Vårt solsystem är bara en liten glimt avständigt växande universum<
Många av dessa nya planeter skiljer sig mycket frånde som kretsar kring vår sol och till och med arkitekturen i exoplanetära system har lite likhet med vår. När tiden gick hittades en enorm mängd information i några av dessa avlägsna världar. Vad som är ännu mer anmärkningsvärt är hur snabbt området för exoplanetär forskning har vuxit på relativt kort tid.
Exoplaneter - vad är de?
En exoplanet är en planet bortom vårSolsystem. Exoplaneten kretsar kring sin stjärna - en analog av vår sol. Tillsammans med en stjärna utgör en eller flera exoplaneter ett solsystem som vårt. Avståndet från närmaste planet till värdstjärnan kan vara mer eller mindre än för Merkurius, och avlägsna planeter kan placeras längre än Saturnus och Pluto och vara större än Jupiter - på ett eller annat sätt, en exoplanet, en eller flera bildar ett solsystem med sin stjärna.
Vilka är de "andra" solsystemen?
- Ett system med en eller flera planeter.
- Ett system med två stjärnor och en planet.
- Ett system med planeter som kan ha de rätta förutsättningarna för vattnets stabilitet på sin yta, nödvändigt för en del av livet som vi känner det.
Hur letar man efter exoplaneter?
År 2006 lanserades den första rymdfarkostenuppdraget tillägnad exoplanetär forskning är ett uppdrag som heter CoRoT. Inom några månader efter lanseringen upptäckte CoRoT sin första planet, heta Jupiter, som kretsar kring en stjärna som solen. Under de närmaste åren satte CoRoT exoplanetär utforskning från rymden på ett hållbart underlag med konstant upptäckt av ovanliga planeter.
När NASA-uppdraget startade 2009Kepler började antalet kända planeter att öka. Kepler är ett NASA-rymdobservatorium, ett orbitalteleskop med en ultrakänslig fotometer, speciellt designad för att söka efter exoplaneter.
Metoder för att upptäcka exoplaneter blir mer exakta.
Doppler-metod(radialhastigheter, radiella hastigheter). De första planeterna som hittades i solliknande stjärnors omloppsbana upptäcktes med exakt den här metoden. En enda stjärna, utan ett planetsystem, kommer att ha sin tyngdpunkt i stjärnans centrum. Men när en planet kretsar runt en stjärna förskjuts stjärnplanetsystemets tyngdpunkt bort från stjärnans centrum, vilket får stjärnan att "vicka" fram och tillbaka från observatörens perspektiv, precis som stjärnor och stjärnor. Planeten roterar runt deras gemensamma masscentrum. Subtila förändringar i en stjärnas radiella (siktlinje) hastighet kan i princip mätas för att avslöja närvaron av annars osynliga planeter.
Doppler-metod(radialhastigheter, radiella hastigheter)
Transiteringsmetodtillåter teleskop att mäta norrsken tillbekräfta närvaron av planeter runt stjärnan, eftersom varje gång en planet passerar framför stjärnan uppstår mörkning. Cykliska förändringar i ljusstyrka indikerar en planets passage mellan jorden och en stjärna.
Transiteringsmetod
Astrometriär en metod som upptäcker rörelsestjärnor genom att noggrant mäta sin position på himlen. Tekniken kan också användas för att identifiera planeter runt en stjärna genom att mäta små förändringar i dess position när den svänger runt planetsystemets masscentrum.
Astrometri
Detektering med hjälp avtyngdkraftsmikrolinseringuppstår när stjärnans gravitationsfältböjer rumtiden, vilket böjer ljus från en avlägsen stjärna bakom. Denna effekt är bara synlig om de två stjärnorna är i linje med jorden. Om stjärnan som fungerar som en lins har en planet kan planetens fält ha en liten men märkbar effekt.
Gravitationell mikrolinsering
Direkt detektering av exoplaneter baseras på högupplösta bilder med hög kontrast med adaptiv optik.
Hur många exoplaneter finns det i universum? Vad är dem?
