Naša slnečná sústava je len malý pohľad do nejneustále sa rozširujúci vesmír<
Mnohé z týchto nových planét sú veľmi odlišnétie, ktoré sa točia okolo nášho Slnka, a dokonca ani architektúra exoplanetárnych systémov sa málo podobá našej. Postupom času sa v niektorých z týchto vzdialených svetov našlo obrovské množstvo informácií. Ešte pozoruhodnejšie je to, ako rýchlo sa oblasť exoplanetárneho výskumu rozrástla v relatívne krátkom časovom období.
Exoplanéty - čo sú to?
Exoplanéta je planéta mimo našuSlnečná sústava. Exoplanéta sa točí okolo svojej hviezdy - analógu nášho Slnka. Spolu s hviezdou tvorí jedna alebo viac exoplanét slnečnú sústavu, ako je tá naša. Vzdialenosť od najbližšej planéty k hviezde hostiteľa môže byť viac alebo menej ako Merkúr a vzdialené planéty môžu byť umiestnené ďalej ako Saturn a Pluto a môžu byť väčšie ako Jupiter - tak či onak, exoplanéta, jedna alebo viac tvoria slnečná sústava s jej hviezdou.
Čo sú to „ďalšie“ solárne systémy?
- Systém s jednou alebo viacerými planétami.
- Systém s dvoma hviezdami a jednou planétou.
- Systém s planétami, ktoré môžu mať na svojom povrchu vhodné podmienky pre stabilitu vody, nevyhnutnej pre zložku života, ako ju poznáme.
Ako sa hľadajú exoplanéty?
V roku 2006 bola vypustená prvá kozmická loďmisiou venovanou exoplanetárnemu výskumu je misia s názvom CoRoT. Počas niekoľkých mesiacov od uvedenia na trh objavil CoRoT svoju prvú planétu, horúci Jupiter, obiehajúcu okolo hviezdy podobnej slnku. V priebehu niekoľkých nasledujúcich rokov CoRoT dal exoplanetárny prieskum z vesmíru na udržateľný základ s neustálym zisťovaním neobvyklých planét.
Keď sa v roku 2009 spustila misia NASAKeplera sa počet známych planét začal zvyšovať. Kepler je vesmírne observatórium NASA, orbitálny teleskop s ultracitlivým fotometrom, špeciálne navrhnutý na vyhľadávanie exoplanét.
Metódy detekcie exoplanét sú čoraz presnejšie.
Dopplerova metóda(radiálne rýchlosti, radiálne rýchlosti). Prvé planéty nájdené na obežnej dráhe hviezd podobných slnku boli objavené presne touto metódou. Jediná hviezda, ktorá nemá planetárny systém, bude mať svoje ťažisko umiestnené v strede hviezdy. Keď však planéta obieha okolo hviezdy, ťažisko systému hviezda-planéta sa posunie preč od stredu hviezdy, čo spôsobí, že hviezda sa z pohľadu pozorovateľa „vrtí“ tam a späť, rovnako ako hviezdy a hviezdy. Planéta rotuje okolo ich spoločného ťažiska. Jemné zmeny v radiálnej (priamej viditeľnosti) rýchlosti hviezdy možno v princípe merať, aby sa odhalila prítomnosť inak neviditeľných planét.
Dopplerova metóda(radiálne rýchlosti, radiálne rýchlosti)
Tranzitná metódaumožňuje ďalekohľadom merať polárnu žiarupotvrdiť prítomnosť planét okolo hviezdy, pretože zakaždým, keď planéta prejde pred hviezdou, dôjde k stmavnutiu. Cyklické zmeny jasu naznačujú prechod planéty medzi Zemou a hviezdou.
Tranzitná metóda
Astrometriaje metóda, ktorá detekuje pohybhviezdy presným meraním ich polohy na oblohe. Táto technika môže byť tiež použitá na identifikáciu planét okolo hviezdy meraním drobných zmien v jej polohe, keď osciluje okolo ťažiska planetárneho systému.
