Каждый год исследователи космоса находят при помощи телескопов большое количество экзопланет, большая их часть – безжизненные каменные массы, которые находятся у дальних и неизученных звезд. Однако, можно обнаружить и довольно интересные экземпляры, происхождение и особенности которых не могут порой объяснить астрофизики. Эти экзопланеты земного типа, то есть они очень похожи на нашу планету, однако по большей части не пригодны для жизни.
В 2016 году астрофизики Европейской южной обсерватории нашли и подтвердили наличие землеподобной планеты, которая обращается около Проксимы Центавра (самая близкая к нашей Солнечной системе звезда). Они обнаружили, что Поксима b двигается в обитаемой зоне Проксимы Центавра. С того момента провели много исследований и разобрали множество сценариев. Ее назвали условно обитаемой, из-за предположительно положительных вариантов жизненного цикла планеты.
Так, при помощи определенного климатического ПО, научный коллектив с руководителем Энтони Д. Дель Джинио из Института исследований космоса им. Годдарда НАСА в США допустили, что планета мигрировала с окраин системы, где была в тот момент, когда родительская звезда формировала вспышки высокой мощности на близкие окрестности. А возможно, у планеты было на поверхности много воды, которая была потеряна до 90% из-за мощной радиации родной звезды, однако определенное количество воды все же сохранилось для возможности существования жизни.
Во время исследования специалисты использовали модель динамического океана, это позволило расширить возможные сценарии, по которым планета может быть обитаемой. На данный момент ученые допускают, что и Проксима b, и другие экзопланеты, которые обращаются вокруг карликов спектрального класса М, могут быть обитаемыми, даже при условии высокой активности родительских звезд.
«Суперземлю» — похожую на планету «Вулкан», родину персонажа киновселенной «Звездных воинов» Мистера Спока, ученые обнаружили недавно. Она, как и по сценарию фильма, входит в тройную звездную систему. Одной планетой этой системы является 40 Эдриан, обнаруженный раньше всех. Там же есть солнцеподобная звезда и эта загадочная планета. Она подобна Земле, но масса ее в 8 раз больше. Совершает полный оборот вокруг звезды за 42 земных дня.
Температура на «суперземле» выше, чем на нашей планете, однако, она все равно пригодная для жизни. На «Вулкане» вполне может существовать и расцветать цивилизация. Звезда этой планеты очень схожа характером и уровнями магнитной и вспышечной активности на наше Солнце. Ученые планируют и дальше следить за «Вулканом», чтобы понять, есть ли на нем жизнь.
Кеплер-16b – планета, настоящий аналог планеты Татуин из популярной киноленты «Звездные воины». Подобное название было дано потому, что она одна из малого количества экзопланет, обнаруженных учеными, которая вращается вокруг двойной звездной системы. Ее размер в 105 раз превышает размер Земли, а радиус в 8,5 раз больше. Ее атмосфера содержит в себе водород, метан и малое количество гелия. Находится Кеплер-16b в 200 с.л. от Земли и полностью оборачивается вокруг двух ее звезд за 627 дней по меркам нашей планеты. Это планета имеет вид Татуина, но не в состоянии поддержать жизнь.
Экзопланеты земного типа с крайне низкой и наиболее высокой температурами
OGLE-2016-BLG-1195Lb, или по-другому Ледяная планета, особенна тем, что показатели температуры могут изменяться с -220 до -186 *С. Она находится на расстоянии в 13 тыс. световых лет от нашей Солнечной системы. Ее обнаружили при помощи микролинзирования, она передвигалась около своей звезды, и кратковременно у нее снизилась яркость. Считается, что она состоит из воды. При должном технологическом оснащении в будущем ученые смогут понять, может ли там быть жизнь.
Кеплер-10b – самая маленькая из найденных экзопланет, и предполагается, что на ее поверхности находятся океаны жидкой лавы. Находится в 560 с.л. от нашей планеты. Это первая каменная планета, найденная за Солнечной системой. Температура на поверхности достигает 1400 *С. То есть, порода поверхности плавится, заполняет большие участки и образует океаны лавы. У нее высокая структурная плотность, а потому предполагается, что в Кеплер-10b есть очень много железа, потому горячая лава ярко красная.
