Экзопланета - гэта што такое? Як адкрываюць і вывучаюць экзопланеты?

Экзопланета - гэта планета, якая знаходзіцца па-за межамі нашай Сонечнай сістэмы. За апошнія два дзесяцігоддзі былі выяўленыя тысячы падобных аб'ектаў, у асноўным з дапамогай касмічнага тэлескопа НАСА «Кеплер».

Экзопланета - што гэта такое?

Гэтыя касмічныя аб'екты значна адрозніваюцца па сваіх памерах і арбітах. Некаторыя з іх з'яўляюцца гіганцкімі планетамі, што кружлялі паблізу ад сваіх зорак. Адны пакрытыя лёдам, іншыя скаламі. НАСА і іншыя агенцтвы шукаюць асаблівы від планеты: ім патрэбна экзопланета, падобная на Зямлю, якая верціцца вакол зоркі, падобнай на Сонца, і размешчана ў заселенай зоне.

Заселеных зона з'яўляецца дыяпазонам адлегласцяў ад зоркі, пры якіх тэмпература планеты дазваляе існаванне вадкіх акіянаў вады, што мае вырашальнае значэнне для жыцця. Самы ранні вызначэнне зоны было заснавана на простым цеплавым раўнавазе, але сучасныя разлікі ўключаюць мноства іншых фактараў, у т. Ч. Парніковы эфект атмасферы планеты. Гэта робіць мяжы заселенай зоны размытымі.

Тэорыя зараджэння жыцця

Хоць экзопланета - гэта адкрыццё 1990 гадоў, на працягу многіх гадоў астраномы былі перакананыя ў іх існаванні. Яны не проста верылі, а засноўвалі свае высновы на павольным кручэнні нашага ўласнага Сонца і іншых зорак.

У астраномаў ёсць тэорыя паходжання жыцця ў нашай Сонечнай сістэме. Коратка кажучы, якое верціцца воблака газу і пылу (так званая протосолнечная імглістасць) пад дзеяннем уласнай гравітацыі разбурылася і сфармавала наша свяціла і планеты. Пасля гэтага захаванне кутняга моманту азначала, што будучыня свяціла павінна круціцца ўсё хутчэй і хутчэй. Аднак, хоць яно валодае 99,8% масы Сонечнай сістэмы, планеты валодаюць 96% яе кутняга моманту. Астраномы задаваліся пытаннем, чаму наша зорка круціцца так марудна.

Маладое свяціла мела вельмі моцнае магнітнае поле, сілавыя лініі якога праціналі дыск завіхрэнні газу, з якога фармаваліся планеты. Гэтыя лініі былі звязаны з зараджанымі часціцамі газу, і дзейнічалі як якара, запавольваючы кручэнне ўтваралі Сонца і раскручваючы газ, які ў канчатковым выніку ператварыўся ў планеты. Большасць зорак круціцца павольна, таму астраномы зрабілі выснову, што такое ж «магнітнае тармажэнне» адбылося і ў іх, а гэта азначае, што павінна было адбыцца фарміраванне планет. Адсюль лагічны выснову: планеты трэба шукаць вакол падобных Сонцу зорак.

раннія адкрыцця

Па гэтай і іншых прычынах навукоўцы спачатку абмежавалі пошукі экзопланет зоркамі, падобнымі на Сонца, але першыя два адкрыцця ў 1992 г. ставіліся да пульсар (хутка верціцца рэштках свяціла, які загінуў як звышновая) пад назвай PSR 1257 + 12. Першая пацверджаная экзопланета, які звяртаецца вакол зоркі (фота размешчана ў артыкуле), якая адказвае гэтаму патрабаванню, была адкрыта ў 1995 годзе. Ёю стала 51 Pegasi b, маса якой сувымерная з масай Юпітэра, і якая ў 20 разоў бліжэй да свайго Сонца, чым Зямля. Гэта стала нечаканасцю. Але ёсьць яшчэ адным адбылася за сем гадоў да гэтага, дзякуючы якой стала ясна, што будзе адкрыта мноства экзопланет.