Astrometria
Detekcia pomocougravitačný mikročočoknastáva pri gravitačnom poli hviezdyohýba časopriestor, ktorý ohýba svetlo zo vzdialenej hviezdy za sebou. Tento efekt je viditeľný iba vtedy, ak sú dve hviezdy zarovnané so Zemou. Ak má hviezda, ktorá funguje ako šošovka, planétu, pole planéty môže mať malý, ale viditeľný efekt.
Gravitačný mikročočok
Priama detekcia exoplanét je založená na obrázkoch s vysokým rozlíšením a vysokým kontrastom pomocou adaptívnej optiky.
Koľko exoplanét je vo vesmíre? Čo sú zač?
Do konca roku 2019 sa to našlo a potvrdiloviac ako 4 000 exoplanét. Niektoré sú hmotné ako Jupiter, ale obiehajú okolo svojej hviezdy oveľa bližšie ako Merkúr k nášmu Slnku. Ostatné exoplanéty sú kamenné alebo ľadové a mnohé z nich jednoducho nemajú v našej slnečnej sústave obdoby.
Z väčšej časti sú exoplanéty zložené z rovnakýchsamotné prvky, ktoré tvoria planéty v našej slnečnej sústave, aj keď s rozdielnymi kompozičnými rovnováhami, ktoré dávajú každej exoplanéte jej charakteristické vlastnosti. Existujú štyri primárne klasifikácie exoplanét, vrátane svetov podobných Neptúnovi, svetov s planétami ako horúci Jupiter, svetov so superzemami a svetov s planétami podobnými Zemi.
Superzemia
Super-Zem je planéta s hmotnosťou od 1 do 10 hmotností Zeme. Superzemská klasifikácia sa vzťahuje iba na hmotnosť planéty, ale nehovorí nič o jej povrchových podmienkach alebo vhodnosti pre život.
Zem vľavo a dojem umelca o superzeme vpravo. Poďakovanie: NASA / JPL-Caltech
Prvé superzeme, dve exoplanéty so štvornásobnou hmotnosťou Zeme, boli objavené na obežnej dráhe okolo pulzaru PSR B1257+12 v roku 1992.
Prvá super-Zem okolo hlavnej hviezdySekvenciu objavil tím vedený Eugeniom Riverom v roku 2005. Obieha okolo Gliese 876 a bol označený ako Gliese 876 d (v tomto systéme už boli objavení dvaja plynní obri veľkosti Jupitera). Planéta má odhadovanú hmotnosť 7,5 hmotnosti Zeme a veľmi krátku obežnú dobu len asi 2 dni. Vzhľadom na blízkosť Gliese 876 d k svojej hostiteľskej hviezde červeného trpaslíka môže mať Gliese 876 d povrchovú teplotu 430–650 Kelvinov (156,85–376,85 °C) a môže podporovať tekutú vodu.
Bol to prvý červený trpaslík, ktorého sme maliobjavil planetárny systém. Pravdepodobne masívne obrovské planéty sú pre tieto hviezdy všeobecne netypické. Odvtedy boli objavené desiatky superzeme, ktorých hmotnosť bola iba 1,9 hmotností Zeme.
V apríli 2007 vedci oznámili objav dvoch nových superzemí okolo Gliese 581, na okraji obývateľnej zóny hviezdy, kde môže byť na povrchu tekutá voda.
Gliese 581 s hmotnosťou najmenej 5 hmôtZem a vzdialenosť k jej hviezde až 11 miliónov km (0,073 astronomických jednotiek) sa nachádza na „teplej“ hranici obývateľnej zóny. Následné štúdie preukázali, že Gliese 581 c pravdepodobne utrpel obrovský skleníkový efekt, rovnako ako Venuša.
Astronómovia naznačujú, že by to mohli byť aj nadzemkygeologicky aktívnejšie ako naša planéta a zažijú energickejšiu tektoniku vďaka tenším doskám, ktoré sú vystavené väčšiemu namáhaniu. Tí, ktorí hľadajú mimozemský život, sú v úžase nad superzemami kvôli možnosti, že môžu byť skalní a možno obývaní, na rozdiel od plynných gigantov.
