Астрономы, которые занимаются работой с прибором для поиска экзопланет под названием HARPS в обсерватории Ла-Силья в Чили, сделали первое прямое наблюдение спектра видимого света, отражённого от экзопланеты. Эти наблюдения также выявили новые свойства этой экзопланеты под названием 51 Пегаса b (51 Pegasi b), которая вращается вокруг обычной звезды, подобной Солнцу. 51 Пегаса b является первой в истории экзопланетой, обнаруженной у такой звезды, а результаты её исследований обещают захватывающие открытия с помощью разрабатываемых инструментов, особенно нового поколения, таких как ESPRESSO на Очень Большом Телескопе.

Экзопланета 51 Пегаса b расположена приблизительно на расстоянии 50 световых от Земли в созвездии Пегаса. Она была обнаружена в 1995 году и навсегда вошла в историю, как первая подтверждённая экзопланета, которая была найдена у обычной звезды, как наше Солнце. Раньше неё уже были обнаружены два планетарных объекта, но они вращались вокруг неблагоприятной звезды-пульсара. 51 Пегаса b расценивается как типичный горячий Юпитер – класс экзопланет, которые, как теперь известно, являются достаточно распространённым объектами во Вселенной, они подобны в размере и массе Юпитеру, но их орбиты расположены намного ближе к родительской звезде. С того знаменательного открытия до сегодняшнего дня уже обнаружено более 1900 экзопланет, находящиеся в 1200 подтверждённых планетарных системах, но в двадцатую годовщину открытия 51 Пегаса bучёные решили вернуться к ней ещё раз, чтобы проверить некоторые современные наработки в области их обнаружения.

В настоящее время разработан и хорошо освоен метод исследования атмосфер экзопланет, который заключается в наблюдении за спектром света, приходящего от звезды и проходящего через атмосферу экзопланеты во время транзита последней по диску местного Солнца. Этот метод известен под названием трансмиссионной спектроскопии (то есть “просвечивающей). Существует и альтернативный метод, когда, наоборот, звезда проходит перед планетой, но в этом случае удается, прежде всего, оценить атмосферу экзопланеты.

Новый разработанный метод, как раз который и испытывался на примере 51 Пегаса b, не зависит от транзитного события, а значит потенциально может использоваться, чтобы изучить более широкий спектр различных экзопланет. Это означает, что спектр излучения самой планеты может быть обнаружен непосредственно в видимом свете, что означает, что можно выявить некоторые особенности, которые недоступны при использовании других методов. Спектр излучения звезды-хозяина используется в качестве шаблона, чтобы вести поиск схожей подписи светового потока, который, как ожидается, должен отразиться от планеты по мере её движения по своей орбите. Это чрезвычайно трудная задача, поскольку планеты являются невероятно тусклыми объектами, даже для сверхсовременных приборов, по сравнения со своими ослепляющими родителями. Сигнал от планеты также легко тонет и в других, таких же малых эффектах и источниках шума. Перед лицом таких больших трудностей успех техники, которая применима к прибору HARPS, и собранные данные по экзопланете 51 Пегаса b, предоставляют чрезвычайно ценные доказательства успеха разрабатываемой методики.

Объясняет Джордж Мартинс, автор работы: “Этот метод обнаружения экзопланет имеет большое научное значение, поскольку позволяет нам измерять реальную массу и наклонение её орбиты, которые, в свою очередь, очень важны для оценки полноты планетарной системы в целом. Это также позволяет нам оценить коэффициент отражения экзопланеты или альбедо, которое может использоваться, чтобы определить состав как поверхностного слоя, так и атмосферы планеты”.

В результате исследований экзопланеты 51 Пегаса b удалось установить, что она имеет массу вдвое меньшую, чем Юпитер, а её орбита наклонена по отношению к Земле на девять градусов. Это означает, что если смотреть от Земли на орбиту этой экзопланеты, то он будет повернута к нам как бы ребром. Но всё же наклонение в девять градусов является большим значением для того, чтобы удалось наблюдать транзиты по звезде её системы. В этом исследовании важно ещё и то, что прибор HARPS был разработан для работы в связке с другими приборами, но факт в том, что результаты был получен, используя только 3.6-метровый телескоп Европейской южной обсерватории, у которого есть ограниченный диапазон применения, является очень хорошим фактом для астрономов. Это связано с тем, что в ближайшее время возможности текущего оборудования будут полностью перекрыты будущими приборами, такими как VLT и будущий Европейский Чрезвычайно Большой Телескоп (E-ELT).

