Внесолнечные планеты кратко астрономия

Обновлено: 05.07.2024

Экзопланетами называют все внесолнечные планеты, другими словами, находящимся вне Солнечной системы.

Первый факт

По сравнению со звездами, планеты невероятно малы и не такие яркие. Они находятся на невероятных расстояниях от нас. Так, например, ближайшая к нам звездная система Альфа Центавра находится на расстоянии в 4,2 световых года.

Именно поэтому долгое время задача по обнаружению других планет вне солнечной системы была практически неразрешимой.

И только с развитием технологий и изобретением мощных телескопов, нам удалось обнаружить первые экзопланеты в конце 1980-х годов.

Второй факт

По состоянию на 5 апреля 2020 года подтверждено существование
4241 планет в 3139 звездных системах, в 691 из которых имеется больше одной планеты.

Третий факт

Существует на данный момент два серьезных проекта по поиску и изучению экзопланет.

Четвертый факт

Астрономы предполагают, что в Млечном Пути находится более
100 миллиардов экзопланет, из которых, по разным подсчетам, от 5 до 20 миллиардов копии нашей Земли.

Пока что таких планет-близнецов мы обнаружили всего 216.

Пятый факт

Абсолютное большинство экзопланет обнаружены не с помощью визуального наблюдения, а с использованием различных непрямых методик детектирования, причем на пределе их возможностей.

Метод Доплера - один из основных методов поиска экзопланет.
По-научному, метод основан на спектрометрическом измерении радиальной скорости звезды. Если говорит простым языком – определяется смещение звезды из-за взаимодействия с планетой. Этим методом было открыто 647 планет.

Транзитный метод – этот метод основан на фиксировании снижения яркости звезды при прохождении планеты на ее фоне. Минус этого метода заключается в том, что обнаружить можно только лишь те планеты, орбиты которых лежат в одной плоскости с точкой наблюдения. Этот метод также позволяет определить размеры планеты. Таким методом было открыто 185 планет.

Метод гравитационного микролинзирования – в этом случае между наблюдаемым объектом и наблюдателем на Земле должна находится еще одна звезда, которая будет выступать в качестве линзы и фокусировать своим гравитационным полем свет наблюдаемой звездной системы. С помощью этого метода было открыто 13 планет.

Прямое наблюдение – это единственный метод получения прямых изображений экзопланет за счет изолирования их от света звезды. Таким образом было получено изображения четырех планет системы HR 8799 . Телескоп, названный в честь Джеймса Уэбба позволит обнаруживать напрямую экзопланеты благодаря своему огромному зеркалу с диаметром в 6,5 метров.

Шестой факт

Названия открытым экзопланетам присваивают исходя из названия звезды, около которой она обращается с добавлением строчной буквы латинчкого алфавита, начиная с b . Следующей открытой в этой звездной системе присвоится буква c , потом d и т.д. Буква a не используется, так как оно подразумевает саму звезду.

При этом буквенные обозначения присваивают планетам в том порядке, в котором были открыты. Поэтому в системе Глизе 876 планета c ближе к звезде, чем планета b .

Седьмой факт

Пока что только у 10% звезд, включенных в программы поисков, были обнаружены планеты. Легче всего обнаружить планеты-гиганты (как наш Юпитер или Сатурн). Но с развитием техники к 2012 году было открыто множество планет массой меньше Нептуна.

Восьмой факт

Идеальной планетой из всех открытых, похожих на Землю, является
Глизе 581 c . Комфортная температура в диапазоне от 0-40 °C и теоретическое наличие запасов жидкой воды подразумевает возможность существования жизни. И находится она относительно недалеко, по космическим меркам – всего 20 световых лет от нас.

