Wykrywanie planet w pobliżu innych gwiazd. Naukowcy oszacowali, ile planet znajduje się w naszej galaktyce i ile z nich potencjalnie nadaje się do życia

Egzoplaneta to planeta znajdująca się poza naszym Układem Słonecznym. W ciągu ostatnich dwudziestu lat odkryto tysiące podobnych obiektów, głównie za pomocą należącego do NASA teleskopu kosmicznego Kepler.

Egzoplaneta – co to jest?

Różnią się one znacznie pod względem rozmiarów i orbit. Niektóre z nich to gigantyczne planety krążące blisko swoich gwiazd. Niektóre są pokryte lodem, inne kamieniami. NASA i inne agencje szukają specjalnego rodzaju planet: chcą egzoplanety podobnej do Ziemi, krążącej wokół gwiazdy podobnej do Słońca, znajdującej się w strefie zamieszkiwalnej.

Strefa nadająca się do zamieszkania to zakres odległości od gwiazdy, w którym temperatura planety pozwala na istnienie ciekłych oceanów wody, która jest krytyczna dla życia. Najwcześniejsza definicja strefy opierała się na prostej równowadze termicznej, ale współczesne obliczenia uwzględniają wiele innych czynników, w tym efekt cieplarniany atmosfery planety. Powoduje to zacieranie się granic strefy mieszkalnej.

Teoria pochodzenia życia

Choć egzoplaneta jest odkryciem z lat 90. XX wieku, astronomowie od lat są przekonani o jej istnieniu. Nie tylko wierzyli, ale swoje wnioski oparli na powolnej rotacji naszego Słońca i innych gwiazd.

Astronomowie mają teorię na temat pochodzenia życia w naszym Układzie Słonecznym. Krótko mówiąc, obracająca się chmura gazu i pyłu (tzw. Mgławica Protosłoneczna) zapadła się pod wpływem własnej grawitacji i utworzyła naszą gwiazdę i planety. Następnie zachowanie momentu pędu oznaczało, że przyszła gwiazda powinna obracać się coraz szybciej. Jednakże, chociaż ma 99,8%, ma 96% swojego momentu pędu. Astronomowie zastanawiali się, dlaczego nasza gwiazda obraca się tak wolno.

Młoda gwiazda miała bardzo silne pole magnetyczne, którego linie sił przenikały dysk wirującego gazu, z którego uformowały się planety. Linie te były powiązane z naładowanymi cząsteczkami gazu i działały jak kotwice, spowalniając powstawanie Słońca i wirując gaz, który ostatecznie stał się planetami. Większość gwiazd obraca się powoli, więc astronomowie doszli do wniosku, że miało miejsce w nich to samo „hamowanie magnetyczne”, co oznacza, że ​​musiało nastąpić formowanie się planet. Stąd logiczny wniosek: planet należy szukać wokół gwiazd podobnych do Słońca.

Wczesne odkrycia

Z tego i innych powodów naukowcy początkowo ograniczyli swoje poszukiwania egzoplanet do gwiazd podobnych do Słońca, ale pierwsze dwa odkrycia w 1992 r. dotyczyły pulsara (szybko wirującej pozostałości gwiazdy, która zmarła jako supernowa) zwanego PSR 1257+12 . Pierwszą potwierdzoną egzoplanetę krążącą wokół gwiazdy (zdjęcie w artykule), która spełnia ten wymóg, odkryto w 1995 roku. Stało się 51 Pegasi b, którego masa jest porównywalna z c i która jest 20 razy bliżej swojego Słońca niż Ziemia. To było zaskoczeniem. Ale siedem lat wcześniej wydarzyła się inna dziwna rzecz, która pokazała, że ​​zostanie odkrytych wiele egzoplanet.

W 1988 roku grupa kanadyjskich naukowców odkryła planetę wielkości Jowisza krążącą wokół Gamma Cephei. Ponieważ jednak jego orbita była znacznie mniejsza niż orbita Jowisza, naukowcy nie ogłosili ostatecznego odkrycia. Astronomowie nie odważyli się sugerować, że takie planety istnieją. Tak bardzo różnił się od naszego Układu Słonecznego, że naukowcy byli niezwykle ostrożni.

Od dużych do małych

Prawie każda egzoplaneta odkryta na początku to ogromny, podobny do Jowisza (lub nawet większy) gazowy olbrzym krążący w niewielkiej odległości od swojej gwiazdy macierzystej. Wyjaśnia to fakt, że astronomowie zastosowali technikę pomiaru prędkości radialnej, która określa stopień, w jakim gwiazda „kołysa się”, gdy krążą wokół niej planety. Duże znajdujące się w pobliżu miały tak znaczący wpływ, że można je było łatwo wykryć.

Przed erą odkryć egzoplanet instrumenty mogły mierzyć ruchy gwiazd jedynie z dokładnością do kilometra na sekundę, co było niewystarczające do wykrycia ich wibracji pod wpływem planet. Nowoczesne instrumenty są w stanie mierzyć prędkości do centymetrów na sekundę, częściowo dzięki zwiększonej precyzji sprzętu, ale także dlatego, że astronomowie są bardziej wprawni w izolowaniu słabych sygnałów z danych.

Eksplozja informacji Keplera

Do chwili obecnej pojedynczy satelita odkrył ponad 1000 egzoplanet. Kosmiczny teleskop Keplera został wystrzelony na orbitę w 2009 roku i przez cztery lata poszukiwał planet nadających się do zamieszkania. Wykorzystał metodę zwaną „tranzytem” – mierząc przyciemnienie gwiazdy, gdy kosmiczny obiekt przechodził przed nią.

Kepler odkrył mnóstwo różnych typów planet. Oprócz gazowych olbrzymów i ciał ziemskich teleskop pomógł ustalić istnienie nowej klasy „super-Ziemi”, których rozmiary mieszczą się w zakresie rozmiarów Ziemi i Neptuna. Niektóre z nich znajdują się w zamieszkałych strefach swoich gwiazd, ale astrobiolodzy wciąż sprawdzają obliczenia, aby dowiedzieć się, jak życie mogłoby rozwinąć się na takich światach.

