Одним из самых захватывающих космических открытий за последние 20 лет стало подтверждение существования внесолнечных планет. Астрономы еще в 1500 году предположили, что существуют планеты, вращающиеся вокруг других звезд, но только в 1995 году была подтверждена первая экзопланета. С тех самых основополагающих открытий было идентифицировано и каталогизировано более 1800 новых экзопланет. Сегодня, похоже, каждую неделю астрономы объявляют об открытии странных новых планет, вращающихся вокруг далеких звезд.
Что такое экзопланеты?
Экстрасолярные планеты или «экзопланеты» просто определяются как планеты, которые существуют вне нашей Солнечной системы. Большинство планет, которые мы обнаруживаем за пределами нашей солнечной системы, вращаются вокруг других звезд, но экзопланеты не обязаны иметь звезду хозяина. Они могут быть «изгоями», о которых расскажем ниже.
Почему мы ищем экзопланеты?
Одной из главных причин нашего интереса к экзопланетам является простое любопытство. Изучение планет в чужих солнечных системах не только будоражит воображение, но также поможет нам понять нашу собственную солнечную систему. Более того, это также закладывает основу для будущих научных проектов. Когда-то в далеком будущем мы можем отправить пробники, чтобы исследовать наши соседние звездные системы.Не зная о них больше, мы не узнаем, какие системы будут лучшие кандидатами колонизации. Учитывая время на путь и сумму денег, необходимые для такого амбициозного проекта, нужно убедиться, что предполагаемый объект подходит под критерии.
Поиск экзопланет может также помочь нам найти внеземную жизнь. Открыв больше планет похожих на Землю, SETI и другие космические агентства будут иметь реальные цели, чтобы сосредоточить на них свое внимание. Ниже мы рассмотрим более подробно этот вопрос.
Почему трудно найти экзопланеты?
До недавнего времени обнаружение экзопланет было невероятно трудной задачей для астрономов. Даже с доступом к VLT, космическому телескопу Keck и Hubble астрономы не смогли добиться какого-либо прогресса. Несмотря на то, что они были среди самых мощных телескопов в мире, у них просто не было разрешения, необходимого для определения экзопланет.
Причина этой трудности связана с яркостью звезды хозяина в сочетании со сравнительно небольшим размером планет. Поскольку планеты выделяют очень мало света, пытаясь обнаружить экзопланету, это похоже на попытку обнаружить светлячка перед 100 млн. диодов прожектора - на расстоянии 10 км. Ослепление от звезды делает невозможной задачу. Астрономы должны использовать некоторые формулы и косвенные методы для их выявления и изучения.
Итак, как найти экзопланеты?
Астрономы знали, что планеты оказывают гравитационное воздействие на родительские звезды и могут использовать это, чтобы подтвердить существование экзопланет. Звезды огромны по сравнению с даже самыми большими планетами, но каждая орбитальная система содержит барицентр (центр масс). Когда звезда имеет вокруг себя орбитальные тела (например, экзопланеты), центр масс не расположен в самом центре звезды. Из-за местоположения смещения он вызывает слегка нерегулярное (но обнаружимое) колебание в звезде. Чем массивнее экзопланета, тем заметнее колебание в звезде. Этот метод называется допплеровским методом .
Транзитная техника - это альтернативный метод, который измеряет свет от звезды и пытается обнаружить падение яркости, когда тело проходит перед ним. К сожалению, этот метод считается менее надежным, чем метод Допплера, описанный выше.Предполагается, что до 40% всех обнаруженных таким образом ошибок являются ложными срабатываниями. Другой метод, изучаемый для использования при обнаружении "изгоев" экзопланет, - это гравитационное микролинзирование.
Можем ли мы обнаружить признаки жизни на экзопланете?
Это может быть возможно. Планеты, которые могут иметь жизнь (какую мы ее знаем), будут иметь специфическую концентрацию метана и других органических веществ в их атмосфере. Большая часть метана в нашей атмосфере является результатом биологических процессов. Он недолговечен и нуждается в постоянном пополнении в атмосфере планеты, чтобы ее можно было обнаружить. Хотя это и не является окончательным, если мы обнаружим, что у планеты есть атмосфера, похожая на Землю, вероятность того, что она имеет жизнь, значительно возрастет.