Девятый факт

На HD 189733b идут дожди из раскалённого стекла;
Tres-2b – самая черная планета, чернее угля;
5 Cancri е – здесь расплавленная лава на дневной стороне и кромешная тьма на ночной.
PSR 1257 + 12 с – или как ее еще называют Полтергейст - вращается вокруг погибшего пульсара и находится вокруг ядер мертвых планет.
Kepler-70b – температура поверхности тут больше 6800 градусов по Цельсию;
Оса 12 B — газовый гигант в форме яйца

Десятый факт

Открытие экзопланет позволило сделать вывод – наша звездная система не уникальна. Планетные звездные системы являются достаточно распространёнными во Вселенной . С помощью собранных данных мы можем развить теорию о том, как на самом деле образовываются планеты.

Экзопланетами, или внесолнечными планетами называют планеты, которые не относятся к Солнцу. Они находятся вне пределов Солнечной системы, обращаясь вокруг своих собственных светил. Учеными на сегодняшний день открыто более 3 тысяч экзопланет. В нашей галактике экзопланет около 100 миллиардов, и из них планет, подобных Земле, может быть от 5 до 20 миллиардов.

Как их ищут и находят

Непосредственное наблюдение. Этот метод пока в перспективе, для современных телескопов заметить какой-либо объект, расположенный у светила, практически невозможно: оно затмевает его своим ярким светом. Сами же планеты являются тёмными объектами, испускающие лишь отражённый свет. К тому же, угловые расстояния планет чрезвычайно малы. Но уже проектируются приборы, – звёздные коронографы, – которые будут затемнять свечение звезды.
Измеренная яркость звёзд. Наблюдатель может понять, есть ли у звезды спутники, по изменению её яркости. Планета, проходя на фоне звезды, затмевает её свечение. Если параметры звезды и планеты 10:1, то яркость уменьшится на 1%. Однако, тот метод недостаточно эффективен — его использование подразумевает, что плоскость искомой планеты должна быть точно ориентирована на наблюдателя, то есть, на Землю.
Фиксация положения звезды. Каждая планета не только притягивается своим светилом, но и притягивает его сама. Конечно, это влияние мало, но всё же вызывает смещение звезды, и она описывает некую орбиту. Параметры орбиты зависят от пропорции масс объектов. Эти величины малы, но астрономы уже научились их регистрировать.
Определение скорости звёзд. Звезда, испытывая притяжение своего сателлита, перемещается по своей, малой орбите, со скоростью, что и планета вокруг него. Используя эффект Доплера, можно вычислить скорость приближения или удаления звезды к наблюдателю. Спектральный анализ позволяет отследить такие изменения.
Гравитационное микролинзирование. Для применения данного метода необходимо наличие между наблюдателем и исследуемым объектом ещё одной звезды. Она своим гравитационным полем способна отклонить свет наблюдаемой звезды (получается своего рода линза). Если звезда-линза обладает планетами, то выявляется асимметрия её блеска.
Наблюдения пульсаров. Применяя радионаблюдения этих объектов, можно по специфическому характеру излучаемого сигнала определить наличие планет у пульсара.

Самые интересные экзопланеты

Kepler-186f

Эта планета отыскалась в системе звезды Kepler-186 созвездия Лебедь. По своим размерам Kepler-186f схожа с Землёй. Поверхность её твёрдая, но ни массу, ни состав планеты пока определить не удалось.

Kepler-10-C

Вычисленная масса планеты составила 17 масс Земли, но поверхность её твёрдая.

По радиусу она больше нашей планеты всего в 2 – 3 раза и имеет возраст около 12 млрд. лет. Это свидетельствует, что во втором-третьем миллиардолетиях Вселенной уже могли образовываться скалистые планеты.

Kapteyn b

В созвездии Живописца возле Kapteyn, красного субкарлика, обнаружена старейшая экзопланета Kapteyn b. Она примерно в 2,5 раза древнее нашей планеты, но массой больше в 5 раз.

Поскольку суперземля находится в зоне обитаемости, на ней вероятно наличие жидкой воды. А это необходимое условие для возникновения жизни. Не исключается наличие атмосферы на планете, а температурные параметры оцениваются от -50°C на ночной стороне до 10°C на дневной. Продолжительность местного года 48 суток. Учитывая все особенности, Kapteyn b вполне может быть обитаемой.