W 2014 roku astronomowie Keplera wprowadzili metodę zwaną „testowaniem wielokrotności”, która miała zwiększyć tempo, w jakim kandydatki na planety uzyskują status potwierdzonego. Technika opiera się na stabilności orbitalnej – wiele gwiazd ciemnieje w krótkich odstępach czasu, co może być spowodowane jedynie planetami na małych orbitach, ponieważ gdyby były gwiazdami, grawitacyjnie wypchnęłyby się wzajemnie z układu w ciągu kilku milionów lat.

Inne misje

Choć satelity (Kepler i francuski CoRoT), które polowały na egzoplanety, zakończyły swoje początkowe misje, naukowcy wciąż przetwarzają uzyskane za ich pomocą dane, dokonując nowych odkryć. I nie pozostaną bez pracy. Satelity MOST i NASA TESS nadal działają, a szwajcarskie CHEOPS i satelita ESA PLATO rozpoczną w najbliższej przyszłości poszukiwania tranzytu z kosmosu. Na Ziemi spektrograf HARPS znajdujący się na 3,6-metrowym teleskopie Europejskiego Obserwatorium Południowego w Chile prowadzi poszukiwania dopplerowskie w poszukiwaniu wahnięć gwiazd, ale poszukiwania prowadzi wiele innych teleskopów.

Jednym z przykładów jest należący do NASA Kosmiczny Teleskop Spitzera. Ponieważ jest czuły w zakresie podczerwieni, jest w stanie zmierzyć profil temperaturowy egzoplanety i zapewnić wgląd w jej atmosferę.

Spośród ponad 3000 znanych planet trudno wybrać tylko kilka. Najlepszymi kandydatami wydają się małe, skaliste egzoplanety w strefie zamieszkiwalnej, ale astronomowie zidentyfikowali inne, które poszerzyły naszą wiedzę na temat powstawania i ewolucji innych światów.

Pierwszy przełyka

51 Pegaz ur. Jak wspomniano powyżej, była to pierwsza udowodniona egzoplaneta krążąca wokół gwiazdy typu słonecznego. Mając połowę masy Jowisza, jest on usuwany ze środka układu w odległości Merkurego. Planeta znajduje się tak blisko swojej gwiazdy, że najprawdopodobniej jedna z jej stron jest zablokowana pływowo - stale zwrócona jest w stronę gwiazdy.

HD 209458 b. Była to pierwsza egzoplaneta odkryta w 1999 roku (zdjęcie zawarte w artykule), która przeleciała przez swoją gwiazdę (aczkolwiek przy użyciu metody Dopplera), po której nastąpiły inne odkrycia. Jest to pierwsza planeta poza Układem Słonecznym, na której określono parametry atmosfery, w tym profil temperaturowy i brak chmur.

Godne uwagi światy

55 Cancri e. Ta egzoplaneta nazywana jest „super-Ziemią”, która krąży wokół gwiazdy wystarczająco jasnej, że można ją dostrzec gołym okiem. W ten sposób astronomowie mogą badać układ bardziej szczegółowo niż jakikolwiek inny. Jego „rok” wynosi zaledwie 17 godzin i 41 minut (tak ustalono, gdy MOST obserwował system przez dwa tygodnie w 2011 roku). Teoretycy sugerują, że 55 Cancri e może być bogata w węgiel i mieć diamentowy rdzeń.

HD 80606 b. Ta egzoplaneta jest rekordzistą (w momencie jej odkrycia w 2001 r.) pod względem ekscentryczności orbity. Jest prawdopodobne, że tor jej ruchu, podobny do orbity komety Halleya, można powiązać z wpływem innej gwiazdy. Ponadto tak ekstremalna orbita powoduje ekstremalną zmienność w środowisku planety.

WASP-33b. Została odkryta w 2011 roku i posiada rodzaj warstwy chroniącej przed słońcem – stratosferę – która pochłania część światła widzialnego i ultrafioletowego gwiazdy macierzystej. Planeta nie tylko porusza się po orbicie w przeciwnym kierunku, ale także powoduje wibracje gwiazdy, które rejestruje satelita MOST.

Bliźnięta Ziemi

Keplera-442b. Tę egzoplanetę nazywa się „bliźniaczą Ziemią”. Pod względem wielkości, masy i reżimu temperaturowego jest najbardziej podobny do naszej planety. Odkryta 6 stycznia 2015 roku, znajduje się 1120 lat świetlnych od nas. Temperatura powierzchni tej skalistej egzoplanety wynosi -40°C. Jego masa jest 2,34 razy większa od masy Ziemi, a grawitacja jest o 30% większa. Planeta znajduje się poza strefą, w której obowiązuje blokada pływowa. W artykule opublikowanym w 2015 roku została uznana, wraz z Keplerem-186f i 62f, za najlepszego kandydata na potencjalnie zamieszkane planety (patrz zdjęcie).

Egzoplaneta Kepler-78b. Krąży wokół gwiazdy Kepler-78. W momencie odkrycia w 2013 roku planeta była najbardziej podobna do Ziemi pod względem masy, promienia i średniej gęstości. Wykryto nie tylko jej tranzyt na tle gwiazdy, ale także zaćmienie i światło odbite odpowiadające fazom orbity. „Rok” egzoplanety trwa tylko 8,5 godziny, ponieważ znajduje się ona 40 razy bliżej gwiazdy niż odległość Merkurego od Słońca.

Światy krążące wokół innych gwiazd nazywane są „egzoplanetami” i obejmują one zarówno gigantyczne gazowe olbrzymy większe od Jowisza, jak i małe, skaliste planety, takie jak Ziemia czy Mars. Odległe planety mogą być na tyle gorące, że na ich powierzchni topi się metal lub lodowe kule śnieżne. Wiele z nich okrąża swoje gwiazdy tak szybko i blisko, że ich rok trwa kilka ziemskich dni. Niektórzy mogą mieć dwa słońca. Są też wędrowcy wypędzeni ze swoich systemów, którzy wędrują po galaktyce w ciemności.

Droga Mleczna to ogromna rodzina gwiazd rozciągająca się na około 100 000 lat świetlnych. Jego spiralna struktura liczy około 400 miliardów mieszkańców, a wśród nich jest nasze Słońce. Jeśli każda z tych gwiazd ma na orbicie nie jedną planetę, ale kilka, jak w Układzie Słonecznym, wówczas liczba światów w Drodze Mlecznej jest po prostu astronomiczna: liczba ta sięga bilionów.

