Вконтакте Facebook Twitter Лента RSS

Методы открытия экзопланет. Типы экзопланет. Современные методы изучения экзопланет

В ясную ночь, когда световые помехи не являются серьезным фактором, небо выглядит захватывающе: просмотру открывается огромное количество звезд. Но, конечно, мы можем видеть всего лишь малую часть от звезд, которые на самом деле существуют в нашей Галактике. Что еще более поразительно, большинство из них имеют собственную систему планет. Возникает вопрос, сколько же всего экзопланет? Только в одной нашей Галактике должны существовать миллиарды внеземных миров!

Итак, давайте предположим, что восемь планет, которые существуют в пределах Солнечной системы, представляют собой среднее значение. Следующим шагом будет умножить это число на количество звезд, которые существуют в пределах Млечного Пути. Фактическое количество звезд в нашей Галактике является предметом некоторого спора. По существу, астрономы вынуждены проводить приблизительные оценки, поскольку мы не можем рассмотреть Млечный Путь извне. А с учетом того, что он находится в форме спирали с перемычкой, галактический диск наиболее трудно изучать из-за интерференции света от его многочисленных звезд. В результате оценка основывается на расчетах массы нашей Галактики, а также массовой доли звезд в ней. Исходя из этих данных, ученые подсчитали, что Млечный Путь содержит от 100 до 400 миллиардов звезд.

Таким образом, галактика Млечный Путь может иметь от 800 миллиардов до 3,2 триллиона планет. Однако для того, чтобы определить, сколько из них пригодны для жизни, мы должны учитывать количество экзопланет, изученных на данный момент.

По состоянию на 13 октября 2016 года астрономы подтвердили наличие 3397 экзопланет из 4696 потенциальных кандидатов, которые были обнаружены в период с 2009 по 2015 год. Некоторые из этих планет наблюдались непосредственно в процессе прямой визуализации. Тем не менее, подавляющее большинство было обнаружено косвенным образом с помощью методов транзита и радиальных скоростей.

Гистограмма показывает динамику обнаружения экзопланет по годам. Credit: NASA Ames/W. Stenzel, Princeton/T. Morton

В ходе первоначальной 4-летней миссии космический телескоп «Kepler» наблюдал около 150 000 звезд, которые главным образом относились к М-классу, также известному как красные карлики. Когда в ноябре 2013 года «Kepler» вошел в новую фазу миссии K2, он сместил акцент на изучение звезд K- и G-класса, которые почти такие же яркие и горячие, как Солнце.

По данным недавнего исследования, проведенного научно-исследовательским центром Эймса (NASA), «Kepler» обнаружил, что около 24% звезд M-класса могут иметь потенциально пригодные для жизни планеты сравнимые по размеру с Землей (те, которые не более чем в 1,6 раза превышают Землю по радиусу). На основании числа звезд М-класса в нашей Галактике могут существовать около 10 миллиардов потенциально пригодных для жизни, похожих на Землю миров.

Кроме этого, анализ результатов K2 предполагает, что около одной четверти больших звезд могут также иметь аналогичные Земле планеты, вращающиеся в пределах обитаемых зон. Таким образом, можно оценить, что только в Млечном Пути существуют буквально десятки миллиардов потенциально пригодных для развития жизни планет.

В ближайшие годы миссии космических телескопов «James Webb» и «TESS» будут способны обнаруживать меньшие планеты, вращающиеся вокруг тусклых звезд, и, возможно, даже определят, есть ли жизнь на какой-либо из них. После того, как эти новые миссии приступят к работе, мы будем иметь более точные оценки размера и количества планет, существующих в нашей Галактике. А до тех пор их расчетное число обнадеживает: шансы на внеземной интеллект весьма высоки!

Люди издавна мечтали, что рано или поздно в космосе, в обозримой близости от нас, обнаружится жизнь, пусть даже и в форме, не похожей на нашу. Многочисленные фантастические повести и рассказы, фильмы о встрече представителей Земли и внеземных цивилизаций будоражат воображение и пользуются неизменным успехом.

Среди множества космических объектов особое внимание ученых привлекают так называемые экзопланеты как потенциальные объекты для зарождения и развития внеземных форм жизни. Что же они собой представляют?

Краткая история

Впервые о возможности существования планетарных систем у других звезд сообщил в 1855 году астроном обсерватории Мадраса капитан Джейкоб. Речь шла о системе двойной звезды 70 Змееносца. Гипотеза была опровергнута более поздними исследованиями, проведенными в 90-х годах ХІХ столетия, однако прецедент был создан, и начало поиску планетных систем вне пределов Солнечной системы было положено.

На протяжении ХХ столетия периодически совершались «открытия», которые не находили подтверждения позднее. И лишь в 1988 году канадскими учеными была открыта внесолнечная планета у звезды Гамма Цефея A (Альраи). Впрочем, на подтверждения этого удивительного открытия ушли годы, и ее существование было подтверждено только в 2002 году. Поэтому первенство все же принадлежит швейцарским астрономам Дидье Кело и Мишелю Майору, которые в 1995 году открыли первую внеземную планету - у звезды 51 Пегаса.

Определение

Что такое экзопланета? Это небесное тело, подобно Земле, вращающееся вокруг своего светила - звезды. На сегодняшний день их открыто около трех тысяч. Подавляющее большинство из них - газовые гиганты, подобные нашим Юпитеру, Нептуну и Сатурну, но значительно превышающие их по массе. Жизнь на таких раскаленных небесных телах в привычном нам понимании, то есть в белковой форме, скорей всего, отсутствует.

На январь 2018 года официально подтверждено существование 3726 экзопланет, и около тысячи этих небесных тел еще ожидают официального подтверждения своего статуса с помощью земных телескопов.

Экзопланеты-гиганты

Гигантские газовые гиганты классифицируют в зависимости от их температуры и особенностей атмосферы, по внешнему виду. Всего выделяют пять классов:

  1. Аммиачные облака. Это экзопланеты, находящиеся в отдалении от своих звезд, на «задворках» своих солнечных систем, при температуре ниже - 120 градусов Цельсия. Год на экзопланетах такого типа по земным меркам будет очень длинным. К этому типу относятся такие планеты Солнечной системы, как Юпитер и Сатурн. Возможные экзопланеты такого типа - Мю Жертвенника e, 47 Большой Медведицы c. Основные открытия здесь еще впереди. Возможна также ситуация, когда экзопланета находится на не столь значительном удалении от своей звезды, но вращается вокруг слабого светила - красного карлика. Тогда она тоже попадает в этот класс.
  2. Водные облака. Температура на поверхности составляет - 20 градусов Цельсия или ниже. Хорошо отражают свет. Помимо водной взвеси, в облака таких небесных тел много метана и водорода, поэтому к экзопланетам, пригодным для жизни, их отнести сложно. Это газовые гиганты, удаленность которых от их светила сравнима с земной. В качестве примера можно привести экзопланету 47 Большой Медведицы b. В Солнечной системе подобные небесные тела отсутствуют.
  3. Безоблачные экзопланеты. Планеты эти, как явствует из их названия, лишены облаков, поэтому обладают слабой отражательной способностью. Для наблюдателя их поверхность имеет голубой цвет. Температура колеблется от +80 градусов Цельсия до +530. В Солнечной системе подобных планет нет. Если бы они были, то располагались бы примерно на орбите Меркурия. В качестве примера можно привести 79 Кита b.
  4. Экзопланеты с сильными спектральными линиями щелочных металлов. Имеют температуру поверхности свыше + 600 (возможно - до +1000) градусов Цельсия, в связи с чем с их атмосфере преобладает диоксид углерода и пары щелочных металлов. Обладают очень низкой отражающей способностью. Пример - экзопланета TrES-2 b, чья отражающая способность ниже, чем у сажи. Имеют серо-розоватый цвет, в Солнечной системе должны были бы находиться на орбите, которая ближе к Солнцу, чем меркурианская.
  5. Кремниевые облака. Что такое экзопланеты с кремниевыми облаками? Это газовые небесные тела, чья температура более +1100 градусов Цельсия. Их поверхность покрыта сплошными облаками, состоящими из силикатов и паров железа. Благодаря этому отражающая способность довольно высока. Такие экзопланеты пригодными для жизни назвать так же сложно, как и покрытые аммиачными облаками, на которых царит ужасный холод. Они имеют серо-зеленый цвет и расположены в непосредственной близости от своего солнца, поэтому визуально их обнаружить невозможно, ведь их светимость не будет видна. Наиболее известный представитель - 51 Пегаса b.

Приведенная выше классификация была предложена астрофизиком из Университета Аризоны Давидом Сударским.

Экзопланеты земного типа

Намного больше шансов обнаружить жизнь на других планетах чужих звездных систем - тех, что подобны нашей Земле. Что такое экзопланета земного типа? Это небесное тело, состоящее не из раскаленных газов, а твердое, меньших размеров, чем газовые гиганты. Из-за их относительно небольших размеров такие экзопланеты сложнее обнаружить, поэтому их известно не так много, как газовых гигантов - немногим более двухсот.