OGLE-2013-BLG-0341LBb

Эта уникальная планета вращается вокруг одной из двойных звёзд. К тому же, расстояние от неё до материнской звезды такое же, как от нашей планеты до Солнца.

Но звезда тусклее нашего светила в 400 раз, поэтому температура планеты не поднимается выше -200°C. Открытие OGLE-2013-BLG-0341LBb представляет интерес с точки зрения существования планет у двойных звёзд.

TrES-4

Этот газовый гигант имеет массу 0,9 и радиус 1,7 юпитерианских. Планета расположена в созвездии Геркулес на удалении от Земли в 1600 световых лет. Очень малая плотность (0,33 г/см 3 ) относит её к классу рыхлых планет.

Высокая температура в 1450°C и низкая масса не позволяют планете удерживать атмосферу. Она постоянно улетучивается, образовывая хвост, подобно кометному.

COROT-7 b

Она повёрнута к светилу всегда одной стороной. Температура на освещённой стороне COROT-7 b от 2500°C до 2600°C, поэтому большинство минералов находятся в расплавленном состоянии. Обратная сторона представляет собой застывшую лаву или же слой водяного льда.

SWEEPS-10

Самая скоростная из всех известных экзопланет. Местный год составляет всего 10 часов. Она отстоит от своего солнца на расстоянии 1,2 млн. км и имеет массу 1,6 масс Юпитера.

Планета обращается вокруг красного карлика, и он разогревает её до 1650 °C. Если бы звезда была более горячей, SWEEPS-10 уже давно бы испарилась.

HD 149026b

Этот объект из созвездия Геркулеса считается одним из самых горячих и тяжёлых среди экзопланет. Вероятно, планета, имея плотную атмосферу, практически полностью поглощает свет, полученный ею от звезды, и поэтому температура её поверхности достигает 2000°C.

Имея размеры Сатурна, ядро этого горячего шара тяжелее нашей планеты в 100 раз. Это делает плотность HD 149026b необычайно высокой.

HD 209458 b

Другое название этой планеты-кометы Озирис. До неё от нас 153 световых лет. При массе чуть меньше чем у Юпитера, она совершает один виток вокруг своего солнца за 3,5 дня. Озирис испускает шлейф из газа своей же атмосферы, в которой присутствуют углерод и кремний.

Температура атмосферы 1226°C. Это позволяет сделать предположение, что планета накалена звездой так сильно, что её атмосферу покидают даже тяжёлые элементы.

HD 188753 Ab

Это горячий газовый гигант. На небосводе этой планеты возможно лицезреть одновременно три солнца. Гигант обращается вокруг системы из трёх звёзд, и расстояние до него от Земли 149 световых лет.

Один оборот планеты составляет 3,5 дня, и жара на поверхности, вследствие близости к главной звезде, достаточно высока.

CoKu Tau 4

В созвездии Тельца обнаружена самая молодая экзопланета. Возраст её солнца всего 1 млн. лет, поэтому планета ещё моложе. Интересна система именно своим возрастом. Можно отслеживать формирование планетарной системы и практически проверять выдвинутые до этого гипотезы.

Есть ли там жизнь?

Солнечная система изучается очень давно, и главной проблемой всегда было то, что её не с чем было сравнить. С недавнего времени ситуация изменилась: чуть ли не ежедневно открываются всё новые планетные системы. В основном, обнаруженные планеты по классификации – гиганты, похожие на Юпитер.

Ученые разделились на две группы: одни уверены, что Земля – единственное место во Вселенной, где смогла появиться не просто жизнь, но и её разумная форма, другие же истово верят, что в космосе много обитаемых планет, и их население с нетерпением ждёт контакта с нами. Но для науки важны только факты, коих на данный момент нет. Существование жизни на экзопланетах не подтверждено.

