Ons zonnestelsel is slechts een klein kijkje in ons zonnestelselconstant uitbreidend universum<
Veel van deze nieuwe planeten zijn heel anders dandegenen die rond onze zon draaien, en zelfs de architectuur van exoplanetaire systemen vertoont weinig gelijkenis met de onze. In de loop van de tijd werd in sommige van deze verre werelden een enorme hoeveelheid informatie gevonden. Wat nog opmerkelijker is, is hoe snel het veld van exoplanetair onderzoek in relatief korte tijd is gegroeid.
Exoplaneten - wat zijn dat?
Een exoplaneet is een planeet buiten de onzeZonnestelsel. De exoplaneet draait om zijn ster - een analoog van onze zon. Samen met de ster vormen een of meer exoplaneten een zonnestelsel als het onze. De afstand van de dichtstbijzijnde planeet tot de gastster kan meer of minder zijn dan die van Mercurius, en verre planeten kunnen verder dan Saturnus en Pluto worden gelokaliseerd en groter zijn dan Jupiter - op de een of andere manier vormen een exoplaneet, een of meer planeten een zonnestelsel met zijn ster.
Wat zijn de "andere" zonnestelsels?
- Een systeem met een of meer planeten.
- Een systeem met twee sterren en één planeet.
- Een systeem met planeten die mogelijk de juiste omstandigheden hebben voor de stabiliteit van water op hun oppervlak, noodzakelijk voor een onderdeel van het leven zoals wij dat kennen.
Hoe worden exoplaneten gezocht?
In 2006 werd het eerste ruimtevaartuig gelanceerdeen missie gewijd aan exoplanetair onderzoek is een missie die CoRoT heet. Binnen enkele maanden na de lancering ontdekte CoRoT zijn eerste planeet, hete Jupiter, in een baan om een ster als de zon. In de daaropvolgende jaren zette CoRoT exoplanetaire verkenning vanuit de ruimte op een duurzame basis met de constante detectie van ongebruikelijke planeten.
Toen de NASA-missie in 2009 van start gingKepler begon het aantal bekende planeten toe te nemen. Kepler is een NASA-ruimteobservatorium, een orbitale telescoop met een ultragevoelige fotometer, speciaal ontworpen om naar exoplaneten te zoeken.
Methoden voor het detecteren van exoplaneten worden steeds nauwkeuriger.
Doppler-methode(radiale snelheden, radiale snelheden). De eerste planeten die in de baan van zonachtige sterren werden gevonden, werden met precies deze methode ontdekt. Het zwaartepunt van een enkele ster, zonder planetenstelsel, bevindt zich in het centrum van de ster. Wanneer een planeet echter om een ster draait, verschuift het zwaartepunt van het sterrenplaneetsysteem weg van het centrum van de ster, waardoor de ster vanuit het perspectief van de waarnemer heen en weer "wiebelt", net als sterren en sterren. De planeet draait rond hun gemeenschappelijke massamiddelpunt. Subtiele veranderingen in de radiale (zichtlijn) snelheid van een ster kunnen in principe worden gemeten om de aanwezigheid van anderszins onzichtbare planeten aan het licht te brengen.
Doppler-methode(radiale snelheden, radiale snelheden)
Transit methodestelt telescopen in staat aurora te metenbevestigen de aanwezigheid van planeten rond de ster, aangezien elke keer dat een planeet voor de ster passeert, verduistering optreedt. Cyclische veranderingen in helderheid duiden op de passage van een planeet tussen de aarde en een ster.
Transit methode
Astrometrieis een methode die beweging detecteertsterren door nauwkeurig hun positie aan de hemel te meten. De techniek kan ook worden gebruikt om planeten rond een ster te identificeren door kleine veranderingen in zijn positie te meten terwijl deze rond het massamiddelpunt van het planetenstelsel oscilleert.