KELT-9b – эта планета считается наиболее горячей экзопланетой среди тех, которые были обнаружены. Ее температура такая высокая, что она выжигает собственную массу. Расположена на расстоянии 650 световых лет и всегда повернута определенной стороной к ее звезде. Ее размер в 3 раза превышает Юпитер, это газовый гигант, температуру зафиксировали в 4315 *С. Для сравнения, у Солнца температура поверхности составляет 5505 *C. Ученые предполагают, что вскоре она исчезнет, полностью выгорая.
Экзопланеты земного типа, пригодные для жизни и очень на нее похожие
GJ 1214b – это планета воды, ее размер в 3 раза превысил размер Земли. Расположена она в 42 световых годах от Солнечной системы. Для сравнения, вся вода на Земле занимает лишь 0,05% массы планеты, а у GJ 1214b масса воды составляет 10% от целой ее массы. По мнению ученых, на этой планете находятся океаны глубиной до 1600 км. В толще воды этой планеты могут скрываться миллионы существ.
TrES-2b – это наиболее темная планета из всех найденных экзопланет. Она может отражать меньше 1% света своей звезды, достигающего ее. Ее обнаружили совершенно случайно, ведь она черная, как уголь. Расположена в 750 с.л. от Солнечной системы. Атмосфера планеты содержит в себе испаренный натрий, калий, оксид титана. Это может быть причиной ее отражательной способности. Однако в реальности объяснить такое явление не возможно, и даже если цивилизация на ней есть, такая особенность не позволит ее обнаружить.
Экзопланеты земного типа с необычными явлениями, оставшиеся загадкой для ученых
55 Рака е – планета, определенная сторона которой всегда находится повернутой к своей звезде, а потому вода на поверхности планеты находится одновременно в жидком виде и в виде газа. 55 Рака е расположена в 25 раз ближе к родной звезде, чем Меркурий к Солнцу, а полный оборот совершается за 18 часов. Масса планеты превышает земную в 7,8 раз, а радиус в 2 раза.
На найденной планете CoRoT-7b идет каменный снег. Температура одной поверхности, обращенной всегда к звезде, в среднем составила 2200 *С, а вот противоположной – -210 *С. Лава на повернутой части нагревается, выпаривается, что приводит к образованию массивных каменных облаков, конденсирующихся на противоположной стороне, в результате чего на поверхность осыпаются валуны.
HD 189733b – планета находится в 63 с.л. от Земли. На этой экзопланете скорость ветра достигает 8700 км/ч, и частицы из горячего стекла, которые производятся атмосферой из диоксида кремния, не падают на поверхность, а летят горизонтально во все стороны, разрезая при этом все, что попадается на пути, а потом падают на поверхность планеты.
PSR J1719-1438 b – планета алмазов. Расположена в 4 тыс. с.л. от Солнечной системы. Она в 5 раз по диаметру больше Земли. Мощная гравитационная сила и определенное давление превратили планету в цельный огромный алмаз.
Удаленная примерно на 500 световых лет от Земли экзопланета Kepler-186f стала первой из уже десятков обнаруженных планет у далеких звезд, которые не только имеют приблизительно схожие размеры с нашей родной планетой, но и обращаются вокруг своих центральных светил в так называемой зоне жизни - то есть считающемся потенциально пригодным для жизни пространстве. Таким образом, их можно называть не только планетами земного типа, но и планетами, действительно похожими на Землю. Новое же исследование принесло подтверждение, что Kepler-186f и на самом деле еще более похож на Землю, чем это предполагалось до сих пор. Причем результат можно спокойно переносить и на другие потенциально похожие на Землю планеты.
Художественное представление экзопланеты Kepler-186f. Иллюстрация NASA Ames/JPL-Caltech/T. Pyle
Открыта была планета Kepler-186f весной 2014 года, после чего ее начали изучать исследователи под руководством профессора Гонгжи Ли из Технологического института Джорджии (Georgia Tech) на предмет поведения ее планетарной оси вращения. «Такое поведение определяет наклон оси планеты, которая в течение времени может изменяться», - объясняют ученые. - «Наклон оси планеты определяет тамошние времена года и климат, так как именно от нее зависит, сколько солнечного света, где и когда получает поверхность планеты».