В заключение

Поистине, обнаруженные планеты других звёзд являются одним из самых значительных достижений науки последних десятилетий. Разрешилась загадка, очень долго не дававшая покоя исследователям: другие планеты во Вселенной существуют! Наша Солнечная система отнюдь не уникальна, а является закономерным процессом формирования планет вокруг своих звёзд. И планетные системы имеют схожие параметры. Уникальна Солнечная система пока только в одном: до настоящего момента не удалось обнаружить миры, в которых зародился разум. Или всё-таки побеждают скептики, верящие в исключительную уникальность Земли, или ещё слишком мало данных о возможных космических оазисах. Да и приборы не обладают достаточным совершенством для глобальных открытий. Тем не менее, экзопланеты – первая, но наверняка не последняя ступенька лестницы познаний космоса.

Долгое время обнаружение данных планет в огромном космическом пространстве было практически невозможно. Так как планеты вне Солнечной системы очень маленьких размеров по космическим масштабам и в сравнении со звездами весьма тусклы, а сами же звезды расположены на большом расстоянии от Солнца.

Большинство экзопланет обнаружено благодаря различным непрямым методикам детектирования, а не визуальному наблюдению. В результате большая часть открытых планет вне Солнечной системы представляют собой газовых гигантов, более похожих на Юпитер, чем на нашу с вами Землю. Это вполне очевидно и объясняется весьма ограниченными на данный момент методами исследования, в большинстве случаев делающих возможным обнаружение лишь массивных планет с коротким периодом колебания.

Надежные кандидаты

Прямое изображение экзопланет у звезды HR 8799

Прогресс не стоит на месте, и в настоящее время уже открыто множество планет с массой как у Нептуна и даже меньше. Из 2326 обнаруженных телескопом Кеплер объектов, 207 обладают размером примерно как у Земли, 680 имеют размер СуперЗемли, 1181 — размер Нептуна, 203 — размер, близкий к юпитерианскому, и 55 — больший, чем даже у Юпитера.

История открытия первых экзопланет

Экзопланета Kepler 78b в представлении художника

Первая внесолнечная планета была обнаружена в 1988 году канадскими астрономами С. Янгом, Б. Кэмпбеллом и Г. Уолкером у субгиганта оранжевого цвета Гамма Цефея A, но подтверждена она была только в 2002 году. Поэтому официально первыми открытыми (и своевременно подтвержденными) экзопланетами, считаются планеты, обнаруженные астрономом Александром Вольшчаном у нейтронной звезды PSR 1257+12 в 1991 году.

Происхождение названий экзопланет

Как была открыта планета Kepler 78b

Внесолнечная планета или экзопланета – это планета, вращающаяся вокруг другой звезды и, следовательно, не принадлежащая Солнечной системе. Экзпланеты стали объектом научных исследований в XX веке. Многие астрономы предполагали их существование, но им не хватало средств для их идентификации. Первое подтвержденное обнаружение было сделано в 1992 году с открытием нескольких планет земной массы. Первое подтвержденное обнаружение экзпланеты, вращающейся вокруг звезды главной последовательности было сделано в 1995 году. С тех пор число находок росло из года в год.

По состоянию на 2 июля 2020 года было обнаружено 3092 планетарных систем, содержащие в общей сложности 4171 планет, 671 из этих систем многочисленны, а 155 из этих планет более чем в 13 раз массивнее Юпитера.

Большинство известных экзопланет являются газовыми гигантами. Они равны или более массивны, чем Юпитер. Их орбиты очень близки к их родительской звезде и имеют короткие орбитальные периоды. Такие внесолнечные планеты называются “горячие юпитеры”. Тем не менее, экзопланеты, сопоставимые с Землёй, начинают обнаруживаться по мере увеличения возможностей обнаружения и времени исследования. Первой внесолнечной системой, обнаруженной с более чем одной планетой, был Upsilon Andromedae.

