Экзопланета - это что такое? Как открывают и изучают экзопланеты?

Экзопланета – это планета, которая находится вне пределов нашей Солнечной системы. За последние два десятилетия были обнаружены тысячи подобных объектов, в основном с помощью космического телескопа НАСА «Кеплер».

Экзопланета – что это такое?

Эти космические объекты значительно отличаются по своим размерам и орбитам. Некоторые из них являются гигантскими планетами, кружащими вблизи от своих звезд. Одни покрыты льдом, другие скалами. НАСА и другие агентства ищут особый вид планеты: им нужна экзопланета, похожая на Землю, которая вращающаяся вокруг звезды, похожей на Солнце, и расположена в обитаемой зоне.

Обитаемая зона является диапазоном расстояний от звезды, при которых температура планеты позволяет существование жидких океанов воды, что имеет решающее значение для жизни. Самое раннее определение зоны было основано на простом тепловом равновесии, но современные расчеты включают множество других факторов, в т. ч. парниковый эффект атмосферы планеты. Это делает границы обитаемой зоны размытыми.

Видео: Евгений Гришковец - Планета (полная видеоверсия спектакля)

Теория зарождения жизни

Хотя экзопланета – это открытие 1990 годов, в течение многих лет астрономы были убеждены в их существовании. Они не просто верили, а основывали свои выводы на медленном вращении нашего собственного Солнца и других звезд.

У астрономов есть теория происхождения жизни в нашей Солнечной системе. Коротко говоря, вращающееся облако газа и пыли (так называемая протосолнечная туманность) под действием собственной гравитации разрушилось и сформировало наше светило и планеты. После этого сохранение углового момента означало, что будущее светило должно вращаться все быстрее и быстрее. Однако, хотя оно обладает 99,8% массы Солнечной системы, планеты обладают 96% ее углового момента. Астрономы задавались вопросом, почему наша звезда вращается так медленно.

Молодое светило имело очень сильное магнитное поле, силовые линии которого пронизывали диск завихренного газа, из которого формировались планеты. Эти линии были связаны с заряженными частицами газа, и действовали как якоря, замедляя вращение образовывающегося Солнца и раскручивая газ, который в конечном итоге превратился в планеты. Большинство звезд вращается медленно, поэтому астрономы сделали вывод, что такое же «магнитное торможение» произошло и у них, а это означает, что должно было произойти формирование планет. Отсюда логический вывод: планеты нужно искать вокруг подобных Солнцу звезд.

Ранние открытия

По этой и другим причинам ученые сначала ограничили поиски экзопланет звездами, похожими на Солнце, но первые два открытия в 1992 г. относились к пульсару (быстро вращающимся остаткам светила, погибшего как сверхновая) под названием PSR 1257+12. Первая подтвержденная экзопланета, обращающаяся вокруг звезды (фото размещено в статье), отвечающая этому требованию, была открыта в 1995 году. Ею стала 51 Pegasi b, масса которой соизмерима с массой Юпитера, и которая в 20 раз ближе к своему Солнцу, чем Земля. Это стало неожиданностью. Но еще одна странность произошла за семь лет до этого, благодаря которой стало ясно, что будет открыто множество экзопланет.

В 1988 году группой канадских ученых была обнаружена планета размером с Юпитер, движущаяся вокруг Гаммы Цефея. Но так как ее орбита была гораздо меньше орбиты Юпитера, ученые не заявили об окончательном обнаружении. Астрономы не рискнули предположить, что такие планеты существуют. Это настолько отличалось от нашей Солнечной системы, что ученые были крайне осторожны.

От больших к малым

Почти каждая открытая поначалу экзопланета – это огромный юпитероподобный (или еще больше) газовый гигант, вращающийся на небольшом расстоянии от своей родительской звезды. Объясняется это тем, что астрономы использовали технику измерения радиальной скорости, определяющей степень «раскачивания» звезды при обращении планет вокруг нее. Большие близкорасположенные космические тела оказывали настолько значительное влияние, что его можно было легко обнаружить.

До эпохи открытий экзопланет приборы могли измерить только движения звезд с точностью до километра в секунду, что было недостаточным для обнаружения их колебаний под влиянием планет. Современные приборы способны измерять скорость до сантиметра в секунду, частично из-за повышения точности оборудования, но также и по причине большей опытности астрономов в выделении из данных слабых сигналов.

Информационный взрыв «Кеплера»

На сегодняшний день насчитывается более 1000 подтвержденных экзопланет, обнаруженных одним спутником. Космический телескоп «Кеплер» был выведен на орбиту в 2009 году и охотился за обитаемыми планетами в течение четырех лет. В нем использовался метод, называемый «транзитным» – измерялось затемнение звезды во время прохождения перед ней космического объекта.