Чтобы понять, что такое атмосфера планеты, используют технику, называемую спектроскопией. Это позволяет определять состав атмосферы планеты, когда она проходит ее звезду.
Известные экзопланеты
Гигант голубого газа кобальта
HD 189733b - это планета размера Юпитера, расположенная в 63 световых годах от созвездия Вульпекулы. Эта экзопланета примечательна тем, что это первая экзопланета, которую астрономы предсказали и проверили ее цвет. Подтвержденный двумя отдельными методами (спектроскопия и поляриметрия), HD 189733b - это мир кобальтового синего.
Несмотря на холодный синий цвет, планета очень горячая. Он вращается очень близко к своей звезде-хозяину, что приводит к тому, что температура на дневной стороне планеты достигает более 1000 градусов по Цельсию. Глубокий синий цвет, как полагают, исходит от облаков планеты, которые нагружены отражающими частицами кремния. Поскольку планета настолько горячая, астрономы полагают, что эти частицы должны быть похожими на «капли из расплавленного стекла».
Планета Ад
HD 149026b расположен примерно в 256 световых годах от Земли и немного меньше, чем Сатурн. Планета настолько горячая, что ее даже не должно существовать. Если бы вы смотрели HD 149026b в инфракрасном диапазоне, он бы сиял, как звезда, в тысячи раз ярче, чем Венера (самая горячая планета в нашей солнечной системе). Астрономы рассчитали ее температуру - 2100 градусов по Цельсию (но это не предел). Невозможно, чтобы планета стала настолько горячей. Так как же «планетарный ад» стал настолько горячим? Только абсолютно черная планета могла поглощать достаточно света от своей звезды, чтобы достичь этой температуры.
Если посмотреть на планету с ночной стороны, можно увидеть пустой черный круг. Никакие объекты не будут видны; это было бы почти похоже на то, словно звезды избегают этой части неба. Если бы вы отправились путешествовать на дневную сторону планеты, вы сразу заметили бы, что планета начинает светиться красным - как тлеющий уголь.Астрономы озадачены планетой, потому что на Земле нет ничего, что могло бы поглотить столько света.
Планеты-океаны
Несмотря на их гигантские размеры, большинство газовых гигантов на самом деле являются планетами с низкой плотностью. Другой тип планеты с низкой плотностью - это океаническая планета (или «водный мир»). Считается, что эти планеты имеют диапазон размеров примерно от земного , до восьми размеров Земли.
Одной из таких планет является GJ 1214b . Первоначально считалось, что это скалистая суперземля, теперь астрономы полагают, что GJ 1214b будет океанической планетой, основанной на пересмотренных измерениях ее массы и невероятно толстой атмосферы. Сила тяжести на планете океане были бы слабее, что позволило бы легче испарять воду. Со временем в атмосфере будет накапливаться огромное количество водяного пара, в результате чего планета будет иметь более толстую атмосферу, чем Земля, возможно, толще, чем у Венеры. Эта толстая атмосфера будет действовать как одеяло и сделает GJ 1214b очень теплой и парообразной планетой. Океаны в таком мире имеют сотни километров глубины, а самые глубокие океанические места Земли будут похожи на лужу.
Алмазные миры
Углеродные планеты - это планеты с высокой плотностью . Предполагается, что 55 Cancri-e будет одной такой планетой. Год на планете длится всего 18 часов. Ее плотная к звезде орбита также делает 55 Cancri-e очень горячей планетой, достигая температуры более 1100 градусов за Цельсием.
Принимая во внимание ее размер (в два раза превышающий размер Земли) и ее массу (в 8 раз тяжелее Земли) и состав ее звезды-хозяина, исследования пришли к выводу, что 55 Cancri-e - это богатая углеродом планета. Их исследования показывают, что планета, по-видимому, состоит в основном из углерода (например, графита и алмаза), железа и карбидов кремния. Исследователи прогнозируют, что по крайней мере треть массы планеты - эквивалент трех масс Земли - может быть алмазом. Forbes оценил, что стоимость планеты составляет 27 нонильйонов долларов (27, а за ней - 30 нулей).
