiesībā tā, visticamāk, sadalīs planētu iztvaikojot.
Šī mākslinieka koncepcija parāda planētuKELT-9b, kas riņķo ap savu vadošo zvaigzni KELT-9. Tā ir karstākā līdz šim atklātā gāzes giganta planēta. Kredīts: NASA / JPL-Caltech
2019. gadā tika uzstādīts jauns rekordskarsto Jupiteru orbītas. Pētījums liecina, ka gāzes gigants ar nosaukumu NGTS-10b riņķo ap savu zvaigzni tik tuvu, ka riņķo ap savu zvaigzni 18,4 stundās. Atklājums padara šo Saules sistēmu par neticamu laboratoriju plūdmaiņu mijiedarbības izpētei starp zvaigzni un bīstami tuvu milzu eksoplanētu.
Zemes analogi
Pirms ekstrasolāro planētu zinātniskās meklēšanas un izpētesšī planētu, piemēram, Zeme, pastāvēšanas iespēja ir apspriesta tikai filozofijā un zinātniskajā fantastikā. Viduvējības princips liek domāt, ka tādām planētām kā mēs, Visumā vajadzētu būt kopīgām, savukārt unikālās Zemes hipotēze liecina, ka tās ir ārkārtīgi reti. Līdz šim atklātie tūkstošiem eksoplanetāro zvaigžņu sistēmu ļoti atšķiras no mūsu Saules sistēmas, vienlaikus apstiprinot unikālas Zemes hipotēzi.
Filozofi atzīmē, ka Visuma lielums ir tādska kaut kur jābūt gandrīz identiskai planētai. Tālā nākotnē cilvēki var izmantot tehnoloģiju, lai mākslīgi ražotu Zemes analogu, izmantojot terraformu. Multiverses teorija liek domāt, ka Zemes analogs varētu pastāvēt citā Visumā vai pat būt atšķirīga pašas Zemes versija paralēlajā Visumā.
Balstoties uz 2013. gada 4. novembra pētījumiem,ap 40 000 000 000 Zemes lieluma planētu riņķo ap savām zvaigznēm apdzīvojamās zonās Piena Ceļā. Tuvākā šāda planēta varētu būt 12 gaismas gadu attālumā. Astronomi ir snieguši rezultātus, pamatojoties uz Keplera misijas datiem.
Kopš 1990. gadiem zinātniskie atklājumi ir dziļi ietekmējuši astrobioloģijas jomu, planētu apdzīvojamības modeļus un ārpuszemes inteliģences meklējumus (SETI).
Kur meklēt dzīvi?
Mēs zinām tikai vienu planētu, kurai irdzīve ir Zeme. Un ūdens uz mūsu planētas ir vissvarīgākā dzīves sastāvdaļa, kā mēs to pazīstam. Lai gan astronomi joprojām nav pārliecināti, vai uz citām planētām ir dzīvība, viņi sašaurina potenciāli apdzīvojamo pasaules meklēšanu, izmantojot vairākus kritērijus.
Tā kā mūsu dzīves jēdziens ir Zeme, astronomimeklē planētas ar raksturīgām pazīmēm kā viņa. Tāds, piemēram, kā šķidrs ūdens. Bet debess objekts var pagriezties tikai tik tuvu (piemēram, Merkurs) vai tik tālu (piemēram, Plutons) no savas zvaigznes, ka ūdens vispirms iztvaiko vai sasalst uz tā virsmas, nekā tur var veidoties dzīvība. Apdzīvojamā zona ir attālumu diapazons ar pareizu temperatūru, lai ūdens uz planētas būtu šķidrs. Zinātnieki cer, ka atklājumi apdzīvojamās zonās, piemēram, Zemes lieluma planētās Kepler-186f, mūs novedīs pie ūdens - un vienu dienu pie svešas dzīves.
Apdzīvojamā zona atrodas vidū. Kredīts: NASA
Ja dzīvību var atrast jebkur, tad visticamāk tās būs eksoplanetas apdzīvojamajā zonā.
Eksoplanētas pētījumu nākotne: galvenās misijas un mērķi
JWST (Džeimsa Veba kosmiskais teleskops)
NASA / ESA / CSA kosmosa teleskopa misijaDžeimsa Veba palaišana 2021. gadā nodrošinās spēles, kas maina spēles, lai novērotu eksoplanētas un to atmosfēru. Ar četru instrumentu komplektu, kas darbojas infrasarkanā viļņa garumā, Vebs izmantos vairākas metodes, lai pētītu šos ārpus saules ķermeņus.
Ļoti jutīgi tranzītplanētu spektroskopiski novērojumi - ar lieluma un masas ziņā līdzīgām īpašībām - uzsāks eksoplanētu salīdzinošās planētu zinātnes laikmetu.