I slutet av 2019 hittades det och bekräftadesmer än 4000 exoplaneter. Vissa är lika massiva som Jupiter, men kretsar mycket närmare sin stjärna än kvicksilver är vår sol. Andra exoplaneter är steniga eller isiga, och många har helt enkelt inga analoger i vårt solsystem.
För det mesta består exoplaneter av sammajust de element som utgör planeterna i vårt solsystem, om än med olika kompositionsbalanser som ger varje exoplanet dess distinkta egenskaper. Det finns fyra primära klassificeringar av exoplaneter, inklusive neptunliknande världar, världar med planeter som het Jupiter, världar med superjordar och världar med planetliknande jordar.
Superjordar
En superjord är en planet med en massa av 1 till 10 jordmassor. Superjordklassificeringen hänvisar bara till planetens massa, men säger ingenting om dess ytförhållanden eller lämplighet för livet.
Jorden till vänster och konstnärens intryck av en superjord till höger. Upphovsman: NASA / JPL-Caltech
De första superjordarna, två exoplaneter med fyra gånger jordens massor, upptäcktes i omloppsbana runt pulsaren PSR B1257+12 1992.
Den första superjorden runt en huvudstjärnaSekvensen upptäcktes av ett team ledd av Eugenio Rivera 2005. Den kretsar kring Gliese 876 och har benämnts Gliese 876 d (två Jupiter-stora gasjättar har tidigare upptäckts i detta system). Planeten har en uppskattad massa på 7,5 jordmassor och en mycket kort omloppstid på endast cirka 2 dagar. På grund av Gliese 876 ds närhet till sin röda dvärgvärdstjärna, kan Gliese 876 d ha en yttemperatur på 430–650 Kelvin (156,85–376,85 °C) och kan stödja flytande vatten.
Det var den första röda dvärgen som hadeupptäckte ett planetariskt system. Förmodligen är massiva jätteplaneter i allmänhet atypiska för sådana stjärnor. Sedan dess har dussintals superjordar upptäckts, med en massa på endast 1,9 jordmassor.
I april 2007 tillkännagav forskare upptäckten av två nya superjordar runt Gliese 581, vid kanten av stjärnans beboeliga zon där flytande vatten kan vara möjligt på ytan.
Gliese 581 med en massa av minst 5 massorJorden och avståndet till dess stjärna upp till 11 miljoner km (0,073 astronomiska enheter) ligger på den "varma" gränsen till den bebodda zonen. Senare studier har visat att Gliese 581 c troligen drabbades av en massiv växthuseffekt, samma som Venus.
Astronomer har föreslagit att superjordar kan vara detmer geologiskt aktiv än vår planet och uppleva kraftigare tektonik på grund av tunnare plattor som är under större stress. De som letar efter främmande liv är i vördnad för superländer på grund av möjligheten att de kan vara steniga och möjligen bebodda, till skillnad från gasjättar.
Mini neptun
Mini Neptunus (ibland känd som gasdvärgplanet eller övergångsplanet) är en exoplanet, från 2 till 10 jordmassor med en densitet mindre än 1. Planeter av denna typ är mindre än Uranus (14,5 jordmassor) och Neptunus (17,1 jordmassor).
Mini-neptun är en gasdvärg med vätskahavet är omgivet av en tjock atmosfär av väte och helium och en liten stenig kärna. Även om en upptäckt nyligen har visat att mini-neptunes, som alla trodde var gasformiga planeter, kunde vara superjordar med en stenig kärna omgiven av superkritiskt vatten. Vatten tar detta tillstånd vid mycket höga tryck och temperaturer.
Planeter i storlek och massa mellan jorden ochNeptun finns inte i vårt solsystem, men de verkar vara vanliga i andra delar av universum. De är en korsning mellan de soliga planeterna i vårt solsystem och dess isjättar. Som ett resultat kunde astronomer analysera atmosfären i en av dessa "mellersta" avlägsna världar, som är kända som "mini-neptun" -klassen. Resultaten av peer review tillkännagavs den 2 juli 2019 och publicerades i Nature Astronomy den 1 juli 2019.
