Sistemul nostru solar este doar o mică privire asupraunivers în continuă expansiune<
Multe dintre aceste noi planete sunt foarte diferite decele care se învârt în jurul Soarelui nostru și chiar arhitectura sistemelor exoplanetare seamănă puțin cu ale noastre. Pe măsură ce timpul a trecut, o cantitate extraordinară de informații a fost găsită în unele dintre aceste lumi îndepărtate. Ceea ce este și mai remarcabil este cât de repede a crescut domeniul cercetării exoplanetare într-o perioadă relativ scurtă de timp.
Exoplanete - ce sunt acestea?
O exoplanetă este o planetă dincolo de a noastrăSistem solar. Exoplaneta se învârte în jurul stelei sale - un analog al Soarelui nostru. Împreună cu o stea, una sau mai multe exoplanete alcătuiesc un sistem solar ca al nostru. Distanța de la cea mai apropiată planetă la steaua gazdă poate fi mai mult sau mai mică decât cea a lui Mercur, iar planetele îndepărtate pot fi situate mai departe decât Saturn și Pluto și să fie mai mari decât Jupiter - într-un fel sau altul, o exoplanetă, una sau mai multe formează o sistemul solar cu steaua sa.
Care sunt „celelalte” sisteme solare?
- Un sistem cu una sau mai multe planete.
- Un sistem cu două stele și o planetă.
- Un sistem cu planete care poate avea condițiile potrivite pentru stabilitatea apei pe suprafața lor, necesare unei componente a vieții așa cum o cunoaștem noi.
Cum se caută exoplanetele?
În 2006, a fost lansată prima navă spațialămisiunea dedicată cercetării exoplanetare este o misiune numită CoRoT. La câteva luni de la lansare, CoRoT a descoperit prima sa planetă, Jupiter fierbinte, care orbitează o stea asemănătoare soarelui. În următorii câțiva ani, CoRoT a pus explorarea exoplanetară din spațiu pe o bază durabilă, cu detectarea constantă a planetelor neobișnuite.
Când misiunea NASA a fost lansată în 2009Kepler, numărul planetelor cunoscute a început să crească. Kepler este un observator spațial NASA, un telescop orbital cu un fotometru ultra-sensibil, special conceput pentru căutarea exoplanetelor.
Metodele de detectare a exoplanetelor devin tot mai precise.
Metoda Doppler(viteze radiale, viteze radiale). Primele planete găsite pe orbita stelelor asemănătoare soarelui au fost descoperite folosind exact această metodă. O singură stea, lipsită de un sistem planetar, își va avea centrul de greutate situat în centrul stelei. Cu toate acestea, atunci când o planetă orbitează în jurul unei stele, centrul de greutate al sistemului stele-planete se deplasează departe de centrul stelei, determinând ca steaua să se „mișcă” înainte și înapoi din perspectiva observatorului, la fel ca stelele și stelele. Planeta se rotește în jurul centrului lor comun de masă. Modificările subtile ale vitezei radiale (linia vizuală) a unei stele pot fi măsurate, în principiu, pentru a dezvălui prezența unor planete altfel invizibile.
Metoda Doppler(viteze radiale, viteze radiale)
Metoda de tranzitpermite telescoapelor să măsoare auroraconfirmați prezența planetelor în jurul stelei, deoarece de fiecare dată când o planetă trece prin fața stelei, are loc întunecarea. Schimbările ciclice ale luminozității indică trecerea unei planete între Pământ și o stea.
Metoda de tranzit
Astrometrieeste o metodă care detectează mișcareastele prin măsurarea precisă a poziţiei lor pe cer. Tehnica poate fi folosită și pentru a identifica planetele din jurul unei stele prin măsurarea micilor modificări ale poziției acesteia pe măsură ce aceasta oscilează în jurul centrului de masă al sistemului planetar.
Astrometrie
Detectare folosindmicrolensare gravitaționalăapare atunci când câmpul gravitațional al steleicurbează spațiu-timp, care curbează lumina de la o stea îndepărtată în spate. Acest efect este vizibil doar dacă cele două stele sunt aliniate cu Pământul. Dacă steaua care acționează ca lentilă are o planetă, câmpul planetei poate avea un efect mic, dar vizibil.
Microlensare gravitațională
Detectarea directă a exoplanetelor se bazează pe imagini de înaltă rezoluție, cu contrast ridicat, utilizând optică adaptivă.
Câte exoplanete există în Univers? Ce sunt ei?