Mini neptún
Mini Neptún (niekedy známy ako plyntrpasličia planéta alebo prechodová planéta) je exoplanéta s hmotnosťou 2 až 10 hmotnosti Zeme s hustotou menšou ako 1. Planéty tohto typu sú menšie ako Urán (14,5 hmotnosti Zeme) a Neptún (17,1 hmotnosti Zeme).
Mini-neptún je plynový trpaslík s tekutinouoceán je obklopený hustou atmosférou vodíka a hélia a malým kamenným jadrom. Aj keď nedávny objav ukázal, že miniopeptón, ktorý si každý predstavoval ako plynné planéty, môže ísť o superzeme so skalnatým jadrom obklopeným superkritickou vodou. Voda naberá tento stav pri veľmi vysokých tlakoch a teplotách.
Planéty o veľkosti a hmotnosti medzi Zemou aNeptún v našej slnečnej sústave neexistuje, zdá sa však, že sú bežné v iných častiach vesmíru. Sú krížením medzi kamennými planétami našej slnečnej sústavy a jej ľadovými gigantmi. Vďaka tomu boli astronómovia schopní analyzovať atmosféru jedného z týchto „stredných“ vzdialených svetov, ktoré sú známe ako trieda „mini-neptúnov“. Výsledky partnerského preskúmania boli zverejnené 2. júla 2019 a zverejnené v Nature Astronomy 1. júla 2019.
Mini neptún - planéta Gliese 3470 b - otočnýokolo svojej hviezdy - červeného trpaslíka. Planéta váži približne 12,6 hmotností Zeme, vďaka čomu je oveľa hmotnejšia ako Zem, ale menej hmotná ako Neptún v našej slnečnej sústave (17 hmotností Zeme). Keby ste vložili Gliese 3470 b do našej slnečnej sústavy, čo sa týka veľkosti, perfektne by zapadol medzi Zem a Neptún. Predpokladá sa, že planéta má veľké kamenné jadro zakopané v hlbokej drvivej atmosfére vodíka a hélia.
Táto ilustrácia umelca ukazujeteoretická vnútorná štruktúra exoplanéty GJ 3470 b. Je to na rozdiel od iných planét slnečnej sústavy. S hmotnosťou 12,6 hmôt Zeme je planéta hmotnejšia ako Zem, ale menej hmotná ako Neptún. Na rozdiel od Neptúna, ktorý je 3 miliardy míľ od Slnka, sa GJ 3470 b mohla formovať veľmi blízko svojej červenej trpasličej hviezdy ako suchý skalnatý objekt. Potom gravitačne vtiahla z cirkulárneho disku vodík a plynné hélium a vytvorila hustú atmosféru. Disk sa rozptýlil pred mnohými miliardami rokov a planéta prestala rásť. Spodný obrázok zobrazuje jednotku, na ktorú systém vyzeral už dávno. S láskavým dovolením NASA / ESA
Vedci si však pravidelne kladú otázku: je Gliese 3470 b mini-neptún v podobe, v akej je spomenutý teraz, alebo je to nadpozemská zem?
Ďalší príklad mini-Neptúnov - Kepler-11f máhmotnosť 2,3 hmotnosti Zeme a hustota 0,69, rovnako ako Saturn, ktorý má hmotnosť 95 Zemí. Vďaka týmto triednym vlastnostiam patrí táto exoplanéta do kategórie mini-Neptúnov alebo plynných trpaslíkov, ktorí majú tekutý oceán obklopený hustou atmosférou vodíka a hélia a malým kamenným jadrom.
Horúci Jupiteri
Horúce Jupitery sú plynné obrie planétys obdobím obehu kratším ako 10 dní. Krátke obdobie znamená, že horúci Jupiteri sú veľmi blízko svojich hviezd. Spravidla sú vzdialené menej ako 0,1 astronomickej jednotky, čo je desatina vzdialenosti od Zeme po Slnko. Horúce Jupitery dominujú planetárnym objavom najmenej jedno desaťročie, pretože ich nájdenie je najjednoduchšie pomocou metód radiálnej rýchlosti (Doppler) a tranzitných metód.