Mini neptun - planet Gliese 3470 b - roteranderunt sin stjärna - en röd dvärg. Planeten väger cirka 12,6 jordmassor, vilket gör den mycket mer massiv än jorden, men mindre massiv än Neptun i vårt solsystem (17 jordmassor). Om du placerar Gliese 3470 b i vårt solsystem passar det perfekt mellan jorden och Neptun när det gäller storlek. Planeten tros ha en stor stenig kärna begravd under en djup, krossande atmosfär av väte och helium.
Denna konstnärsillustration visarteoretisk intern struktur för exoplanet GJ 3470 b. Detta skiljer sig från någon annan planet i solsystemet. Med en vikt på 12,6 jordmassor är planeten mer massiv än jorden, men mindre massiv än Neptun. Till skillnad från Neptunus, som ligger 3 miljarder mil från solen, kan GJ 3470 b ha bildats mycket nära sin röda dvärgstjärna som ett torrt stenigt objekt. Därefter drog gravitationellt in väte och gasformigt helium från den cirkelformade skivan för att skapa en tjock atmosfär. Disken spridda för många miljarder år sedan, och planeten slutade växa. Den nedre figuren visar en enhet som systemet såg ut för länge sedan. Med tillstånd av NASA / ESA
Men forskare ställer regelbundet frågan: är Gliese 3470 b en mini-neptun i den form som den nämns nu, eller är det en superjord?
Ett annat exempel på mini-Neptunes - Kepler-11f haren massa på 2,3 jordmassor och en densitet på 0,69, samma som Saturnus, som har en massa på 95 jordar. Dessa klassegenskaper, denna exoplanet är i kategorin mini-Neptunes eller gasformiga dvärgar, som har ett flytande hav omgivet av en tjock atmosfär av väte och helium och en liten stenig kärna.
Heta Jupiters
Heta jupiter är gasjättplaneter medmed en cirkulationsperiod på mindre än tio dagar. Den korta perioden innebär att heta jupiter är mycket nära sina värdstjärnor. De är vanligtvis mindre än 0,1 astronomiska enheter bort, vilket är en tiondel avståndet från jorden till solen. Hot Jupiters har dominerat planetupptäckter i minst ett decennium eftersom de är lättast att hitta med hjälp av radiell hastighet (Doppler) och transitmetoder.
Heta Jupiters är massiva gasjätteplaneter som kretsar runt sina solar en kort bit från jorden-solen i vårt solsystem. Kredit: ESA
Enligt moderna modeller för planetformation,tekniskt heta Jupiters borde inte existera. En gasjätt kan inte bilda sig så nära stjärnan eftersom tyngdkraften, strålningen och den intensiva stjärnvinden måste hålla gasen ihop.
De finns dock; av de mer än 4 000 bekräftade exoplaneter som hittills upptäckts kan upp till 337 vara heta jupiter.
En möjlig lösning är detheta jupiter bildas vidare där byggmaterial är tillräckliga och sedan migrerar till sina nuvarande positioner. Migrationen av heta Jupiters kan utlösas av en mängd olika mekanismer. Man tror att orsaken är obalansen mellan strömmar i den protoplanetära skivan. Vissa forskare tror att heta Jupiters banor är glada över en mycket hög excentricitet (en numerisk egenskap för en himmellegems bana, som kännetecknar "kompressionen" av banan).
Men ny forskning presenteras klDet 233:e mötet i American Astronomical Society i Seattle bekräftar en idé som strider mot tidigare idéer om planetbildning men som tar fart på området.
Jätteplaneter som kretsar kringderas stjärnor kan ha bildats på ett ställe nära sina solar på några dagar, istället för att bildas på avstånd och senare migrera mot stjärnan.
Arbetet publicerades 5 oktober 2018 i TheAstrofysiska journalbokstäver visar att sådana jätteplaneter, kallade heta jupiter, kan bildas på en plats nära sina stjärnor och stanna kvar under hela sitt liv utan att avdunsta.
Protoplanetära skivor som bildar planeterrunt unga stjärnor har ett hål i mitten skapat av stjärnans magnetfält. Ny forskning har visat att den inre skivgränsen kan bilda gasjättplaneter utan att de behöver formas vidare och migrera. Upphovsman: NASA / JPL-Caltech
2017 upptäcktes en Jupiter-liknande värld.så varmt att planeten förångas av sin egen stjärna. Med en dagtemperatur på över 4 315 556°C (4 600 Kelvin) är KELT-9b en planet som är varmare än de flesta stjärnor. Men dess blå stjärna av A-typ, kallad KELT-9, är ännu varmare - i själva verket håller den troligen på att sönderdela planeten genom avdunstning.
Den här konstnärens koncept visar planeten.KELT-9b, kretsar kring dess ledande stjärna, KELT-9. Det är den hetaste gasjättplaneten som hittills hittats. Upphovsman: NASA / JPL-Caltech
År 2019 sattes ett nytt rekord blandbanor av heta Jupiters. Enligt studien kretsar en gasjätte som heter NGTS-10b sin stjärna så nära att den fullbordar en full revolution på 18,4 timmar. Upptäckten gör detta solsystem till ett otroligt laboratorium för att studera tidvatteninteraktioner mellan en stjärna och en farligt nära jättexoplanet.
Jordanaloger
Innan vetenskaplig sökning och studie av extrasolära planeterdenna möjlighet att det finns planeter som jorden har bara diskuterats i filosofi och science fiction. Principen om medelmåttighet föreslår att planeter som våra bör vara vanliga i universum, medan hypotesen om en unik jord antyder att de är extremt sällsynta. De tusentals exoplanetära stjärnsystem som hittills upptäckts skiljer sig mycket från vårt solsystem, samtidigt som hypotesen om en unik jord bekräftas.
Filosofer noterar att universums storlek är sådanatt det måste finnas en nästan identisk planet någonstans. I en avlägsen framtid kan människor använda teknik för att artificiellt producera en jordanalog genom terformation. Multiversitetsteorin antyder att en analog av jorden kan existera i ett annat universum, eller till och med vara en annan version av jorden själv i ett parallellt universum.
Enligt en studie daterad 4 november 2013 kan dendet finns 40.000.000.000 planeter på jorden som kretsar kring sina stjärnor i bebodda zoner inom Vintergatan. Den närmaste planeten kan vara 12 ljusår bort. Astronomer har tillhandahållit resultat baserat på data från Kepler-uppdraget.
Vetenskapliga fynd sedan 1990-talet har starkt påverkat området för astrobiologi, planetariska livsmodeller och sökandet efter utomjordisk intelligens (SETI).
Var ska man leta efter livet?
Vi känner bara till en planet som harlivet är jorden. Och på vår planet är vatten den viktigaste komponenten i livet så som vi känner det. Medan astronomer fortfarande inte är säkra på om det finns liv på andra planeter, begränsar de sökandet efter potentiellt beboliga världar med hjälp av flera kriterier.
Eftersom vårt livskoncept är jorden är astronomerletar efter planeter med egenskaper som liknar henne. Såsom till exempel flytande vatten. Men ett himmelskt objekt kan bara rotera så nära (som kvicksilver) eller så långt (som Pluto) från sin stjärna att vatten först avdunstar eller fryser på dess yta än liv kan bildas där. Den beboeliga zonen är avståndet med rätt temperatur för att hålla vattnet på planeten flytande. Forskare hoppas att upptäckter i beboeliga zoner som planeter på jorden Kepler-186f kommer att leda oss till vatten - och en dag till främmande liv.
Den beboeliga zonen ligger i mitten. Kredit: NASA
Om liv kan hittas var som helst, så är det med största sannolikhet exoplaneter i den beboeliga zonen.
Framtiden för exoplanetforskning: stora uppdrag och mål
JWST (James Webb Space Telescope)
NASA / ESA / CSA Space Telescope MissionJames Webbs lansering 2021 kommer att ge nya spelmöjligheter för att observera exoplaneter och deras atmosfär. Med en uppsättning av fyra instrument som arbetar med infraröda våglängder kommer Webb att använda flera metoder för att studera dessa extrasolära kroppar.
Mycket känsliga spektroskopiska observationer av transiterande planeter - med liknande egenskaper vad gäller storlek och massa - kommer att inleda en era av jämförande planetvetenskap för exoplaneter.
Konstnärens intryck av Webb. Upphovsman: ESA, NASA, S. Beckwith (STScI) och HUDF Team, Northrop Grumman Aerospace Systems / STScI / ATG medialab
Webb kommer att karaktärisera atmosfären av exoplanetgenom att registrera absorptions-, reflektions- och emissionsspektra vid infraröda våglängder för planeter som sträcker sig över storleksområdet från superjordar till gasjättar. Det kommer att dra nytta av det faktum att molekyler i atmosfären av exoplaneter har ett stort antal spektrala egenskaper vid dessa våglängder, vilket ger observatörer en rik uppsättning diagnostiska verktyg, varav många inte är tillgängliga från jorden.
Webb kommer också att kunna rendera direktnågra unga och massiva exoplaneter som kretsar längre bort från sin moderstjärna än de flesta transiterande. Tre av Webbs verktyg har avbildningsfunktioner med hög kontrast (i två fall görs detta med en coronagraph) för att minimera bländning från moderstjärnan och förenkla bilden av planeten. Observationer med flera infraröda filter kommer att ge mycket information om dessa planeter, deras egenskaper och deras bildningsmekanismer.
PLATO
Uppdrag ESA PLATO (PLAnetary Transits andOscillationer av stjärnorna) börja 2026. PLATO syftar till att upptäcka och karakterisera ett stort antal nya extrasolära planetariska system genom att söka efter hundratusentals ljusstjärnor för transiterande planeter. PLATO kommer att ha den unika förmågan att hitta och bestämma egenskaperna hos de markbundna planeterna som kretsar i den bebodda zonen runt stjärnor som liknar vår sol.
Genom att kombinera exakta mätningar av PLATO-radien förett stort urval av planeter med motsvarande planetmassor bestämda från markbaserade observationer, kommer forskare att kunna utforska mångfalden av befintliga planeter. Dessa observationer kommer också att göra det möjligt för forskare att bestämma den volymetriska sammansättningen av ett stort antal mindre planeter, studera hur lika de liknar jorden och undersöka deras bebobarhet.
Upptäck planeter som kretsar kring ljusa stjärnorPLATO kommer att vara banbrytande för efterföljande uppdrag som letar efter livssignaturer - dessa typer av planeter är de bästa kandidaterna för efterföljande spektroskopiska mätningar för att mäta planetens atmosfärers struktur och sammansättning.
ARIEL
Rymdteleskop under utveckling,som planeras lanseras 2028 som en del av Europeiska rymdorganisationens fjärde medelklass Cosmic Vision-uppdrag. Det planeras att med hjälp av teleskopet ska minst 1000 exoplaneter undersökas med hjälp av transiteringsmetoden.
Sedan lanseringen 2028 kommer ARIEL att göra detär konstruerad för observationer med hög precision med samtidig fotometri i det synliga området av spektrumet och spektroskopi i det nära infraröda området av vågor. Den kommer att observera och studera cirka 1000 övervägande heta och heta transiteringsgasjättar, Neptunes och superjordar runt en rad stjärntyper och planetsystemarkitekturer.
prognoser
Med denna uppsättning rymdteleskop detLanserades under det kommande decenniet, vi kan se fram emot upptäckten av "Earth 2.0" samtidigt som vi lägger till fler bisarra och oväntade planeter i exoplanetsamlingen. Spännande tider framåt.
Varför studera exoplaneter?
"Är vi ensamma i universum?"är en av de djupaste frågorna mänskligheten kan ställa. Upptäckten av den första exoplaneten som kretsar kring en stjärna som vår sol gjordes 1995, och idag är exoplanetforskning ett av de snabbast växande områdena inom astronomi.
Utforska ett varierat spektrum av exoplaneter ochplanetsystem som hittills har upptäckts - från små till stora, från de som verkar markbundna till djupt bisarra - hjälper oss inte bara att lära oss om hur dessa specifika system bildades och utvecklades, utan ger också viktiga ledtrådar för att förstå om och var livet kan existera någon annanstans i universum.
Läs också
Titta på 3D-kartan över universum: den sammanställdes i 20 år och den har redan förvånat forskare
Kometen NEOWISE är synlig i Ryssland. Var man kan se henne, var man ska titta och hur man tar ett foto
Planet Parade 2020: var man kan titta, när det kommer att hända och vad vetenskapen säger om det