Până la sfârșitul anului 2019, a fost găsit și confirmatmai mult de 4.000 de exoplanete. Unele sunt la fel de masive ca Jupiter, dar orbitează mult mai aproape de steaua lor decât Mercur de Soarele nostru. Alte exoplanete sunt stâncoase sau înghețate și multe nu au pur și simplu analogi în sistemul nostru solar.
În cea mai mare parte, exoplanetele sunt compuse din aceleașichiar elementele care alcătuiesc planetele din sistemul nostru solar, deși cu diferite echilibre compoziționale care conferă fiecărei exoplanete calitățile sale distinctive. Există patru clasificări primare ale exoplanetelor, inclusiv lumi asemănătoare neptunului, lumi cu planete precum Jupiter fierbinte, lumi cu super-Pământ și lumi cu planete similare Pământului.
Super-pământuri
Un super-pământ este o planetă cu o masă de 1 până la 10 mase terestre. Clasificarea super-pământului se referă doar la masa planetei, dar nu spune nimic despre condițiile sale de suprafață sau de adecvarea la viață.
Pământul din stânga și impresia artistului despre super-pământ în dreapta. Credit: NASA / JPL-Caltech
Primele super-Pământuri, două exoplanete cu mase de patru ori mai mari decât cele ale Pământului, au fost descoperite pe orbită în jurul pulsarului PSR B1257+12 în 1992.
Primul super-Pământ în jurul unei stele principaleSecvența a fost descoperită de o echipă condusă de Eugenio Rivera în 2005. Orbitează în jurul lui Gliese 876 și a fost denumit Gliese 876 d (două giganți gazosi de mărimea lui Jupiter au fost descoperiți anterior în acest sistem). Planeta are o masă estimată de 7,5 mase Pământului și o perioadă orbitală foarte scurtă de numai aproximativ 2 zile. Datorită apropierii lui Gliese 876 d de steaua gazdă pitică roșie, Gliese 876 d poate avea o temperatură la suprafață de 430–650 Kelvin (156,85–376,85 °C) și poate suporta apă lichidă.
A fost primul pitic roșu care a avuta descoperit un sistem planetar. Probabil, planete gigantice masive sunt în general atipice pentru astfel de stele. De atunci, au fost descoperite zeci de super-pământuri, cu o masă de doar 1,9 mase terestre.
În aprilie 2007, oamenii de știință au anunțat descoperirea a două noi super-Pământ în jurul lui Gliese 581, la marginea zonei locuibile a stelei, unde ar putea fi posibilă apă lichidă la suprafață.
Gliese 581 cu o masă de cel puțin 5 masePământul și distanța până la steaua sa până la 11 milioane de km (0,073 unități astronomice) sunt situate pe marginea „caldă” a zonei locuibile. Studiile ulterioare au arătat că Gliese 581 c a suferit probabil un efect de seră masiv, la fel ca Venus.
Astronomii au sugerat că super-pământurile ar putea fimai activă din punct de vedere geologic decât planeta noastră și experimentează o tectonică mai viguroasă datorită plăcilor mai subțiri care sunt supuse unui stres mai mare. Cei care caută viață extraterestră sunt înfricoșați de super-pământuri datorită posibilității că pot fi stâncoși și, eventual, locuitori, spre deosebire de giganții gazoși.
Mini neptun
Mini Neptun (uneori cunoscut sub numele de gazplanetă pitică sau planetă de tranziție) este o exoplanetă, de la 2 la 10 mase Pământului cu o densitate mai mică de 1. Planetele de acest tip sunt mai mici decât Uranus (14,5 mase Pământului) și Neptun (17,1 mase Pământului).
Mini-neptunul este un pitic gazos cu lichidoceanul este înconjurat de o atmosferă groasă de hidrogen și heliu și un mic miez stâncos. Deși o descoperire recentă a arătat că mini-neptunul, pe care toată lumea îl considera a fi planete gazoase, ar putea fi super-Pământuri cu un miez stâncos înconjurat de apă supercritică. Apa ia această stare la presiuni și temperaturi foarte ridicate.
Planete ca mărime și masă între Pământ șiNeptun nu există în sistemul nostru solar, dar par a fi comune în alte părți ale universului. Ele sunt o încrucișare între planetele stâncoase ale sistemului nostru solar și giganții săi de gheață. Drept urmare, astronomii au reușit să analizeze atmosfera uneia dintre aceste lumi îndepărtate „mijlocii”, cunoscute sub numele de clasa „mini-neptunului”. Rezultatele evaluării inter pares au fost anunțate pe 2 iulie 2019 și publicate în Nature Astronomy pe 1 iulie 2019.
