Человечество с незапамятных времен привлекал космос, и, как только оно могло начать изучение каких-либо новых космических объектов, оно без промедления начинало. Так было со звездами, с Вселенной целиком, так же вышло и с планетами.
Одиноки ли мы во Вселенной? Это вопрос, над которым человечество размышляло на протяжении многих лет, но только сейчас у нас есть технологии, чтобы начать отвечать на этот вековой вопрос. Поиск действительно продолжается, чтобы найти другой земной мир, но пока мы по-прежнему единственная известная планета во Вселенной, где существует жизнь.
Долгое время задача обнаружения планет возле других звёзд неразрешённой, так как планеты чрезвычайно малы и тусклы по сравнению со звёздами, а сами звёзды находятся далеко от Солнца Первые экзопланеты были обнаружены в конце 1980-х годов. Сейчас такие планеты стали открывать благодаря усовершенствованным научным методам, зачастую на пределе их возможностей. Подавляющее большинство открытых экзопланет обнаружено с использованием различных непрямых методик детектирования, а не визуального наблюдения из-за сложности такого метода. Большинство известных экзопланет — газовые гиганты и более походят на Юпитер, чем на Землю. Это объясняется ограниченностью методов обнаружения Основная цель направления — поиск признаков жизни во Вселенной. Небо экзопланет может содержать элементы, которые помогут ответить на этот вопрос.
Что такое экзопланета?
Экзопланета — это планета, находящаяся за пределами Солнечной системы.
Типы экзопланет
Классификация по орбите:
Планета с кратной орбитой — планета, вращающаяся вокруг двойных звездных систем.
Двойная планета — две планеты, вращающиеся вокруг друг друга.
Эксцентричный Юпитер — массивные планеты, имеющие высоко эксцентричные орбиты.
Внегалактическая планета — планета, которая находится за пределами Млечного Пути.
Планета зоны обитаемости (Планета Златовласки) — планета, находящаяся в зоне обитаемости своей звезды.
Горячий Юпитер — массивный газовый гигант, вращающийся вокруг своей звезды.
Горячий Нептун — менее массивный газовый гигант, вращающиеся вокруг своей звезды.
Пульсарная планета — планета, вращающаяся вокруг пульсара.
Планета-сирота — межзвездные планеты.
Классификация по массе:
Планета-гигант — массивная планета; обычно состоит из газов или льда, которые включают такие вещества, как аммиак, метан, вода и т. д.
Мезопланета — планеты, которые меньше Меркурия, но крупнее Цереры.
Мини-Нептун — планеты меньше Урана и Нептуна.
Планемо — объект планетарной массы, который не имеет никакой активности в своем ядре.
Планетар — коричневые карлики или субкоричневые карлики. Это псевдопланеты.
Суперземля — больше по массе, чем Земля, но меньше, чем Уран и Нептун.
Супер-Юпитер — планеты более массивные, чем Юпитер.
Миниземля — планеты менее массивные, чем Земля.
Классификация по составу:
Углеродная планета — планета, состоящая преимущественно из твердого аммиака, метана или воды (льда).
Железная планета — планета ядро которой насыщенно железом с последующим тонким слоем мантии.
Планета, покрытая лавой — планета, поверхность которой полностью покрыта лавой.
Планета океана — планета, значительная часть которой состоит из воды.
Силикатная планета — планета, кора которой состоит из силикатных пород.
Планеты земной группы — планеты, похожие на Землю, состоящие из камней.
История обнаружения экзопланет
Мысли о существовании планетных систем, подобных нашей, возникли у человечества значительно раньше конца 20 века. Считается, что греческие атомисты в 5 веке до нашей эры стали первыми, кто предположил множественность миров во Вселенной. Письменных источников древнее, к сожалению, не сохранилось. К несчастью, идеи атомистов значительно опередили свое время. Работа авторитетного греческого ученого Аристотеля затмила их рассуждения. Аристотель утверждал геоцентричность Вселенной, то, что Земля является центром, единственным миром с жизнью - в противоположность небесной "хрустальной" сфере с отверстиями-звездами в ней.
Первым, кто выступил против незыблемости теории геоцентризма, был Николай Коперник. В 1543 году он опубликовал свою главную работу "Об обращении небесных сфер". Коперник считал, что из отсутствия видимых параллаксов у звезд следует, что звезды очень далеки, значительно дальше планет, обращающихся вокруг Солнца, но и он считал их частью небесной сферы. Его современник Джордано Бруно пошел дальше.
“Вселенная бесконечна… У нее нет и не может быть единого центра... Миры - планеты и солнца - находятся в вечном изменении и развитии, рождаются и умирают. Меняется и поверхность Земли - за большие промежутки "моря" превращаются в континенты, а континенты - в "моря". Наконец, жизнь есть не только на Земле, она распространена во Вселенной, формы её бесконечно разнообразны, так же многообразны условия на разных планетах. Жизнь во Вселенной неизбежно порождает и разум, причем разумные существа других планет совсем не должны походить на людей - ведь Вселенная бесконечна, и в ней есть место для всех форм бытия.” - Джордано Бруно.
Джордано окончил жизнь в пламени костра на площади Цветов в Риме в 1600 году. И сейчас, спустя четыре сотни лет, человечество наблюдениями подтверждает истинность его утверждений, выведенных одной силой мысли.