Суперземли

Еще примерно семьсот имеют размеры так называемой суперземли. Под этим термином понимают небесные тела, масса которых составляет до 10 земных. Разница между ними и газовыми гигантами четко не определена, она составляет примерно 10 земных масс. В качестве примера «пограничной» экзопланеты можно привести Mu Arae c, или Мю Жертвенника с - планету-гигант, которая вращается вокруг желтого карлика в созвездии Жертвенника, открытую в 2004 году. Ее масса составляет примерно 0,33 массы Юпитера. Материнские звезды суперземель - это обычно красные или желтые карлики.

Методы открытия экзопланет

В настоящее время известно несколько методов поиска потенциально обитаемых планет в иных звездных системах. Наилучшие результаты достигается при их сочетании, так как некоторые из них работают только при наличии определенных специфических условий. Основные из них описаны ниже.

Метод Доплера

Подразумевает измерение радиальных скоростей звезд с помощью спектометра. С помощью спектрометрического метода можно обнаружить планеты-гиганты и экзопланеты, подобные Земле, расположенные вблизи своей звезды, масса которых как минимум в несколько раз больше земной. Связано это с тем, что вращение этих небесных тел становится причиной доплеровского смещения спектра звездного светила. Согласно статистике, с помощью этого метода было открыто уже более 600 экзопланет.

Метод транзитный

Заключается в изучении колебаний свечения звезд во время прохождения перед их диском гипотетических планет. С его помощью можно вычислить размеры планеты, сочетание же его с первым методом дает представление о плотности небесного тела. Это, в свою очередь, позволяет предположить наличие у него атмосферы. Статистика свидетельствует, что благодаря транзитному методу было открыто около двух сотен планет.

Метод гравитационного микролинзирования

Подобно транзитному, для использования которого необходимо, чтобы наблюдатель и орбита экзопланеты находились в одной плоскости, для этого метода также нужны определенные условия. Он будет эффективен при наличии между земным наблюдателем и звездой другой звезды, играющей роль своеобразной линзы. Позволяет обнаружить у звезды-линзы экзопланеты, работает для тел с небольшой массой. Но применяется он, в силу особых требований, выдвигаемых к расположению небесных тел, ограниченно. Этим способом было открыто около полутора десятков планет.

Метод астронометрический

Основан на изменениях в движении звезд под действием собственных планет. Позволяет определить с достаточной точностью массы экзопланет.

Выше перечислены не все известные методы обнаружения экзопланет, а те, с помощью которых было совершено больше открытий, что доказало их эффективность.

Обозначения небесных тел планетарного типа

Открытым экзопланетам принято давать названия, производные от их светила - звезды, вокруг которой они вращаются. При этом к названию звезды добавляется буква латинского алфавита, начиная с b, так как а указывала бы на саму звезду. Пример: 51 Пегаса b. Следующей открытой в звездной системе планете присваивается последующая буква алфавита. Получается, что имя экзопланеты ничего не говорит ни о ее свойствах, ни о ее удаленности от звезды, а сообщает лишь о порядке ее открытия в звездной системе. И только в том случае, если открывают две экзопланеты одновременно в одной системе, им присваивают буквы в названиях, исходя из расстояния от звезды.

До открытия в 1995 году звездной системы Пегаса экзопланетам давались названия, состоящие из сложных комбинаций латинских букв и цифр. Кроме того, некоторые из них имели собственные имена, часто связанные с мифологией. В 2015 году голосованием Международного астрономического союза эти названия были закреплены официально. Всего их получили 31 экзопланета и 14 звезд.

На сегодняшний день экзопланеты обнаружены примерно у 10 % звезд, вокруг которых велись поиски.

Системы экзопланет

Приведем краткий список известных звездных систем, имеющих экзопланеты:

  1. 51 Пегаса - первая солнцеподобная звезда, в которой обнаружена экзопланета.
  2. Тау Кита - теоретически является ближайшей в нам планетной системой. но это открытие еще требует подтверждения.
  3. 55 Рака - в ней открыто уже несколько экзопланет.
  4. μ Жертвенника - открытая в ее системе экзопланета имеет небольшую массу и, по видимому, относится к земной группе.
  5. ε Эридана - одна из трех звезд, имеющих экзопланету и видимых без телескопа.
  6. Проксима Центавра - ближайшая к Солнцу звезда (красный карлик), имеющая экзопланету.
  7. HD 209458 - вокруг этой звезды вращается планета с собственным названием «Осирис» и удивительными свойствами, прозванная «испаряющейся». Исследования ее яркости показали наличие колебаний, которые с точки зрения науки можно объяснить только постепенной потерей планетой своего вещества. Дальнейшие наблюдения показали, что улетучивается не только атмосфера, но и твердые составляющие планетного вещества. Причина этого, вероятно, кроется в сильном разогревании экзопланеты, ведь она находится от своей звезды на расстоянии, в восемь раз меньшем, чем Меркурий от Солнца. Температура на ее поверхности может достигать + 1000 градусов Цельсия. Благодаря наблюдениям за экзопланетой Осирис началась новая эра в изучении внеземных планетарных систем - эра изучения их химического состава и поиска пригодных для жизни условий.

Конечно, этот список экзопланетных систем - неполный, на сегодняшний день их известно намного больше.

Экзопланета земного типа, обладающая атмосферой

В апреле прошлого, 2017 года, западноевропейские астрономы впервые обнаружили у экзопланеты земного типа следы атмосферы. Речь идет о небесном теле GJ 1132b, которое вращается вокруг звезды - красного карлика Глизе 1132. Расстояние до нее от Земли составляет 39 световых лет (12 парсек). Радиус экзопланеты GJ 1132b больше нашей планеты на 20%, а ее масса составляет 1,6 земной. Подразумевается, что ее состав близок к составу земных пород, а поверхность - твердая, скалистая. Это самая близкая к нам планета земного типа.

Согласно данным спектрального анализа, атмосфера этой экзопланеты состоит из смеси метана и водяного пара. Температура в верхних ее слоях приблизительно равна 260 градусам Цельсия, но, предполагается, что у поверхности она еще выше, то есть условия на этой экзопланете еще жарче, чем на Венере.

Это ближайшая экзопланета к нашей Солнечной системе, имеющая атмосферу. Ученые-астрономы назвали это открытие одним из самых важных за последние годы.

Вместо заключения

В статье было рассказано о том, что такое экзопланеты, рассмотрены их виды, правила наименования. Подводя итог, можно сказать, что эпоха массового открытия экзопланет в конце ХХ - начале ХХІ века только начинается. На сегодняшний известны несколько эффективных способов обнаружения этих небесных тел, но все они имеют ту или иную степень погрешности. Наилучший результат дает сочетание нескольких методов обнаружения экзопланетных систем. При этом большинство таких открытий требует подтверждения, которого приходится ждать несколько лет, а то и десятков лет.

Результаты открытий, совершенных земными наблюдателями, позволяют откорректировать наблюдения из космоса. Так, в ходе проекта Гая (Gaia), который был начат в 2013 году, на орбиту Земли выведен спутник, несущий на себе космический телескоп. Основной задачей проекта являлось уточнение звездных карт и масс известных экзопланет, открытых до этого времени. Миссия рассчитана на пять лет, и вполне возможно, нас ждут новые потрясающие открытия - удивительные звезды и новые экзопланеты, на одной из которых может существовать внеземная форма жизни…

>

– планеты за пределами Солнечной системы: обнаружение и характеристика, первые открытия, классификация, методы поиска, список, Кеплер и Джеймс Уэбб.

Экзопланетами называют миры, расположенные вне нашей Солнечной системы. За последние 20 лет были найдены тысячи чужих планет при помощи мощного космического телескопа Кеплер НАСА. Все они отличаются по размерам и орбитам. Некоторые – гиганты, вращающиеся очень близко, а другие – ледяные или же скалистые. Но космические агентства сосредоточены на конкретном виде. Они ищут экзопланеты размера Земли и с расположением в зоне обитаемости.

Зона обитаемости – идеальная дистанция между планетой и звездой, позволяющая поддерживать нужную температуру для образования жидкой воды. Первые наблюдения основывались только на балансе тепла, но сейчас учитываются и прочие факторы, вроде парникового эффекта. Конечно, это «размывает» границы зоны.

В августе 2016 года ученые заявили, что нашли подходящий кандидат в экзопланеты земного типа возле звезды Проксима Центавра. Новый мир назвали Проксима b. Он превосходит Землю по массивности в 1.3 раза (скалистый). Отдален от звезды на 7.5 миллионов км, а на орбиту тратит 11.2 дней. Это значит, что планета заблокирована – всегда повернута к звезде одной стороной (как в случае с земным спутником).

Ранние открытия экзопланет

Хотя официально наличие экзопланет не подтверждали до 1990-х годов, астрономы знали, что они там есть. И это не строилось на фантазиях и сильном желании. Достаточно было посмотреть на медлительность вращения нашей звезды и планет.

Ученые владели главным механизмом – история появления Солнечной системы. Они знали, что существовало газовое и пылевое облако, не выдержавшее давления собственной гравитации и рухнувшее в себя. В момент крушения появилось и . Сохранение углового момента обеспечило ускорение для будущей звезды. Солнце вмещает 99.8% массы всей системы, а у планет – 96% момента движения. Поэтому исследователи не уставали удивляться медлительности нашей звезды.

Они начали искать исключительно звезды, напоминающие нашу. Но ранние находки в 1992 году неожиданно привели к пульсару (мертвая звезда с быстрой скоростью вращения после взрыва сверхновой) – PSR 1257+12. В 1995 году обнаружился первый мир – 51 Пегаса b. По размеру напоминал , но располагался ближе к своей звезде. Это было удивительное и шокирующее открытие. Но прошло 7 лет, и мы нашли новую планету, намекающую на то, что Вселенная богата на миры.

В 1998 году команда из Канады заметила мир образца Юпитер возле Гамма Цефея. Но ее орбитальный путь был намного меньше, чем у Юпитера, и ученые не претендовали на исследование находки.

Методы регистрации экзопланет

Астрофизик Сергей Попов о транзитных планетах, явлении гравитационного линзирования и телескопе Gaia:

Бум на данные экзопланет

Первые открытые экзопланеты представляли собою газовых гигантов (как Юпитер). Тогда ученые использовали методику лучевых скоростей. Она вычисляла уровень «раскачивания» звезды. Этот эффект создавался, если рядом с ней были планеты. Крупные экземпляры имеют большую массивность, а потому их присутствие обнаружить проще.

Перед тем как вступить в активное исследование экзопланет, земные инструменты умели измерять движение звезд до км/с. Это слишком слабо, чтобы уловить колебание, вызванное планетой. Сейчас существует более тысячи найденных миров, обнаруженных космическим телескопом Кеплер. Оказался на орбите в 2009 году и охотился 4 года. Он вышел на новую методику – «транзит». То есть, измеряет уровень уменьшения яркости звезды в момент, когда перед ней появляется планета и затеняет. Ниже показана схема, где сопоставляются методы поиска и количество открытых экзопланет.

В 2014 году появилась еще одна техника – «тест на множественность», способный ускорять процесс подтверждения кандидатуры в экзопланету. Базируется на орбитальной устойчивости. Большинство звездных транзитов связаны с наличием на орбите малых планет. Но многократно затмевающие звезды могли имитировать этот эффект и выгонять друг друга гравитацией из системы.

Горячие Юпитеры

Это газовые гиганты, напоминающие массу Юпитера, но совершающие обороты слишком близко к звезде-хозяину. Из-за этого происходит резкий скачок температуры (7000°C). Для ученых было настоящим сюрпризом обнаружить, что этот вид довольно распространен, так как ранее полагали, что такие планеты должны вращаться во внешней линии.

Пульсарная планета

Такие объекты совершают орбитальные проходы вокруг нейтронных звезд – остаточные ядра крупных звезд, то есть, все, что сохранилось после взрыва сверхновой. Нет сомнений, что ни одна планета не переживет такое событие, поэтому они формируются уже после.

Эти объекты по параметрам и химическому составу напоминают нашу и вращаются в зоне обитания (идеальная дистанция к звезде, позволяющая сохранять воду в жидком состоянии). Они ценны для обнаружения, так как могут располагать жизнью.

Суперземля

Это скалистые планеты, превосходящие земную массу в 10 раз. Сама приставка «супер» намекает лишь на характеристики размера, а не какие-то планетарные особенности. Поэтому среди них встречаются и газовые карлики. Первыми найденными суперземлями были два объекта, совершающих обороты вокруг пульсара PSR B1257 + 12.

Сверхземли

Астрофизик Сергей Попов о многообразии планет Солнечной системы, свойствах сверхземель и составе экзопланет:
Эксцентрические планеты

В нашей , планеты по большей части имеют довольно равномерные круговые орбиты. Однако, экзопланеты, найденные до сих пор, могут иметь гораздо более эксцентричные орбиты, двигаясь то близко, то в отдаление от звезды. Если идеальный круг имеет значение эксцентриситета равное ноль, то примерно половина экзопланет имеет эксцентриситет 0,25 или более.

Эти эксцентричные орбиты могут привести к довольно экстремальным тепловым волнам. Например, HD 80606b, которая примерно в четыре раза больше Юпитера и находится на расстоянии примерно в 200 световых лет от Земли, имеет эксцентриситет примерно 0,93. Таким образом, орбитальное расстояние HD 80606b меняется в промежутках от орбитального расстояния Земли до орбитального расстояния Меркурия.

Газовые и ледяные гиганты

К газовым относят те, что напоминают Юпитер и Сатурн. Из элементов присутствуют водород и гелий, окружающие скалистое или металлическое ядро. У ледяных, вроде Нептуна и Урана, намного меньше этих элементов, зато заметны более тяжелые. К этим типам относятся примерно 2/3 найденных экзопланет.

Планета-океан

Эти объекты полностью укрыты водным слоем. Скорее всего, с самого начала это были ледяные миры, появившиеся на большой удаленности от звезды. Но что-то заставило их приблизиться. Температура поднялась и лед трансформировался воду.

Хтоническая планета

Изначально были газовыми гигантами, которым не повезло подойти слишком близко к звезде. Из-за этого атмосферы выгорела, оставив лишь металлическое или скалистое ядро. На поверхности может течь лава. Суперземли и хтонические планеты похожи, поэтому их иногда путают.

Планета-сирота

Их еще называют «сиротами», так как не располагают главной звездой. Находятся в изоляции, потому что по какой-то причине их выбросило из системы. Ученым удалось найти всего несколько примеров, но полагают, что этот тип распространен.

Земные приборы активно работают над поиском. У нас есть MOST и TESS НАСА, CHEOPS (Швейцария) и спектрограф HARPS. Не стоит забывать о телескопе Спитцер. Он идеален тем, что настроен на инфракрасный диапазон и способен вычислять экзопланеты по температуре и даже характеризовать атмосферные показатели. Ниже представлен список экзопланет, пригодных для жизни.

Известные экзопланеты

Мы располагаем двумя тысячами планет за пределами Солнечной системы, поэтому сложно выбрать несколько примеров. Конечно, выделяются небольшие и расположенные в зоне обитания. Но стоит вспомнить еще 5 объектов, способствующих нашему пониманию эволюционного планетарного пути.

- 51 Пегаса b – первая найденная планета, обладающая половиной массы Юпитера. Ее орбитальный путь приравнивается к маршруту Меркурия. Удаленность от звезды мала, поэтому находится в заблокированном состоянии (одна сторона всегда повернута к звезде).

- 55 Рака e – суперземля возле звезды, чья яркость позволяет наблюдать ее невооруженным глазом. Это очень хорошо, так как дает ученым возможность исследовать детали чужой системы. На один орбитальный проход уходит 17 часов и 41 минута. Объект может обладать алмазным ядром и большим количеством углерода.

- WASP-33b – интересная планета с заметной защитной оболочкой. Речь идет о стратосфере, впитывающей видимое и ультрафиолетовое свечение звезды. Ее нашли в 2011 году. Орбитальное движение противоположно звездному, что создает ощутимые вибрации.

- HD 209458 b – первая, которую удалось найти при помощи звездного транзита в 1999 году. Она также стала первой, у которой выявили атмосферную характеристику вместе с температурными показателями и отсутствием облачных формирований.

- HD 80606 b – считалась самой необычной планетой из-за странностей в орбите (будто проход кометы Галлея вокруг нашей звезды). Скорее всего, на это влияет еще одна звезда. Нашли в 2001 году. Изучите список экзопланет земного типа с указанием звезды-хозяина и расстояния от Солнца.

Список ближайших экзопланет земного типа

Имя Изображение Жизнепригодность Звезда Расстояние от Солнца
Альфа Центавра B b 1 Предполагаемая температура поверхности: 1200 °C Альфа Центавра B 4,37
Gliese 876 d 2 Предполагаемая температура поверхности: 157-377°C Gliese 876 15
Gliese 581 e 3 Из-за слишком высокой температуры скорее всего не имеет атмосферы Gliese 581 20
Gliese 581 c 4 Сомнительна. Скорей всего находится вне обитаемой зоны Gliese 581 20
Gliese 581 d 5 Возможная психропланета. Находится внутри обитаемой зоны Gliese 581 20
Глизе 667 Cc 6 Возможная мезопланета Gliese 667C 22
61 Девы b 7 61 Девы 28
HD 85512 b 8 Возможная Термопланета. Считалась наиболее жизнепригодной экзопланетой до открытия Глизе 667 Cc. HD 85512 36
55 Cancri e 9 Слишком высокая температура из-за близости к звезде 55 Cancri 40
HD 40307 b 10 Слишком высокая температура из-за близости к звезде HD 40307 42
HD 40307 c 11 Слишком высокая температура из-за близости к звезде HD 40307 42
HD 40307 d 12 Слишком высокая температура из-за близости к звезде HD 40307 42

Посмотрите увлекательные видео про экзопланеты, чтобы исследовать их строение, внутренний состав, классификацию, особенности атмосферы и расположение в зоне обитаемости.

Внутреннее строение экзопланет

Астрофизик Сергей Попов о веществах планетарных недр, типах экзопланет и зависимости плотности от размера:

Атмосферы экзопланет

Астрофизик Сергей Попов о способах изучения атмосферы, структуре внешних слоев газовой оболочки планет и горячих юпитерах:

Зона обитаемости

Астрофизик Сергей Попов о параметрах зоны обитаемости, парниковом эффекте и перспективах поиска жизни на экзопланетах:

Как искать экзопланеты?

Как удается найти мир, по размеру напоминающий нашу планету, если он скрывается за десятками световых лет? И насколько сложно отыскать экзопланету земного типа с потенциалом для жизни? Вся грандиозность поставленной проблемы становится понятнее, если вспомнить, что крупные звезды кажутся всего лишь небольшими яркими точками. Некоторые даже в мощные телескопы не удается разглядеть.

Планеты достигают лишь небольшой части от звездной массы. Из-за этого ядерный синтез не активируется. В таком случае миры очень крошечные и темные, что еще больше усложняет работу исследователей. Приплюсуйте к этому и тот момент, что планеты обнаруживаются рядом с яркими звездами, часто закрывающие их своим свечением.

Но для ученых нет ничего невозможного и они всегда находят обходные пути. Если планету нельзя увидеть в прямое наблюдение, то остаются приметные звезды, которые влияют на орбитальный путь планеты. В начале 20-го века астрономы выявили конкретные критерии поиска, но только в последнее время телескопы достигли нужной чувствительности, чтобы применить их на практике и не ошибаться. Какие же есть методы? Перечислим их:

С развитием техники ученым удается открывать все больше экзопланет, чье количество начинает исчисляться уже тысячами. Именно поэтому важно уметь группировать объекты, чтобы разбираться в характеристиках. Но у нас до сих пор мало информации о далеких планетах, поэтому само определение остается неточным.

Астрофизик Сергей Попов об открытии экзопланет, астрономическом спутнике «Кеплер» и спектральных измерениях

Спутники экзопланет

Астрофизик Сергей Попов об образовании Луны, методах регистрации спутников и потенциальной обитаемости экзолун:

Что собою представляет планета?

Давайте разберемся в том, что такое планета. В 2006 году вышел документ Международного астрономического союза (МАС), в котором говорилось, что объект для планетарного статуса должен соответствовать нескольким критериям:

  • совершает обороты вокруг Солнца;
  • обладает необходимой массой, чтобы закрепить круглую форму;
  • устранил мусор и чужеродные объекты с орбиты;

Эти условия появились только после того, как Майк Браун обратил внимание на несколько миров на окраине Солнечной системы. По размеру они напоминали . Пришлось пересмотреть определение и Плутон автоматически перенесли в категорию карликовых планет.

Важно отметить, что это решение не восприняли с энтузиазмом и одобрением. За Плутон заступались не только ученые, но и простые люди. Особенно сильно протестовал Алан Стерн. Он был главным исследователем миссии «Новые горизонты», посетившей Плутон в 2015 году. Он много раз заявлял, что «устранить чужеродные объекты» – слишком расплывчатое требование. Ведь на Земной орбите есть астероиды. Да и фото продемонстрировали сложный и интересный мир, на котором видны горы, замороженные озера и прочие планетарные атрибуты.

Но в МАС отказались что-то менять и сказали, что карликовые планеты представляют такой же научный интерес. Они также упомянули такие крупные тела, как и , на которых заметно много интересных особенностей.

В 2017 году Стерн и несколько других ученых предложили более усовершенствованное определение: «Планета – субзвездный массивный объект, лишенный ядерного синтеза и обладающий достаточной собственной гравитацией, чтобы сформировать сфероид».

Первую экзопланету заметили в 1992 году недалеко от PSR B1257+12 (пульсар). А вот планету у звезды главной последовательности (51 Пегаса b) обнаружили в 1995 году. С того момента телескопу Кеплер удалось отыскать тысячи «земных» планет и проживающих в зоне обитаемости (есть необходимые условия для того, чтобы вода сохранялась в виде жидкости).

Но он также выявил широкое разнообразие планет. Например, были распространены горячие юпитеры. Некоторые были невероятно древние. Достаточно вспомнить PSR 1620-26 b, которая уступает по возрасту Вселенной всего на миллиард лет. Есть те, кому не повезло проживать чересчур близко к звезде, и их атмосфера напоминает ад на Венере. Были найдены экземпляры, которым удается совершать обороты вокруг двух или даже трех звезд сразу.

Конечно, становится понятно, что при таком планетарном разнообразии очень сложно следовать единой системе классификации. Прежде всего исследователи учитывают предрасположенность к наличию жизни. Такие числятся в списке обитаемых экзопланет.

Вот только для этого нужно знать два параметра: массу и орбиту. К сожалению, современная техника все еще не обладает необходимой мощностью, чтобы изучать чужие атмосферы, если только объект не расположен близко и недостаточно крупный. Но все может измениться с появлением в 2018 году телескопа Джеймс Уэбб.

Многообразие планет

Астрофизик Сергей Попов о газовых и ледяных гигантах, системах двойных звезд и одиночных планетах:

Классификация экзопланет

Какие существуют типы экзопланет и что собою представляет классификация? Наверное, самая популярная та, которой пользовались в «Звездном Пути»: населенная планета – класс М. Следуя этой схеме, имеем:

  • D – планетоид или спутник, лишенный атмосферы.
  • H – непригодная для жизни.
  • J – газовый гигант.
  • К – есть жизнь или используются купольные камеры.
  • L – есть растительность, но нет животных.
  • M – наземная.
  • N – серная.
  • R – изгой.
  • T – газовый гигант.
  • Y – токсичная атмосфера и высокий температурный показатель.

Если взять научные схемы, то для распределения используют массу или разнообразие элементов. Массу получают на основе наблюдений в телескоп. Ее вычисляют по лучевой скорости, улавливаемой спектрографами. В таком случае, классификация выглядит так:

Малые планеты, спутники и кометы:

  • астероид: меньше 0.00001 земной массы.
  • меркурианский тип: от 0.00001 до 0.1 земной массы.

Земная группа (скалистые):

  • субтерран: 0.1-0.5 земной массы.
  • терран (земли): 0.5-2 земных масс.
  • супертерран: 2-10 земных масс.

Газовые гиганты:

  • Нептун: 10-50 земных масс.
  • Юпитер: 50-5000 земных масс.

Эволюция экзопланет

Астрофизик Сергей Попов об изменениях орбит планет, сверхземле в Солнечной системе и превращении звезды в красного гиганта:

Современные методы изучения экзопланет

Астрофизик Сергей Попов об открытии экзопланет, астрономическом спутнике «Кеплер» и спектральных измерениях:

Вступление

Долгое время было затруднительно обнаружить такие планеты, т.к. они слишком малы и невидны на таком огромном межзвездном расстоянии. К примеру, до ближайшей звезды нужно лететь четыре с половиной года со скоростью света. Все такие планеты были обнаружены только в Млечном пути на различных расстояниях. Самая ближайшая из них является Альфа Центавра B b, примерное удаление от нас 4,36 световых года. Большинство обнаруженных экзопланет похожи на газовые гиганты Юпитер и Нептун.

По мнению многих ученых, общее количество таких планет в нашей галактике Млечный путь может достигать примерно 100 миллиардов, а до 20 миллиардов таких планет можно отнести к классу «землеподобных». Существует мнение, что около 34 % всех солнецеподобных звезд могут иметь землеподобные планеты в обитаемой зоне. Самая большая вероятность обнаружить обитаемую планету это, поиски вблизи коричневых карликов. Такие погасшие звезды самые старые в нашей галактике, их возраст может достигать до 14 миллиардов лет, а планеты в этих солнечных системах намного древнее нашей Земли.

История открытия экзопланет

Первым в истории сообщением о существовании некоего небесного тела у другой звезды, был астроном Мадрасской обсерватории, капитан В.С.Джейкоб. Сделанные им записи в 1855 году сообщали, что есть высокая вероятность существования космического тела размером с планету в системе 70 Змееносца (двойная система). Позднее в 1890 году Томас Дж. Си, астроном из Чикагского университета подтвердил догадку Джейкоба. Он сообщил, что двойная система 70 Змееносца имеет некий невидимый спутник звезды, с периодом обращения в 36 лет. Однако проведенные расчеты астрофизика Ф.Р.Мультона опровергают наличия экзопланеты в данной системе и по состоянию на 2014 год они не опровергались.
В 1916 году астроном Эдуард Барнард обнаружил звезду, которая представляла собой быстро смещающуюся красную точку на звездном небе. Эта небольшая звезда имеет массу меньшую, чем Солнце в 7 раз. Исходя их этого в 1960-х годах, астроном Питер Ван де Камп попытался вычислить у «Летящей звезды Барнарда» ее спутник. Он сообщил, что звезда имеет свой спутник с массой как у . Новые расчеты Дж. Гейтвуда в 1973 году опровергли наличия у этой звезды своих массивных планет.
Благодаря развитию науки в 1980 годах астрономы стали применять новые методы для обнаружения потенциальных экзопланет. В частности поиски начали с применением высокоточных спектрометров и новых научных методов.