Horúce Jupitery sú obrovské plynné obrie planéty, ktoré obiehajú okolo svojich sĺnk v krátkej vzdialenosti od Zeme-Slnka v našej slnečnej sústave. Kredit: ESA
Podľa moderných modelov planetárneho formovaniatechnicky horúce Jupitery by nemali existovať. Plynový gigant nemôže vzniknúť tak blízko svojej hviezdy, pretože gravitácia, žiarenie a intenzívny hviezdny vietor musia držať plyn pred lepením.
Existujú však; z viac ako 4 000 doteraz objavených potvrdených exoplanét môže byť až 337 horúcimi Jupitermi.
Jedným z možných riešení je tohorúce jupitery sa tvoria ďalej tam, kde je dostatok stavebných materiálov, a potom migrujú do svojej súčasnej polohy. Migráciu horúcich Jupiterov môže spustiť celý rad mechanizmov. Predpokladá sa, že dôvodom je nerovnováha prúdov v protoplanetárnom disku. Niektorí vedci sa domnievajú, že dráhy horúceho Jupitera vzrušujú veľmi vysokou výstrednosťou (číselná charakteristika obežnej dráhy nebeského telesa, ktorá charakterizuje „stlačenie“ obežnej dráhy).
Avšak nový výskum prezentovaný na233. stretnutie Americkej astronomickej spoločnosti v Seattli potvrdzuje myšlienku, ktorá je v rozpore s predchádzajúcimi predstavami o formovaní planét, ale v tejto oblasti naberá na sile.
Obrovské planéty, ktoré sa krútia okoloich hviezdy sa mohli za niekoľko dní vytvoriť na mieste blízko ich slnka, namiesto toho, aby sa vytvorili v diaľke a neskôr migrovali k hviezde.
Práce zverejnené 5. októbra 2018 v časopise TheAstrophysical Journal Letters ukazuje, že také obrovské planéty, nazývané horúce Jupitery, sa môžu formovať na mieste blízko svojich hviezd a zostať tam po celý život bez toho, aby sa odparili.
Protoplanetárne disky, ktoré formujú planétyokolo mladých hviezd majú v strede dieru vytvorenú magnetickým poľom hviezdy. Nový výskum ukázal, že vnútorná hranica disku môže vytvárať plynné obrovské planéty bez toho, aby sa vyžadovalo ich ďalšie formovanie a migrácia. Poďakovanie: NASA / JPL-Caltech
V roku 2017 bol objavený svet podobný Jupiteru.taká horúca, že planéta sa vyparí vlastnou hviezdou. S dennou teplotou nad 4 315,556 °C (4 600 Kelvinov) je KELT-9b planétou, ktorá je teplejšia ako väčšina hviezd. Ale jej modrá hviezda typu A, nazývaná KELT-9, je ešte horšia – v skutočnosti pravdepodobne rozloží planétu vyparovaním.
Koncept tohto umelca ukazuje planétu.KELT-9b obiehajúci okolo svojej vedúcej hviezdy KELT-9. Je to najteplejšia plynná obria planéta, aká bola doteraz objavená. Poďakovanie: NASA / JPL-Caltech
V roku 2019 bol zaznamenaný nový rekorddráhy horúcich Jupiterov. Štúdia naznačuje, že plynný gigant s názvom NGTS-10b obieha okolo svojej hviezdy tak blízko, že úplnú revolúciu dokončí za 18,4 hodiny. Tento objav robí z tejto slnečnej sústavy neuveriteľné laboratórium na štúdium slapových interakcií medzi hviezdou a nebezpečne blízkou obrovskou exoplanétou.
Analógy Zeme
Pred vedeckým hľadaním a štúdiom extrasolárnych planéto tejto možnosti existencie planét ako Zem sa hovorilo iba vo filozofii a sci-fi. Princíp priemernosti naznačuje, že planéty ako naša by mali byť vo vesmíre bežné, zatiaľ čo hypotéza o jedinečnej Zemi naznačuje, že sú extrémne zriedkavé. Tisíce doteraz objavených exoplanetárnych hviezdnych systémov sa veľmi líšia od našej slnečnej sústavy, čo potvrdzuje hypotézu o jedinečnej Zemi.
Filozofi poznamenávajú, že veľkosť vesmíru je takáže niekde musí byť takmer identická planéta. V ďalekej budúcnosti môžu ľudia použiť technológiu na umelú produkciu analógu Zeme terraformovaním. Teória multiverza naznačuje, že analóg Zeme by mohol existovať v inom vesmíre, alebo dokonca môže byť odlišnou verziou samotnej Zeme v paralelnom vesmíre.
Podľa štúdie zo 4. novembra 2013 môžeexistuje 40 000 000 000 planét veľkosti Zeme obiehajúcich okolo svojich hviezd v obývateľných zónach v rámci Mliečnej dráhy. Najbližšia takáto planéta by mohla byť vzdialená 12 svetelných rokov. Astronómovia poskytli výsledky na základe údajov z misie Kepler.
Vedecké poznatky od 90. rokov 20. storočia výrazne ovplyvnili oblasť astrobiológie, modely planetárnej obývateľnosti a hľadanie mimozemskej inteligencie (SETI).
Kde hľadať život?
Poznáme iba jednu planétu, ktorá máživot je Zem. A na našej planéte je voda najdôležitejšou zložkou života, ako ju poznáme. Aj keď astronómovia stále nie sú istí, či existuje život na iných planétach, zúžia hľadanie potenciálne obývateľných svetov pomocou niekoľkých kritérií.
Pretože náš koncept života je Zem, astronómoviahľadajú planéty s charakteristikami podobnými jej. Ako napríklad tekutá voda. Nebeský objekt sa ale môže otáčať len tak blízko (ako Merkúr) alebo tak ďaleko (ako Pluto) od svojej hviezdy, že sa najskôr voda odparí alebo zamrzne na jej povrchu, než sa tam môže vytvoriť život. Obytná zóna je rozsah vzdialeností so správnymi teplotami, ktoré udržujú vodu na planéte tekutú. Vedci dúfajú, že objavy v obývateľných zónach, ako sú planéty o veľkosti Zeme Kepler-186f, nás dovedú k vode - a jedného dňa k mimozemskému životu.
Obytná zóna je v strede. Poďakovanie: NASA
Ak sa dá niekde nájsť život, tak s najväčšou pravdepodobnosťou to budú exoplanéty v obývateľnej zóne.
Budúcnosť výskumu exoplanéty: hlavné misie a ciele
JWST (James Webb Space Telescope)
Misia kozmického ďalekohľadu NASA / ESA / CSASpustenie Jamesa Webba v roku 2021 poskytne nové možnosti pozorovania exoplanét a ich atmosfér, ktoré menia hru. Vďaka skupine štyroch prístrojov pracujúcich na infračervených vlnových dĺžkach použije Webb na štúdium týchto extrasolárnych telies niekoľko metód.
Vysoko citlivé spektroskopické pozorovania tranzitujúcich planét - s podobnými vlastnosťami, čo sa týka veľkosti a hmotnosti - povedú k ére komparatívnej planetárnej vedy pre exoplanéty.
Dojem umelca z Webba. Poďakovanie: ESA, NASA, S. Beckwith (STScI) a tím HUDF, Northrop Grumman Aerospace Systems / STScI / ATG medialab
Webb bude charakterizovať atmosféru exoplanétyzaznamenávaním absorpčných, reflexných a emisných spektier pri infračervených vlnových dĺžkach pre planéty, ktoré sa rozprestierajú v rozmedzí veľkostí od nadzemských až po plynné obry. Využije skutočnosť, že molekuly v atmosférach exoplanét majú veľké množstvo spektrálnych charakteristík na týchto vlnových dĺžkach, čo poskytuje pozorovateľom bohatú sadu diagnostických nástrojov, z ktorých mnohé nie sú dostupné zo Zeme.