«Кеплер» выявил изобилие различных типов планет. Помимо газовых гигантов и тел земной группы, телескоп помог установить существование нового класса «суперземель», размеры которых находятся в пределах размеров Земли и Нептуна. Некоторые из них расположены в обитаемых зонах своих звезд, но астробиологи еще проверяют расчеты, чтобы выяснить, как в таких мирах может развиваться жизнь.

В 2014 году астрономы «Кеплера» представили метод «проверки многочисленностью», который должен был увеличить скорость перевода планет-кандидатов в статус подтвержденных. Методика основана на орбитальной устойчивости – многие звезды затемнялись через короткие промежутки времени, что могло быть вызвано только планетами на малых орбитах, так как будь это звезды, они бы гравитационно вытолкнули друг друга из системы в течение нескольких миллионов лет.

Другие миссии

Хотя спутники («Кеплер» и французский CoRoT), охотившиеся за экзопланетами, завершили свои первоначальные миссии, ученые до сих пор обрабатывают полученные с их помощью данные, совершая все новые открытия. И без работы они не останутся. Продолжают работать спутники MOST и NASA TESS, а швейцарский CHEOPS и спутник ЕКА PLATO начнут поиск транзита из космоса в ближайшее время. На Земле спектрограф HARPS 3,6-метрового телескопа Европейской южной обсерватории в Чили проводит доплеровский поиск колебаний звезд, но в охоте задействовано и множество других телескопов.

Одним из примеров является Космический телескоп НАСА Spitzer. Поскольку он чувствителен в инфракрасной области спектра, то способен измерять температурный профиль экзопланеты и дать представление о ее атмосфере.

Из более 3000 известных планет сложно остановить свой выбор на нескольких из них. Небольшие твердые экзопланеты в обитаемой зоне кажутся лучшими кандидатами, но астрономы выделяют другие, расширившие наше представление о формировании и развитии других миров.

Видео: Далекие планеты, похожие на Землю.

Первые ласточки

51 Pegasi b. Как упоминалось выше, это была первая доказанная экзопланета, обращающаяся вокруг звезды солнечного типа. Обладая половиной массы Юпитера, она удалена от центра системы на расстояние Меркурия. Планета настолько близка к своему светилу, что, скорее всего, одна ее сторона находится в приливном захвате – она постоянно обращена к звезде.

HD 209458 b. Это была первая обнаруженная в 1999 году экзопланета (фото размещено в статье), которая проходила транзитом мимо своей звезды (хотя при этом использовался метод Доплера), за которой последовали другие открытия. Это первая планета за пределами Солнечной системы, у которой были определены параметры ее атмосферы, в том числе температурный профиль и отсутствие облаков.

Видео: Планета Земля — космический корабль

Примечательные миры

55 Cancri е. Данная экзопланета – это, что называется, «суперземля», которая движется по орбите вокруг звезды, достаточно яркой, чтобы ее можно было видеть невооруженным глазом. Таким образом, астрономы могут изучать систему подробнее, чем любую другую. Ее «год» составляет всего 17 часов и 41 минуту (это было установлено, когда MOST наблюдал за системой в течение двух недель в 2011 году). Теоретики предполагают, что 55 Cancri е может быть богата углеродом и имеет алмазное ядро.

Видео: No Man's Sky - Захват планеты

HD 80606 b. Данная экзопланета – это рекордсмен (на момент своего открытия в 2001 году) по эксцентричности орбиты. Вполне вероятно, что путь ее движения, похожий на орбиту кометы Галлея, может быть связан с влиянием другой звезды. Кроме того, такая экстремальная орбита является причиной чрезвычайной изменчивости окружающей среды планеты.

WASP-33b. Была открыта в 2011 году и обладает своего рода солнцезащитным слоем – стратосферой – который поглощает часть видимого и ультрафиолетового света родительской звезды. Планета не только движется по орбите в противоположном направлении, но также вызывает колебания светила, которые регистрирует спутник MOST.

Близнецы Земли

Kepler-442b. Данная экзопланета – это, что называется, «двойник Земли». Своими размерами, массой и температурным режимом она больше всех похожа на нашу планету. Открытая 6 января 2015 г., она находится в созвездии Лира на расстоянии 1,120 световых лет. Температура на поверхности этой скалистой экзопланеты составляет -40 °C. Ее масса в 2,34 раза превышает массу Земли, а гравитация на 30% больше. Планета находится за пределами зоны, где действует приливный захват. В опубликованной в 2015 г. работе она, наряду с Kepler-186f и 62f, была названной лучшим кандидатом в потенциально заселенные планеты (см. фото).

Экзопланета Kepler-78b. Она обращается вокруг звезды Кеплер-78. На время открытия в 2013 г. планета больше всего походила на Землю по массе, радиусу и средней плотности. Был обнаружен не только ее транзит на фоне светила, но и затмение и отраженный свет, соответствующий орбитальным фазам. «Год» экзопланеты длится всего 8,5 часа, т. к. она в 40 раз ближе к звезде, чем расстояние от Меркурия до Солнца.