Mini neptun - planeta Gliese 3470 b - rotativăîn jurul stelei sale - un pitic roșu. Planeta cântărește aproximativ 12,6 mase terestre, ceea ce o face mult mai masivă decât Pământul, dar mai puțin masivă decât Neptun în sistemul nostru solar (17 mase terestre). Dacă puneți Gliese 3470 b în sistemul nostru solar, s-ar potrivi perfect între Pământ și Neptun în ceea ce privește dimensiunea. Se crede că planeta are un miez stâncos mare îngropat sub o atmosferă profundă, zdrobitoare de hidrogen și heliu.
Această ilustrare a artistului aratăstructura internă teoretică a exoplanetei GJ 3470 b. Acest lucru este diferit de orice planetă din sistemul solar. Cântărind 12,6 mase de Pământ, planeta este mai masivă decât Pământul, dar mai puțin masivă decât Neptun. Spre deosebire de Neptun, care se află la 3 miliarde de mile de Soare, GJ 3470 b s-ar fi putut forma foarte aproape de steaua sa pitică roșie ca un obiect stâncos uscat. Apoi a tras gravitațional hidrogen și heliu gazos de pe discul circumstelar pentru a crea o atmosferă groasă. Discul s-a împrăștiat cu multe miliarde de ani în urmă, iar planeta a încetat să crească. Figura de jos arată o unitate cu care sistemul arăta mult timp. Amabilitatea NASA / ESA
Cu toate acestea, oamenii de știință pun periodic întrebarea: Gliese 3470 b este un mini-neptun în forma în care este menționat acum sau este un super-pământ?
Un alt exemplu de mini-Neptune - Kepler-11f areo masă de 2,3 mase Pământului și o densitate de 0,69, la fel ca Saturn, care are o masă de 95 de Pământuri. Aceste proprietăți de clasă, această exoplanetă se încadrează în categoria mini-Neptunilor sau piticilor gazoși, care au un ocean lichid înconjurat de o atmosferă groasă de hidrogen și heliu și un mic nucleu stâncos.
Jupiteri fierbinți
Jupiterii fierbinți sunt planete gigantice gazoase cucu o perioadă de circulație mai mică de 10 zile. Perioada scurtă înseamnă că Jupiterii fierbinți sunt foarte aproape de stelele lor gazdă. Acestea sunt de obicei la mai puțin de 0,1 unități astronomice distanță, ceea ce reprezintă o zecime din distanța de la Pământ la Soare. Jupiterii fierbinți au dominat descoperirile planetare de cel puțin un deceniu, deoarece sunt cel mai ușor de găsit folosind viteza radială (Doppler) și metodele de tranzit.
Jupiters fierbinți sunt planete masive gigantice gazoase care orbitează în jurul soarelui lor la mică distanță de Pământ-Soare în sistemul nostru solar. Credit: ESA
Conform modelelor moderne de formare planetară,Jupiterii fierbinti din punct de vedere tehnic nu ar trebui sa existe. Un gigant gazos nu se poate forma atât de aproape de steaua sa, deoarece gravitația, radiația și vântul stelar intens trebuie să împiedice gazul să se lipească.
Cu toate acestea, ele există; din cele peste 4.000 de exoplanete confirmate descoperite până în prezent, până la 337 pot fi Jupiteri fierbinți.
O soluție posibilă este aceeajupiterii fierbinți se formează mai mult acolo unde materialele de construcție sunt suficiente și apoi migrează la pozițiile lor actuale. Migrarea Jupiterilor fierbinți poate fi declanșată de o varietate de mecanisme. Se crede că motivul este dezechilibrul curenților din discul protoplanetar. Unii oameni de știință cred că orbitele Jupiterului fierbinte sunt excitate până la o excentricitate foarte mare (o caracteristică numerică a orbitei unui corp ceresc, care caracterizează „compresia” orbitei).
Cu toate acestea, noi cercetări prezentate laCea de-a 233-a întâlnire a Societății Americane de Astronomie de la Seattle confirmă o idee care contrazice ideile anterioare despre formarea planetelor, dar căpătă amploare în domeniu.
Planete uriașe care se învârt în jurul loreste posibil ca stelele lor să se fi format într-un loc aproape de soarele lor în câteva zile, în loc să se formeze în depărtare și să migreze mai târziu către stea.
Lucrare publicată pe 5 octombrie 2018 în TheAstrophysical Journal Letters arată că astfel de planete gigantice, numite Jupiter fierbinți, se pot forma într-un loc aproape de stelele lor și pot rămâne acolo pe tot parcursul vieții fără a se evapora.
