Наша сонячна система є лише крихітним проблиском упостійно розширюється Всесвіту<
Багато з цих нових планет дуже відрізняються відтих, які обертаються навколо нашого Сонця, і навіть архітектура екзопланетних систем мало схожа на нашу. Минув час, і величезна кількість інформації було знайдено в деяких з цих далеких світів. Що ще більш примітно, так це те, наскільки швидко область екзопланетних досліджень зросла за відносно короткий період часу.
Екзопланети - що це таке?
Екзопланета - це планета за межами нашоїСонячної системи. Екзопланета обертається навколо своєї зірки - аналогу нашого Сонця. Разом із зіркою одна або кілька екзопланет складають Сонячну систему, подібну до нашої. Відстань від найближчої планети до приймаючої зірки може бути більше або менше, ніж у Меркурія, а далекі планети можуть розташовуватися далі Сатурна і Плутона і бути більше Юпітера - так чи інакше, екзопланета, одна або кілька утворюють зі своєю зіркою Сонячну систему.
Якими бувають «інші» Сонячні системи?
- Система з однією чи декількома планетами.
- Система з двома зірками та однією планетою.
- Система з планетами, які можуть мати відповідні умови для стабільності води на їхній поверхні, необхідні для компонента життя, як ми його знаємо.
Як шукають екзопланети?
У 2006 році була запущена перша космічнамісія, присвячена екзопланетних дослідженням, - місія під назвою CoRoT. Протягом декількох місяців після запуску CoRoT виявив свою першу планету, гарячий Юпітер, обертається навколо зірки, подібної до Сонця. У наступні кілька років CoRoT поставив екзопланетних дослідження з космосу на стійку основу з постійним виявленням незвичайних планет.
Коли у 2009 році було запущено місію НАСА"Кеплер", число відомих планет почало зростати. «Кеплер» - космічна обсерваторія НАСА, орбітальний телескоп з надчутливим фотометром, спеціально призначений для пошуку екзопланет.
Методи виявлення екзопланет стають все більш точними.
метод Доплера(Радіальних швидкостей, променевих швидкостей).Перші планети, знайдені на орбіті сонцеподібних зірок, були виявлені саме таким методом. Поодинока зірка, позбавлена планетної системи, матиме свій центр тяжіння, розташований у центрі зірки. Однак коли планета обертається навколо зірки, центр ваги системи «зірка-планета» зміщується від центру зірки, змушуючи зірку «розгойдуватись» туди й сюди з погляду спостерігача, як зірки та зірки. Планета обертається навколо їхнього загального центру мас. Тонкі зміни в радіальній (прямій видимості) швидкості зірки можуть, в принципі, бути виміряні, щоб показати присутність або невидимих планет.
метод Доплера(радіальних швидкостей, променевих швидкостей)
метод транзитудозволяє телескопам вимірювати сяйво, щобпідтвердити присутність планет навколо зірки, оскільки під час кожного проходження планети перед зіркою відбувається потемніння. Циклічні зміни в яскравості показують проходження планети між Землею та зіркою.
метод транзиту
Астрометрия- це метод, який виявляє рухзірки шляхом точних вимірів її положення на небі. Цей метод також може бути використаний для ідентифікації планет навколо зірки шляхом вимірювання крихітних змін у її положенні, коли вона коливається навколо центру мас планетної системи.
Астрометрия
Виявлення за допомогоюгравітаційного мікролінзуваннявідбувається, коли гравітаційне поле зіркивикривляє простір-час, що відхиляє світло від далекої зірки позаду. Цей ефект видно лише у тому випадку, якщо дві зірки вирівняні щодо Землі. Якщо зірка, яка діє як лінза, має планету, поле планети може мати невеликий, але помітний ефект.
гравітаційне мікролінзування
Пряме виявлення екзопланет засноване на зображеннях високої роздільної здатності та високої контрастності з використанням адаптивної оптики.
Скільки у Всесвіті екзопланет? Які вони бувають?
До кінця 2019 року була знайдено і підтвердженопонад 4 000 екзопланет. Деякі з них масивні, як Юпітер, але знаходяться на орбіті набагато ближче до своєї зірки, ніж Меркурій до нашого Сонця. Інші екзопланети - скласти або крижані, а у багатьох просто немає аналогів в нашій Сонячній системі.
Здебільшого екзопланети складаються з тих жесамих елементів, які складають планети в нашій сонячній системі, хоча з різними балансами складу, які надають кожній екзопланете свої чесноти. Існує чотири первинні класифікації екзопланет, включаючи нептуноподобние світи, світи з планетами, схожі на гарячий Юпітер, світи з Суперземлями і світи з планетами-аналогами Землі.
суперземлі
Суперземля - це планета з масою від 1 до 10 мас Землі. Класифікація суперземлі відноситься тільки до маси планети, але нічого не говорить про її поверхневих умовах або придатності для життя.
Земля зліва і враження художника про Суперземля справа. Надано: NASA / JPL-Caltech
Перші суперземлі, дві екзопланети з масами, що вчетверо перевищують маси Землі, були виявлені на орбіті навколо пульсара PSR B1257+12 у 1992 році.
Перша суперземля навколо зірки головноїПослідовність була відкрита командою під керівництвом Еудженіо Рівери в 2005 році. Вона обертається навколо Gliese 876 і одержала позначення Gliese 876 d (два газові гіганти розміром з Юпітер раніше були виявлені в цій системі). Планета має оцінну масу 7,5 мас Землі і дуже короткий орбітальний період всього близько 2 днів. Через близькість Gliese 876 d до зірки-господаря, червоного карлика, Gliese 876 d може мати температуру поверхні 430–650 Кельвінів (156,85–376,85 °C) і може підтримувати рідку воду.
Це був перший червоний карлик, у якого булавиявлена планетна система. Ймовірно, масивні планети-гіганти взагалі нетипові для подібних зірок. З тих пір були відкриті десятки суперземель, маса яких не перевищує 1,9 маси Землі.
У квітні 2007 року вчені оголосили про відкриття двох нових суперземель навколо Gliese 581, на краю населеної зони навколо зірки, де рідка вода може виявитися можливою на поверхні.
Gliese 581 c масою щонайменше в 5 масЗемлі і відстанню до своєї зірки до 11 млн км (0,073 астрономічних одиниць) знаходиться на «теплій» кордоні населеної зони. Подальші дослідження показали, що Gliese 581 c, ймовірно, переніс потужний парниковий ефект, такий же, що і Венера.
Астрономи припустили, що суперземлі можуть бутибільш геологічно активними, ніж наша планета, і відчувати більш енергійну тектоніку через більш тонких плит, які знаходяться під великою напругою. Ті, хто зайнятий пошуком інопланетного життя, в захваті від суперземель через можливість того, що вони можуть бути кам'янистими і, можливо, жилими, на відміну від газових гігантів.
Міні-Нептун
Міні-нептун (іноді відомий як газовакарликова планета або перехідна планета) - це екзопланета, від 2 до 10 мас Землі із щільністю менше 1. Планети цього типу менше Урана (14,5 маси Землі) та Нептуна (17,1 маси Землі).
Міні-Нептун - газовий карлик, на якому рідкийокеан оточений густою атмосферою водню і гелію і невеликим скелястим ядром. Хоча нещодавнє відкриття показало, що міні-Нептуна, яких всі вважали газовими планетами, можуть бути Суперземлями зі скелястим ядром, яке оточене водою в сверхкритическом стані. Такий стан вода приймає при дуже високому тиску і температурах.
Планети за своїми розмірами і масою між Землею іНептуном не існує в нашій Сонячній системі, але вони, здається, поширені в інших частинах Всесвіту. Вони представляють собою щось середнє між кам'янистими планетами нашої сонячної системи і її крижаними гігантами. В результаті астрономам вдалося проаналізувати атмосферу одного з цих «середніх» віддалених світів, які відомі як клас «Міні-Нептун». Результати рецензування були оголосять 2 липня 2019 року і опубліковані в журналі Nature Astronomy 1 липня 2019 року.
Міні-Нептун - планета Gliese 3470 b - обертаєтьсянавколо своєї зірки - червоного карлика. Планета важить приблизно 12,6 земних мас, що робить його набагато більш масивною, ніж Земля, але менш масивної, ніж Нептун в нашій сонячній системі (17 мас Землі). Якщо помістити Gliese 3470 b в нашу Сонячну систему, він буде прекрасно підходити між Землею і Нептуном з точки зору розміру. Вважається, що на планеті є велике скелясте ядро, поховане під глибокої, нищівній атмосферою водню і гелію.
Ця ілюстрація художника показуєтеоретичну внутрішню структуру екзопланети GJ 3470 б. Це не схоже ні на одну планету в Сонячній системі. При вазі в 12,6 мас Землі планета більш масивна, ніж Земля, але менш масивна, ніж Нептун. На відміну від Нептуна, який знаходиться в 3 мільярди миль від Сонця, GJ 3470 b міг утворитися дуже близько до своєї червоної карликової зірки як сухий кам'янистий об'єкт. Потім він гравітаційно втягнув водень і газоподібний гелій з навколозоряних диска, щоб створити густу атмосферу. Диск розсіявся багато мільярдів років тому, і планета перестала рости. На нижньому малюнку показаний диск, який система виглядала давно. Надано НАСА / ЄКА
Однак вчені періодично задаються питанням: Gliese 3470 b - міні-нептун в тому вигляді, в якому він згадується зараз, або це суперземля?
Ще приклад міні-нептунів - Кеплер-11f маємасу 2,3 маси Землі і щільність 0,69, таку, як у Сатурна, маса якого становить 95 Землі. Ці властивості класу, ця екзопланета у категорії міні-нептун або газоподібних карликів, які мають рідкий океан, оточений густою атмосферою водню та гелію та невеликого скелястого ядра.
Гарячі юпітери
Гарячі юпітери - це газові планети-гіганти зперіодом обертання менше 10 днів. Короткий період означає, що гарячі юпітери дуже близькі до своїх зірок-господарям. Зазвичай вони знаходяться на відстані зазвичай менше 0,1 астрономічних одиниць, що становить одну десяту відстані від Землі до Сонця. Гарячі юпітери домінували в відкриттях планет протягом, принаймні, одного десятиліття, тому що їх легше всього знайти за допомогою методу радіальної швидкості (доплера) і методу транзиту.
Гарячі Юпітери - це масивні газові планети-гіганти, які обертаються навколо своїх сонців на невеликій відстані від Землі-Сонця в нашій Сонячній системі. Надано: ESA
Згідно сучасним моделям формування планет,технічно гарячі юпітери не повинні існувати. Газовий гігант не може сформуватися так близько до своєї зірки, тому що гравітація, радіація і інтенсивний зоряний вітер повинні перешкоджати злипання газу разом.
Тим не менш, вони існують; з більш як 4 000 підтверджених екзопланет, виявлених на сьогоднішній день, до 337 можуть бути гарячими юпітерами.
Одним з можливих рішень є те, щогарячі юпітери утворюються далі, де будівельних матеріалів досить, а потім мігрують на свої поточні позиції. Міграція гарячих юпітерів може бути викликана різними механізмами. Є думка, що причиною є дисбаланс струмів в протопланетному диску. Деякі вчені вважають, що орбіти гарячого Юпітера збуджуються до дуже високого ексцентриситету (числова характеристика орбіти небесного тіла, яка характеризує «стислість» орбіти).
Однак нове дослідження, представлене на233-му засіданні Американського астрономічного товариства в Сіетлі підтверджує ідею, яка суперечить попереднім уявленням про формування планет, але набирає обертів у цій галузі.
Гігантські планети, які обертаються навколосвоїх зірок, можливо, за кілька днів сформувалися в місці, близькому до їх сонць, замість того, щоб сформуватися в віддаленні і пізніше мігрувати до зірки.
Робота, опублікована 5 жовтня 2018 року в TheAstrophysical Journal Letters, показує, що такі гігантські планети, звані гарячими юпітерами, можуть утворюватися в місці, близькому до їх зірок, і залишатися там протягом усього свого життя, не випаровуючись.
Протопланетні диски, які утворюють планетинавколо молодих зірок, мають в середині отвір, створене магнітним полем зірки. Нові дослідження показали, що внутрішня межа диска може утворювати газові планети-гіганти, не вимагаючи, щоб вони утворювалися далі і мігрували. Надано: NASA / JPL-Caltech
У 2017 році було виявлено світ, схожий на Юпітер,настільки гарячий, що планета випаровується своєю власною зіркою. З денною температурою більше 4 315,556 ° C (4 600 Кельвінів), KELT-9b - це планета, яка гаряча, ніж більшість зірок. Але його блакитна зірка типу А, яка називається KELT-9, ще гарячіша — фактично вона, ймовірно, розпадає планету за рахунок випаровування.
Концепт цього художника показує планетуKELT-9b, що обертається навколо своєї провідної зірки, KELT-9. Це найгарячіша газова гігантська планета, виявлена досі. Надано: NASA / JPL-Caltech
У 2019 був встановлений новий рекорд середорбіт гарячих юпітерів. Судячи з дослідження, газовий гігант під назвою NGTS-10b обертається навколо своєї зірки так близько, що він робить повний оборот за 18,4 години. Відкриття робить цю Сонячну систему неймовірною лабораторією для вивчення приливних взаємодій між зіркою і небезпечно близькій гігантської екзопланетою.
аналоги Землі
До наукового пошуку і вивчення позасонячних планетця можливість існування планет, подібних до Землі, обговорювалася лише в філософії і наукової фантастики. Принцип пересічності передбачає, що планети, подібні до нашої, повинні бути поширені у Всесвіті, в той час як гіпотеза унікальною Землі передбачає, що вони надзвичайно рідкісні. Тисячі екзопланетних зоряних систем, виявлених досі, сильно відрізняються від нашої сонячної системи, поки підтверджують гіпотезу унікальною Землі.
Філософи відзначають, що розмір всесвіту такий,що десь має існувати майже ідентична планета. У далекому майбутньому люди можуть використовувати технологію для штучного отримання аналога Землі шляхом терраформирования. Теорія мультивселенной передбачає, що аналог Землі може існувати в іншій Всесвіту або навіть бути іншою версією самої Землі в паралельній Всесвіту.
Судячи з дослідження від 4 листопада 2013 року, можеіснувати 40 000 000 000 планет розмірів Землі, що обертаються навколо своїх зірок в зонах населеності в межах Чумацького шляху. Найближча така планета може бути на відстані 12 світлових років. Астрономи надали результати на основі даних місії Кеплера.
Наукові знахідки з 1990-х років сильно вплинули на область астробіології, моделі населеності планет і пошук позаземного розуму (SETI).
Де шукати життя?
Ми знаємо тільки одну планету, на якій єжиття - Земля. І на нашій планеті вода є найважливішим компонентом життя, яким ми його знаємо. У той час як астрономи досі не впевнені, чи є життя на інших планетах, вони звужують пошук потенційно населених світів, використовуючи кілька критеріїв.
Оскільки наша концепція життя - Земля, астрономишукають планети з характеристиками, подібними до неї. Такими, наприклад, як рідка вода. Але небесний об'єкт може обертатися тільки так близько (як Меркурій) або так далеко (як Плутон) від своєї зірки, що вода перш випарується або замерзне на його поверхні, ніж там зможе утворитися життя. Зона населеності - це діапазон відстаней з правильними температурами, щоб вода на планеті залишалася рідкою. Вчені сподіваються, що такі відкриття в зоні населеності, як планети розміром із Землю Кеплер-186f, приведуть нас до води - і одного разу до інопланетного життя.
Зона населеності посередині. Надано: НАСА
Якщо де і можна знайти життя, то, швидше за все, це будуть екзопланети в зоні проживання.
Майбутнє вивчення екзопланет: основні місії і їх завдання
JWST (James Webb Space Telescope)
Місія NASA / ESA / CSA космічного телескопаДжеймса Вебба в зв'язку з запуском в 2021 році забезпечить ігрові змінюють нові можливості для спостереження екзопланет і їх атмосфер. З набором з чотирьох приладів, що працюють на інфрачервоних довжинах хвиль, Уебб буде використовувати різні способи для дослідження цих позасонячних тел.
Високочутливі спектроскопічні спостереження транзитних планет - з аналогічними характеристиками щодо розміру і маси - відкриють еру порівняльної планетології для екзопланет.