На смену традиционным методам исследования в 19 веке пришла астрофизика. Еще в конце 17 века Ньютон, разложив солнечный луч призмой, получил спектр и открыл инфракрасные лучи. Создав первый спектроскоп, Ньютон изучил спектр Солнца, пламени свечи и Сириуса
В 1863-1868 году Анджело Секки , изучив спектры 4 тысяч звезд, разделил их на 4 класса. Эта классификация стала основной вплоть до Гарвардской, созданной в начале 20 века. В 1842 году Доплер теоретически обосновал эффект, позднее названым его именем: частота звуковых и световых колебаний, воспринимаемых наблюдателем, зависит от скорости приближения или удаления их источника. Используя доплеровский метод, удалось сделать ряд значительных открытий. Изобретение фотографии Дагером в 1839 году и применение ее для астрономии, значительно улучшило чувствительность астрометрических и спектроскопических методов. К концу 19 века фотография почти полностью вытеснила человеческий глаз.
В восьмидесятых годах прошлого века была совершена первая серьезная попытка поиска планет у одной из ближайших звезд - Летящей звезды Барнарда. Она идеально подходила для поиска планет астрометрическим способом. Анализируя фотопластинки, сделанные с 1938 года по 1962 год, Питер Ван де Камп объявил о существовании планеты, в 1,6 раза тяжелее Юпитера с периодом обращения в 24 года. Затем, расширив диапазон изученных архивных фотоснимков до 1916 года, он заявил о двух планетах с массой порядка массы Юпитера. Однако уже в 1973 году другие астрономы усомнились в этом, не обнаружив никаких колебаний в траектории звезды. Позднее космический телескоп имени Хаббла провел очень точные астрометрические измерения звезды Барнарда и Проксимы Центавры, не выявив никаких колебаний. Тогда и стало ясно, что наземные и неспециализированные космические обсерватории не способны обнаружить этим способом планеты даже около ближайших звезд.
Триумф спектрального анализа
Еще в 1952 году Отто Струве опубликовал работу, в которой он обратил внимание на преимущества поиска планет у звезд с помощью спектроскопии, а также на возможность независимого подтверждения планеты, если она проходит между звездой и наблюдателем, путем точного измерения яркости звезды.
Однако понадобилось еще несколько десятилетий, что бы его идеи были реализованы на практике. В 1987 году американские астрономы Джоф Марси и Поль Батлер в Ликской обсерватории начали многолетние наблюдения 120 близких звезд типа Солнца или более холодных. Значительно позже, с 1993 года, к исследованиям подключились европейцы. Мишель Майор и Дидье Келос из Женевы на 1,93 метровом телескопе Обсерватории Верхнего Прованса (Франция) решили измерить лучевые скорости около сотни звезд. 6 октября 1995 астрономы объявили о своем открытии, после чего несколько недель продолжались ожесточенные дискуссии о реальности такого типа объектов. Дж. Марси и П. Батлер подтвердили это открытие, обнаружив те же самые колебания в своих наблюдениях. Поиском экзопланет сейчас занято более 150 астрономов на различных обсерваториях мира, включая самую продуктивную научную группу Дж.Марси и группу М.Майора. Для выработки терминологии и координации усилий в этой области Международный астрономический союз создал Рабочую группу по внесолнечным планетам, первым руководителем которой избран американский астроном-теоретик Алан Бос .
Методы обнаружения экзопланет
Доплеровская спектроскопия (также известная как метод радиальной скорости или в просторечии метод колебания) — это косвенный метод поиска экзопланет и коричневых карликов по измерениям радиальной скорости путем наблюдения доплеровских сдвигов в спектре родительской звезды планеты.
Транзитный метод - этот метод обнаруживает далекие экзопланеты за счет измерения затемнения звезды, когда вращающаяся планета проходит между ней и Землей.
Астрометрический метод – метод заключается в точном измерении положения звезды на небе и определении, как это положение меняется со временем.
Метод гравитационного микролинзирования - используется для обнаружения объектов, масса которых варьируется от массы планеты до массы звезды, независимо от того, какой свет они излучают.
Метод прямого наблюдения – это метод наблюдения за космическими объектами с помощью современной техники
Индекс землеподобия(ESI) - индекс пригодности планеты или спутника для жизни.
Индекс некоторого небесного тела строится на нескольких факторах его физического сходства с Землёй: размер, масса, плотность, расстояние от звезды и температура на планете.
Раберём, как рачитывается ESI напримере экзопланеты Teeagarden b,
Teegarden b — экзопланета, находящаяся на орбите в пределах обитаемой зоны Звезды Тигардена, красного карлика, расположенного в созвездии Овна, в 12,5 световых годах от Солнечной системы. Планета была открыта в июне 2019 года. Имеет массу равную 1,16 Земли, радиус 1,05 Земли. Приблизительная средняя температура на ней, по оценкам учёных, составляет 28 oC. Экзопланета имеет схожую плотность. Хотя Teegarden и находится гораздо ближе к своей материнской звезде, даже ближе чем Меркурий к Солнцу, но вращается она вокруг тусклого красного карлика. Именно схожесть парметров с земными и позволяет присвоить ей самый высокий индекс землеподобия среди известных экзопланет.
Проанализировав каталог NASA, можно подчитать, что около 86% экзопланет вращаются вокруг красных карликов, около 8% экзопланет вращаются вокруг оранжевых карликов, около 3% вокруг жёлтых карликов. Также встречаются уникальные случаи, когда планета вращается вокруг двойной звезды. Например экзопланета Глизе 229 Ас вращается вокруг двойной звезды Глизе 229 - двойная звезда, которая находится в созвездии Зайца на расстоянии около 19 световых лет от нас. Главная звезда Глизе 229 A, компаньон — коричневый карлик Глизе 229 B.
Так же 64% экзопланет представляют собой Супер земли, около 5% - Земной класс и около 30% схожи с нептуном.