У 1988 годзе групай канадскіх навукоўцаў была выяўленая планета памерам з Юпітэр, якая рухаецца вакол Гамы Цефея. Але так як яе арбіта была значна менш арбіты Юпітэра, навукоўцы не заявілі аб канчатковым выяўленні. Астраномы не рызыкнулі выказаць здагадку, што такія планеты існуюць. Гэта настолькі адрознівалася ад нашай Сонечнай сістэмы, што навукоўцы былі вельмі асцярожныя.

Ад вялікіх да малых

Амаль кожная адкрытая спачатку экзопланета - гэта велізарны юпитероподобный (або яшчэ больш) газавы гігант, які верціцца на невялікай адлегласці ад сваёй бацькоўскай зоркі. Тлумачыцца гэта тым, што астраномы выкарыстоўвалі тэхніку вымярэння радыяльнай хуткасці, якая вызначае ступень «разгойдвання» зоркі пры звароце планет вакол яе. Вялікія бліжэйшых касмічныя цела аказвалі настолькі значны ўплыў, што яго можна было лёгка выявіць.

Да эпохі адкрыццяў экзопланет прыборы маглі вымераць толькі рухі зорак з дакладнасцю да кіламетра ў секунду, што было недастатковым для выяўлення іх ваганняў пад уплывам планет. Сучасныя прыборы здольныя вымяраць хуткасць да сантыметра у секунду, часткова з-за павышэння дакладнасці абсталявання, але таксама і па прычыне большай дасьведчанасьці астраномаў у выдзяленні з дадзеных слабых сігналаў.

Інфармацыйны выбух «Кеплера»

На сённяшні дзень налічваецца больш за 1000 пацверджаных экзопланет, выяўленых адным спадарожнікам. Касмічны тэлескоп «Кеплер» быў выведзены на арбіту ў 2009 годзе і паляваў за заселеных планета на працягу чатырох гадоў. У ім выкарыстоўваўся метад, званы «транзітным» - вымяралася зацямненне зоркі падчас праходжання перад ёй касмічнага аб'екта.

«Кеплер» выявіў багацце розных тыпаў планет. Акрамя газавых гігантаў і тэл зямной групы, тэлескоп дапамог усталяваць існаванне новага класа «суперземель», памеры якіх знаходзяцца ў межах памераў Зямлі і Нептуна. Некаторыя з іх размешчаныя ў заселеных зонах сваіх зорак, але астрабіялогіі яшчэ правяраюць разлікі, каб высветліць, як у такіх мірах можа развівацца жыццё.

У 2014 годзе астраномы «Кеплера» прадставілі метад «праверкі шматлікасцю», які павінен быў павялічыць хуткасць перакладу планет-кандыдатаў у статус пацверджаных. Методыка заснавана на арбітальнай ўстойлівасці - шматлікія зоркі зацямняюць праз кароткія прамежкі часу, што магло быць выклікана толькі планетамі на малых арбітах, так як будзь гэта зоркі, яны б гравітацыйна выштурхнулі адзін аднаго з сістэмы на працягу некалькіх мільёнаў гадоў.

іншыя місіі

Хоць спадарожнікі ( «Кеплер» і французскі CoRoT), якія палявалі за экзопланет, завяршылі свае першапачатковыя місіі, навукоўцы да гэтага часу апрацоўваюць атрыманыя з іх дапамогай дадзеныя, здзяйсняючы усе новыя адкрыцці. І без працы яны не застануцца. Працягваюць працаваць спадарожнікі MOST і NASA TESS, а швейцарскі CHEOPS і спадарожнік ЕКА PLATO пачнуць пошук транзіту з космасу ў бліжэйшы час. На Зямлі спектрограф HARPS 3,6-метровага тэлескопа Еўрапейскай паўднёвай абсерваторыі ў Чылі праводзіць доплераўскага пошук ваганняў зорак, але ў паляванні задзейнічана і мноства іншых тэлескопаў.

Адным з прыкладаў з'яўляецца Касмічны тэлескоп НАСА Spitzer. Паколькі ён адчувальны ў інфрачырвонай вобласці спектру, то здольны вымяраць тэмпературны профіль экзопланеты і даць уяўленне аб яе атмасферы.