Mākslinieka iespaids par Vebu. Kredīts: ESA, NASA, S. Bekvits (STScI) un HUDF komanda, Northrop Grumman Aerospace Systems / STScI / ATG medialab
Vebs raksturos eksoplanētas atmosfēruuztverot absorbcijas, atstarošanas un emisijas spektrus infrasarkano viļņu garumos planētām, kuru lielums svārstās no superzemes līdz gāzes gigantiem. Tas izmantos faktu, ka eksoplanētu atmosfēras molekulām šajos viļņu garumos ir liels spektrālo raksturlielumu skaits, nodrošinot novērotājiem bagātīgu diagnostikas rīku komplektu, no kuriem daudzi nav pieejami no Zemes.
Vebs varēs arī tieši atveidotdažas jaunas un masīvas eksoplanētas riņķo lielākos attālumos no vecāku zvaigznes nekā lielākā daļa tranzīta. Trim Webb rīkiem ir augsta kontrasta attēlveidošanas iespējas (divos gadījumos tas tiek darīts ar koronāru), lai samazinātu vecāku zvaigznes spīdumu un vienkāršotu planētas attēlu. Novērojumi ar vairākiem infrasarkanajiem filtriem sniegs daudz informācijas par šīm planētām, to īpašībām un to veidošanās mehānismiem.
PLATO
Misija ESA PLATO (PLAnetary Transits and PLA)Zvaigžņu svārstības) jāsāk 2026. gadā. PLATO ir paredzēts, lai atklātu un raksturotu lielu skaitu jaunu ārpussaules planētu sistēmu, meklējot simtiem tūkstošu spožu zvaigžņu tranzīta planētām. PLATO būs unikāla spēja atrast un noteikt zemes planētu īpašības, kas griežas apdzīvotajā zonā ap zvaigznēm, kas līdzīgas mūsu Saulei.
Apvienojot precīzus PLATO rādiusa mērījumuslielu planētu paraugu ar atbilstošām planētu masām, kas noteiktas uz zemes balstītiem novērojumiem, zinātnieki varēs izpētīt esošo planētu daudzveidību. Šie novērojumi arī ļaus zinātniekiem noteikt liela skaita mazāko planētu tilpuma sastāvu, izpētīt, cik tās ir līdzīgas Zemei, un izpētīt to apdzīvojamību.
Atklājiet planētas, kas rotē ap spilgtām zvaigznēmPLATO vadīs nākamās misijas, meklējot dzīvības parakstus - šāda veida planētas ir labākie kandidāti turpmākajiem spektroskopiskajiem mērījumiem, lai izmērītu planētu atmosfēras struktūru un sastāvu.
ARIEL
Kosmosa teleskops tiek izstrādāts,kuru paredzēts sākt 2028. gadā kā daļu no Eiropas Kosmosa aģentūras ceturtās vidējās klases misijas Cosmic Vision. Plānots, ka ar teleskopa palīdzību tiks pētītas vismaz 1000 eksoplanētas, izmantojot tranzīta metodi.
Kopš darbības uzsākšanas 2028. gadā ARIEL to darīsir paredzēts augstas precizitātes novērojumiem, izmantojot vienlaicīgu fotometriju redzamajā spektra apgabalā un spektroskopiju viļņu tuvajā infrasarkanajā reģionā. Tā novēros un pētīs aptuveni 1000 pārsvarā karstās un karstās tranzīta gāzes gigantus, Neptūnus un virszemes ap dažādiem zvaigžņu tipiem un planētu sistēmu arhitektūru.
Prognozes
Ar šo kosmisko teleskopu komplektu, kasNākamajā desmitgadē palaistais, mēs varam gaidīt Earth 2.0 atklāšanu, vienlaikus eksoplanētu kolekcijai pievienojot dīvainākas un negaidītākas planētas. Priekšā aizraujoši laiki.
Kāpēc pētīt eksoplanētas?
"Vai mēs esam vieni Visumā?"ir viens no dziļākajiem jautājumiem, ko cilvēce var uzdot. Pirmā eksoplanēta, kas riņķo ap zvaigzni, piemēram, mūsu Saule, tika atklāta 1995. gadā, un mūsdienās eksoplanetu izpēte ir viena no visstraujāk augošajām astronomijas jomām.
Izpētot daudzveidīgu eksoplanētu spektru unlīdz šim atklātās planētu sistēmas - no mazām līdz lielām, no tām, kas šķiet sauszemes līdz dziļi dīvainām - ne tikai palīdz mums uzzināt, kā šīs konkrētās sistēmas izveidojās un attīstījās, bet arī sniedz svarīgas norādes izpratnei vai un kur dzīve var pastāvēt citur Visumā.
Lasīt arī
Paskatieties Visuma 3D karti: tā tika apkopota 20 gadus, un tā jau ir pārsteigusi zinātniekus
Komēta NEOWISE ir redzama Krievijā. Kur to redzēt, kur meklēt un kā nofotografēties
Planet Parade 2020: kur skatīties, kad tas notiks un ko par to saka zinātne