Tysiące układów gwiezdnych żyjących w Drodze Mlecznej. Źródło: ESO/M. Kornmessera

Ludzkość od kilku stuleci spekuluje na temat możliwości istnienia planet wokół odległych gwiazd, a teraz możemy śmiało powiedzieć, że światy pozasłoneczne istnieją. Nasza najbliższa sąsiadka, Proxima Centauri, niedawno dokonała odkrycia i zapewne nie jest sama. Odległość do niej wynosi około 4,5 lat świetlnych lub 40 bilionów kilometrów. Jednak większość odkrytych egzoplanet znajduje się w odległości setek lub tysięcy lat świetlnych.

Zła wiadomość jest taka, że ​​nie mamy jeszcze jak się do nich dostać. Dobra wiadomość jest taka, że ​​możemy im się przyjrzeć, zmierzyć ich temperaturę, zbadać atmosferę i wkrótce możemy odkryć oznaki życia ukryte w przyćmionym świetle pochodzącym z tych odległych światów.

Pierwszą egzoplanetą, która pojawiła się na scenie światowej, była oddalona o 50 lat świetlnych 51 Pegasi b, która okrąża swoją gwiazdę raz na 4 ziemskie dni. Punkt zwrotny, po którym planety pozasłoneczne stały się powszechne, nastąpił w 1995 roku.

Artystyczna reprezentacja gorącego Jowisza. Źródło: ESO

Jeszcze przed 51 Pegasi b było kilku kandydatów. Egzoplaneta znana dziś jako Tadmor została odkryta w 1988 roku. Chociaż w 1992 roku jej istnienie zostało zakwestionowane z powodu niewystarczających dowodów, dziesięć lat później dodatkowe obserwacje potwierdziły, że wokół Gamma Cephei A rzeczywiście krąży planeta. Następnie w 1992 roku odkryto układ „planet pulsarowych”. Światy te krążą wokół martwej gwiazdy PSR 1257+12, znajdującej się 2300 lat świetlnych od Ziemi.

Żyjemy teraz we wszechświecie egzoplanet. Ich liczba stale rośnie i w tej chwili liczba potwierdzonych planet poza Układem Słonecznym przekroczyła próg 3700, ale w następnej dekadzie wykres może wzrosnąć do kilkudziesięciu tysięcy.

Jak my się tu znaleźliśmy?

Stoimy u progu wielkich odkryć. Era wczesnych eksploracji i pierwszych potwierdzonych egzoplanet przygotowała grunt pod kolejną fazę: polowanie na odległe światy za pomocą ostrzejszych i bardziej wyrafinowanych teleskopów w kosmosie i na ziemi. Część z nich miała za zadanie przeprowadzić dokładny spis ludności, obliczyć różne rozmiary i rodzaje egzoplanet. Inni dokładnie badają poszczególne światy, ich atmosferę i potencjał podtrzymywania życia.

Coraz większą rolę odgrywa bezpośrednie obrazowanie egzoplanet, czyli ich rzeczywiste zdjęcia, choć obecny poziom wiedzy naukowcy osiągnęli głównie drogą pośrednią. Dwie główne metody opierają się na wahaniach i zaćmieniach.

„Łowca” egzoplanet TESS. Źródło: NASA

Dziś niewiele wiadomo na temat tej klasy światów pozasłonecznych, w tym na temat tego, czy nadają się do zamieszkania. Powodem tego jest brak analogów superziemi w Układzie Słonecznym. Jeśli będziemy mieli szczęście, w atmosferze jednego z nich pojawią się oznaki obecności tlenu, dwutlenku węgla i metanu. Jednak poszukiwania atmosfer planet wielkości Ziemi będą musiały poczekać do przyszłej generacji teleskopów kosmicznych w latach trzydziestych XXI wieku.

Dzięki teleskopowi Keplera wiemy teraz, że gwiazdy nad nami są otoczone planetami. I możemy być pewni nie tylko ogromnej różnorodności sąsiadów egzoplanet, ale także tego, że przygoda dopiero się zaczyna.

– planety poza Układem Słonecznym: wykrywanie i charakterystyka, pierwsze odkrycia, klasyfikacja, metody poszukiwań, lista, Kepler i James Webb.

Egzoplanety zwane światami znajdującymi się poza naszym Układem Słonecznym. W ciągu ostatnich 20 lat za pomocą potężnego kosmicznego teleskopu Keplera, należącego do NASA, odkryto tysiące obcych planet. Wszystkie różnią się rozmiarem i orbitą. Niektóre z nich to olbrzymy krążące bardzo blisko siebie, inne zaś są lodowe lub skaliste. Ale agencje kosmiczne skupiają się na konkretnym gatunku. Szukają egzoplanet wielkości Ziemi i znajdujących się w strefie zamieszkiwalnej.

Strefa zamieszkała to idealna odległość między planetą a gwiazdą, aby utrzymać odpowiednią temperaturę do tworzenia się wody w stanie ciekłym. Pierwsze obserwacje opierały się wyłącznie na bilansie cieplnym, ale obecnie brane są pod uwagę także inne czynniki, takie jak efekt cieplarniany. Oczywiście „zaciera” to granice strefy.

W sierpniu 2016 roku naukowcy ogłosili, że znaleźli odpowiedniego kandydata na egzoplanetę podobną do Ziemi w pobliżu gwiazdy Proxima Centauri. Nowy świat nazwano Proxima b. Jest 1,3 razy masywniejsza od Ziemi (skalista). Jest oddalony od gwiazdy o 7,5 miliona km i spędza na orbicie 11,2 dnia. Oznacza to, że planeta jest zablokowana – jedna strona jest zawsze zwrócona w stronę gwiazdy (tak jak ma to miejsce w przypadku satelity Ziemi).

Wczesne odkrycia egzoplanet

Chociaż egzoplanety nie zostały oficjalnie potwierdzone aż do lat 90. XX wieku, astronomowie wiedzieli, że istnieją. I nie opierało się to na fantazjach i silnych pragnieniach. Wystarczyło przyjrzeć się powolnej rotacji naszej gwiazdy i planet.