З больш за 3000 вядомых планет складана спыніць свой выбар на некалькіх з іх. Невялікія цвёрдыя экзопланеты ў заселенай зоне здаюцца лепшымі кандыдатамі, але астраномы вылучаюць іншыя, якія пашырылі наша ўяўленне аб фарміраванні і развіцці іншых светаў.

Першыя ластаўкі

51 Pegasi b. Як згадвалася вышэй, гэта была першая даказаная экзопланета, які звяртаецца вакол зоркі сонечнага тыпу. Валодаючы паловай масы Юпітэра, яна выдаленая ад цэнтра сістэмы на адлегласць Меркурыя. Планета настолькі блізкая да свайго свяціла, што, хутчэй за ўсё, адна яе бок знаходзіцца ў прыліўной захопе - яна ўвесь час звернутая да зоркі.

HD 209458 b. Гэта была першая выяўленая ў 1999 годзе экзопланета (фота размешчана ў артыкуле), якая праходзіла транзітам міма сваёй зоркі (хоць пры гэтым выкарыстоўваўся метад Доплера), за якой рушылі ўслед іншыя адкрыцця. Гэта першая планета за межамі Сонечнай сістэмы, у якой былі вызначаны параметры яе атмасферы, у тым ліку тэмпературны профіль і адсутнасць аблокаў.

характэрныя светы

55 Cancri е. Дадзеная экзопланета - гэта, што называецца, «суперземля», якая рухаецца па арбіце вакол зоркі, дастаткова яркай, каб яе можна было бачыць няўзброеным вокам. Такім чынам, астраномы могуць вывучаць сістэму падрабязней, чым любую іншую. Яе «год» складае ўсяго 17 гадзін і 41 хвіліну (гэта было ўстаноўлена, калі MOST назіраў за сістэмай на працягу двух тыдняў у 2011 годзе). Тэарэтыкі мяркуюць, што 55 Cancri е можа быць багатая вугляродам і мае алмазнай ядро.

HD 80606 b. Дадзеная экзопланета - гэта рэкардсмен (на момант свайго адкрыцця ў 2001 годзе) па эксцэнтрычнасці арбіты. Цалкам верагодна, што шлях яе руху, падобны на арбіту каметы Галлея, можа быць звязаны з уплывам іншай зоркі. Акрамя таго, такая экстрэмальная арбіта з'яўляецца прычынай надзвычайнай зменлівасці навакольнага асяроддзя планеты.

WASP-33b. Была адкрыта ў 2011 годзе і валодае свайго роду сонцаахоўным пластом - стратасферай - які паглынае частка бачнага і ультрафіялетавага святла бацькоўскай зоркі. Планета не толькі рухаецца па арбіце ў процілеглым кірунку, але таксама выклікае ваганні свяцілы, якія рэгіструе спадарожнік MOST.

двайняты Зямлі

Kepler-442b. Дадзеная экзопланета - гэта, што называецца, «двайнік Зямлі». Сваімі памерамі, масай і тэмпературным рэжымам яна больш за ўсіх падобная на нашу планету. Адкрыта 6 студзеня 2015 г. яна знаходзіцца ў сузор'і Ліра на адлегласці 1,120 светлавых гадоў. Тэмпература на паверхні гэтай скалістай экзопланеты складае -40 ° C. Яе маса ў 2,34 разы перавышае масу Зямлі, а гравітацыя на 30% больш. Планета знаходзіцца за межамі зоны, дзе дзейнічае прыліўныя захоп. У апублікаванай ў 2015 г. працы яна, разам з Kepler-186f і 62f, была названай лепшым кандыдатам у патэнцыйна заселеныя планеты (гл. Фота).

Экзопланета Kepler-78b. Яна звяртаецца вакол зоркі Кеплер-78. На час адкрыцця ў 2013 годзе планета больш за ўсё была падобная на Зямлю па масе, радыусе і сярэдняй шчыльнасці. Быў знойдзены не толькі яе транзіт на фоне свяціла, але і зацьменне і адлюстраванае святло, адпаведны арбітальным фазам. «Год» экзопланеты доўжыцца ўсяго 8,5 гадзіны, т. К. Яна ў 40 разоў бліжэй да зоркі, чым адлегласць ад Меркурыя да Сонца.