Astrometrie
Detectie met behulp vanzwaartekracht microlensingtreedt op wanneer het zwaartekrachtveld van de ster wordt beïnvloedbuigt de ruimtetijd af, waardoor het licht van een verre ster erachter wordt afgebogen. Dit effect is alleen zichtbaar als de twee sterren op één lijn staan met de aarde. Als de ster die als lens fungeert een planeet heeft, kan het veld van de planeet een klein maar merkbaar effect hebben.
Gravitationele microlensing
Directe detectie van exoplaneten is gebaseerd op afbeeldingen met een hoge resolutie en een hoog contrast met behulp van adaptieve optica.
Hoeveel exoplaneten zijn er in het heelal? Wat zijn ze?
Eind 2019 werd het gevonden en bevestigdmeer dan 4.000 exoplaneten. Sommige zijn zo massief als Jupiter, maar draaien veel dichter naar hun ster dan Mercurius naar onze zon. Andere exoplaneten zijn rotsachtig of ijzig, en velen hebben eenvoudigweg geen analogen in ons zonnestelsel.
Voor het grootste deel zijn exoplaneten uit hetzelfde samengesteldde elementen die de planeten in ons zonnestelsel vormen, zij het met verschillende samenstellingsbalansen die elke exoplaneet zijn onderscheidende eigenschappen geven. Er zijn vier primaire classificaties van exoplaneten, waaronder neptunusachtige werelden, werelden met planeten zoals hete Jupiter, werelden met superaarde en werelden met planeten die lijken op de aarde.
Superaarde
Een superaarde is een planeet met een massa van 1 tot 10 aardmassa's. De classificatie van de superaarde verwijst alleen naar de massa van de planeet, maar zegt niets over de toestand van het oppervlak of de geschiktheid voor leven.
Aarde aan de linkerkant en artist's impression van een superaarde aan de rechterkant. Krediet: NASA / JPL-Caltech
De eerste superaardes, twee exoplaneten met een massa die vier keer zo groot is als die van de aarde, werden in 1992 ontdekt in een baan rond de pulsar PSR B1257+12.
De eerste superaarde rond een hoofdsterDe reeks werd in 2005 ontdekt door een team onder leiding van Eugenio Rivera. Het draait om Gliese 876 en wordt Gliese 876 d genoemd (er zijn eerder in dit systeem twee gasreuzen ter grootte van Jupiter ontdekt). De planeet heeft een geschatte massa van 7,5 aardmassa en een zeer korte omlooptijd van slechts ongeveer 2 dagen. Vanwege de nabijheid van Gliese 876 d tot zijn rode dwerggastster, kan Gliese 876 d een oppervlaktetemperatuur hebben van 430–650 Kelvin (156,85–376,85 ° C) en kan hij vloeibaar water ondersteunen.
Het was de eerste rode dwerg die hij hadontdekte een planetair systeem. Waarschijnlijk zijn enorme reuzenplaneten over het algemeen atypisch voor dergelijke sterren. Sindsdien zijn er tientallen superaardes ontdekt, met een massa van slechts 1,9 aardemassa's.
In april 2007 kondigden wetenschappers de ontdekking aan van twee nieuwe superaardes rond Gliese 581, aan de rand van de bewoonbare zone van de ster, waar mogelijk vloeibaar water aan het oppervlak mogelijk is.
Gliese 581 met een massa van minimaal 5 massa'sDe aarde en de afstand tot zijn ster tot 11 miljoen km (0,073 astronomische eenheden) bevindt zich op de "warme" grens van de bewoonbare zone. Latere studies hebben aangetoond dat Gliese 581 c waarschijnlijk een enorm broeikaseffect heeft gehad, net als Venus.
Astronomen hebben gesuggereerd dat superaarde zou kunnen zijngeologisch actiever dan onze planeet, en ervaren krachtigere tektoniek vanwege dunnere platen die onder grotere spanning staan. Degenen die op zoek zijn naar buitenaards leven, zijn in de wolken met superaardes vanwege de mogelijkheid dat ze rotsachtig en mogelijk bewoond kunnen zijn, in tegenstelling tot gasreuzen.