В июне 2010 года НАСА сообщило , что телескоп Kepler, выведенный на орбиту в марте 2009 года, обнаружил признаки 706 новых экзопланет за первые 43 дня работы. 400 из которых имеют размеры между Нептуном и Землей.

Подтвержденная наиболее похожая на Землю экзопланета, обнаруженная на орбите в обитаемой зоне, по состоянию на май 2020 года Teegarden b с индексом сходства с Землей 93% с предполагаемой температурой на 13 ºС выше земной. KOI-4878.01, кандидат на планету, обладает сходством в98 %. Если его существование будет подтверждено, это будет возможный аналог Земли.

Методы обнаружения

Экзопланеты являются очень тусклыми источниками света по сравнению с их звездами. На видимых длинах волн они обычно имеют менее одной миллионной яркости своей родительской звезды. Чрезвычайно трудно обнаружить этот тип тусклого источника света, и, кроме того, родительская звезда имеет ослепительный свет, который почти делает это невозможным.

По изложенным причинам телескопы непосредственно сфотографировали не более десятка экзопланет. Это было возможно только для планет, которые особенно велики (обычно намного больше, чем Юпитер) и очень далеки от своей родительской звезды.

На данный момент подавляющее большинство известных внесолнечных планет были обнаружены только косвенными методами. Ниже приведены основные косвенные методы, которые оказались полезными:

Радиальные скорости (метод Доплера)

Этот метод основан на эффекте Доплера. Планета, вращаясь вокруг центральной звезды, также оказывает на нее гравитационную силу, так что и звезда вращается над общим центром масс. Колебания звезды могут быть обнаружены незначительными изменениями спектральных линий в зависимости от того, приближается ли звезда к нам (синее смещение) или удаляется (красное смещение). Этот метод был самым успешным в поиске новых планет, но он эффективен только для планетах-гигантах, ближайших к главной звезде. Этот метод может обнаружить только небольшую часть существующих планет.

Астрометрический метод

Поскольку звезда вращается вокруг центра масс, можно попытаться записать изменения положения и колебания звезды. Хотя эти вариации очень малы. В 2002 году космический телескоп Хаббла преуспел в использовании астрометрии для характеристики ранее обнаруженной планеты вокруг звезды Gliese 876.

Транзитный метод

Метод, основанный на наблюдении уменьшения светимости звезды при прохождении планеты на её фоне. Этот метод, как и метод радиальной скорости, более эффективно находит планеты большого объема, но имеет то преимущество, что близость планеты к звезде не имеет значения, поэтому спектр планет, которые он может обнаружить, значительно увеличивается. Технологические достижения в области фотометрии позволили телескопу Kepler иметь достаточную чувствительность для обнаружения планет размером с Землю. В 2011 году в планетарной системе Kepler 20 открыты Kepler 20e и Kepler 20f.

Метод прямого наблюдения

С самого начала получение изображений экзопланет было одной из наиболее желаемых целей исследований. Фотографии в видимом или инфракрасном свете могут выявить гораздо больше информации о планете, чем любая другая известная техника. Однако это оказалось гораздо сложнее технически, чем любой из других доступных методов. Причин этого несколько, но среди основных, находится разница между яркостью звезд и планет. В спектре видимого света, средняя звезда в миллиарды раз ярче любой из ее планет. До недавнего времени ни один детектор не мог идентифицировать планеты по звездному сиянию.

Первая фотография возможной внесолнечной планеты – это инфракрасная фотография, коричневого карлика 2M1207 очень большим телескопом в 2004 году. Это молодая планета большой массы (4 массы Юпитера), вращающаяся вокруг звезды 2M1207 на расстоянии 40 а.е. Эта планета имеет температуру около 2 200 ºС. Её возраст по расчетам составляет 10 миллионов лет.