В 1989 году сверхмассивная планета (или коричневый карлик) была найдена Д. Латамом около звезды HD 114762 A. Однако её планетный статус был подтверждён только в 1999 году.

Первые потонциальные к жизни планеты - Драугр и Полтергейст - были обнаружены у нейтронной звезды Лич (PSR 1257+12), их открыл астроном Александр Вольшчан в 1991 году. Эти планеты были признаны вторичными, возникшими уже после взрыва сверхновой.

В 1995 году астрономы Мишель Майор (Michel Mayor) и Дидье Келос (Didier Queloz) с помощью сверхточного спектрометра обнаружили покачивание звезды Гельвеций (51 Пегаса) с периодом 4,23 сут. Планета Димидий, вызывающая покачивания, напоминает Юпитер, но находится в непосредственной близости от светила. В среде астрономов планеты этого типа называют «горячими юпитерами».

В дальнейшем путём измерения лучевой скорости звёзд и поиска их периодического доплеровского изменения (метод Доплера) было обнаружено несколько сотен экзопланет.

В августе 2004 года в системе звезды Сервантес (μ Жертвенника) была обнаружена первая планета - горячий нептун Кихот. Она обращается вокруг светила за 9,55 суток, на расстоянии 0,09 а. е., температура на поверхности ~ 900 K (+626 °C), масса ~ 14 масс Земли.

Первая сверхземля, обращающаяся вокруг нормальной звезды (а не пульсара), была обнаружена в 2005 году около звезды Глизе 876. Её масса - 7,5 масс Земли.

В 2004 году было получено первое изображение (в инфракрасных лучах) кандидата в экзопланеты у коричневого карлика 2M1207.

13 ноября 2008 года впервые удалось получить изображение сразу целой планетной системы - снимок трёх планет, обращающихся вокруг звезды HR 8799 в созвездии Пегаса. Это первая планетная система, открытая у горячей белой звезды раннего спектрального класса (А5). Все открытые ранее планетные системы (за исключением планет у пульсаров) были обнаружены вокруг звёзд более поздних классов (F-M).

13 ноября 2008 года также впервые удалось обнаружить планету Дагон вокруг звезды Фомальгаут путём прямых наблюдений.

В 2011 году Дэвид Беннетт из Университета Нотр-Дам (Индиана, США) объявил на основе наблюдений 2006-2007 годов на 1,8-метровом телескопе Университетской обсерватории Маунт-Джон в Новой Зеландии об открытии с помощью метода микролинзирования 10 одиночных юпитероподобных планет. Правда, две из них могут быть высокоорбитальными спутниками ближайших к ним звёзд.

В сентябре 2011 года было объявлено об открытии двух подобных планет KIC 10905746 b и KIC 6185331 b любителями астрономии в рамках проекта Planet Hunters, предназначенного для анализа данных собранных телескопом «Кеплер». При этом упоминалось о 10 кандидатах в планеты, но на тот момент только два из них с достаточной степенью уверенности определялись учёными как экзопланеты. Планеты были найдены добровольными участниками проекта среди данных, которые профессиональные астрономы по тем или иным причинам отсеяли и если бы не помощь добровольцев, то эти планеты вероятно остались бы неоткрытыми.

5 декабря 2011 года телескопом Кеплер была обнаружена первая сверхземля в обитаемой зоне - Kepler-22 b.

20 декабря 2011 года телескопом Кеплер у звезды Кеплер-20 были обнаружены первые экзопланеты размером с Землю и меньше - Kepler-20 e (радиусом 0,87 земного и массой от 0,39 до 1,67 масс Земли) и Kepler-20 f (0,045 массы Юпитера и 1,03 радиуса Земли).

22 февраля 2012 года учёные из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики на расстоянии 40 световых лет от Земли открыли первую суперземлю, предположительно являющуюся планетой-океаном - GJ 1214 b. Последние данные транзитных проходов позволяют судить о наличии у GJ 1214 b протяжённой водородно-гелиевой атмосферы, низком уровне метана и слое облаков на уровне давления 0,5 бар, что не соответствует свойствам атмосферы с устойчивым доминированием водяных паров. Период обращения планеты вокруг звезды - красного карлика - 38 часов, расстояние составляет около 2 миллионов километров. Температура на поверхности планеты составляет примерно 230 °C. В 2015 году была обнаружена новая планета, похожая на молодой Юпитер.

Современные методы обнаружения экзопланет в других звездных системах


Фото «Популярная механика», нажмите для увеличения.

1. Метод Доплера - спектрометрический, стал самым распространенным методом для обнаружения потенциальных экзопланет оп массе в несколько масс Земли находящихся радом от звезды и планеты газовые-гиганты, с периодом обращения до 10 лет. Метод заключается в вычислении радиальной скорости звезды. Планета, когда вращается вокруг своей звезды, как бы раскачивает ее, смещая ее спектр (Доплеровское смещение спектра звезды). Данным методом удалось обнаружить на 2011 год 647 планет.


— этот метод заключается в наблюдении за изменением яркости звезды в момент прохождения на ее фоне планеты. Данный метод требует долгого наблюдения за звездой и если транзит был зафиксирован, то требуется неоднократное его подтверждение. Плюсом такого метода является определение размеров планеты, состав и наличие атмосферы (с применением спектрографа). Минусом данного метода является возможность увидеть планету только если она находится в одной плоскости при наблюдении. На 2011 год было обнаружено 185 потенциальных планет.


При вычислении подобных объектов требуется, что бы между предполагаемой планетой и наблюдателем на Земле находилась другая звезда (играющая роль линзы). В том случае, если у звезды-линзы есть спутники планеты, то наблюдается асимметричная кривая блеска. Этот метод применяется крайне редко, но при его помощи можно вычислить планеты с Земной массой.
На 2011 год данным методом вычислили 13 планет.


предполагает изменение пространственного движения звезды под воздействием гравитационного потенциала планеты. В основном этим методом производится уточнение массы и размер ранее обнаруженной экзопланеты, в частности были уточнены размеры Эпсилона Эридана b.


Крайне сложный метод обнаружения планет Земной группы, он заключается в измерении направленных пучков энергии излучаемых от пульсара. Если вокруг пульсара вращается некая планета, то излучаемый сигнал, имеет особенный осциллирующий характер. На 2010 год обнаружили 5 планет у двух пульсаров.


6. Прямое наблюдение. Данным методом можно вычислить планеты удаленные от своей звезды на расстоянии от 10 до 100 астрономических единиц. Удаленный планеты достаточно горячи поэтому изображение тяготеет к выбору звёзд. Ярким примером обнаружения стала планетарная система HR 8799. Ученые из NASA предполагают, что «Космический телескоп имени Джеймса Уэбба» с 6,5 метровым зеркалом сможет напрямую распознавать экзолпнеты и наличие у них атмосферы.

Типы экзопланет обнаруженных астрономами

Благодаря огромным размерам, такие газовые гиганты проще обнаружить у далеких звезд современными методами.

Первая планета газовый гигант «Горячий Юпитер», стала 51 Пегаса. Находится она в планетарной системе со спокойной звездой в 50 световых годах от Земли.

Первую планету, вращающуюся вокруг пульсара PRS B1257+12, обнаружили в 1994 году с помощью радиотелескопа с расстояния в 800 световых лет от Земли. Пульсар это не простая звезда, а быстровращающийся стробоскоп, образовавшийся после взрыва сверхновой. Предполагается, что зарождение жизни на таких планетах крайне мала т.к. экзопланеты находятся в зоне крайне высоких энергий излучаемых пульсаром.

Данные типы планет имею массу до 10 масс Земли. Первой такой обнаруженной планетой, стала пара планет возле звезды PSR B1257+12.

Предполагается, что планета Суперземля имеет чрезвычайно тектоническую активность. Астрономы из Гарвард-Смитсонсково университета разрабатывают теорию, что на таких планетах тонкие тектонические плиты.

Эксцентрические планеты

Солнечная система довольно четко сбалансирована. Планеты в ней вращаются по ровным орбитам. Обнаруженные эксцентрические странные планеты не вращаются по ровному кругу вокруг звезды. Их орбита то приближается к звезде, то удаляется.

Такие планеты имеют массу от 10 до 20 от массы Земли, то есть как Нептун или Уран. В отличии от «Холодного Нептуна» горячий Нептун находится ближе к звезде.

Такие планеты могут быть двух типов. Планета с жидкой водой покрытая полностью или почти полностью.

Вторым вариантом может быть планета океан как «Горячий Нептун» но расположенная ближе к звезде. Такое расположение не дает воде заледенеть. Толщина водяного слоя может достигать пару тысяч километров.

Такие планеты очень близко расположены к своим звездам, покрыты они раскаленным камнем и лавой. На их поверхностях происходит настоящий Ад. К примеру, обнаруженная планета Corot-7b ближе на 23 раза к звезде, чем наш Меркурий.

В основном планеты привязаны гравитацией к звездам, но есть теория, что под действием неких процессов или столкновений, планета может оторваться от своей звезды, и пустится в свободное плавание.

Настоящим кладом для астрономов стал поиск обитаемых планет. Благодаря современной аппаратуре, ученые обнаружили ряд звездных систем с планетами похожими на . К примеру звезда 55 Рака имеет 5 подтвержденных экзопланет , а удалена от нас на расстояние всего в 41 световой год.

Какие инструменты применяются для обнаружения подобных планет

В космосе.

Кеплер – космический телескоп, диаметр зеркала 0,95 м. Задача одновременно отслеживать 100 звезд;

COROT – специализированный космический телескоп с зеркалом 0,3 м. Задача следить за отблесками звезд Метод Доплера;

Gaia – космическая обсерватория. Введена в эксплуатацию в 2013 году для построения 3-х мерной карты галактики Млечный путь, предполагается работа по поиску обитаемых планет;

Некоторые планетные системы с экзопланетами

  • 51 Пегаса- первая солнцеподобная звезда главной последовательности, у которой была обнаружена экзопланета.
  • υ Андромеды- первая звезда главной последовательности, у которой была обнаружена многопланетная система.
  • Тау Кита- ближайшая из обнаруженных многопланетных систем (пять планет, открытие пока не подтверждено).
  • ε Эридана- не считая Солнца, это третье светило из ближайших звёзд с планетой, видимое без телескопа.
  • 55 Рака- на текущий момент у неё известно 5 планет, одна из которых - 55 Рака e, транзитная горячая суперземля размером 2 земных.
  • μ Жертвенника- имеет одну из самых маломассивных известных планет Мю Жертвенника c, возможно, принадлежащую к планетам земной группы.
  • γ Цефея- первая относительно тесная двойная звезда, у одной из компонентов которой была открыта планета Гамма Цефея A b.
  • Глизе 876- первый красный карлик, у которого была обнаружена планетная система.
  • HD 209458- содержит одну из самых примечательных планет - HD 209458 b («Осирис») - «испаряющуюся планету».
  • OGLE-TR-56- первая звезда, планета которой была открыта транзитным методом.
  • OGLE-235/MOA-53- первая экзопланета, обнаруженная благодаря эффекту гравитационного микролинзирования.
  • 2M1207- вероятно, первое полученное изображение экстрасолнечной планетной системы.
  • PSR 1257+12- пульсар, планетная система которого была первой из обнаруженных за пределами Солнечной системы. Одна из планет, предположительно, имеет массу всего в 0,025 земной.
  • HD 188753- первая тройная звёздная система, в которой была открыта планета (HD 188753 A b).
  • HD 189733- впервые в истории изучения экзопланет была составлена карта температур поверхности для планеты HD 189733 A b.
  • Глизе 581 c,Глизе 581 d, HD 85512 b и Kepler-22 b - из известных в настоящее время открытых планет, они достаточно схожи с Землёй.
  • KOI-961 d- наименьшая по массе (достоверной) из известных на данный момент (октябрь 2012), (<0,9 массы Земли).
  • WASP-17 b- первая обнаруженная планета, которая вращается вокруг звезды в направлении, противоположном вращению самой звезды.
  • COROT-7 b- первая суперземля (февраль 2009), обнаруженная транзитным методом и имеющая размер 1,58 размера Земли.
  • GJ 1214 b- первая планета-океан (теоретически).
  • HD 10180- звезда с максимальным числом открытых планет. На апрель 2012 года было обнаружено девять планет.
  • Глизе 581 g- планета с высокой вероятностью существования жидкой воды.
  • Kepler-10 b- первая железная планета (плотность планеты 8,8 г/см³).
  • Kepler-11- звезда, которая находится в созвездии Лебедя на расстоянии около 613 парсеков от нас. Вокруг звезды обращается, как минимум, 6 планет.
  • WASP-19 b- планета с периодом обращения вокруг звезды, равным 0,7888399 земных суток (18,932 часа).
  • WASP-33 b- самая горячая экзопланета из известных на 2011 год. Температура - 3200 °C.
  • WASP-43 bи GJ 1214 b - обладают самыми «тесными» орбитами. WASP-43 b - среди горячих юпитеров, GJ 1214 b - среди сверхземель. У WASP-43 b большая полуось 0,014 а. е. (2 млн км или 5 звездных радиусов). Родительская звезда WASP-43 - самая маломассивная звезда из всех, около которых вообще были обнаружены горячие гиганты. У GJ 1214 b большая полуось равна 0,014 ± 0,0019 а. е. (эксцентриситет орбиты меньше 0,27 - слабоэллиптическая орбита)
  • KIC 10905746 bи KIC 6185331 b - впервые экзопланеты открыты «любителями» среди массива данных, собранных «профессионалами» (проект Planet Hunters)
  • Kepler-20 eи Kepler-20 f - первые открытые экзопланеты размером с Землю и меньше, размеры Kepler-20 e составляют всего 0,87, а Kepler-20 f 1,03 радиуса Земли. Открыты телескопом Кеплер
  • KOI-961 b,KOI-961 c и KOI-961 d - экзопланета у красного карлика KOI-961, радиусом 0,78, 0,73 и 0,57 радиуса Земли. Радиус KOI-961 d чуть больше, чем у Марса (0,53 радиуса Земли) .
  • HD 37605 c- первый холодный юпитер, обнаруженный в 2012 году.
  • 47 Большой Медведицы- система, состоящая из 3 холодных юпитеров - 47 Большой Медведицы b, 47 Большой Медведицы c и 47 Большой Медведицы d.
  • GD 66 b- вероятно, первая гелиевая планета.


ТИПЫ ЭКЗОПЛАНЕТ

С начала работы (октябрь 2005 года) и до недавнего времени (июнь 2007 года) на сайте Планетные системы была представлена другая сетка типов экзопланет, во многом позаимствованная у создателя сайта Extrasolar Visions Джона Ватмоуга (John Whatmough). Однако с осени 2005 года появилось много новых данных, которые вынудили меня полностью пересмотреть сетку типов. По совету Михаила Седых я отказалась от описательного подхода, когда тип планеты однозначно включал в себя такой заранее неизвестный параметр, как химический состав верхнего слоя облаков, и перешла к созданию жесткой сетки, мало зависящей от наших предположений. Теперь тип экзопланеты определяется двумя параметрами - ее массой и температурным режимом.

По массе все планеты делятся на 3 типа: гиганты (такие, как Юпитер и Сатурн), нептуны (такие, как Уран и Нептун) и планеты земного типа, или земли (такие, как Земля и Венера). Граница между гигантами и нептунами проходит по линии появления в недрах планет металлического водорода (около 60 масс Земли или 0.19 масс Юпитера). Граница между нептунами и землями довольно условно проведена по 7 массам Земли (просто потому, что Уран с его 14 массами Земли - еще явный нептун, а Земля - уже явно планета земного типа). Возможно, в интервале 3-10 масс Земли существуют планеты, чьи свойства резко отличаются как от свойств нептунов, так и от свойств планет земного типа, но пока они реально не открыты, не будем умножать сущности сверх необходимых.
Между планетами-гигантами, с одной стороны, и нептунами, с другой, существует много важных отличий помимо массы. Так, химический состав планет-гигантов близок к звездному химическому составу, т.е. они состоят преимущественно из водорода и гелия с небольшой (несколько процентов) примесью тяжелых элементов. Нептуны же состоят в основном из льдов (водяного льда, метана, аммиака и сероводорода) с заметной примесью скальных пород (силикатов и алюмосиликатов), количество водорода и гелия в их составе не превышает 15-20%. Наконец, планеты земного типа лишены не только водорода и гелия, но в значительной степени и льдов, и состоят в основном из силикатов с примесью железа.

Просуммируем свойства планет в зависимости от их массы.
1. Планеты-гиганты , масса в интервале от 0.19 до 13 масс Юпитера. Отличаются почти звездным химическим составом, т.е. состоят в основном из водорода и гелия. Быстро вращаются. Из-за колоссального давления в недрах планеты водород переходит в металлическую фазу (или, другими словами, становится вырожденным). Радиус планет, начиная от 0.3 масс Юпитера и до границы коричневых карликов (13 масс Юпитера), близок к радиусу Юпитера, или примерно в 10-11 раз превышает радиус Земли. Исключение составляют т.н. "горячие юпитеры" - планеты-гиганты, расположенные близко к своей звезде и имеющие эффективную температуру выше 1000К. Сильно нагретая светом близкой звезды, их атмосфера расширяется, увеличивая видимый радиус планеты до 1-1.4 радиуса Юпитера. Средняя плотность гигантов меняется от 0.28 г/куб.см (самые разреженные горячие юпитеры) до 12 г/куб.см (самые массивные планеты-гиганты в 10-12 масс Юпитера). Вторая космическая скорость этих планет превышает 37 км/сек и составляет обычно 45-70 км/сек. Скорее всего, все планеты-гиганты имеют сильное магнитное поле, усиливающееся с ростом массы планеты.
В Солнечной системе планеты-гиганты - Юпитер и Сатурн.

2. Нептуны , масса в интервале от 7 до 60 масс Земли (0.022 - 0.19 масс Юпитера). Состоят большей частью из льдов (водяного, аммиачного, метанового, сероводородного) и скальных пород, составляющих примерно четверть полной массы планеты. Доля водорода и гелия в составе планеты не превышает 15-20%. Давление в недрах недостаточно для перехода водорода в металлическую фазу. Радиус близок к 4 радиусам Земли. Средняя плотность составляет 1.3-2.2 г/куб.см., вторая космическая скорость 18-30 км/сек. Магнитное поле сильно отличается от дипольного (например, планета может иметь два северных и два южных полюса).
В Солнечной системе нептуны - Уран и Нептун.

3. Планеты земного типа , масса меньше 7 масс Земли. Состоят в основном из силикатов (скальная компонента) и железа. Средняя плотность 3.5-6 г/куб.см. Радиус меньше 2 радиусов Земли.
В Солнечной системе планеты земного типа - Меркурий, Венера, Земля и Марс.

Конечно, границы между типами не резкие, и возможны всякие промежуточные случаи. Так, планета с массой 5 масс Земли, сформировавшаяся за снеговой линией и потом мигрировавшая внутрь системы, будет иметь химический состав, среднюю плотность и внешний вид нептуна, а планета с массой 7 масс Земли, образовавшаяся во внутренней части богатого пылью газопылевого диска, может состоять из железа и силикатов и быть гигантской планетой земного типа.

По степени нагрева светом родительской звезды планеты делятся на 7 типов:
горячие R/Rэф очень теплые 0.1 теплые 0.4 прохладные 0.8 холодные 1.3 очень холодные 3 ледяные R/Rэф > 12
Здесь R - большая полуось орбиты планеты, Rэф - радиус эффективной земной орбиты .
Согласно этой классификации, Юпитер и Сатурн являются очень холодными гигантами, Земля - прохладной землей, Венера - теплой землей, а Уран - ледяным нептуном.

Остановимся на температурном делении подробнее.
Горячие планеты
Очень теплые планеты
Теплые планеты
Прохладные планеты
Холодные планеты
Очень холодные планеты
Ледяные планеты

Горячими гигантами, нептунами или землями называются планеты, для которых R/Rэф транзитными. Планета с наименьшим из известных значением R/Rэф - горячий гигант OGLE-TR-113 b , для которого R/Rэф = 0.013. Газовые гиганты, приблизившиеся к своей звезде ближе примерно 0.01 а.е., переполняют свою полость Роша и быстро разрушаются приливными силами.

Наиболее изученным типом среди горячих планет являются горячие гиганты, часто еще называемые горячими юпитерами. Первой экзопланетой, открытой в 1995 году у нормальной (не нейтронной) звезды была 51 Pegasi b - типичный горячий гигант. В 1999 году был обнаружен первый транзит горячего гиганта по диску своей звезды. Это был HD 209458 b (он же Озирис). Относительно высокая вероятность транзитной конфигурации у горячих планет привела к открытию 16 транзитных горячих гигантов.

Свойства транзитных горячих гигантов представлены в таблице .

К настоящему моменту было предпринято несколько попыток определить альбедо горячих гигантов. Ни одна из этих попыток не увенчалась успехом, были получены только верхние пределы. Так, с помощью канадского спутника МОСТ был получен верхний предел на альбедо Озириса - 25%, альбедо tau Bootis b оказалось меньше 39%, а альбедо HD 75289 b - меньше 12%. Судя по всему, горячие гиганты являются темными мирами, почти не отражающими свет своей звезды.
Оценим эффективную температуру горячих планет на границе этого типа (R/Rэф = 0.1). Для альбедо 0.2 эффективная температура составит 833К, для альбедо 0 - 881К. Заметим, что, начиная примерно с 900К, тепловое излучение нагретого тела становится видимым человеческим глазом (как тусклое темно-вишневое свечение). Горячие планеты будут светиться собственным багровым светом, особенно хорошо заметном на ночной стороне планеты.
Все горячие планеты, скорее всего, захвачены мощными приливными силами в орбитально-вращательный резонанс 1:1 и, подобно Луне по отношению к Земле, повернуты к своей звезде только одной стороной. С помощью орбитального инфракрасного телескопа им. Спитцера были измерены температуры "поверхности" нескольких горячих гигантов и определен температурный контраст между их "вечно ночным" и "вечно дневным" полушарием. Картина оказалась довольно неожиданной. Разница между температурами дневного и ночного полушария горячего гиганта Upsilon Andromedae b составила 1400К, причем температура ночного полушария этой планеты оказалась меньше 0С! Вместе с тем температурный контраст между полушариями горячего гиганта HD 189733 b оказался существенно меньше (около 250К), а "горячее пятно" оказалось заметно сдвинуто из подзвездной точки сильными экваториальными ветрами. Горячие гиганты 51 Пегаса, HD 209458 b и HD 179949 b и вовсе оказались равномерно раскаленными со средней температурой поверхности около 1200К.
По всей видимости, такая картина возникает из-за разной скорости атмосферной циркуляции различных горячих гигантов. Если характерное время перемешивания атмосферы оказывается заметно больше времени высвечивания газом тепловой энергии, в подзвездной точке планеты образуется горячее пятно с температурой 1600К и выше, а противоположное полушарие заметно остывает. При уменьшении времени перемешивания (и росте скорости ветра) температурный контраст между полушариями уменьшается, а горячее пятно оказывается сдуто сильными экваториальными ветрами из подзвездной точки в направлении вращения планеты. При дальнейшем усилении ветра горячее пятно размазывается вдоль экватора планеты в раскаленное экваториальное течение, а наиболее прохладными областями на планете оказываются зоны полюсов, где формируются постоянные вихри циклонического типа. В этом случае скорость ветра на экваторе может достигать 3-4 км/сек.
Наблюдения транзитного горячего гиганта HD 209458 b в линии атомарного водорода Лайман-альфа показали, что температура экзосферы планеты достигает 5-10 тыс. градусов. Планета медленно испаряется, теряя водород со скоростью примерно 10 тыс. тонн в секунду. За несколько миллиардов лет самые раскаленные горячие гиганты могут потерять заметную долю своей первоначальной массы. Отметим, что метана и аммиака в атмосферах горячих гигантов почти не будет. При температурах 1200К и выше химическое равновесие сдвигается в сторону образования угарного газа и молекулярного азота. Еще в газовой смеси будет присутствовать водяной пар и сероводород, а также газообразный металлический натрий (на уровне миллионных долей от количества молекулярного водорода). Натрий, углерод и кислород (в атомарном виде) действительно были обнаружены в экзосфере планеты HD 209458 b.

По мере уменьшения массы планеты темп убегания водорода из ее атмосферы резко возрастает. Ультрафиолетовое излучение близкой звезды с энергией квантов больше 4.3 эв будет разлагать молекулы водорода на атомы, часть образовавшихся атомов водорода будет улетучиваться в межпланетное пространство. При температуре экзосферы 5000К средняя скорость атомов водорода составит 9.3 км/сек, и даже при температуре экзосферы 1200К (явно заниженное значение) эта скорость превысит 4.5 км/сек.
Атмосфера устойчива в течение миллиардов лет, если средняя скорость атомов и молекул, ее составляющих, хотя бы в 6 раз ниже 2-й космической скорости. Это значит, что для устойчивости водорода в атмосфере горячей планеты ее вторая космическая скорость должна быть выше 56 км/сек (для температуры экзосферы 5000К) или хотя бы выше 27 км/сек (для температуры экзосферы 1200К). Вторая космическая скорость нептунов, как правило, ниже обоих этих значений. Это значит, что горячие нептуны будут в значительной степени (а может, и полностью) лишены водорода, и основной атмосферной составляющей таких планет будет гелий.
Рассмотрим устойчивость гелия в атмосфере горячих планет. При температуре экзосферы 5000К средняя скорость одноатомной молекулы гелия составит 4.64 км/сек, при температуре 1200К - 2.3 км/сек. Критическое значение второй космической скорости, при которой гелий также будет рассеиваться, составит 28 км/сек (в первом случае) и 14 км/сек (во втором). Иначе говоря, самые близкие к своей звезде и горячие нептуны окажутся лишены не только водорода, но и гелия (особенно это касается планеты HD 219828 b , для которой R/Rэф = 0.028). В этом случае атмосфера планеты будет состоять из молекулярного азота, угарного газа и инертных газов, таких как неон и аргон.
При оттоке водорода весьма вероятно фотохимическое образование сложных органических соединений типа полиароматических углеводородов, которые затянут атмосферу горячего нептуна плотным черным смогом. По аналогии с Титаном можно сказать, что диск планеты будет лишен деталей, а альбедо горячих нептунов, как и горячих гигантов, окажется очень низким.

На данный момент не известно ни одной горячей земли, т.е. планеты, чья масса меньше 7 масс Земли и для которой R/Rэф КОРОТ, запущенным на околоземную орбиту 27 декабря 2006 года. Этот спутник предназначен для изучения строения звездных недр методом астросейсмологии и открытия экзопланет методом наблюдения транзитов.

В Солнечной системе нет ни одной горячей планеты.

Так выглядят горячие гиганты с точки зрения разных художников.