Mini neptunus
Mini Neptunus (ook wel gas genoemddwergplaneet of overgangsplaneet) is een exoplaneet, van 2 tot 10 aardmassa's met een dichtheid van minder dan 1. Planeten van dit type zijn kleiner dan Uranus (14,5 aardmassa's) en Neptunus (17,1 aardmassa's).
Mini-neptune is een gasdwerg met vloeistofde oceaan is omgeven door een dikke atmosfeer van waterstof en helium en een kleine rotsachtige kern. Hoewel een recente ontdekking heeft aangetoond dat mini-neptunus, waarvan iedereen dacht dat het gasvormige planeten waren, superaardes kunnen zijn met een rotsachtige kern omgeven door superkritisch water. Water neemt deze toestand aan bij zeer hoge drukken en temperaturen.
Planeten in grootte en massa tussen de aarde enNeptunus bestaat niet in ons zonnestelsel, maar ze lijken veel voor te komen in andere delen van het universum. Ze vormen een kruising tussen de rotsachtige planeten van ons zonnestelsel en zijn ijsreuzen. Het resultaat was dat astronomen de atmosfeer van een van deze "midden" verre werelden konden analyseren, die bekend staan als de "mini-neptunus" -klasse. De resultaten van de peer review zijn op 2 juli 2019 bekend gemaakt en op 1 juli 2019 gepubliceerd in Nature Astronomy.
Mini Neptune - Planet Gliese 3470 B - Draaibaarrond zijn ster - een rode dwerg. De planeet weegt ongeveer 12,6 aardmassa's, waardoor hij veel zwaarder is dan de aarde, maar minder zwaar dan Neptunus in ons zonnestelsel (17 aardmassa's). Als je Gliese 3470 b in ons zonnestelsel zou plaatsen, zou het qua grootte perfect tussen de aarde en Neptunus passen. Aangenomen wordt dat de planeet een grote rotsachtige kern heeft, begraven onder een diepe, verpletterende atmosfeer van waterstof en helium.
Deze kunstenaarsillustratie toonttheoretische interne structuur van exoplaneet GJ 3470 b. Dit is anders dan elke andere planeet in het zonnestelsel. Met een gewicht van 12,6 aardmassa's is de planeet zwaarder dan de aarde, maar minder zwaar dan Neptunus. In tegenstelling tot Neptunus, dat 3 miljard mijl van de zon verwijderd is, kan GJ 3470 b zich heel dicht bij zijn rode dwergster hebben gevormd als een droog rotsachtig object. Vervolgens trok het zwaartekracht waterstof en gasvormig helium uit de circumstellaire schijf om een dikke atmosfeer te creëren. De schijf is vele miljarden jaren geleden verspreid en de planeet is gestopt met groeien. De onderste afbeelding toont een schijf waarop het systeem er lang geleden uitzag. Met dank aan NASA / ESA
Wetenschappers stellen echter regelmatig de vraag: is Gliese 3470 b een mini-neptunus in de vorm waarin het nu wordt genoemd, of is het een superaarde?
Een ander voorbeeld van mini-Neptunus - Kepler-11f heefteen massa van 2,3 aardmassa's en een dichtheid van 0,69, hetzelfde als Saturnus, die een massa heeft van 95 aardes. Deze klasse-eigenschappen, deze exoplaneet valt in de categorie van mini-Neptunussen of gasvormige dwergen, die een vloeibare oceaan hebben omgeven door een dikke atmosfeer van waterstof en helium en een kleine rotsachtige kern.
Hete Jupiters
Hot Jupiters zijn gasreuzenplaneten metmet een oplageperiode van minder dan 10 dagen. Door de korte periode staan hete Jupiters heel dicht bij hun gaststerren. Ze zijn meestal minder dan 0,1 astronomische eenheden verwijderd, wat een tiende is van de afstand van de aarde tot de zon. Hete Jupiters hebben de planetaire ontdekkingen gedurende minstens een decennium gedomineerd, omdat ze het gemakkelijkst te vinden zijn met de radiale snelheid (Doppler) en doorvoermethoden.