Изображения

Рисунок, на котором представлена экзопланета 51 Пегаса b, вращающаяся вокруг подобной Солнцу звезды. Источник: ESO/M. Kornmesser/Nick Risinger

Местоположение звезды 51 Пегаса в созвездии Пегаса, показано красным кружком. Эта звезда настолько тусклая, что её с трудом можно увидеть невооружённым глазом.

Тут собраны лишь немногие обитатели Млечного Пути.

Звезда Барнарда

Эта звезда известна предположительным наличием планет в своей системе, но достоверно ученые пока еще сказать не могут. Она находится на расстоянии 1,828 пк от Земли и стала предметом горячих дискуссий еще в 60-х годах.

Сегодня исследователи утверждают, что там нет планет, но в 1963 году американский астроном Питер Ван де Камп установил, что у нее есть невидимые спутники с массами 1,26, 0,63 и 0,89 массы Юпитера – в это верили на протяжении 10 лет. Астроном никогда не отказывался от своих выводов, но исследования Hubble в 90-х годах установили, что это невозможно.

Но есть одно “но”: телескоп не исключил возможность существования планет в системе звезды Барнарда. Он лишь исключил наличие больших планет на определенном расстоянии от древнего солнца. Потому для более точного ответа необходимы дальнейшие исследования.

P SR B1257+12 A

Именно эта планетная система стала первой из обнаруженных за пределами Солнечной системы 20 лет назад. Первая экзопланета в пульсаре PSR B1257+12 A продолжает удерживать статус самой легкой планеты – ее масса оставляет меньше 0,0004 земной (или же меньше 0,2 массы Плутона).

Пульсар по размерам немного больше своей луны. Планеты тут были обнаружены в 1992 году благодаря периодическим изменениям частоты. Пульсары часто называют космическими часами. Но в PSR B1257+12 что-то пошло не так. Ученые предполагают, что причиной этого могут быть 2 планеты. Через некоторое время в этой системе была обнаружена еще одна планета.

51 Пегаса b

51 Пегаса b стала первой подтвержденной экзопланетой у солнецеподобной звезды 51 Пегаса. И она не была похожа ни на одну планету, которая ранее была известна человечеству. Расстояние от нее до Земли составляет более 50 световых лет.

Она совершает оборот по круговой орбите за несколько дней. 51 Пегаса b стала одним из первых так называемых “горячих Юпитеров”. В 2015 году впервые был получен прямой спектр оптического излучения, отраженного от ее поверхности.

PSR B1620-26b

У этой планеты есть более легкое в произношении название – Мафусаил. Она является самой древней из ныне известных экзоплатент – ее возраст может составлять около 12,7 млрд. лет. А это значит, что она немного младше самой Вселенной. PSR B1620−26 b обращается вокруг пары звезд – пульсара и белого карлика.

Глизе 876 d

Глизе 876 d находится на расстоянии 15 световых лет. Это небольшая экзопланета, которая похожа на планеты земной группы. Но не спешите паковать чемоданы, ведь жизнь там показалась бы адом. На Глизе 876 d очень-очень высокая температура. Ее открытие в 2005 году стало важным для понимания того, что вне Солнечной системы также могут существовать планеты со скалистой поверхностью.

Глизе 581

В системе Глизе 581 вращаются четыре относительно небольшие планеты. Две из них даже могут быть пригодными для жизни. Ученые предполагают, что планету Глизе 581с ждала участь Венеры – она стала токсичной. Еще одной планетой, которая находится в “зоне жизни”, является Глизе 581d.

Kepler-11 f

В классификации маленьких экзопланет есть проблема: ученые обнаружили ряд планет, которые больше Земли, но меньше Нептуна. Какой размер означает большую схожесть с поверхностью Земли или Марса? Или при каких размерах они становятся больше похожими на ледяных гигантов Уран и Нептун?

Атмосфера этого газового карлика напоминает атмосферу Сатурна. Похожих объектов в нашей Солнечной системе не существует. Потому остается только гадать, на что могут быть похожи эти миры.

Kepler-452 b

Kepler-452 b больше остальных похожа Землю. Ее звезда по размерам такая же, как и Солнце, а год там длится немного дольше, чем у нас. И хотя размеры этой планеты больше земных, но она все же находится в “зоне жизни”.

Однако есть большая проблема – человечество никогда до нее не доберется, ведь она находится на расстоянии 1000 световых лет. Kepler-452 b на 1,5 млрд. лет старше Земли, а потому ее звезда уже могла сделать условия непригодными для жизни. Но в далеком прошлом она была копией нашей планеты.