Как пишется в опубликованной в свежем номере журнала The Astronomical Journal статье, наклон оси Kepler-186f очень стабильна, по причине чего ее спокойно можно сравнивать с нашей Землей. Таким образом, на Kepler-186f существуют регулярные равномерные времена года, и на ней господствует стабильный климат.
К похожим результатам пришли ученые Georgia Tech и на основании анализа так называемой суперземли Kepler-62f, каменной планеты, в несколько раз превышающей по размерам Землю, обращающейся вокруг звезды примерно в 1 200 световых годах от нас.
Что касается Kepler-186f, то эта планета на 10 процентов меньше нашей Земли. Правда, как ее масса, так и ее состав и плотность до сих пор ученым неизвестны. Для полного оборота вокруг своей звезды ей необходимо 130 дней. Обращается же она вокруг своей звезды в созвездии Лебедя вместе с еще четырьмя уже открытыми планетами.
До открытия Kepler-186f самой похожей на Землю экзопланетой считалась Kepler-62f . Правда, она на 40 процентов больше нашей планеты и, как предполагается, покрыта глобальным океаном. Обращается эта планета по орбите вокруг своего светила в созвездии Лиры, причем тоже с четырьмя уже обнаруженными планетами.
На вопрос, насколько важен наклон оси планеты для ее климата, ученые отвечают, приводя пример соседнего с нами Марса. «Сильная вариабельность наклона оси Марса, которая может колебаться между 0 и 60 градусами, могла стать причиной того, что некогда влажный Марс, каким он был миллиарды лет тому назад, все более и более терял свою атмосферу, вследствие чего испарялись его поверхностные воды, и планета превратилась в сегодняшний пустынный мир. И это при том, что Марс обращается вокруг Солнца все еще в пределах зоны жизни», - говорит Ли. Для сравнения: наклон земной оси колеблется лишь в диапазоне от 22,1 до 24,5 градусов, причем на протяжении примерно 10 тысяч лет.
Подоплека
Так называемая зона жизни - это пространство вокруг звезды, в пределах которого на поверхности вращающихся вокруг нее планет может существовать жидкая вода, создающая основы как минимум для жизни земного типа.
Угловая ориентация орбиты обращения планеты вокруг ее центрального светила может колебаться из-за гравитационного взаимодействия с другими планетами в той же системе, если планеты обращаются примерно с одинаковой скоростью вокруг своей звезды, а также равномерно вращаются вокруг собственной ости. Таким образом взаимодействуют друг с другом также Марс и Земля, а также, вероятно, Меркурий и Венера. Наиболее худший вариант при этом - сильные колебания ориентации планетарной оси. И в то время как земная Луна обеспечивает стабилизацию оси вращения Земли, у лун Красной планеты не хватает для этого ни необходимых размеров, ни массы.
«Как нам кажется, обе исследованные нами экзопланеты значительно отличаются от планетной пары Марс и Земля, так как у них происходит значительно более слабое взаимодействие с их соседними планетами», - объясняет Ли. - «Также нам до сих пор неизвестно, обладают ли эти планеты лунами. Но даже без стабилизирующих лун наши расчеты говорят о том, что наклон оси как у Kepler-186f, так и у Kepler62f стабильны на протяжении уже миллионов лет».
Существует ли на одной из них или на обеих планетах вода, тоже до сих пор неизвестно - не говоря уже о вероятном существовании жизни на них. Тем не менее, обе планеты считаются перспективными кандидатами на наличие внеземной жизни.
«Наше исследование - это первое исследование на предмет климатической стабильности экзопланет вообще, и оно призвано внести вклад в понимания потенциально пригодных для жизни далеких миров», - завершает свой рассказ Ли. - «Правда, я считаю, что пока что мы знаем крайне мало о происхождении жизни вообще, чтобы однозначно исключать возможность жизни и на планетах с нерегулярными временами года. Ведь даже на Земле жизнь удивительно разнолика и уже доказала невероятную стойкость против условий и обстоятельств, враждебных для ее существования. Хотя, конечно, начало жизни на климатически стабильной планете действительно было бы значительно проще».