Discuri protoplanetare care formează planeteîn jurul stelelor tinere au o gaură în mijloc creată de câmpul magnetic al stelei. Noi cercetări au arătat că limita interioară a discului poate forma planete gigantice gazoase fără a le cere să se formeze mai departe și să migreze. Credit: NASA / JPL-Caltech
În 2017, a fost descoperită o lume asemănătoare lui Jupiter.atât de fierbinte încât planeta este vaporizată de propria sa stea.Cu o temperatură în timpul zilei de peste 4.315,556°C (4.600 Kelvin), KELT-9b este o planetă care este mai fierbinte decât majoritatea stelelor. Dar steaua sa albastră de tip A, numită KELT-9, este și mai fierbinte – de fapt, probabil că dezintegrează planeta prin evaporare.
Conceptul acestui artist arată planeta.KELT-9b, care orbitează steaua sa principală, KELT-9. Este cea mai tare planetă gigantică gazoasă descoperită până acum. Credit: NASA / JPL-Caltech
În 2019, un nou record a fost stabilitorbite ale Jupiterilor fierbinți. Potrivit studiului, un gigant gazos numit NGTS-10b orbitează steaua sa atât de aproape încât își orbitează steaua în 18,4 ore. Descoperirea face din acest sistem solar un laborator incredibil pentru studierea interacțiunilor mareelor dintre o stea și o exoplanetă uriașă periculoasă.
Analogii pământului
Înainte de căutarea și studiul științific al planetelor extrasolareaceastă posibilitate a existenței unor planete precum Pământul a fost discutată doar în filozofie și science fiction. Principiul mediocrității sugerează că planete precum a noastră ar trebui să fie comune în univers, în timp ce ipoteza unui Pământ unic sugerează că acestea sunt extrem de rare. Mii de sisteme stelare exoplanetare descoperite până acum sunt foarte diferite de sistemul nostru solar, confirmând în același timp ipoteza unui Pământ unic.
Filosofii observă că dimensiunea universului este așacă trebuie să existe undeva o planetă aproape identică. În viitorul îndepărtat, oamenii pot folosi tehnologia pentru a produce artificial un analog al Pământului prin terraformare. Teoria multiversului sugerează că un analog al Pământului ar putea exista într-un alt univers sau chiar să fie o versiune diferită a Pământului însuși într-un univers paralel.
Potrivit unui studiu datat 4 noiembrie 2013, maiexistă 40.000.000.000 de planete de dimensiunea Pământului care orbitează stelele lor în zone locuibile din Calea Lactee. Cea mai apropiată astfel de planetă ar putea fi la 12 ani lumină distanță. Astronomii au oferit rezultate pe baza datelor din misiunea Kepler.
Descoperirile științifice din anii 1990 au influențat foarte mult domeniul astrobiologiei, modelele de habitabilitate planetară și căutarea inteligenței extraterestre (SETI).
Unde să cauți viața?
Știm doar o planetă care areviața este Pământul. Și pe planeta noastră, apa este cea mai importantă componentă a vieții așa cum o cunoaștem. În timp ce astronomii încă nu sunt siguri dacă există viață pe alte planete, ei restrâng căutarea unor lumi potențial locuibile folosind mai multe criterii.
Întrucât conceptul nostru de viață este Pământul, astronomiicăutând planete cu caracteristici similare ei. Cum ar fi, de exemplu, apa lichidă. Dar un obiect ceresc se poate roti atât de aproape (cum ar fi Mercur) sau atât de departe (cum ar fi Pluto) de steaua sa încât apa se evaporă sau se îngheață mai întâi pe suprafața sa, decât se poate forma viața acolo. Zona locuibilă este gama de distanțe cu temperaturile potrivite pentru a menține apa de pe planetă lichidă. Oamenii de știință speră că descoperirile din zonele locuibile, cum ar fi planetele de dimensiunea Pământului Kepler-186f, ne vor conduce la apă - și într-o zi la viața extraterestră.
Zona locuibilă este la mijloc. Credit: NASA
Dacă viața poate fi găsită oriunde, atunci cel mai probabil vor fi exoplanete din zona locuibilă.
Viitorul cercetării exoplanetei: misiuni și obiective majore
JWST (Telescop spațial James Webb)
Misiunea telescopului spațial NASA / ESA / CSALansarea lui James Webb în 2021 va oferi noi posibilități schimbătoare de jocuri pentru observarea exoplanetelor și a atmosferelor acestora. Cu o suită de patru instrumente care funcționează la lungimi de undă în infraroșu, Webb va folosi mai multe metode pentru a studia aceste corpuri extrasolare.
Observațiile spectroscopice extrem de sensibile ale planetelor în tranzit - cu caracteristici similare în ceea ce privește mărimea și masa - vor inaugura o eră a științei planetare comparative pentru exoplanete.