Hete Jupiters zijn enorme gasreuzenplaneten die rond hun zon draaien op korte afstand van de aarde-zon in ons zonnestelsel. Krediet: ESA
Volgens moderne modellen van planetaire vorming,technisch gezien hete Jupiters zouden niet moeten bestaan. Een gasreus kan zich niet zo dicht bij zijn ster vormen omdat zwaartekracht, straling en intense sterrenwind ervoor moeten zorgen dat het gas niet aan elkaar blijft kleven.
Ze bestaan echter; van de meer dan 4.000 bevestigde exoplaneten die tot nu toe zijn ontdekt, kunnen tot 337 hete Jupiters zijn.
Een mogelijke oplossing is dathete jupiters vormen verder waar bouwmaterialen voldoende zijn en migreren vervolgens naar hun huidige posities. De migratie van hete Jupiters kan worden veroorzaakt door verschillende mechanismen. Aangenomen wordt dat de reden de onbalans van stromingen in de protoplanetaire schijf is. Sommige wetenschappers geloven dat de banen van hete Jupiter opgewonden zijn tot een zeer hoge excentriciteit (een numeriek kenmerk van de baan van een hemellichaam, dat de "compressie" van de baan kenmerkt).
Nieuw onderzoek gepresenteerd opDe 233e bijeenkomst van de American Astronomical Society in Seattle bevestigt een idee dat in tegenspraak is met eerdere ideeën over planeetvorming, maar dat op dit gebied aan kracht wint.
Gigantische planeten die ronddraaienhun sterren kunnen zich in een paar dagen hebben gevormd op een plaats dicht bij hun zon, in plaats van zich in de verte te vormen en later naar de ster te migreren.
Werk gepubliceerd op 5 oktober 2018 in TheAstrophysical Journal Letters laat zien dat zulke gigantische planeten, hete Jupiters genaamd, zich kunnen vormen op een plaats dicht bij hun sterren en daar hun hele leven kunnen blijven zonder te verdampen.
Protoplanetaire schijven die planeten vormenrond jonge sterren hebben een gat in het midden gecreëerd door het magnetische veld van de ster. Nieuw onderzoek heeft aangetoond dat de binnenste schijfgrens gasreuzenplaneten kan vormen zonder dat ze zich verder hoeven te vormen en te migreren. Krediet: NASA / JPL-Caltech
In 2017 werd een Jupiter-achtige wereld ontdekt.zo heet dat de planeet door zijn eigen ster wordt verdampt. Met een dagtemperatuur van meer dan 4.315,556°C (4.600 Kelvin) is KELT-9b een planeet die heter is dan de meeste sterren. Maar zijn blauwe ster van het A-type, KELT-9 genaamd, is zelfs nog heter; hij zal de planeet waarschijnlijk door verdamping desintegreren.
Het concept van deze kunstenaar toont de planeetKELT-9b in een baan om zijn leidende ster, KELT-9. Het is de heetste gasreuzenplaneet die tot nu toe is ontdekt. Krediet: NASA / JPL-Caltech
In 2019 werd een nieuw record gevestigd onderbanen van hete Jupiters. Volgens de studie draait een gasreus genaamd NGTS-10b zo dichtbij om zijn ster dat hij in 18,4 uur een volledige omwenteling voltooit. De ontdekking maakt van dit zonnestelsel een ongelooflijk laboratorium voor het bestuderen van getijdeninteracties tussen een ster en een gevaarlijk nabije gigantische exoplaneet.
Aarde-analogen
Voor het wetenschappelijk zoeken en bestuderen van planeten buiten het zonnetjedeze mogelijkheid van het bestaan van planeten zoals de aarde is alleen besproken in de filosofie en sciencefiction. Het principe van middelmatigheid suggereert dat planeten zoals de onze veel zouden moeten voorkomen in het universum, terwijl de hypothese van een unieke aarde suggereert dat ze uiterst zeldzaam zijn. De duizenden exoplanetaire stellaire systemen die tot nu toe zijn ontdekt, verschillen sterk van ons zonnestelsel, terwijl ze de hypothese van een unieke aarde bevestigen.