Действительно ли мы одиноки во Вселенной? Над этим вопросом человечество ломает голову уже много веков. Ещё не так давно считалось, что Земля является единственной планетой во вселенной, где существует жизнь, но теперь учёные уже не так твёрдо в этом убеждены.
Новые технологии спектрометрического измерения лучевой скорости звёзд позволили учёным взглянуть далеко за пределы нашей Солнечной системы и полученные данные подтвердили их мысли о том, что Земля далеко не так уникальна, как считалось раньше. Согласно последним подсчётам NASA в пределах Млечного Пути насчитывается минимум 200 миллиардов звёзд и по меньшей мере от 10 до 20% из них могут быть обитаемыми мирами.
Когда впервые были найдены экзопланеты
Первые предположения о существовании землеподобных тел, которые вращаются вокруг других небесных светил были сделаны ещё средневековыми учёными Коперником и Джордано Бруно. Но до 1995 года официальная наука считала существование похожих на Землю экзопланет чистой воды спекуляцией. Теперь же учёные убедились, что почти возле каждой звезды есть одна или несколько планет, а это уже сотни миллионов потенциально обитаемых миров только в пределах одной лишь нашей галактики.
К сожалению, технологии обнаружения экзопланет сегодня находятся в зачаточном состоянии, но в NASA надеются совершить огромный прорыв уже в ближайшее десятилетие. Строительство мощных орбитальных телескопов должно увеличить знания во многих областях астрономии и в первую очередь в поиске обитаемых миров.
Что такое экзопланеты и какие есть типы экзопланет
Экзопланетой называется любая планета, которая находится вне солнечной системы. Они могут иметь самый разный размер и состав - от маленьких скалистых планет до огромных газовых гигантов. Всего в настоящее время открыто 3,583 экзопланеты в 2688 планетарных системах. Существует разные способы классификации экзопланет, но по стандарту NASA они разделяются на следующие типы
Экзо Земли. Это планеты земной группы, которые имеют сходные с нашей массу, состав, радиус, атмосферу и орбиту в обитаемой зоне своей звезд. В основном они состоят из тяжёлых элементов, таких как силикатные породы и металлы. В них присутствует металлическое ядро, силикатная мантия и кора. Также они обладают достаточным магнитным полем, для сохранения атмосферы и защиты поверхности от избытка радиации и звёздных ветров. Поэтому среди первых кандидатов на роль новой родины для землян рассматриваются именно такие экзопланеты, похожие на Землю по всем основным параметрам.
Суперземли . Это планеты с массой 1–10 Земной. Данный термин не делает упор на обитаемости и поверхностных условиях небесного тела. Им обозначаются все новые экзопланеты масса которых превышает Земную, но не дотягивает до газовых гигантов. Они могут быть как полностью непригодными для обитания, так и обладать всеми условиями для жизни.
Планеты-океаны и планеты-пустыни . Это экзопланеты, являющиеся либо на 100% покрытыми водой в жидком виде, либо, наоборот, представляющие собой абсолютно сухую пустыню без малейших следов воды в любом её виде.
Учёные полагают, что шансы зарождения жизни в пределах водных миров, которые находятся на стабильной орбите, достаточно высоки. Планеты-пустыни, в свою очередь, абсолютно мертвы и вряд ли могут послужить новым пристанищем для человека в будущем.
Газовые гиганты . Газовыми гигантами называют все планеты с массами, превышающими земную в 10 раз и составом, состоящим из небольшой каменистой сердцевины, окружённой водородом и гелием. Почти все открытые экзопланеты, обнаруженные с самого начала являются именно газовыми гигантами, поскольку обнаружить их гораздо легче, чем небольшие скалистые планеты земного типа.
Горячие Юпитеры . Это газовые гиганты, которые вращаются очень близко вокруг своей звезды. Это своего рода высокотемпературный вариант обычного газового гиганта.
На первых порах они стали полной неожиданностью для учёных, поскольку такие тела могут образовываться только в значительной удалённости от звезды где водородные соединения могут смерзаться в твёрдые куски льда. Позже было доказано, что Горячие Юпитеры являются обычными газовыми гигантами, которые мигрируют к центру своей солнечной системы, будучи захваченные гравитацией звезды.