Naukowcy posiadali główny mechanizm - historię pojawienia się Układu Słonecznego. Wiedzieli, że istnieje chmura gazu i pyłu, która nie wytrzymuje ciśnienia własnej grawitacji i zapada się w siebie. W chwili katastrofy pojawił się i. Zachowanie momentu pędu zapewniło przyspieszenie przyszłej gwiazdy. Słońce zawiera 99,8% masy całego układu, a planety zawierają 96% pędu. Dlatego badaczom nigdy nie było dość zaskakiwania powolnością naszej gwiazdy.

Zaczęli szukać wyłącznie gwiazd podobnych do naszych. Jednak wczesne odkrycia z 1992 roku nieoczekiwanie doprowadziły do ​​powstania pulsara (martwej gwiazdy wirującej szybko po eksplozji supernowej) – PSR 1257+12. W 1995 roku odkryto pierwszy świat – 51 Pegasi ur. Miał podobny rozmiar, ale znajdował się bliżej swojej gwiazdy. To było niesamowite i szokujące odkrycie. Ale minęło 7 lat i znaleźliśmy nową planetę, co sugeruje, że Wszechświat jest bogaty w światy.

W 1998 roku zespół z Kanady zauważył świat typu Jowisza w pobliżu Gamma Cepheus. Jednak jego ścieżka orbitalna była znacznie krótsza niż Jowisza, a naukowcy nie udawali, że badają znalezisko.

Metody rejestracji egzoplanet

Astrofizyk Siergiej Popow o planetach tranzytujących, zjawisku soczewkowania grawitacyjnego i teleskopie Gaia:

Boom danych na temat egzoplanet

Pierwszymi odkrytymi egzoplanetami były gazowe olbrzymy (takie jak Jowisz). Następnie naukowcy zastosowali technikę prędkości radialnej. Obliczyła poziom „kołysania” gwiazdy. Efekt ten powstał, jeśli w pobliżu znajdowały się planety. Duże okazy są bardziej masywne, dlatego ich obecność jest łatwiejsza do wykrycia.

Przed rozpoczęciem aktywnych badań nad egzoplanetami instrumenty ziemskie były w stanie mierzyć ruch gwiazd z prędkością do km/s. Jest to zbyt słabe, aby uchwycić drgania powodowane przez planetę. Obecnie Kosmiczny Teleskop Keplera odkrył ponad tysiąc światów. Trafił na orbitę w 2009 roku i polował przez 4 lata. Przyjął nową technikę - „tranzyt”. Oznacza to, że mierzy poziom spadku jasności gwiazdy w momencie, gdy pojawia się przed nią planeta i ją przesłania. Poniżej znajduje się diagram porównujący metody poszukiwań i liczbę odkrytych egzoplanet.

W 2014 roku pojawiła się kolejna technika - „test wielokrotności”, który może przyspieszyć proces potwierdzania kandydatury na egzoplanetę. W oparciu o stabilność orbity. Większość tranzytów gwiazd jest związana z obecnością mniejszych planet na orbicie. Jednak powtarzające się zaćmienia gwiazd mogą imitować ten efekt i wypychać się wzajemnie z układu pod wpływem grawitacji.

Gorące Jowisze Są to gazowe olbrzymy, które przypominają masę Jowisza, ale krążą zbyt blisko swojej gwiazdy macierzystej. Z tego powodu następuje gwałtowny skok temperatury (7000°C). Prawdziwym zaskoczeniem dla naukowców było odkrycie, że ten typ jest dość powszechny, ponieważ wcześniej uważano, że takie planety powinny obracać się po linii zewnętrznej.

Pulsarowa planeta Takie obiekty wykonują przejścia orbitalne wokół gwiazd neutronowych - pozostałości rdzeni dużych gwiazd, czyli wszystkiego, co zachowało się po wybuchu supernowej. Nie ma wątpliwości, że żadna planeta nie przetrwa takiego wydarzenia, dlatego powstają one później.

Obiekty te przypominają nasze pod względem parametrów i składu chemicznego oraz obracają się w strefie zamieszkiwalnej (idealna odległość od gwiazdy, która pozwala wodzie pozostać w stanie ciekłym). Warto je odkryć, ponieważ mogą zawierać życie.

Super Ziemia Są to planety skaliste o masie 10 razy większej niż Ziemia. Sam przedrostek „super” wskazuje jedynie na cechy rozmiaru, a nie na cechy planetarne. Dlatego wśród nich znajdują się również karły gazowe. Pierwszymi odkrytymi superziemiami były dwa obiekty krążące wokół pulsara PSR B1257+12. Super-Ziemie Astrofizyk Siergiej Popow o różnorodności planet Układu Słonecznego, właściwościach superziemi i składzie egzoplanet:

Ekscentryczne planety W naszej planety w większości mają dość jednolite orbity kołowe. Jednak odkryte do tej pory egzoplanety mogą mieć znacznie bardziej ekscentryczne orbity, poruszając się blisko lub daleko od gwiazdy. Jeśli idealny okrąg ma wartość mimośrodu równą zero, wówczas około połowa egzoplanet ma mimośród 0,25 lub więcej. Te ekscentryczne orbity mogą powodować dość ekstremalne fale upałów. Na przykład HD 80606b, która jest około czterokrotnie większa od Jowisza i znajduje się około 200 lat świetlnych od Ziemi, ma mimośród około 0,93. Zatem odległość orbitalna HD 80606b zmienia się pomiędzy odległością orbitalną Ziemi a odległością orbitalną Merkurego.

Giganci gazowi i lodowi Do planet gazowych zaliczają się te, które przypominają Jowisza i Saturna. Pierwiastki obejmują wodór i hel otaczające skaliste lub metaliczne jądro. Lodowe, jak Neptun i Uran, zawierają znacznie mniej tych pierwiastków, ale są za to zauważalnie cięższe. Około 2/3 znalezionych egzoplanet należy do tego typu.

Planeta-ocean Obiekty te są całkowicie pokryte warstwą wody. Najprawdopodobniej od samego początku były to lodowe światy, które pojawiały się w dużej odległości od gwiazdy. Coś jednak sprawiło, że zbliżyli się do siebie. Temperatura wzrosła, a lód zamienił się w wodę.