Filosofen merken op dat de grootte van het universum zo groot isdat er ergens een bijna identieke planeet moet zijn. In de verre toekomst kunnen mensen technologie gebruiken om kunstmatig een aarde-analoog te produceren door middel van terraforming. De multiversum-theorie suggereert dat een analoog van de aarde in een ander universum zou kunnen bestaan, of zelfs een andere versie van de aarde zelf in een parallel universum.
Gebaseerd op een studie van 4 november 2013,er zijn 40.000.000.000 planeten ter grootte van de aarde in een baan om hun sterren in bewoonbare zones binnen de Melkweg. De dichtstbijzijnde planeet zou 12 lichtjaar verwijderd kunnen zijn. Astronomen hebben resultaten verstrekt op basis van gegevens van de Kepler-missie.
Wetenschappelijke bevindingen sinds de jaren negentig hebben een diepgaande invloed gehad op het gebied van astrobiologie, planetaire bewoonbaarheidsmodellen en de zoektocht naar buitenaardse intelligentie (SETI).
Waar te leven?
We kennen maar één planeet die dat wel heefthet leven is de aarde. En op onze planeet is water het belangrijkste onderdeel van het leven zoals we het kennen. Hoewel astronomen nog steeds niet zeker weten of er leven op andere planeten is, beperken ze de zoektocht naar mogelijk bewoonbare werelden aan de hand van verschillende criteria.
Omdat ons concept van leven de aarde is, astronomenop zoek naar planeten met kenmerken die op haar lijken. Zoals bijvoorbeeld vloeibaar water. Maar een hemellichaam kan alleen zo dichtbij (zoals Mercurius) of zo ver (zoals Pluto) van zijn ster draaien dat water eerst verdampt of bevriest aan het oppervlak, dan dat er leven kan ontstaan. De bewoonbare zone is het bereik van afstanden met de juiste temperaturen om het water op de planeet vloeibaar te houden. Wetenschappers hopen dat ontdekkingen in bewoonbare zones, zoals planeten ter grootte van de aarde Kepler-186f, ons naar water zullen leiden - en op een dag naar buitenaards leven.
De bewoonbare zone is in het midden. Krediet: NASA
Als er ergens leven te vinden is, dan zullen het hoogstwaarschijnlijk exoplaneten in de bewoonbare zone zijn.
De toekomst van exoplanetenonderzoek: belangrijke missies en doelstellingen
JWST (James Webb-ruimtetelescoop)
NASA / ESA / CSA-ruimtetelescoopmissieDe lancering van James Webb in 2021 zal baanbrekende nieuwe mogelijkheden bieden voor het observeren van exoplaneten en hun atmosferen. Met een suite van vier instrumenten die op infrarode golflengten werken, zal Webb verschillende methoden gebruiken om deze extrasolaire lichamen te bestuderen.
Zeer gevoelige spectroscopische waarnemingen van doorgaande planeten - met vergelijkbare kenmerken in termen van grootte en massa - zullen een tijdperk van vergelijkende planetaire wetenschap voor exoplaneten inluiden.
Artist's impression van Webb. Credit: ESA, NASA, S. Beckwith (STScI) en HUDF-team, Northrop Grumman Aerospace Systems / STScI / ATG medialab
Webb zal de atmosfeer van exoplaneten karakteriserendoor absorptie-, reflectie- en emissiespectra vast te leggen op infrarode golflengten voor planeten die het groottebereik van superaarde tot gasreuzen beslaan. Het zal profiteren van het feit dat moleculen in de atmosfeer van exoplaneten een groot aantal spectrale kenmerken hebben bij deze golflengten, waardoor waarnemers beschikken over een uitgebreide reeks diagnostische hulpmiddelen, waarvan er vele niet op aarde verkrijgbaar zijn.