Область очень теплых планет простирается от 0.1 до 0.4 приведенных астрономических единиц (0.1

На данный момент известен только один транзитный очень теплый нептун - это планета GJ 436 b (R/Rэф = 0.14). Его масса составляет 22.6 ± 1.9 масс Земли, радиус 4.2 ± 0.2 земных радиусов, средняя плотность равна 1.71 ± 0.31 г/куб.см, вторая космическая скорость близка к 26 км/сек. В зависимости от альбедо (которое пока неизвестно) его эффективная температура может составлять 630-700К. Прямое измерение температуры планеты с помощью космического инфракрасного телескопа им. Спитцера дало значение 712 ± 36К, что говорит о низком альбедо и/или дополнительном разогреве планеты приливными силами. Температура его экзосферы должна быть выше температуры экзосферы Земли (1500К), но ниже температуры экзосферы Озириса (5000К). Если грубо оценить ее в 3000К, то средняя скорость атомов водорода составит 7.2 км/сек, что всего в 3.6 раза меньше второй космической скорости. Весьма вероятно, что GJ 436 b уже потерял значительную долю водорода, и в его атмосфере преобладает гелий. Скорее всего, атмосфера планеты затянута темным органическим смогом.

На данный момент вне Солнечной системы известна только одна очень теплая земля, Gliese 876 d . Ее минимальная масса 5.7 масс Земли, она вращается вокруг близкого красного карлика Gliese 876 на расстоянии 0.021 а.е. (чуть больше 3 млн.км) и делает один оборот за 1.938 суток. Почти наверняка она захвачена в резонанс 1:1 и повернута к своей звезде только одной стороной. При R/Rэф = 0.13 ее эффективная температура составляет 650-770К в зависимости от альбедо. Плотная атмосфера может состоять из азота, углекислого и угарного газов, водяного пара и сероводорода. Весьма вероятно, что из-за сильного парникового эффекта температура поверхности этой планеты очень высока, а поверхность покрыта обширными лавовыми морями.

Горячая или очень теплая земля в отсутствии атмосферы и при ее наличии (художник Алексей Корецкий).

В Солнечной системе в область очень теплых планет попадает Меркурий (большая полуось орбиты 0.387 а.е.). Точнее, он находится вблизи внешней границы этой области, в перигелии погружаясь в нее достаточно глубоко (до 0.308 а.е.), а в афелии уходя в зону теплых планет (0.467 а.е.)

Зона теплых планет простирается от 0.4 до 0.8 приведенных астрономических единиц (0.4 В случае солнечного химического состава атмосфера теплых гигантов будет чиста, прозрачна и практически лишена облаков на большую глубину. Из-за рэлеевского рассеяния света в прозрачной атмосфере диск теплого гиганта будет казаться синим, голубым или серо-голубым, подобно голубому небу на Земле. Ожидается, что альбедо таких планет будет достаточно высоким (0.4-0.5), особенно в коротковолновой части спектра.

Теплый нептун будет уже достаточно прохладен, чтобы удержать водород в своей атмосфере. Весьма вероятно, что его атмосфера будет содержать несколько процентов метана, аммиака, водяного пара и сероводорода. Скорее всего, диск теплого нептуна, как и диск теплого гиганта, будет небесно-голубым и почти лишенным деталей, но вблизи верхней границы температурной зоны (около 0.8 R/Rэф) в районе полюсов уже возможны легкие облака из водяного льда.
В сильно восстановительной (водородной) атмосфере планет-гигантов сера может присутствовать только в виде сероводорода, но в нейтральной (азотной) или окислительной (углекислой) атмосфере она может окислиться до сернистого газа или серной кислоты. Сравнительно маломассивные планеты земного типа, попавшие в температурный диапазон теплых планет, скорее всего, будут иметь атмосферу из углекислого газа с примесью азота и водяного пара и будут окутаны белыми облаками из серной кислоты. В зависимости от плотности и глубины атмосферы у таких планет может развиваться сильный (или не очень сильный) парниковый эффект, приводящий к высокой температуре на поверхности, значительно превышающей эффективную температуру. Типичный пример теплой земли - Венера.

Температурная зона прохладных планет простирается от 0.8 до 1.3 приведенных астрономических единиц (0.8 Планеты-гиганты, находящиеся в этой зоне, скорее всего, будут окутаны облаками из водяного льда. При обилии кислорода (а значит, и воды) в составе таких планет облачность может быть сплошной, делая планету ярко-белой. При дефиците кислорода (например, на Юпитере по данным зонда Галилео количество кислорода составляет всего ~ 0.3 от количества кислорода на Солнце) облака из водяного льда будут формироваться только в зонах апвеллинга, при подъеме воздушных масс из глубины. В местах опускания воздушных масс атмосфера будет слишком теплой и сухой для появления облаков, и рэлеевское рассеяние света в прозрачной атмосфере окрасит эти области в голубой цвет. В результате такая планета примет характерный полосатый вид подобно полосатому виду Юпитера, только цвет полос будет белым и голубым. Эффективная температура прохладных гигантов будет меняться примерно от 270 до 200К (для сравнения, эффективная температура Земли 253К).
Прохладные нептуны, состоящие в основном из льдов, будут иметь в своем составе достаточно воды для формирования сплошной облачности из водяного льда, их альбедо ожидается высоким (на уровне альбедо Венеры, т.е. 60-70%)

Прохладные земли - климатические аналоги Земли. Предполагается, что атмосфера прохладных земель (как и других планет земного типа) имеет вторичное происхождение из вулканических газов. При базальтовом вулканизме в состав вулканических газов входят в первую очередь водяной пар, углекислый газ, сернистый газ и кислые дымы (хлороводород, фтороводород), иногда присутствуют водород, метан и угарный газ. При невысокой температуре поверхности планеты водяной пар конденсируется, и в образующихся океанах растворяются углекислый газ, сернистый газ и галогеноводороды, образуя в результате карбонаты, сульфаты и хлориды (фториды и пр.) Таким образом, в отличие от атмосфер теплых земель, состоящих в основном из углекислого газа и создающих мощный парниковый эффект, атмосферы прохладных земель оказываются сравнительно тонкими и в основном азотными, подобно атмосфере Земли. Правда, пока неизвестно, насколько важную роль в этом процессе сыграла жизнь и существуют ли безжизненные прохладные земли с азотной (а не углекислой) атмосферой.

Температурная зона холодных планет простирается от 1.3 до 3 приведенных астрономических единиц (1.3 При солнечном химическом составе при 180-200К в атмосферах холодных гигантов будет конденсироваться гидросульфид аммония NH4 SH - вещество, которым сложены бежевые облака Юпитера. Чистый гидросульфид аммония бесцветен, но под действием ультрафиолетового излучения он частично разлагается с образованием элементарной серы и полисульфидов, окрашиваясь в желтовато-бежево-коричневые тона. В зависимости от количества серы и азота в атмосфере холодного гиганта облака из гидросульфида аммония могут быть или сплошными, окутывая всю планету бежево-коричневым покрывалом, или возникать в зонах подъема воздушных масс над более низким слоем облаков из водяного льда - в этом случае планета будет выглядеть контрастно полосатой. Ожидается, что альбедо холодных гигантов будет достаточно высоким (40-60%).


Внешний вид и состав внешнего слоя облаков холодного нептуна будет сильно зависеть от деталей его химического состава. При обилии азота он будет окутан белыми облаками из замерзшего аммиака, при обилии серы - покрыт облаками из гидросульфида аммония. При резком преобладании серы над азотом возможно образование облаков из жидких капелек сероводорода. Облака из водяного льда уходят в глубину и больше не видны из космоса.
В Солнечной системе в зону холодных планет попадает Марс и главный пояс астероидов.

Температурная зона очень холодных планет простирается от 3 до 12 приведенных астрономических единиц (3 Очень холодные гиганты, скорее всего, будут окутаны облаками из замерзшего аммиака. В атмосфере Юпитера аммиак конденсируется при температуре 140-150К и давлении 0.75 атм. На Сатурне основной слой аммиачных облаков расположен при температуре около 150К и давлении 1.4 атм., однако выше находится надоблачная дымка (из мелких кристаллов аммиака), плотная над экватором и редеющая к полюсам. По всей видимости, все планеты-гиганты в интервале расстояний от 5 до 9 приведенных астрономических единиц будут окутаны светло-светло-бежевыми облаками из замерзшего аммиака. Вблизи нижней границы очень холодных гигантов (Rэф ~ 3-5) аммиак будет конденсироваться только вблизи тропопаузы, в восходящих воздушных потоках. В нисходящих потоках воздух будет слишком теплым и сухим для образования аммиачных облаков, и там из космоса будут видны более низкие облака из гидросульфида аммония. В результате планета-гигант будет выглядеть контрастно-полосатой подобно Юпитеру. При увеличении эффективного расстояния температура планет будет падать, и аммиачные облака станут сплошными (подобно аммиачным облакам Сатурна). Вблизи верхней границы зоны очень холодных гигантов (Rэф ~ 12) аммиачные облака уходят в глубину, и диск планеты окрашивается голубым из-за рэлеевского рассеяния света в холодной прозрачной атмосфере.

© 2024 Helperlife - Строительный портал