Planeta chtoniczna Pierwotnie były to gazowe olbrzymy, które miały pecha i zbliżyły się zbyt blisko gwiazdy. Z tego powodu atmosfera wypaliła się, pozostawiając jedynie metaliczne lub skaliste jądro. Lawa może wypływać na powierzchnię. Superziemie i planety chtoniczne są podobne, dlatego czasami są mylone.

Osierocona planeta Nazywa się je również „sierotami”, ponieważ nie mają głównej gwiazdy. Są w izolacji, bo z jakiegoś powodu zostali wyrzuceni z systemu. Naukowcy znaleźli tylko kilka przykładów, ale uważają, że ten typ jest powszechny.

Instrumenty ziemskie aktywnie pracują nad poszukiwaniami. Dysponujemy spektrografem NASA MOST i TESS, CHEOPS (Szwajcaria) oraz spektrografem HARPS. Nie zapomnij o teleskopie Spitzera. Jest idealny, ponieważ jest dostrojony do zakresu podczerwieni i jest w stanie obliczać egzoplanety na podstawie temperatury, a nawet charakteryzować parametry atmosferyczne. Poniżej znajduje się lista egzoplanet odpowiednich do życia.

Znane egzoplanety

Mając ponad dwa tysiące planet poza naszym Układem Słonecznym, trudno wybrać tylko kilka przykładów. Wyróżniają się oczywiście te małe i te znajdujące się na terenie siedliska. Warto jednak przypomnieć sobie 5 kolejnych obiektów, które przyczyniają się do naszego zrozumienia ewolucyjnej ścieżki planet.

- 51 Pegaz ur- pierwsza znaleziona planeta o masie połowy masy Jowisza. Jego orbita jest równoważna z orbitą Merkurego. Odległość od gwiazdy jest niewielka, więc znajduje się w stanie zablokowanym (jedna strona jest zawsze zwrócona w stronę gwiazdy).

- 55 Rak odc- super-Ziemia w pobliżu gwiazdy, której jasność pozwala na obserwację gołym okiem. Jest to bardzo dobre, ponieważ daje naukowcom możliwość zbadania szczegółów cudzego systemu. Jedno przejście orbitalne trwa 17 godzin i 41 minut. Obiekt może mieć rdzeń diamentowy i dużą ilość węgla.

- WASP-33b- ciekawa planeta z zauważalną powłoką ochronną. Mówimy o stratosferze, która pochłania widzialny i ultrafioletowy blask gwiazdy. Została odnaleziona w 2011 roku. Ruch orbitalny jest przeciwieństwem ruchu gwiazd, który powoduje zauważalne wibracje.

- HD 209458 b- pierwszą odkryto za pomocą tranzytu gwiazd w 1999 roku. Jako pierwszy posiadał także sygnaturę atmosferyczną, wskaźniki temperatury i brak formacji chmur.

- HD 80606 b– została uznana za najbardziej niezwykłą planetę ze względu na dziwactwa na jej orbicie (takie jak przejście komety Halleya wokół naszej gwiazdy). Najprawdopodobniej ma na to wpływ inna gwiazda. Znaleziony w 2001 roku. Przeglądaj listę egzoplanet ziemskich według gwiazd macierzystych i odległości od Słońca.

Lista pobliskich egzoplanet ziemskich

Obejrzyj fascynujące filmy o egzoplanetach, aby poznać ich strukturę, skład wewnętrzny, klasyfikację, cechy atmosfery i położenie w strefie zamieszkiwalnej.

Struktura wewnętrzna egzoplanet

Astrofizyk Siergiej Popow o substancjach wnętrza planet, rodzajach egzoplanet i zależności gęstości od wielkości:

Atmosfera egzoplanet

Astrofizyk Siergiej Popow o metodach badania atmosfery, strukturze zewnętrznych warstw gazowej powłoki planet i gorących Jowiszów:

Strefa mieszkalna

Astrofizyk Siergiej Popow o parametrach strefy mieszkalnej, efekcie cieplarnianym i perspektywach poszukiwania życia na egzoplanetach:

Jak szukać egzoplanet?

Jak można znaleźć świat podobny rozmiarami do naszej planety, skoro jest ukryty kilkadziesiąt lat świetlnych stąd? Jak trudno jest znaleźć egzoplanetę podobną do Ziemi, na której może istnieć życie? Ogrom postawionego problemu stanie się jaśniejszy, jeśli przypomnimy sobie, że duże gwiazdy wydają się być po prostu małymi, jasnymi punktami. Niektórych nie da się zobaczyć nawet przez potężne teleskopy.

Planety osiągają jedynie niewielką część masy gwiazdy. Z tego powodu synteza jądrowa nie jest aktywowana. W tym przypadku światy są bardzo malutkie i ciemne, co jeszcze bardziej utrudnia pracę badaczom. Dodaj do tego fakt, że planety znajdują się w pobliżu jasnych gwiazd, często pokrywając je swoim blaskiem.

Ale dla naukowców nie ma rzeczy niemożliwych i zawsze znajdują obejście. Jeśli planety nie można zobaczyć bezpośrednio, pozostają zauważalne gwiazdy, które wpływają na ścieżkę orbity planety. Na początku XX wieku astronomowie określili określone kryteria poszukiwań, ale dopiero niedawno teleskopy osiągnęły niezbędną czułość, aby zastosować je w praktyce i nie popełniać błędów. Jakie istnieją metody? Wymieńmy je:

Wraz z rozwojem technologii naukowcom udaje się odkrywać coraz więcej egzoplanet, których liczba zaczyna sięgać tysięcy. Dlatego ważna jest umiejętność grupowania obiektów w celu zrozumienia ich cech. Jednak wciąż mamy niewiele informacji o odległych planetach, więc sama definicja pozostaje nieprecyzyjna.

Astrofizyk Siergiej Popow o odkryciu egzoplanet, satelicie astronomicznym Keplera i pomiarach spektralnych

Satelity egzoplanet

Astrofizyk Siergiej Popow o powstaniu Księżyca, metodach rejestracji satelitów i potencjalnej możliwości zamieszkania na egzoksiężycach:

Jaka jest planeta?

Zastanówmy się, czym jest planeta. W 2006 roku Międzynarodowa Unia Astronomiczna (IAU) opublikowała dokument, w którym stwierdzono, że obiekt musi spełniać kilka kryteriów statusu planety:

• dokonuje obrotów wokół Słońca;
• posiada masę niezbędną do zabezpieczenia okrągłego kształtu;
• usunięto gruz i ciała obce z orbity;

Warunki te pojawiły się dopiero po tym, jak Mike Brown zwrócił swoją uwagę na kilka światów na obrzeżach Układu Słonecznego. Były podobnej wielkości. Definicja musiała zostać zrewidowana i Pluton został automatycznie przeniesiony do kategorii planet karłowatych.

Warto zauważyć, że decyzja ta nie została przyjęta z entuzjazmem i aprobatą. W obronie Plutona stanęli nie tylko naukowcy, ale także zwykli ludzie. Szczególnie mocno protestował Alan Stern. Był głównym badaczem misji New Horizons, która odwiedziła Plutona w 2015 roku. Wielokrotnie stwierdzał, że „usunięcie ciał obcych” jest wymogiem zbyt niejasnym. W końcu na orbicie Ziemi znajdują się asteroidy. A zdjęcia pokazywały złożony i ciekawy świat, w którym widoczne są góry, zamarznięte jeziora i inne atrybuty planet.

Ale IAU nie chciała niczego zmieniać i stwierdziła, że ​​planety karłowate są przedmiotem tego samego zainteresowania naukowego. Wspomnieli także o tak dużych ciałach jak i, na których zauważalnych jest wiele ciekawych cech.

W 2017 roku Stern wraz z kilkoma innymi naukowcami zaproponował bardziej wyrafinowaną definicję: „Planeta to masywny obiekt o charakterze subgwiazdowym, któremu brakuje syntezy jądrowej i który ma wystarczającą grawitację, aby utworzyć sferoidę”.

Pierwszą egzoplanetę zauważono w 1992 roku w pobliżu PSR B1257+12 (pulsar). Jednak planeta wokół gwiazdy ciągu głównego (51 Pegasi b) została odkryta w 1995 roku. Od tego czasu teleskop Keplera był w stanie znaleźć tysiące planet „ziemskich” oraz tych żyjących w strefie zamieszkiwalnej (istnieją warunki niezbędne, aby woda mogła utrzymywać się w stanie ciekłym).

Ale ujawniło także szeroką gamę planet. Na przykład gorące Jowisze były powszechne. Niektóre były niesamowicie starożytne. Wystarczy przypomnieć PSR 1620-26 b, który jest zaledwie miliard lat młodszy od Wszechświata. Są tacy, którzy mają pecha i mieszkają zbyt blisko gwiazdy, a ich atmosfera przypomina piekło na Wenus. Znaleziono przypadki, którym udało się okrążyć dwie, a nawet trzy gwiazdy jednocześnie.

Oczywiście staje się jasne, że przy takiej różnorodności planet bardzo trudno jest przestrzegać jednego systemu klasyfikacji. Przede wszystkim badacze biorą pod uwagę predyspozycje do obecności życia. Znajdują się one na liście egzoplanet nadających się do zamieszkania.

Ale do tego musisz znać dwa parametry: masę i orbitę. Niestety, nowoczesna technologia wciąż nie ma wystarczającej mocy do badania obcych atmosfer, chyba że obiekt jest blisko i wystarczająco duży. Wszystko może się jednak zmienić wraz z pojawieniem się Teleskopu Jamesa Webba w 2018 roku.

Różnorodność planet

Astrofizyk Siergiej Popow o gazowych i lodowych gigantach, układach podwójnych gwiazd i pojedynczych planetach:

Klasyfikacja egzoplanet

Jakie są rodzaje egzoplanet i jaka jest klasyfikacja? Chyba najbardziej popularna jest ta używana w Star Trek: zamieszkana planeta – klasa M. Według tego schematu mamy:

• D – planetoida lub satelita bez atmosfery.
• H – nienadający się do życia.
• J jest gazowym olbrzymem.
• K – jest życie lub stosowane są kamery kopułkowe.
• L – jest roślinność, ale nie ma zwierząt.
• M – ziemia.
• N – siarkowy.
• R jest wyrzutkiem.
• T – gazowy gigant.
• Y – toksyczna atmosfera i wysoka temperatura.

Jeśli weźmiemy schematy naukowe, wówczas do dystrybucji wykorzystuje się masę lub różnorodność elementów. Masę uzyskuje się z obserwacji teleskopowych. Oblicza się ją na podstawie prędkości radialnej zarejestrowanej za pomocą spektrografów. W tym przypadku klasyfikacja wygląda następująco:

Mniejsze planety, satelity i komety:

• asteroida: mniejsza niż 0,00001 masy Ziemi.
• Typ rtęciowy: od 0,00001 do 0,1 masy Ziemi.

Grupa lądowa (skalista):

• podziemia: 0,1-0,5 masy Ziemi.
• Terran (Ziemia): 0,5-2 mas Ziemi.
• Super Terran: 2-10 mas Ziemi.

Gazowi giganci:

• Neptun: 10-50 mas Ziemi.
• Jowisz: 50-5000 mas Ziemi.

Ewolucja egzoplanet

Astrofizyk Siergiej Popow o zmianach orbit planet, superziemi w Układzie Słonecznym i przemianie gwiazdy w czerwonego olbrzyma:

Nowoczesne metody badania egzoplanet

Astrofizyk Siergiej Popow o odkryciu egzoplanet, satelicie astronomicznym Keplera i pomiarach spektralnych:

28.03.2018 18:47 1024

Wielu z Was interesuje się astronomią, czyta różne książki i ogląda filmy o kosmosie. Być może słyszałeś kiedyś, że naukowcy nazywają niektóre planety egzoplanetami. Ale teraz dowiemy się, czym są egzoplanety.

Słowo „exo” po grecku oznacza „na zewnątrz” lub „na zewnątrz”. Z tych słów wynika, że ​​egzoplanety to planety znajdujące się poza naszym Układem Słonecznym.