Webb kan ook rechtstreeks renderensommige jonge en enorme exoplaneten die verder van hun moederster cirkelen dan de meeste doorvoer. Drie van de tools van Webb hebben beeldvormingsmogelijkheden met hoog contrast (in twee gevallen wordt dit gedaan met een coronagraaf) om de schittering van de moederster te minimaliseren en het beeld van de planeet te vereenvoudigen. Waarnemingen met meerdere infraroodfilters zullen veel informatie opleveren over deze planeten, hun eigenschappen en hun vormingsmechanismen.
PLATO
Missie ESA PLATO (PLAnetary Transits andOscillations of the Stars) zou in 2026 moeten beginnen. PLATO heeft tot doel een groot aantal nieuwe planetenstelsels buiten het zonnestelsel te detecteren en te karakteriseren door te zoeken naar honderdduizenden heldere sterren voor doorgaande planeten. PLATO zal het unieke vermogen hebben om de eigenschappen van terrestrische planeten die in de bewoonbare zone rond sterren vergelijkbaar met onze zon draaien, te vinden en te bepalen.
Door nauwkeurige PLATO-radiusmetingen te combineren vooreen groot aantal planeten met overeenkomstige planetaire massa's bepaald op basis van observaties vanaf de grond, zullen wetenschappers de diversiteit van bestaande planeten kunnen onderzoeken. Deze waarnemingen zullen wetenschappers ook in staat stellen de volumetrische samenstelling van een groot aantal kleinere planeten te bepalen, te bestuderen hoe vergelijkbaar ze zijn met de aarde en hun bewoonbaarheid te onderzoeken.
Planeten ontdekken die rond heldere sterren draaienPLATO zal volgende missies pionieren op zoek naar handtekeningen van leven - dit soort planeten zijn de beste kandidaten voor latere spectroscopische metingen om de structuur en samenstelling van planetaire atmosferen te meten.
ARIEL
Ruimtetelescoop in ontwikkeling,die gepland staat om te lanceren in 2028 als onderdeel van de vierde middelgrote Cosmic Vision-missie van de European Space Agency. Het is de bedoeling dat met behulp van de telescoop minstens 1.000 exoplaneten zullen worden onderzocht met behulp van de transitmethode.
Sinds de lancering in 2028 zal ARIELis ontworpen voor zeer nauwkeurige waarnemingen met behulp van gelijktijdige fotometrie in het zichtbare gebied van het spectrum en spectroscopie in het nabije infraroodgebied van golven. Ze zal ongeveer 1.000 voornamelijk hete en hete gasreuzen, Neptunes en superaardes observeren en bestuderen rond een reeks stellaire types en planetaire systeemarchitecturen.
prognoses
Met deze set ruimtetelescopen datGelanceerd in het komende decennium, kunnen we verwachten dat de aarde 2.0 nadert, terwijl we meer bizarre en onverwachte planeten toevoegen aan de exoplanetencollectie. Er komen spannende tijden aan.
Waarom exoplaneten bestuderen?
“Zijn wij alleen in het heelal?' is een van de diepste vragen die de mensheid kan stellen. De ontdekking van de eerste exoplaneet die rond een ster als onze zon draaide, werd in 1995 gedaan, en tegenwoordig is exoplaneetonderzoek een van de snelst groeiende vakgebieden in de astronomie.
Het verkennen van een divers spectrum van exoplaneten enplanetaire systemen die tot nu toe zijn ontdekt - van klein tot groot, van systemen die aards tot diep bizar lijken - helpen ons niet alleen te leren over hoe deze specifieke systemen gevormd en ontwikkeld zijn, maar bieden ook belangrijke aanwijzingen om te begrijpen of en waar leven elders in het universum kan bestaan.
Lees ook
Kijk naar de 3D-kaart van het heelal: het is al 20 jaar samengesteld en het heeft wetenschappers al verrast
Komeet NEOWISE is zichtbaar in Rusland. Waar te zien, waar te kijken en hoe een foto te maken
Planet Parade 2020: waar je kunt kijken, wanneer het zal gebeuren en wat de wetenschap erover zegt