Планеты-изгои
Planemos или «мошеннические планеты» являются внесолнечными планетами без звезды-хозяина. Это планеты, которые первоначально сформировались вокруг звезды, но из-за того, что их орбиты были возмущены другими планетами (или даже другими звездами), они были насильственно выброшены из своих солнечных систем. Считается, что эти планеты являются чрезвычайно распространенными; исследователи полагают, что для каждой звезды в нашей галактике должно быть по крайней мере две планеты-изгои.
Planemos будут одинокими мирами, никогда не испытывающими восхода солнца и существующими в вечно ночи. Меньшие планеты будут замороженными объектами, скорее всего, самыми холодными объектами в нашей вселенной. Однако это не полностью исключает жизнь в этих мирах. Оставшаяся жара от создания планеты может позволить карманам воды существовать глубоко под поверхностью, и там, где есть вода, есть шанс на жизнь.
Большие планетарные газовые гиганты могли иметь систему лун, мало чем отличающуюся от Юпитера или Сатурна. Приливные силы и трение от гигантского газового гиганта могут привести к тому, что внутренняя часть любых спутников на орбите останется горячей. Если на любой из этих лун есть вода, они могут обеспечить среду, подходящую для жизни. Шанс разумной жизни в этих мирах и лунах является чрезвычайно минимальным, но менее сложные формы жизни найдут свое место в этой среде. Первая «экзолуна» была обнаружена исследователями в декабре 2013 года.
Планеты Пульсара
Одним из наиболее своеобразных видов экзопланет, которые мы обнаружили, являются планетами пульсара . Это планеты, которые вращаются вокруг нейтронных звезд (также называемых пульсарами). Когда достаточно большая звезда умирает и идет к сверхновой, ядро уплотняется и подвергается сильному давлению. Это разрушает вещество (обычно железо) в ядре на субатомном уровне. То, что осталось от этого процесса, - это невероятно плотное ядро, созданное из вырожденной нейтронной материи. Из-за насильственного характера их образования и энергии, интенсивные вращения передаются на плотном ядре. Вращение настолько быстро, что некоторые нейтронные звезды могут совершить полный оборот всего за 1,4 миллисекунды.
Экзопланеты PSR B1257 + 12 (a, b & c) примечательны тем, что они не только первые экзопланеты, обнаруженные на орбите пульсара, они являются первыми планетами, когда-либо найденными вне нашей солнечной системы. Астрономы Дейл Фрайл и Александр Вольщан обнаружили эти три странности в 1992 году.
Планеты Yo-Yo
Планеты Yo-Yo - это планеты с удлиненной орбитой. Удлиненная орбита может занять планету как можно ближе к ее звезде-хозяину, как Меркурий, а затем размахивать ее до Юпитера. Эти планеты особенно интересны астрономам, потому что сезоны на такой планете были бы экстремальными . На Земле наши сезоны вызваны наклоном планеты и считаются мягкими. Сезонные изменения на планете йо-йо обусловлены его нерегулярной орбитой. Это создает сезоны с интенсивностью, как ничто, что мы когда-либо видели на Земле.
Когда планета качается рядом с ее звездой-хозяином, любая вода или океаны на планете будут вскипать в атмосферу. Массивный приток влаги и тепла в атмосферу планеты создаст бурные планетарные штормы. Когда планета откинулась назад от звезды, планета остынет, и вода в атмосфере упадет вниз, как дождь или снег. Как только планета дошла до Марса, планета превратилась в замерзшую пустыню, более пустынную, чем Антарктида.
Однако есть золотой кусочек - в течение нескольких коротких месяцев из «года» планеты планета войдет в обитаемую зону системы (зона Златовлавок). Зона Златовлас - это область вокруг звезды, где она не слишком горячая и не слишком холодная. Вода может существовать как жидкость, а температура будет умеренной.Если бы планета йо-йо была скалистым миром, подобным Земле, возможно, жизнь могла бы выжить, даже процветать. Жизни, возможно, придется зимовать во время жестокой зимы и приспособиться, чтобы выжить в бурные летние месяцы, но там, где есть жидкая вода, есть возможность для жизни.