Общие свойства экзопланет

Программы поиска планет обнаружили планеты, вращающиеся вокруг значительной части звезд, которые они изучали. Однако, общая доля звезд с планетами является неопределенной из-за наблюдательных эффектов отбора. Метод радиальной скорости и транзитный метод более чувствительны к большим планетам на малых орбитах. По этой причине многие известные экзопланеты имеют тип “горячий Юпитер”. В настоящее время известно, что от 1% до 1,5% звезд, таких как Солнце, обладают такой планетой. Открытие внесолнечных планет усилило интерес к возможности внеземной жизни. Кроме того, по оценкам, от 3% до 4,5% звезд обладают гигантской планетой с орбитальным периодом 100 дней или менее, где “гигантская планета” означает планету, по крайней мере, в 30 масс Земли.

Доля звезд с меньшими или более удаленными планетами по-прежнему трудно оценить. Предполагается, что маленькие планеты (с аналогичной массой Земли) более распространены, чем планеты-гиганты. Также кажется, что планеты на больших орбитах могут быть более распространенными, чем планеты на небольших орбитах. Согласно такой теории, возможно, 20% звезд имеют, по крайней мере, одну гигантскую планету, а около 40% могут иметь планеты с более меньшими массами.

Независимо от точной доли звезд с планетами, общее количество экзопланет должно быть очень большим. Поскольку наша галактика Млечный Путь имеет около 100 миллиардов звезд, она должна содержать миллиарды планет, если не сотни миллиардов.

По оценкам астрономов, экзопланет размером с Землю в Млечном Пути около 40 млрд, а вращающихся вокруг своих звезд в зоне обитаемости около 11 млрд.

Температура и состав экзопланет

Можно рассчитать температуру экзопланеты на основе интенсивности света, который она получает от своей родительской звезды. Например, планета OGLE-2005-BLG-390Lb имеет температуру поверхности около -220 °C. Тем не менее, эти оценки могут быть ошибочными, потому что они зависят от обычно неизвестного альбедо (отражательная способность поверхности) планеты. На планете HD 189733 b было обнаружено, что она имеет среднюю температуру 932±9 °C на своей дневной стороне и 700±33 °C на своей ночной стороне.

Если планета обнаруживается методом Доплера и транзитным методом, то ее истинная масса и радиус могут быть измерены, и в результате плотность планеты может быть известна. Планеты с низкой плотностью состоят, в основном, из водорода и гелия, в то время как планеты средней плотностью иметь воду. Экзопланета с высокой плотностью скалистая, как Земля и другие земные планеты Солнечной системы.

Спектроскопические измерения могут быть использованы для изучения атмосферного состава транзитной планеты. Таким образом, были обнаружены в атмосферах различных экзопланет: водяной пар, натриевый пар, метан и углекислый газ.

Физические характеристики экзопланет

В первые годы открытия внесолнечных планет большинство из них были своеобразными системами с небольшими орбитальными периодами и эксцентричными орбитами, очень близкими к родительской звезде.

Метод радиальных скоростей способствовал открытию планет-гигантов, очень близких к их звезде, некоторые из них на орбитах, меньших, чем орбита Меркурия. В последние годы астрономы смогли усовершенствовать свои методы, найдя планетные системы, более похожие на наши. Однако значительная часть планетных систем обладает планетами-гигантами на небольших орбитах, сильно отличающимися от нашей Солнечной системы.

Недавно были обнаружены новые экзопланеты с массами, примерно в 15 раз превышающими массу Земли, то есть сопоставимыми с Нептуном, а также планеты в 2 раза превышающие массу Земли. В последние годы были обнаружены планеты с массами, сходными и даже меньшими, чем земные.

Более массивные объекты, близкие к главной звезде, произвели революцию в теориях формирования планет. Существует определенный консенсус в отношении образования этих планет на более внешних орбитах и их ранней миграции на внутренние орбиты. Эта миграция определяется гравитационным взаимодействием с околозвездным диском материала, в котором образуется планета. Существует определенная связь между металличностью родительской звезды и наличием планет.

Классы экзопланет

На сегодняшний день известно о нескольких тысяч экзопланет. Эти планеты делятся на четыре категории:

Читайте также: