Как найти другую планету в космосе

Наша Галактика состоит из огромного количества звезд — не менее 100 млрд, включая Солнце. Если представить, что вокруг каждой звезды вращается минимум одна планета, то количество неоткрытых экзопланет представляется астрономическим. При этом ученые предполагают, что у каждой звезды есть своя система, в которую входит сразу несколько планет. В таком случае количество экзопланет внутри одного Млечного Пути может составлять триллионы.

Тысячи лет до нашего поколения люди догадывались о существовании планет за пределами Солнечной системы. Сейчас мы точно знаем, что экзопланеты существуют и их много, но все еще не можем добраться ни до одной из них. У ближайшей к Земле звезды — Проксима Центавры — есть минимум одна планета. Вероятно, это планета земного типа, и на ней может находиться вода. Но лететь до нее придется более четырех световых лет, при этом ученые пока не могут с точностью описать свойства планеты и сказать, подходит ли она для жизни. Остальные экзопланеты находятся на расстоянии сотен или тысяч световых лет от нас, и посетить их пока нет никакой возможности.

С момента открытия первой экзопланеты прошло почти 30 лет, но мы до сих пор не знаем о всем разнообразии существующих планет. Поэтому их деление скорее условно.

Газовые гиганты

В космосе встречаются газовые гиганты, наподобие Юпитера и Сатурна. Сейчас известно о 1367 экзопланетах такого типа. Самые известные из них:

51 Pegasi b — газовый гигант с атмосферной температурой более 1000 °C. Первая открытая планета из тех, что вращаются вокруг звезд солнечного типа.

KELT-9 b — cамая горячая известная экзопланета. Температура на дневной стороне может подниматься до 4600 °C. Находится на расстоянии 667 световых лет от Земли.

Нептунианские экзопланеты

Маленькие планеты с атмосферой, на которых преобладают водород и гелий. Открыто 1484 планеты, самые известные:

Kepler-1655 b — экзопланета, похожая на Нептун. Полный оборот вокруг звезды (то есть, один год) на Кеплере, проходит за 11,9 дней. Экзопланету открыли в 2018 году.

GJ 436 b — экзопланета, которая находится относительно близко к Земле: лететь до нее придется 32 года.

Суперземли

Экзопланеты из газа, горных пород и их комбинаций, которые в несколько раз больше Земли. Открыто 1346 планет, самые известные:

Barnard’s Star b — вторая самая близкая к Земле экзопланета, лететь до нее шесть лет. Планету открыли в 2018 году. Она в 3,2 раза больше нашей планеты. Звезда, вокруг которой вращается экзопланета, дает ей только 2% энергии, которую получает Земля от Солнца.

GJ 15 A b — экзопланета, которая вращается вокруг звезды красного карлика в 11 световых годах от Земли. В ее системе есть еще одна планета, что делает ее ближайшей к нам суперземлей со своей системой.

Планеты земного типа

Скалистые тела, похожие на Землю, Марс или Венеру. Открыто 164 планеты, самые известные:

TRAPPIST-1 e — ее масса составляет 60% массы Земли, а год на планете длится 6,1 дня. Планету открыли в 2017 году.

TRAPPIST-1 d — как и Земля — третья планета от своей звезды. Скалистая планета с температурой поверхности около 2290 °C.

На прошлой неделе было опубликовано первое изображение экзопланеты, расположенной за пределами Солнечной системы, сделанное мощным космическим телескопом. Рассказываем, как планетологи ищут новые миры и какими они бывают.

1 сентября НАСА, Европейское и Канадское космические агентства представили первый снимок далекого газового гиганта, расположенного в 4,5 млрд световых лет от Земли. Экзопланета HIP 65426 b на изображении «Джеймса Уэбба» примерно в 6–8 раз тяжелее Юпитера. По меркам планет она еще очень юная: ей от 15 до 20 млн лет.

Наблюдение за HIP 65426 b — один из редких случаев, когда экзопланету можно наблюдать напрямую. Поскольку HIP 65426 b находится примерно в 100 раз дальше от своей родительской звезды, чем Земля от Солнца, телескоп может разделить их свет на изображении.

Обычно ученым не так везет, и им нужно придумывать альтернативные способы, чтобы найти далекие объекты, у которых в отличие от звезд нет собственного яркого излучения, а только отраженное свечение других объектов.

Что такое экзопланета?

Экзопланетами называют любые планеты, расположенные за пределами Солнечной системы. Всего, по данным НАСА, на 5 сентября 2022 года достоверно подтверждено существование 5 084 экзопланет в 3 811 звездных системах. Кроме того, известно еще о 8 912 планетах-кандидатах. Это означает, что ряд признаков свидетельствуют о том, что вокруг звезды вращается крупный объект, но достоверное подтверждение еще не было получено.

Планеты за пределами нашей Солнечной системы бывают самых разных размеров: от газовых гигантов больше Юпитера до маленьких каменистых планет размером с Землю или Марс. Они могут быть достаточно горячими, чтобы вскипятить металл, или запертыми в глубокой заморозке. Так плотно вращаться вокруг своих звезд, что «год» длится всего несколько дней, а могут блуждать вокруг двух солнц одновременно. А некоторые экзопланеты — бездомные скитальцы, оторванные от своей звезды, они движутся во тьме галактики.

Во всем этом многообразии ученые выделяют четыре основных типа: газовые гиганты, нептуны, суперземли и планеты земного типа. Каждый тип различается по внутреннему и внешнему виду в зависимости от состава.

Газовые гиганты — это планеты размером с Сатурн или Юпитер, самые большие планеты в нашей Солнечной системе, или даже еще больше. В этих широких категориях тоже скрывается большое разнообразия. Например, горячие юпитеры были одними из первых обнаруженных типов планет. Это газовые гиганты, вращающиеся так близко к своим звездам, что их температура достигает нескольких тысяч градусов. Юпитер солнечной системы пока гораздо холоднее, но его ждет такое же будущее, когда Солнце перед смертью начнет активно расширяться.

Планеты второй группы по размеру похожи на Нептун или Уран. У них может быть разный внутренний состав, но все они будут иметь внешнюю атмосферу с преобладанием водорода и гелия и скалистые ядра. 

Суперземли — это планеты меньше Нептуна, но больше Земли, аналогов которых нет в Солнечной системе. Как правило, это твердые планеты, которые могут быть (но не всегда) окружены атмосферой. 

Наконец, к последней группе относят планеты размером с Землю и меньше. В Солнечной системе к таким можно отнести Марс, Венеру и Меркурий. Они состоят из горных пород, силикатов, воды или углерода. И так же, как суперземли, в ряде случаев могут быть окружены газовой атмосферой.

Как ищут экзопланеты?

Веками ученые, философы и писатели-фантасты подозревали существование планет вне Солнечной системы, но не было никакого способа узнать, существуют ли они на самом деле. Первое подтверждение обнаружения экзопланеты появилось только в 1992 году. Тогда около пульсара PSR B1257+12 было найдено несколько планет. А спустя три года ученым удалось найти первый горячий юпитер, вращающийся у «живой» звезды 51 Пегаса.

За последующие годы была исследована лишь небольшая часть Млечного Пути, но уже удалось подтвердить существование тысяч экзопланет. А статистическая оценка, основанная на данных космического телескопа НАСА «Кеплер», показала, что в нашей галактике больше планет, чем звезд. Это означает, что только в Млечном Пути насчитывается более триллиона планет, многие из которых размером с Землю. Некоторые экзопланеты были открыты непосредственно с помощью телескопов, но подавляющее большинство было обнаружено косвенными методам

Метод Доплера

Именно этим способом была открыта первая экзопланета у звезды 51 Пегаса. Она так сильно тянула свою родительскую звезду, когда мчалась по четырехдневной орбите, что колебание звезды было очевидно для земных телескопов.

Планетарную систему упрощенно представляют как множество планет, вращающихся вокруг звезды. На самом деле гравитация планет также воздействует на звезду. Если объект достаточно массивный, он сможет вызвать колебания звезды вокруг общего центра масс, заметные внешнему наблюдателю. 

Этот метод измеряет изменения «лучевой скорости» звезды. Длины волн звездного света попеременно сжимаются и растягиваются по мере того, как звезда приближается к нам, а затем удаляется от нас. Эти смещений вызваны гравитационными притяжениями от вращающихся вокруг планет.

К сожалению, этот метод позволяет находить планеты с массой не меньше нескольких масс Земли, расположенные в непосредственной близости от звезды, или огромные газовые гиганты, период вращения которых вокруг их солнца не превышает 10 земных лет. Это самый первый и один из самых популярных способов поиска экзопланет. На сегодняшний день с его помощью было найдено 935 экзопланет.

Транзит

Телескоп «Кеплер», работавший с 2009 до 2018 года. Открыл новую эру поиска экзопланет. Он использовал другой метод. Первые четыре года он постоянно смотрел за небольшим участком неба. В этом маленьком пятне было 150 000 звезд. «Кеплер» ждал, чтобы поймать крошечные провалы в количестве света, исходящего от отдельных звезд, вызванные планетами, пересекающими их перед собой.

Этот эффект напоминает солнечное затмение. Далекая планета проходит между своей звездой и наблюдателем. И на короткий промежуток времени свет от звезды становится менее ярким. Если такие явления происходят постоянно с заданной периодичностью, значит вокруг звезды вращается планета. Более подробные данные можно получить с помощью транзитной спектроскопии: анализа изменения спектра света при прохождении через атмосферу планеты.

После «Кеплера» подобными исследованиями занимаются спутник НАСА TESS и миссия Gaia Европейского космического агентства. Большинство из подтвержденных экзопланет — 3 892 — были открыты именно этим способом.

Гравитационное микролинзирование

Еще один метод поиска использует эффект, впервые описанный Эйнштейном: способность гравитации искажать и искривлять звездный свет. Мощное поле звезды, расположенной на переднем плане, будет усиливать свет от звезды на заднем плане, которая проходит сразу за ней. Если вокруг ближней звезды вращается планета, то при прохождении за ней другой звезды телескоп фиксирует два пика всплеска интенсивности света. Первый будет исходить от звезды, а второй, меньший — от планеты.

Этот способ сейчас используют некоторые наземные обсерватории, его преимущество в том, что можно изучать более далекие системы. Хотя пока с помощью гравитационного микролинзирования открыто только 135 экзопланет, исследователи считают, что у него большие перспективы.

НАСА планирует отправить в космос специальный телескоп Nancy Grace Roman, который будет искать эффекты гравитационного микролинзирования вдали от земной атмосферы, искажающей слабый свет.

Прямое наблюдение

Одного пикселя света, полученного непосредственно от экзопланет, будет недостаточно, чтобы выявить особенности поверхности. Но он предоставит другую важную информацию: профиль атмосферы экзопланеты и, возможно, доказательства наличия газов, предполагающие наличие жизни.

До сих пор «прямые изображения» экзопланет остаются скорее редкостью, чем работающим методом. Всего таким способом была открыта 61 экзопланета. В основном это молодые планеты-гиганты. Они еще настолько горячие после формирования, что продолжают излучать собственный свет.

Развитие мощности телескопов и новых технологий дают прямым наблюдениям второй шанс. Например, исследователи предлагают использовать коронограф. Это технология, которая при помощи специальных масок, фильтров и детекторов подавляет свечение звезды короны, чтобы она не подавляла более слабое свечение планет.

Коронограф включает в себя самоизгибающиеся зеркала с тысячами крошечных поршневых приводов, которые изгибаются в режиме реального времени, когда телескоп улавливает свет, прошедший десятки световых лет от экзопланеты. Эти «деформируемые зеркала» компенсируют небольшие недостатки в оптике телескопа, чтобы подавить звездный свет и сделать изображение планеты более четким.

Уже более 30 лет ученые исследуют экзопланеты, нашли тысячи миров, но так и не нашли ни одного достоверного признака существования обитаемых планет. Может показаться, что это значит, что мы уникальны. Но на самом деле исследователи стоят только у самого начала. Большинство из обнаруженных планет на сегодня — это горячие газовые гиганты, мало приспособленные для жизни. Но это не весь космос, а особенности наших технологий.

Если расчеты верны, на сегодняшний день мы не знаем даже тысячной доли процента от всех экзопланет Млечного Пути. Развитие новых технологий, повышение качества телескопов говорит о том, что впереди ученых ждет еще множество удивительных открытий.

Читать далее:

Установка на Марсе производит кислород со скоростью среднего дерева

Физики охладили атомы до рекордной температуры. Они в миллиарды раз холоднее космоса

Маленький динозавр «превратился» в драгоценный камень. Ему почти 100 млн лет

Как ищут чужие планеты?

Рассуждая о полетах к другим звездам, следует понимать, что собственно к звездам нам не надо — нам надо к другим планетам, желательно землеподобным и пригодным для жизни. А как узнать есть ли у соседних звезд планеты? Казалось бы все просто: возьми телескоп побольше, да посмотри. Если далекие галактики можем рассмотреть, то уж у близких звезд должны увидеть и планеты и спутники. Но есть “небольшая” сложность: в отличие от звезд и галактик, планеты практически не светятся сами, а только отражают свет своих звезд. Звезда засвечивает свои окрестности, поэтому, несмотря на развитие астрономической техники в ХХ веке, первую экзопланету — планету у другой звезды — нашли меньше тридцати лет назад.

Сегодня для поиска экзопланет разработано и освоено несколько методов.

Прямое наблюдение

Достаточно большой телескоп сможет рассмотреть достаточно большую и удаленную от своей звезды планету. Но для этого приходится постараться и воспользоваться специальным оборудованием. Чтобы избавиться от яркого света звезды, для поиска планет используют коронограф — непрозрачный диском в оптической схеме телескопа, который позволяет перекрывать свет яркого источника. В сочетании с адаптивной оптикой, эта система позволяет рассматривать крупные и удаленные планеты у соседних звезд. Лучше всего получается находить “молодые Юпитеры”, в инфракрасном диапазоне т.к. у них сохраняется высокое тепловое излучение со времен формирования.

Несколько коронографов установили на 8-метровых телескопах обсерватории Gemini и VLT, которые обеспечивают высокое разрешение. И на сегодня уже смогли рассмотреть всего несколько инопланетных систем. Иногда система оказывается настолько молода, что планет еще не видно, зато хорошо различим протопланетный диск, как например у HR 4796, на расстоянии 230 св. лет от нас.

У звезды Бета Живописца смогли даже проследить орбитальное движение планеты за два года

Космическому телескопу Hubble тоже удалось рассмотреть планету в результате многолетних наблюдений пылевого диска вокруг звезды Фомальгаут.

В ближайшие годы количество экзопланет найденных и рассмотренных прямыми методами будет только расти, но пока так открывают и исследуются единичные тела. NASA ведет проект космической обсерватории Exo-S, которая состоит из отдельно выведенного телескопа и коронографа. Но предполагаемой даты запуска пока не называли.

Транзитный метод

Этот косвенный метод позволяет определить число планет, их размеры, орбитальный период и параметры орбиты. В некоторых случаях удается даже получить грубые представления о составе атмосферы. В настоящий момент этот метод рекордсмен по количеству обнаруженных планет, прежде всего потому, что позволяет телескопам работать по площадям, а не концентрировать внимание на одной цели.

Принцип работы транзитного метода — фотометрия. Во время наблюдения регистрируется интенсивность свечения звезды. Если между нами и звездой проходит планета, то яркость звезды падает, и этот момент регистрируется на графике яркости.

Если провалы яркости происходят регулярно, и всегда равны, то можно предполагать, что такое воздействие вызывается планетой.

Колебания яркости звезды может вызывать не только планета, это могут быть внутренние циклы или звезда-компаньон. Поэтому транзитный метод требует подтверждения независимым методом. Сейчас известно несколько тысяч транзитных кандидатов, которые постепенно подтверждают или опровергают.

Несмотря на успехи этого метода, очевидны его недостатки:

Во-первых, планете должно повезти с орбитой, лежащей на линии нашего взгляда с Земли. Например Венера каждые 7,5 месяцев облетает вокруг Солнца, пролетая между нами и ним, однако ближайший транзит будет в 2117 году. Меркурий пролетает чаще, ближайший транзит ждем 9 мая.
Во-вторых, как видим, транзитный метод лучше работает для близких к звезде планет, особенно большого размера. Именно транзитный метод породил массу открытий т.н. «горячих Юпитеров» — близких к своим звездам планет-гигантов. Любопытно, что эти открытия опровергли существующую ранее теорию формирования планетных систем, которая объясняла распределение каменных и газовых планет в Солнечной системе.
В-третьих, поиск землеподобных экзопланет требует длительного времени наблюдения, ведь мало засечь единичный транзит, надо получить статистику: хотя бы три транзита. Т.е. для обнаружения, к примеру, Земли транзитным методом инопланетянам надо три года смотреть на Солнце «не моргая».

Длительные непрерывные наблюдения большого количества звезд стали возможны с развитием космонавтики, и запуском космического телескопа Kepler. Для повышения его эффективности, его направили на звездное скопление в созвездии Лебедя. Это позволило совершить множество открытий, но, к сожалению все эти планеты на расстоянии 2-3 тыс. св. лет, поэтому физически добраться до них или хотя бы рассмотреть, мы можем только мечтать.

Kepler проработал стабильно 4 года, пока не вышли из строя два из четырех двигателей-маховиков, которые позволяли ему поддерживать ориентацию. А нужно минимум три, для прицеливания по трем осям, поэтому теперь он работает в сильно ограниченном режиме используя два маховика и давление солнечного света в качестве третьего. Работоспособность его упала на 95%, но всей статистики наблюдения накоплено столько, что мы еще долго будем слышать об открытиях сделанных с его помощью.

NASA поддержало проект института MIT следующего телескопа для транзитного поиска планет в пределах 100 св. лет вокруг Солнца. Полет TESS ожидается в 2017 году. Думается, его результаты будут привлекать гораздо больше внимания общественности, т.к. планеты будут обнаружены «совсем близкие».

Метод радиальных скоростей (по допплеровскому сдвигу)

Мой любимый метод из-за феноменальных точностей, которые он обеспечивает и элегантной простоте физического принципа, легшего в его основу.

Но для начала немного о теории спектроскопии. Надеюсь все знают, что такое радуга, и как она образуется. Радуга — это спектр Солнца, полученный естественным путем. В спектре излучения сокрыт химический состав звезды, поскольку каждый химический элемент, будучи нагретым, светится каждый своим цветом.

Свечение регистрируется спектрометром и, определяя различные линии спектра, удается определять состав излучающего объекта. Если свет проходит через атмосферу планеты или отражается от поверхности, то часть света поглощается, и в спектре образуются провалы, указывающие на химические элементы, поглотившие свет.

Еще одно физическое явление, необходимое для понимания метода радиальных скоростей — это красное и синее смещение.

Когда изучаемая звезда удаляется от нас, длина волны испускаемого света растягивается, из-за чего весь спектр сдвигается в красную сторону. Если элемент удаляется и излучает красный свет, то мы его регистрируем уже в инфракрасном диапазоне, если зеленый, то в желтом, если синий, то в зеленом, и т.д.

Синее смещение — это обратный процесс. Если звезда несется к нам навстречу, то ее спектр «синеет» — сдвигается в синюю и ультра-фиолетовую сторону.

Как это связано с наличием планет у далеких звезд? Терпение. Нужно учесть еще одно свойство — движение двух тел у одного центра масс.

Все мы знаем, что Земля вращается вокруг Солнца. Это как бы верно, но не совсем. На самом деле Солнце и Земля вращаются вокруг одного центра масс, который не соответствует центру Солнца. Такой эффект есть и у Земли с Луной, а у Плутона с Хароном центр масс находится за пределами Плутона, поэтому они оба вращаются вокруг условной точки между ними.

Разумеется, ничтожно малая масса Земли приводит к совершенно незначительному колебанию Солнца — в пределах 50 км, а вот Юпитер уже неслабо колбасит Солнце, вынуждая его отклоняться на 750 тыс км. Т.е. Юпитер и Солнце так же как и Плутон с Хароном вращаются вокруг точки в пространстве.

А теперь сводим все к одному методу поиска: экзопланета, вращаясь, вокруг своей звезды, вынуждает ее вращаться с отклонением от своего центра масс. Соответственно, относительно внешнего наблюдателя, звезда будет то отдаляться, то приближаться, что будет приводить то к красному, то к синему смещению спектра. Мы можем взять достаточно чувствительный спектрометр, и сможем увидеть как периодически краснеет и синеет спектр звезды, в полном соответствии с орбитальной динамикой планеты.

И, наконец, о точности метода: спектрограф HARPS на 3,6 метровом телескопе Ла Силла Европейской Южной обсерватории позволяет отслеживать движение звезды со скоростью до 1 метра (!) в секунду. Подобный метод позволяет находить землеподобные планеты на расстоянии до 150 св лет от нас, а “юпитеры” до нескольких тыс. световых лет. Как правило, именно метод допплеровского сдвига используют для перепроверки кандидатов планет, полученных транзитным методом.

К сожалению, метод работает точечно, и требует многократных наблюдений каждого объекта, поэтому не успевает угнаться за Keplerом, и не успевает осмотреть окрестные звезды. Однако, недавно HARPS поработал в поиске землеподобной планеты у ближайшей к нам звезды Проксима Центавра, в рамках проекта Pale Red Dot. Результаты еще не опубликованы, но ожидания весьма обнадеживающие.

В целом, эти два метода: транзитный и по допплеровскому сдвигу, составляют практически основу всех поисков:

Пробежимся еще по нескольким оригинальным методам, которые, с некоторыми оговорками, но работают.

Изменение орбитальной фазы отраженного света

Метод похож на транзитный, только регистрирует не падение яркости, а увеличение. Эффект возникает, когда планета у звезды находится в фазе четверти, и часть падающего света отражает в нашу сторону. Это как блеск вечерней/утренней Венеры плюсуется к яркости Солнца. Эффект зависит от размеров экзопланеты, близости ее к звезде, и яркости отраженного света. Метод грубый, зато не требует нахождения орбиты планеты на линии нашего взгляда.

Астрометрический метод

Похож на метод по допплеровскому сдвигу, требует длительных наблюдений, но не требует спектрометров. В ходе наблюдения положение звезды тщательно регистрируется относительно соседних объектов, и если наблюдаются волнообразные отклонения, то это указывает на достаточно массивного компаньона, вынуждающего звезду вращаться вокруг общего центра масс. Понятно, что звезда должна быть небольшой, а ее планета массивной, поэтому так чаще можно находить двойные звезды и коричневые карлики-компаньоны.

Уникальные астрометрические данные за десятилетия наблюдений накоплены в Пулковской обсерватории под Санкт-Петербургом. Сейчас обсерватория переживает нелегкие времена из-за растущего мегаполиса и засвеченного неба.

Метод гравитационного микролинзирования

Оригинальный метод, основанный на эффектах отклонения луча света гравитационным полем массивных объектов. Эффект гравитационной линзы возникает если точно на линии нашего взгляда оказывается два ярких и достаточно массивных тела. Например звезда нашей Галактики проходит между нами и другой далекой звездой или галактикой. Гравитация близкой звезды влияет на свет далекого объекта, отклоняя его, и формируя эффект «линзы». Если гравитационное поле звезды деформируется гравитацией экзопланет в ее системе, то и «линза» получится «бракованная» — с нарушениями.

Развитие этого метода — поиск эффектов линзирования, которые вызываются невидимыми планетами, вплоть до бродячих по Галактике без своих собственных звезд.

Подобные поиски начал недавно Kepler перенацелившись на центр галактики Млечный путь. При проведении этого маневра связь с телескопом была потеряна, но сейчас уже восстановили, и теперь ждем новых данных от телескопа о перспективности метода.

В ближайшем будущем земляне узнают гораздо больше о своем окружении. Запуск космической обсерватории James Webb и строительство европейского Экстремального телескопа, появление более чутких спектрографов на замену HARPS, и результаты астрометрической “переписи населения Галактики” обсерваторией Gaia, позволят гораздо лучше понять строение и происхождение ближайших и отдаленных звездных систем, и узнать есть ли шанс у нас найти “запасную Землю”, инопланетную жизнь или даже разумных обитателей экзопланет.

Космические глубины всегда интересовали человечество. Там можно найти ответы на вопросы, связанные с существованием самой Земли, узнать, есть ли другие цивилизации. Другая жизнь возможна на экзопланетах, которые исследователи впервые обнаружили в 80-х годах XX века.

Суть понятия «экзопланета», их виды

Что такое экзопланета? В переводе с др.-греч. «ἔξω», «exō» означает ‘вне’, ‘снаружи’. Экзопланета — планета, которая расположена вне Солнечной системы и находится возле других звезд, подобных Солнцу.

Первые экзопланеты обнаружили в конце 1980-х годов. Значительная удаленность от Солнца, малый размер и тусклость не позволяли отыскать их раньше с помощью визуальных методов. Поиск стал возможен благодаря совершенствованию научных методов непрямого обнаружения. Первый снимок гигантской газовой экзопланеты HIP 65426 b был сделан космическим телескопом «Джеймс Уэбб» в сентябре 2022 года.

Сколько экзопланет во Вселенной? На 31 августа 2022 года известно о существовании 5156 экзопланет, которые имеют повторную регистрацию с наземных телескопов. Самая близкая к Земле — Проксима Центавра b.

В 1995 году была создана база данных экзопланет — The Extrasolar Planets Encyclopaedia. В начале 2000-х в каталоге было только 10, а в 2014 году — больше 800 объектов.

Наименованием экзопланет заведует Международный астрономический союз. Кроме базы данных, открытые небесные тела заносят в Washington Multiplicity Catalog (WMC). Экзопланеты называют по имени звезды, вокруг которой движется планета, с добавлением прописной буквы, начиная с «b». Вторую открытую в этой системе планету именуют «с» и т. д. Например, открытая в звездной системе 55 Cancri первая планета получила название 55 Cancri b.

Если речь идет о бинарных звездах, связанных между собой гравитацией, вращающиеся возле таких звезд планеты называют следующим образом: к заглавной букве звезды добавляют строчную букву планеты. Например, в созвездии 16 Лебедя открытую в 1996 году экзопланету назвали 16 Лебедя Bd.

В 2015 году Международный астрономический союз провел эксперимент, объявив о всемирном голосовании за присвоение звездам и экзопланетам собственных имен. В результате собственные имена получили 14 звезд и 31 экзопланета. В результате звезду 55 Cancri назвали Коперником, а вокруг нее теперь вращаются Галилео, Липперши, Браге, Хэрриот, Янсен, пишет TechInsider. Звезду Лич окружает Полтергейст, Драугр (‘живой мертвец’ в скандинавской мифологии), Фобетор (бог кошмаров в Древней Греции). По мнению ученых, собственные имена звезд и планет непрактичны, поэтому будут ли в дальнейшем открытые планеты и звезды получать такие названия, неизвестно.

При характеристике экзопланет ученые сравнивают их с известными планетами Солнечной системы. Например, есть Суперземля (по массе больше Земли, но меньше Юпитера), Горячий Юпитер (масса приблизительно как у Юпитера, но к своей звезде такие планеты на два порядка ближе, чем Юпитер к Солнцу).

Какие планеты называют экзопланетами? Если сказать просто, это планеты вне Солнечной системы. Среди экзопланет выделяют два типа планет:

• газовые (состоят в основном из газов и имеют небольшую плотность);
• земного типа (состоят из твердых веществ).

Первыми открытыми экзопланетами оказались газовые гиганты. Обнаружить их было легче всего. Астрофизик из Аризонского университета Давид Сударский классифицировал газовых гигантов в зависимости от степени разогрева их атмосферы. Температура на экзопланетах колеблется от −120 °C, как у Юпитера и Сатурна, и до 1100 °C.

Судя по числу открытых экзопланет, в космосе большое количество планетных систем. Они отличаются от Солнечной системы. Ученые подозревают, что экзопланеты с другими характеристиками пока не доступны для поиска.

Как ищут экзопланеты и есть на них жизнь

Существуют несколько методов, позволяющих отыскать экзопланеты. Наблюдения из космоса более точные, так как точка с Земли может искажать видение.

Вот наиболее распространенные методы их поиска:

• Транзитный метод, который используют наземные обсерватории и космические телескопы. Планету можно увидеть, когда она проходит транзитом между точкой наблюдения с Земли и своей звездой.
• Метод Доплера позволяет обнаружить планеты-гиганты и превышающие массу Земли. В момент движения планеты вокруг звезды последняя раскачивается, и по смещению спектра можно определить массу планеты, период обращения.
• Метод прямого наблюдения дает прямые изображения экзопланет с помощью изоляции от света их звезды.

В 2009 году для исследования экзопланет НАСА запустило космический телескоп «Кеплер» с диаметром зеркала 0,95 м. На 2015 год благодаря космической обсерватории было подтверждена природа больше, чем 1 тыс. планет и 4700 кандидатов. В декабре 2021 года был запущен космический телескоп «Джеймс Уэбб» с зеркалом диаметром 6,5 м. Экзопланеты он сможет отслеживать напрямую, а также изучать состав их атмосферы.

Изучение экзопланет и их звезд на разных этапах развития поможет лучше понять устройство Солнечной системы, предположить ход ее развития и сроки жизни.

Есть ли жизнь на экзопланете? Достоверного ответа на данный момент нет. Ученые прогнозируют, что только в галактике Млечный Путь обитаемых планет около 300 миллионов. Не имеется в виду обязательно наличие цивилизаций, разумной жизни в нашем понимании. Даже присутствие микробов говорит о наличии жизни и пригодности атмосферы планеты к их существованию. Если найдут хоть одну планету со следами жизни, с вероятностью до 97% можно будет утверждать, что в нашей Галактике есть и другие такие планеты.

Существующий в настоящее время список потенциально жизнепригодных экзопланет включает 59 экзопланет и четыре планеты Солнечной системы (Землю, Венеру, Марс, Меркурий). Планеты отсортированы в соответствии с индексом подобия Земле, разработанный Лабораторией жизнепригодности планет при университете Пуэрто-Рико в Аресибо. Индекс сравнивает экзопланеты с Землей по шкале от 0 до 1, где 1 означает полную идентичность. Учитывают радиус планеты, ее плотность, вторую космическую скорость и температуру поверхности.

В поисках жизни на экзопланетах ученые проявляют больший интерес к тем космическим телам, которые находятся в так называемой «зоне обитания». Это расстояние между планетой и звездой, позволяющее оптимально нагреть поверхность планеты, чтобы растопить лед, получить воду, но не выжечь всю поверхность. Например, ближайшая к Земле экзопланета Проксима b (расстояние 4,22 световых года) с индексом подобия 0,87 слишком близка к своей звезде. Вода там могла испариться, а поверхность подвергнуться жесткому облучению и выжиганию солнечным ветром.

В ближайшие десятилетия ожидается технологический прорыв в области изучения космоса. В результате информация о планетах за пределами Солнечной системы значительно увеличится.

Звездное небо таит в себе еще много неизведанного и интересного. Теоретически на какой-то из экзопланет, так же как и на Земле, возможна жизнь. Человечество стоит на пороге этого открытия.

Оригинал статьи: https://www.nur.kz/family/school/1818487-ekzoplaneta-opisanie-vozmoznaa-zizn-poisk/

Наука

Вы можете подумать, что для того, чтобы найти планету, вращающуюся вокруг удаленной звезды, обязательно требуется иметь огромные телескопы, которые будут настолько мощными, что смогут засечь даже самые тусклые и мелкие детали. Почему же в таком случае не построить по-настоящему огромный телескоп, который мог бы сделать огромное количество открытий?

Обнаружить такие чужие миры довольно тяжело, так как они находятся очень близко к ярким звездам, свет которых не позволяет видеть их. Также, если экзопланета расположена достаточно далеко от своей родительской звезды, незначительный свет, который она отражает, будет слишком слабым, чтобы его можно было засечь даже с помощью самого огромного телескопа. Поэтому для того, чтобы действительно найти планету, требуется применить невероятно изобретательные косвенные техники. Только 7 процентов экзопланет были открыты с помощью прямых наблюдений.

Методы открытия новых планет: метод Доплера

Удаленные звезды действуют на планеты своими гравитационными силами, таким образом, удерживая их на орбите, но гравитация самих планет также заставляет их притягиваться к звезде. Если силы гравитации равны, два небесных тела вращаются вокруг одной и той же точки. Эта центральная точка будет находиться в определенном месте, в зависимости от массы обоих объектов.

Звезда будет отходить от своего центра масс совсем немного, подобно тому, как отклоняется от центра спортсмен-метатель, когда делает оборот перед бросанием молота. Изучая свет, излучаемый звездой, мы можем заметить легкие движения и определить изменения положения спектральных линий. Измерение этих изменений позволяет определить приблизительную массу планеты. Этот метод обнаружения экзопланет называется Метод радиальных скоростей или Метод Доплера.

Астрометрия выступает дополнением этого метода, когда гравитационные колебания слишком большие для телескопов, что не позволяет увидеть изменение положения звезды в то время, когда на ее орбите находится экзопланета. Однако изменение положения звезды обычно настолько малозначительно, что использование этого метода оказывается проблематичным.

В случае с «супер-Землей» HD40307g, эта экзопланета была открыта с помощью инструмента под названием HARPS (англ. Europe’s High Accuracy Radial velocity Planet Searcher), спектрографом, установленным в Европейской обсерватории Ла-Силла в Чили, который способен почувствовать самые слабые изменения звездного спектра, таким образом, позволяя доказать существование экзопланеты в обитаемой зоне.

Нейтронные звезды пульсары и их планеты

В некоторых особых случаях похожий метод используется для определения наличия планет рядом с пульсарами – быстро вращающимися экстремально плотными нейтронными звездами. Во время их вращения звезды выделяют интенсивные радиационные излучения в виде лучей, которые похожи на лучи света маяка. Если Земля оказывается в том положении, когда на нее падает этот луч света, то земные наблюдатели могут заметить пульсацию энергии. Именно благодаря такой пульсации эти звезды получили свое название – пульсары.

Присутствие планеты на орбите звезды пульсара вызывает колебания ее света из-за гравитационных сил планеты, что влияет на «расписание» пульсации. Измерив изменчивость пульса, можно определить орбитальные характеристики и массу планеты.

Методы открытия новых планет: Транзитный метод

В других случаях орбита экзопланеты выстраивается так хорошо, что ее можно наблюдать с выгодной позиции на Земле. Когда планета идет транзитом перед своей родительской звездой, она заслоняет ее свет, и земной наблюдатель, видя звезду, может также в этот момент засечь и планету. Измерив изменение светимости звезды во время транзита планеты, можно определить физические размеры этой планеты и даже ее физические свойства. Эта техника называется Транзитный метод.

Космический телескоп НАСА «Кеплер» был сконструирован для того, чтобы обнаруживать самые незначительные колебания в светимости звезд, когда экзопланеты идут впереди них транзитом. В настоящее время с помощью этого телескопа удалось засечь уже около 2300 экзопланет-кандидатов (хотя эти сигналы еще требуется проверить) на небольшом участке Млечного Пути.

В системах с множеством планет исследователи используют Метод вариации времени транзитов (TTV). Небольшие отклонения в орбитальных периодах показывают наличие поблизости еще одной планеты, которая может быть невидима наблюдателю.

Очень редко используется метод под названием Гравитационное микролинзирование, когда звезда проходит перед другой, более отдаленной звездой. Гравитационное поле более близкой к нам звезде заставляет свет более дальней звезды как бы огибать ее, наподобие увеличительной линзы. В данном случае можно определить всплески светимости ближней звезды. Если возле ближней звезды имеется экзопланета, ее гравитация повлияет на эффект линзирования.

Существуют и другие косвенные методы обнаружения экзопланет возле далеких звезд, но наверное самым верным является прямое наблюдение, которое пока остается сложным методом. С развитием технологий в будущем, скорее всего можно будет наблюдать за экзопланетами напрямую, а пока эти миры мы можем только рисовать в своем воображении.