1RXS J160929.1-210524

1RXS J160929.1−210524 стала первой планетой, которая вращается вокруг солнцеподобной звезды и которая была запечатлена на снимке. Фото вверху – абсолютно реальное и не является художественным концептом. Ее масса превышает Юпитер в 8,4 раза, а возраст достаточно молодой. Именно поэтому ее смогли зафиксировать на снимке.

В отличии от 1RXS J160929.1−210524, большинство экзопланет можно обнаружить только при помощи, например, лучевой скорости или других методов. Для этого также требуется очень точная оптика.

Наука

Исследования космоса – невероятное приключение. Тайны нашей Вселенной всегда привлекали нас , а ученые делали невероятные открытия, заглядывая в самые потайные уголки космоса.

Однако Вселенная может оказаться довольно негостеприимным и даже пугающим местом . Едва ли кому-то захочется побывать в некоторых ее самых удивительных местах, например, посетить далекие загадочные планеты и их спутники.

Углеродная экзопланета

На нашей планете поддерживается высокий уровень кислорода по отношению к углероду. Углерод составляет примерно 0,1 процентов от объема Земли , поэтому мы испытываем недостаток в материалах на основе углерода, таких как ископаемое топливо и алмазы.

Однако в районе центра нашей галактики у планет замечено гораздо больше углерода, чем кислорода , так как так там формирование планет было иным. Эти планеты были названы углеродными планетами .

Утреннее небо углеродной планеты никогда не будет кристально чистым и голубым. Вы увидите желтый туман с черными облаками копоти . Если вы опуститесь вниз к самой поверхности, можете увидеть моря из неочищенной нефти и смолы. На поверхности этих морей поднимаются пузыри неприятно пахнущего метана. Прогноз погоды тоже не утешительный: идет бензиновый дождь. Это место по нашим представлениям напоминает ад.

Планета Нептун

На Нептуне можно встретить постоянно дующие с реактивной скоростью ветра. Эти ветра толкают ледяные облака натурального газа к северному краю Большого темного пятна планеты. Пятно представляет собой огромный ураган, по размерам сравнимый с диаметром нашей Земли. Скорость ветра на Нептуне достигает около 2500 километров в час .

Сила таких ветров находится далеко за пределами того, что может вынести человек. Если предположить, что кто-то из нас вдруг окажется на Нептуне, его разорвет на части в мгновение ока этим невероятным угрожающим ветром.

Пока ученые точно не могут сказать, откуда у этого самого сильного ветра Солнечной системы имеется столько энергии , несмотря на то, что планета Нептун достаточно далеко расположена от Солнца, а также имеет относительно слабое внутреннее тепло.

Экзопланета 51 Пегаса b с необычными дождями

Получившая прозвище Беллерофон в честь греческого героя, который приручил крылатого коня Пегаса, эта планета-газовый гигант примерно в 150 раз массивнее Земли и состоит в основном из водорода и гелия.

Проблема в том, что планета Беллерофон поджаривается в лучах своей звезды при температуре около 1000 градусов Цельсия . Расстояние этой планеты от звезды в 100 раз меньше , чем расстояние от Земли до Солнца. Экстремально высокие температуры у поверхности вызывают появление невероятных ветров.

Так как теплый воздух поднимается вверх, холодный воздух опускается вниз, создавая ветра, дующие со скоростью 1000 километров в час . Невероятная жара не позволяет сохраниться на поверхности жидкой или твердой воде, впрочем, это не значит, что на планете нет дождей.

Небывалая жара заставляет железо, один из компонентов планеты, испаряться. Испарения поднимаются вверх, образуя облака из железного пара , которые по сути напоминают облака водяного пара на Земле. Единственное отличие в том, что эти облака проливают не совсем привычные нам дожди в виде расплавленного железа.

Экзопланета COROT-3b

Самая плотная и самая массивная экзопланета из открытых на сегодняшний день - COROT-3b была обнаружена с помощью телескопа COROT в 2008 году. По размерам она сравнима с Юпитером, однако в 20 раз тяжелее его. То есть COROT-3b примерно в 2 раза плотнее , чем свинец.

Давление, которое оказывалось бы на человека, гуляющего по ее поверхности, было бы непреодолимо. При такой массе планеты человек весил бы на ней примерно в 50 раз больше , чем он весит на Земле. Например, человек, который на Земле весит около 80 килограмм , на планете COROT-3b имел бы вес 4 тонны !

Человеческий скелет выдержать такое давление не может. Это все равно, что вам на грудь сядет слон.

Планета Марс и пылевые бури

На Марсе пылевые бури могут длиться долгие часы и покрывать всю поверхность планеты за несколько дней. Это самые крупные и самые сильные пылевые бури в Солнечной системе . Высота марсианских пылевых вихрей может достичь высоты, превышающей высоту горы Эверест на Земле, а ветры достигают скорости около 300 километров в час .

После образования пылевым бурям порой требуется несколько месяцев , чтобы успокоиться. По одной из версий, оторвавшиеся от поверхности Марса частицы пыли поглощают солнечный свет и нагревают марсианскую атмосферу.

Теплые потоки воздуха направляются в сторону более холодных районов, образуя ветра. Сильные ветра поднимают больше пыли с поверхности , которая, в свою очередь, нагревает атмосферу, усиливая ветра и так далее.

Удивительно, что многие пылевые бури планеты зарождаются в одном ударном кратере. Равнина Эллада – самый глубокий ударный кратер Солнечной системы. Температура на дне этого кратера может быть на 10 градусов выше , чем на поверхности. Этот кратер заполнен большим слоем пыли. Разница в температурах подпитывает действие ветров, которые поднимают пыль со дна кратера вверх.

Самая горячая планета - экзопланета WASP-12 b

Эта планета на сегодняшний день считается самой горячей планетой Вселенной. Ее температура составляет примерно 2200 градусов Цельсия , а ее орбита находится ближе всего к звезде, чем любая другая орбита известных планет.

Без всяких сомнений, при такой температуре любое вещество тут же сгорит в атмосфере этой планеты. Эта планета достаточно быстро преодолевает расстояние вокруг своей звезды: 3,4 миллиона километров она проходит примерно за 24 земных часа.

Планета Юпитер

В атмосфере Юпитера образуются бури, которые по размерам превышают диаметр нашей планеты. Эти гиганты вызывают ветра, дующие со скоростью 650 километров в час , а также мощные разряды молний, которые в 100 раз ярче , чем молнии на Земле.

На поверхности планеты плещется океан жидкого металлического водорода глубиной 40 тысяч километров . На Земле водород - это бесцветный прозрачный газ, но в ядре Юпитера водород трансформируется в нечто такое, чего нет на нашей планете.

Во внешних слоях Юпитера водород напоминает газ, который встречается на Земле, но чем глубже вы опускаетесь к поверхности, тем выше давление. В конечном итоге давление становится таким высоким, что оно выдавливает электроны из атомов водорода . При таких экстремальных условиях водород превращается в жидкий металл, которые проводит электричество так же хорошо, как и тепло. Так же, как зеркало, он отражает свет.

Карликовая планета Плутон

Плутон, который уже выбыл из категории планет, отличается экстремально холодной температурой . Замороженные азот, оксид углерода и метан покрывают как снежным одеялом всю поверхность карликовой планеты в течение большей части плутонианского года, который длиться 248 земных лет .

Лед из белого стал розовато-коричневым из-за взаимодействия с гамма-лучами далекого космоса и Солнца. Днем Солнце доставляет на поверхность планеты не больше света и тепла, чем это делает Луна для Земли. Температура на поверхности Плутона достигает отметки от минус 228 до минус 238 градусов Цельсия .

Экзопланета COROT-7 b и активные вулканы

Температура на поверхности обращенной к звезде стороны планеты COROT-7 b настолько высока, что позволяет плавить породы . Ученые, которые смоделировали атмосферу планеты, определили, что на этой планете, скорее всего, нет летучих газов (углекислого газа, водных паров, азота). Атмосфера, вероятно, состоит из испарившейся породы .

Атмосфера планеты COROT-7 b имеет погодные системы, которые, в отличие от погоды на Земле, вызывают дожди из расплавленного камня , которые падают на расплавленную поверхность. Ясно, что при таких условиях знакомая нам жизнь возникнуть тут не может. Более того, планета кажется еще более негостеприимной, если учесть, что она представляет собой вулканический кошмар.

Ученым известно, что орбита планеты COROT-7 b не является идеально круглой. Гравитационные силы одной из ее двух соседок толкают и притягивают поверхность, создавая трение, которое нагревает внутреннюю часть планеты . Это приводит к активности вулканов по всей поверхности COROT-7 b, которые еще более активны, чем вулканы спутника Юпитера Ио. Этот спутник может похвастаться более 400 вулканами .

Планета Венера

О Венере было известно совсем немного до тех пор, пока СССР не запустил к ней свой первый удачный аппарат во времена космической гонки. СССР остается единственной страной, которой удалось посадить на поверхность Венеры свои аппараты .

Окружающая среда на планете настолько сурова, что зонды могут протянуть на ней не более 127 минут , после чего ломаются и плавятся. Венера считается самой опасной планетой нашей системы . Если вы окажетесь на ней, то тут же задохнетесь от токсичного воздуха и будете раздавлены огромной тяжестью ее атмосферы.

Давление на поверхности Венеры в 100 раз больше , чем на поверхности Земли. Гулять по Венере все равно, что гулять под километровым слоем воды на Земле. Температура поверхности равна 475 градусов Цельсия , а с неба падает дождь из высококонцентрированной серной кислоты.

20 лет тому назад, 6 октября 1995 года астрономы Мишель Майор и Дидье Келос официально объявили об обнаружении у звезды 51 Пегаса экзопланеты. Небесное тело, получившее обозначение 51 Пегаса b, формально не было первой открытой экзопланетой в истории - за пару лет до этого несколько экзопланет были обнаружены у пульсаров. Однако пульсары это остатки звезд завершивших свой жизненный цикл и их планетные системы (кстати до сих пор нет точной уверенности в том, откуда они там взялись) явно не могут считаться обычными. А вот 51 Пегаса это совсем другое дело: солцеподобная звезда, находящаяся от нас на расстоянии всего 50 световых лет была просто идеальным кандидатом для поиска других миров.


Помимо того, что 51 Пегаса b это первая экзопланета открытая у обычной звезды, она также стала первым известным нам горячим Юпитером. То, что сейчас принимается нами как норма, в 1995 году совсем ею не казалось - в качестве ориентира у астрономов была лишь наша Солнечная система, где вначале шли небольшие каменные планеты, а затем газовые гиганты. 51 Пегаса b же имеет массу в половину юпитерианской и вращается на расстоянии в 0.05 а.е. вокруг звезды, что меньше 8 миллионов километров, в то время как Меркурий находится от Солнца на расстоянии 58 миллионов километров. И з-за такой близости51 Пегаса b совершает оборот вокруг звезды всего за 4.23 земных дня, а атмосфера планеты разогрета до температуры свыше 1000 °C. Собственно, благодаря столь малому расстоянию 51 Пегаса b и удалось обнаружить - массивная планета, обращаясь вокруг звезды, как бы раскачивает её, и мы можем наблюдать доплеровское смещение ее спектра. Сейчас эта методика известна как метод лучевых скоростей.

Изначально, заявление Майора и Келоса о своем открытии было встречено с очень большим скептицизмом - ведь на тот момент все ожидали, что другие звездные системы будут похожи на нашу, а 51 Пегаса b имела характеристики, казавшиеся фантастическими. Но вскоре другая пара астрономов - Джефф Марси и Пол Батлер - подтвердили существование 51 Пегаса b. В то время они также занималась поиском экзопланет с помощью метода лучевых скоростей и имели шанс войти в историю как люди обнаружившие первую экзопланету у обычной звезды. Однако их группа исходила из представлений о том, что массивные газовые гиганты должны находиться на очень большом расстоянии от звезды, и потому предполагала, что для этого потребуются длительные систематические наблюдения и откалибровали аппаратуру на поиск мельчайших колебаний в спектре - в то время как на практике все оказалось ровно наоборот.

В любом случае, 51 Пегаса b была лишь началом - началом новой эры в астрономии. После нее новости об открытии очередных экзопланет посыпались как из рога изобилия. Наибольший вклад в их поиски внес космический телескоп «Кеплер», обнаруживший свыше 1000 из 1800 подтвержденных к настоящему времени внеземных миров. Среди них были горячие Юпитеры, горячие Нептуны, Суперземли, традиционные газовые гиганты, каменные планеты в зоне жизни, планеты в системах с несколькими звездами и т.д.. Были разработаны новые методы поиска экзопланет, астрономам даже удалось заглянуть в атмосферы нескольких подобных тел. Но и это лишь верхушка айсберга - в настоящее время проектируются и строятся новые космические аппараты, которые позволят обнаруживать меньшие и более похожие на нашу Землю экзопланеты, изучать их атмосферы, а в в перспективе возможно даже смогут определять там признаки, указывающие на возможность существования жизни. Даже не верится, что так многого удалось достичь всего за 20 лет.