Impresia artistului despre Webb. Credit: ESA, NASA, S. Beckwith (STScI) și echipa HUDF, Northrop Grumman Aerospace Systems / STScI / ATG medialab
Webb va caracteriza atmosferele exoplaneteiprin înregistrarea spectrelor de absorbție, reflecție și emisie la lungimile de undă în infraroșu pentru planete care se întind pe gama de dimensiuni de la super-pământ până la giganți gazoși. Va profita de faptul că moleculele din atmosferele exoplanetelor au un număr mare de caracteristici spectrale la aceste lungimi de undă, oferind observatorilor un set bogat de instrumente de diagnosticare, multe dintre ele nefiind disponibile de pe Pământ.
Webb va putea, de asemenea, să redea directunele exoplanete tinere și masive care orbitează mai departe de steaua lor mamă decât cele care tranzitează. Trei dintre instrumentele Webb au capacități imagistice cu contrast ridicat (în două cazuri, acest lucru se realizează cu un paragraf) pentru a minimiza strălucirea de la steaua părinte și pentru a simplifica imaginea planetei. Observațiile cu mai multe filtre în infraroșu vor oferi o mulțime de informații despre aceste planete, proprietățile lor și mecanismele lor de formare.
PLATON
Misiunea ESA PLATO (PLAnetary Transits andOscilațiile stelelor) ar trebui să înceapă în 2026. PLATO își propune să detecteze și să caracterizeze un număr mare de sisteme planetare extrasolare noi prin căutarea a sute de mii de stele luminoase pentru planete în tranzit. PLATON va avea capacitatea unică de a găsi și de a determina proprietățile planetelor terestre care se rotesc în zona locuibilă în jurul stelelor similare Soarelui nostru.
Prin combinarea măsurătorilor precise de rază PLATO pentruun eșantion mare de planete cu mase planetare corespunzătoare determinate din observații de la sol, oamenii de știință vor putea explora diversitatea planetelor existente. Aceste observații vor permite, de asemenea, oamenilor de știință să determine compoziția volumetrică a unui număr mare de planete minore, să studieze cât de asemănătoare sunt acestea cu Pământul și să investigheze locuința lor.
Descoperirea planetelor care se învârt în jurul stelelor strălucitoarePLATO va iniția misiuni ulterioare în căutarea semnăturilor vieții - aceste tipuri de planete sunt cei mai buni candidați pentru măsurători spectroscopice ulterioare pentru a măsura structura și compoziția atmosferelor planetare.
ARIEL
Telescop spațial în curs de dezvoltare,care urmează să fie lansat în 2028 ca parte a celei de-a patra misiuni de viziune cosmică a agenției spațiale europene. Este planificat ca, cu ajutorul telescopului, să fie investigate cel puțin 1.000 de exoplanete folosind metoda de tranzit.
De la lansarea sa în 2028, ARIEL o va faceeste conceput pentru observații de înaltă precizie utilizând fotometrie simultană în regiunea vizibilă a spectrului și spectroscopie în regiunea infraroșie apropiată a undelor. Acesta va observa și va studia aproximativ 1.000 de giganți de gaz predominant fierbinți și fierbinți, Neptuni și super-pământuri în jurul unei game de tipuri stelare și arhitecturi ale sistemului planetar.
previziuni
Cu acest set de telescoape spațiale careLansată în următorul deceniu, putem aștepta cu nerăbdare descoperirea „Pământului 2.0”, adăugând în același timp planete mai bizare și neașteptate la colecția de exoplanete. Vremuri incitante înainte.
De ce să studiezi exoplanetele?
„Suntem singuri în Univers?„Este una dintre cele mai profunde întrebări pe care le poate pune omenirea. Descoperirea primei exoplanete care orbitează în jurul unei stele precum Soarele nostru a fost făcută în 1995, iar astăzi cercetarea exoplanetelor este unul dintre domeniile cu cea mai rapidă creștere în astronomie.
Изучение разнообразного спектра экзопланет и sistemele planetare care au fost descoperite până în prezent - de la mici la mari, de la cele care par terestre la profund bizare - nu numai că ne ajută să aflăm despre modul în care s-au format și s-au dezvoltat aceste sisteme particulare, dar oferă și indicii importante pentru a înțelege dacă și unde poate exista viața în altă parte a universului.
Citește și
Priviți harta 3D a Universului: a fost compilată timp de 20 de ani și a surprins deja oamenii de știință
Cometa NEOWISE este vizibilă în Rusia. Unde să o vezi, unde să cauți și cum să faci o fotografie
Planet Parade 2020: unde să urmărești, când se va întâmpla și ce spune știința despre ea