Naukowcy zaczęli zauważać takie planety pod koniec lat 80. XX wieku, kiedy pojawiły się potężne urządzenia, które to umożliwiły. Astronomowie w badaniu egzoplanet w dużym stopniu pomogli teleskopy kosmiczne – sztuczne satelity wynalezione w celu odkrywania nowych planet. Wiele egzoplanet zostało odkrytych przez naukowców za pomocą potężnych teleskopów optycznych zainstalowanych w różnych obserwatoriach.

Naukowcy dzielą egzoplanety na dwa typy: egzoplanety ziemskie i egzoplanety gazowe. Planety ziemskie składają się z żelaza, aluminium, magnezu i tlenu. Dzięki temu mają dużą gęstość i twardą powierzchnię. Gazowe giganty składają się z różnych gazów: wodoru, metanu, helu. Nie będziesz mógł chodzić po takich planetach, ponieważ nie mają one stałej powierzchni. Jeśli zejdziesz na taką planetę, możesz w nią wpaść, jakbyś leciał przez chmury. Ale im głębiej schodzisz, tym bardziej wzrasta ciśnienie, które może po prostu zmiażdżyć obiekt. W naszym Układzie Słonecznym planety ziemskie to Merkury, Wenus, Ziemia i Mars, a gazowi olbrzymy to Jowisz, Saturn, Uran i Neptun.

Egzoplanety lądowe dzielą się na różne klasy, takie jak superziemia, planeta oceaniczna, planeta żelazna i wiele innych.

Super-Ziemie to planety, których masa jest większa niż masa Ziemi, ale mniejsza niż masa gazowych olbrzymów. Wśród superziemi można wyróżnić planetę Gliese 581c. Okrąża gwiazdę Gliese 581 (jej Słońce) w konstelacji Wagi. Planetę tę odkryto w 2007 roku w Obserwatorium La Silla, które znajduje się w Chile. Egzoplaneta Gliese 581c ma rozmiary podobne do naszej planety. Znajduje się około 20 lat świetlnych od Ziemi. Dzięki różnym obliczeniom astronomom udało się dowiedzieć, że na tej planecie może istnieć atmosfera, temperatura powierzchni wynosi około 100 0 C, a rok trwa tylko 13 ziemskich dni. Naukowcy sugerują, że na tej egzoplanecie może istnieć woda.

Planeta oceaniczna to egzoplaneta całkowicie pokryta wodą. Astronomowie odkryli jak dotąd tylko jedną taką planetę o złożonej nazwie GJ 1214 b, która pasuje do tej nazwy. Znajduje się w gwiazdozbiorze Wężownika.

Planety żelazne to rodzaj planet, które mają w swoim jądrze dużą ilość metalu. Przykładem takiej planety jest egzoplaneta Kepler-10 b w konstelacji Draco.

Gazowe egzoplanety są również podzielone na różne klasy: gorący Neptun, super-Jowisz i inne.

Gorący Neptun to klasa egzoplanet o rozmiarach i masach podobnych do Neptuna i Urana, znajdujących się bardzo blisko swojej gwiazdy (odległość mniejsza niż jedna jednostka astronomiczna). Do takiej klasy egzoplanet należy planeta Gliese 436 b. Znajduje się w gwiazdozbiorze Lwa, 33 lata świetlne od naszej Ziemi. Ta planeta składa się głównie z wody. Ze względu na bliskie położenie gwiazdy (słońca) temperatura na planecie wynosi około 300 0 C! Jednak woda w tej temperaturze nie odparowuje, lecz znajduje się w stanie stałym (lód). Wszystko to wynika z ogromnej siły grawitacji działającej na tę planetę. Wytwarza bardzo wysokie ciśnienie, które ściska cząsteczki wody, zamieniając je w gorący lód. Siły grawitacji zapobiegają topnieniu tego lodu.

Super-Jowisz to rodzaj egzoplanety, którego rozmiar i masa przekraczają rozmiary największej planety w naszym Układzie Słonecznym, Jowisza. Przykładem takiej egzoplanety jest planeta Kepler-419 c. Znajduje się w gwiazdozbiorze Łabędzia, w odległości 2544 lat świetlnych od Ziemi.

Jak już zauważyliście, wszystkie egzoplanety wymienione powyżej mają bardzo dziwne i złożone nazwy, które są trudne do zapamiętania. Faktem jest, że w ostatnich latach naukowcom udało się odkryć kilka tysięcy nowych egzoplanet i trudno było wymyślić dla nich nazwę. Dlatego postanowili nazwać egzoplanety imionami gwiazd (ich Słońca), wokół których krążą. A astronomowie zaczęli dodawać jedną literę do nazwy gwiazdy. Na przykład planeta Kepler-419 c krąży wokół gwiazdy (jej Słońca) Kepler-419.

Co to jest egzoplaneta? To planeta znajdująca się poza Układem Słonecznym i krążąca wokół gwiazdy. Oprócz tej definicji istnieje również takie pojęcie jak strefa mieszkalna(Strefa Złotowłosej). Odnosi się do warunkowego regionu w przestrzeni kosmicznej, w którym na znajdującej się w nim planecie może istnieć woda w stanie ciekłym. Jeśli ta cecha występuje, oznacza to, że istnieją warunki do pojawienia się życia.

Johannesa Keplera

Jak odkrywa się egzoplanety?

W przeciwieństwie do gwiazd, które jasno świecą na nocnym niebie Ziemi, egzoplanety są tak słabe i małe, że prawie niemożliwe jest ich dostrzeżenie. O ich istnieniu w przestrzeni kosmicznej zaczęto mówić dopiero w 1885 roku, kiedy kapitan Jacob z Obserwatorium w Madrasie odnotował obecność ciała planetarnego w układzie 70 Ophiuchi (układ podwójny gwiazd w konstelacji Wężownika). Jednakże istnienie tego nieświecącego ciała zostało później zakwestionowane.

Minęło wiele lat, zanim trzej kanadyjscy astronomowie odkryli kolejną planetę pozasłoneczną. Znaleziono go w pobliżu gwiazdy podwójnej Gamma Cephei w konstelacji Cefeusza. Stało się to w 1988 roku, ale oficjalna nauka potwierdziła to odkrycie dopiero w 2002 roku.

W 1995 roku szwajcarscy astronomowie Didier Queloz i Michel Mayor odkryli planetę pozasłoneczną w pobliżu gwiazdy 51 Pegaz w gwiazdozbiorze Pegaza. Był podobny rozmiarem do Jowisza, ale znajdował się bardzo blisko gwiazdy i dokonał pełnego obrotu wokół niej w 4,23 dnia. Nazwali ją Planeta b.

6 marca 2009 roku NASA uruchomiła teleskop Keplera, którego misją było wykrywanie egzoplanet. Urządzenie to zostało nazwane na cześć niemieckiego astronoma i matematyka Johannesa Keplera. To on odkrył prawa ruchu planet.

Teleskop został wyposażony w najnowocześniejsze instrumenty zdolne do obserwacji światła gwiazd. Kiedy nieświecące ciało kosmiczne przechodzi przed gwiazdą, przesłania jej światło. Teleskop rejestruje to zjawisko, a astronomowie identyfikują nowe planety pozaziemskie.

Oprócz Keplera istnieje teleskop orbitalny COROT. Rejestruje krzywe blasku gwiazd. To urządzenie zostało uruchomione 27 grudnia 2006 roku. 19 grudnia 2013 roku wystrzelono także obserwatorium kosmiczne Gaia. Jego głównym zadaniem jest stworzenie trójwymiarowej mapy Drogi Mlecznej i odkrywanie planet pozasłonecznych. Istnieją również naziemne obserwatoria monitorujące przestrzeń kosmiczną.

Oprócz metoda tranzytowa, który identyfikuje ciała nieświecące na tle gwiazdy, istnieją inne sposoby poszukiwania egzoplanet. Tutaj trzeba nazwać Metoda Dopplera, za pomocą którego można wykryć bardzo duże planety, których masa znacznie przewyższa Ziemię. Działając na gwiazdę, wydają się nią rządzić. W rezultacie obserwuje się przesunięcie widma gwiazdy.

Tak może wyglądać egzoplaneta

Także używany mikrosoczewkowanie grawitacyjne. Jej istotą jest to, że pomiędzy astronomem na Ziemi a gwiazdą, którą obserwuje, musi znajdować się inna gwiazda. Przyjmuje rolę soczewki, czyli skupia rozproszone światło obserwowanej gwiazdy swoim polem grawitacyjnym. W pobliżu takiej gwiazdy soczewkowej może znajdować się planeta. Jej obecność objawia się asymetryczną krzywą blasku i brakiem tonacji barwnej. Metodą tą można zidentyfikować planety o niewielkiej masie odpowiadającej masie Ziemi.

Oprócz wymienionych są metoda astrometryczna. Polega na rejestracji zmian w ruchu gwiazdy pod wpływem sił grawitacyjnych planety. Dzięki astrometrii możliwe jest określenie mas takich ciał kosmicznych.

Jest to również przeprowadzane z Ziemi obserwacje radiowe pulsarów. Jeśli w pobliżu pulsara znajdują się planety, to jego promieniowanie tworzy w przestrzeni kosmicznej stożkowe kształty, które wskazują na obecność ciał planetarnych.

I oczywiście egzoplanety można odkrywać za pomocą bezpośrednia obserwacja izolując je od światła gwiazd. Metoda ta jest dobra w przypadkach, gdy ciała planetarne znajdują się w znacznej odległości od gwiazdy. Mają ciepło resztkowe zatrzymane po ich utworzeniu. Metoda ta daje dobry efekt podczas obserwacji młodych gwiazd.

Ile egzoplanet odkryto?

Obecnie 10% gwiazd objętych programem poszukiwań ma odkryte planety. Jednocześnie ich liczba stale rośnie. W lipcu 2015 r. istniało 1935 ciał planetarnych. Ale jest więcej kandydatów, którzy mogą stać się egzoplanetami. Jest ich 4695.

Takich ciał kosmicznych w Drodze Mlecznej powinno być co najmniej 100 miliardów, a jednocześnie około 20 miliardów może okazać się podobnych do Ziemi. Według współczesnych szacunków 34% gwiazd podobnych do Słońca ma w swoich strefach zamieszkiwalnych planety, które pod wieloma względami są porównywalne z naszą.

Eksperci opracowali wskaźnik podobieństwa. Charakteryzuje przydatność danej planety lub satelity do życia. Indeks uwzględnia takie cechy, jak masa, rozmiar, gęstość, odległość do gwiazdy i temperatura powierzchni.

Dla naszej niebieskiej planety wskaźnik wynosi oczywiście 1. Dla Marsa wynosi 0,64, ale dla niektórych egzoplanet osiąga 0,8. Tak więc dla niedawno odkrytego Keplera-452b liczba ta wynosi 0,862.

Egzoplanety podobne do Ziemi, od lewej do prawej:
Ziemia, Kepler-186f, Kepler-62f, Kepler-452b, Kepler-69c, Kepler-22b

Czy życie jest możliwe na egzoplanetach?

Na planetach znajdujących się poza Układem Słonecznym i mających cechy zbliżone do Ziemi może istnieć życie. Ale może radykalnie różnić się od ziemskiego. Weźmy na przykład wspomniany już Kepler-452b. To ciało niebieskie okrąża gwiazdę Kepler-452, która znajduje się w gwiazdozbiorze Łabędzia, 1400 lat świetlnych od Ziemi. Wiek gwiazdy wynosi 6 miliardów lat, czyli jest o 1,5 miliarda lat starsza od Słońca, przewyższa ją jasnością o 20% i ma o 10% większą średnicę.

Jeśli chodzi o Kepler-452b, ta egzoplaneta ma średnicę 1,6 razy większą niż średnica Ziemi. Jego okres obiegu wokół gwiazdy wynosi 385 dni. Zakłada się, że na jej powierzchni znajdują się aktywne wulkany, a ciepło odbierane od gwiazdy nie wyklucza możliwości fotosyntezy.

Takich ciał kosmicznych jest we Wszechświecie niezwykle dużo. Prowadzi to do bardzo prostego wniosku: życie poza Układem Słonecznym jest możliwe. A skoro życie jest możliwe, to znaczy, że nie można wykluczyć istnienia inteligencji. Na razie są to jednak jedynie przypuszczenia i domysły, nie wiadomo jednak, kiedy nadejdzie chwila prawdy.

Jurij Syromiatnikow