Webb bude tiež schopný priameho vykreslenianiektoré mladé a masívne exoplanéty obiehajúce ďalej od svojej materskej hviezdy ako väčšina tranzitných. Tri z nástrojov spoločnosti Webb majú zobrazovacie schopnosti s vysokým kontrastom (v dvoch prípadoch sa to robí pomocou koronografu), ktoré minimalizujú oslnenie materskou hviezdou a zjednodušujú obraz planéty. Pozorovania s viacerými infračervenými filtrami poskytnú veľa informácií o týchto planétach, ich vlastnostiach a mechanizmoch ich formovania.
PLATO
Misia ESA PLATO (PLANETÁRNE Tranzity aOscilácie hviezd) by sa mali začať v roku 2026. Cieľom PLATO je objaviť a charakterizovať veľké množstvo nových extrasolárnych planetárnych systémov hľadaním státisícov jasných hviezd pre prechod planét. PLATO bude mať jedinečnú schopnosť nájsť a určiť vlastnosti pozemských planét, ktoré sa otáčajú v obývateľnej zóne okolo hviezd podobných nášmu Slnku.
Kombináciou presných meraní polomerov PLATO preveľká vzorka planét so zodpovedajúcimi planetárnymi hmotami určená z pozemských pozorovaní, budú vedci schopní preskúmať rozmanitosť existujúcich planét. Tieto pozorovania tiež umožnia vedcom určiť objemové zloženie veľkého počtu menších planét, preskúmať ich podobnosť so Zemou a preskúmať ich obývateľnosť.
Objavovanie planét otáčajúcich sa okolo jasných hviezdPLATO bude priekopníkom nasledujúcich misií hľadajúcich podpisy života - tieto typy planét sú najlepšími kandidátmi na následné spektroskopické merania na meranie štruktúry a zloženia planetárnych atmosfér.
ARIEL
Vyvíja sa vesmírny ďalekohľad,ktorá by mala byť zahájená v roku 2028 ako súčasť štvrtej misie Európskej vesmírnej agentúry Cosmic Vision. Plánuje sa, že pomocou ďalekohľadu bude pomocou tranzitnej metódy vyšetrených najmenej 1 000 exoplanét.
Od svojho uvedenia na trh v roku 2028 bude ARIELje určený na vysoko presné pozorovania pomocou simultánnej fotometrie vo viditeľnej oblasti spektra a spektroskopie v blízkej infračervenej oblasti vĺn. Bude pozorovať a študovať asi 1 000 prevažne horúcich a horúcich tranzitných plynných gigantov, Neptúnov a superzeme okolo celej škály hviezdnych typov a architektúr planetárnych systémov.
predpovede
S touto sadou vesmírnych ďalekohľadovNa trh uvedená v nasledujúcom desaťročí sa môžeme tešiť na objavenie „Zeme 2.0“ a do zbierky exoplanét pridáme ďalšie bizarné a neočakávané planéty. Napínavé časy dopredu.
Prečo študovať exoplanéty?
„Sme vo vesmíre sami?“ je jedna z najhlbších otázok, ktoré si ľudstvo môže položiť. Objav prvej exoplanéty obiehajúcej okolo hviezdy ako je naše Slnko bol uskutočnený v roku 1995 a dnes je výskum exoplanét jednou z najrýchlejšie rastúcich oblastí astronómie.
Skúmanie rozmanitého spektra exoplanét aplanetárne systémy, ktoré boli doteraz objavené - od malých po veľké, od tých, ktoré sa javia ako pozemské až po hlboko bizarné - nám nielen pomáhajú dozvedieť sa, ako sa tieto konkrétne systémy formovali a vyvíjali, ale tiež poskytujú dôležité informácie o tom, či a kde môže život existovať inde vo vesmíre.
Prečítajte si tiež
Pozrite sa na 3D mapu vesmíru: bola zostavená už 20 rokov a už vedcov prekvapila
Kométa NEOWISE je viditeľná v Rusku. Kde ju vidieť, kde hľadať a ako odfotiť
Planet Parade 2020: kde sa pozerať, kedy sa to stane a čo o tom hovorí veda