Враження художника про Уебб. Надано: ЕКА, НАСА, С. Беквіт (STScI) і команда HUDF, Northrop Grumman Aerospace Systems / STScI / ATG medialab
Уебб буде характеризувати атмосфери екзопланетшляхом реєстрації спектрів поглинання, відображення і випромінювання на інфрачервоних довжинах хвиль для планет, що охоплюють діапазон розмірів від суперземель до газових гігантів. Він буде використовувати той факт, що на цих довжинах хвиль молекули в атмосферах екзопланет мають більшу кількість спектральних характеристик, надаючи спостерігачам багатий набір діагностичних інструментів, багато з яких недоступні з Землі.
Уебб також зможе безпосередньо візуалізуватидеякі молоді та масивні екзопланети, що обертаються на великих відстанях від їх батьківської зірки, ніж більшість транзитних. Три з інструментів Уебба мають висококонтрастними можливостями візуалізації (в двох випадках це здійснюється за допомогою коронографа), щоб звести до мінімуму відблиски батьківської зірки і спростити зображення планети. Спостереження з декількома інфрачервоними фільтрами нададуть багато інформації про ці планетах, їх властивості та механізми їх формування.
PLATO
Місія ESA PLATO (PLAnetary Transits andOscillations of the Stars) повинна початися в 2026 році. PLATO призначена для виявлення і характеристики великої кількості нових позасонячних планетних систем шляхом пошуку сотень тисяч яскравих зірок для транзитних планет. PLATO буде володіти унікальною здатністю знаходити і визначати властивості планет земної групи, які обертаються в населеній зоні навколо зірок, схожих на наше Сонце.
Комбінуючи точні вимірювання радіусів PLATO длявеликий вибірки планет з відповідними планетарними масами, визначеними з наземних спостережень, вчені зможуть досліджувати різноманітність існуючих планет. Ці спостереження також дозволять вченим визначити об'ємний склад великого числа малих планет, вивчити, наскільки вони схожі на Землю, і досліджувати їх населеність.
Відкриваючи планети, що обертаються навколо яскравих зірок,PLATO стане першовідкривачем для наступних місій, які шукають сигнатури життя - ці типи планет є кращими кандидатами для наступних спектроскопических вимірювань для вимірювання структури і складу атмосфер планет.
ARIEL
Що знаходиться в розробці космічний телескоп,який планується запустити в 2028 році в рамках четвертої місії середнього класу Cosmic Vision Європейського космічного агентства. Планується, що за допомогою телескопа будуть досліджені не менше 1 000 екзопланет за допомогою транзитного методу.
З моменту запуску 2028 року ARIEL будепризначена для проведення високоточних спостережень з використанням одночасної фотометрії у видимій області спектра і спектроскопії в ближній інфрачервоній області хвиль. Вона буде спостерігати і вивчати близько 1 000 переважно гарячих і гарячих транзитних газових гігантів, Нептунів і суперземель навколо ряду зіркових типів і архітектур планетних систем.
прогнози
З цим набором космічних телескопів, якібудуть запущені протягом наступного десятиліття, ми можемо очікувати наближення до виявлення «Землі 2.0», в той же час додаючи більш дивні і несподівані планети в колекцію екзопланет. Попереду захоплюючі часи.
Навіщо вивчати екзопланети?
«Ми одні у Всесвіті?» - це одне з найглибших питань, яке може поставити людство. Відкриття першої екзопланети, що обертається навколо такої зірки, як наше Сонце, було зроблено в 1995 році, і сьогодні дослідження екзопланет є однією з областей, що найбільш швидко ростуть в астрономії.
Вивчення різноманітного спектра екзопланет іпланетних систем, які були виявлені на сьогоднішній день - від малих до великих, від тих, які здаються земними, до глибоко химерних - не тільки допомагає нам дізнатися про те, як ці конкретні системи формувалися і розвивалися, але і надає важливі підказки до розуміння того , чи може і де може існувати життя де-небудь ще у Всесвіті.
Читати також
Подивіться на 3D-карту Всесвіту: її складали 20 років і вона вже здивувала вчених
Комета NEOWISE видно в Росії. Де її побачити, куди дивитися і як зробити фото
Парад планет - 2020: де дивитися, коли станеться і що про це говорить наука