Кочевые планеты . Планеты без звезды, свободно плавающие по всей галактике. По оценкам, учёных количество планет-изгоев в нашей галактике очень высоко и исчисляется сотнями миллиардов, но обнаружить их трудно. Шансы, что на такой планете может существовать жизнь очень малы. К тому же они могут представлять опасность для других более гостеприимных миров.
Существуют ещё и гипотетические типы планет, как например, хтонические и пульсарные планеты. Первые представляют собой бывшие газовые гиганты, обожжённые до полной потери газовой оболочки, а вторые - мёртвые небесные тела, которые обращаются вокруг пульсаров.
Первые изученные экзопланеты, пригодные для жизни
Kepler-62 f
По мнению многих учёных, эта планета является одной из самых похожих на Землю. Она в 1,4 раза больше Земли и относится к классу тёплых суперземель. Её солнце - одиночный оранжевый карлик в созвездии Лира Kepler-62 возрастом от 4 до 7 млрд лет. Считается, что с большой долей вероятности там есть жидкая вода и атмосфера с преобладанием углекислого газа, поэтому планета находится в целевом списке SETI. Единственный минус - расстояние. Kepler-62 f находится в 1200 световых лет от нас, поэтому подробно изучить её в обозримом будущем не представляется возможным.
Gliese 667 C c
Если и существуют экзопланеты, пригодные для жизни, то Gliese 667 C c обязательно попадёт в этот список. Её плюсы - это температурный режим, на 90% схожий с земным, наличие достаточно плотной атмосферы с высоким содержанием CO2 и относительная близость к Земле (22 световых года). В качестве основного минуса можно считать массу, превышающую земную минимум втрое. Поэтому будущим колонистам придётся существовать при повышенной гравитации. Планета вращается вокруг красного карлика Глизе 667. Его возраст оценивается в 4–7 млрд лет, а масса составляет всего 31% от массы Солнца.
Kepler-62 e
Перспективная суперземля, которая вращается вокруг звезды Kepler-62. Астрономы уверены, что её масса лишь в 1,6 раз превышает земную, а 90% её поверхности покрыты тёплым океаном. Настоящая планета-курорт, которая имеет все шансы стать уютным домом для различных водных организмов (по подсчётам NASA вероятность этого составляет до 70–80%).
Gliese 581 g
Ещё одна планета со спорным статусом, существование которой то подтверждается, то снова опровергается. Предположительно она расположена возле звезды Глизе 581 в созвездии Весов, в 20,4 световых годах от Земли. Учёные, которые не сомневаются в её существовании, уверяют, что по уровню пригодности для населения она является одной из самых привлекательных. Красный карлик должен давать достаточно тепла, чтобы на этой каменистой планете могли существовать свои реки, озёра и моря. Поэтому исследования вокруг Gliese 581 g ведутся до сих пор.
Kepler-22 b
Пожалуй, самая знаменитая и хорошо изученная экзопланета. По оценке учёных, даже в случае самых худших их опасений эта планета окажется пригодной для относительно комфортной жизни. Её радиус больше земного в 2,4 раза, поэтому сила гравитации в любом случае должна быть приемлемой. Ещё предполагается наличие атмосферы с высоким содержанием CO2 и наличие большого количества воды, которая покрывает всё за исключением полярных шапок.
Солнце планеты - Kepler-22 находится между созвездиями Лебедя и Лиры. Оно аналогично земному солнцу по спектральному классу, а его радиус и масса равны 0,979 и 0,970 от солнечных. В общем, почти как дома. Правда, лететь придётся далековато - 619 световых лет.
Новые экзопланеты
Самым новым открытием астрономов является одиночная звезда в созвездии Водолея TRAPPIST-1, вокруг которой вращается семь экзопланет. Эта планетарная система удалена от Земли на 40 световых лет и по единогласному мнению учёных из NASA, её открытие является грандиозной удачей. Ведь по предварительным оценкам все семь экзопланет похожи по размеру на Землю и по меньшей мере на поверхности трёх из них есть жидкая вода. Сама звезда является красным карликом возраст которого оценивается примерно в 500 млн лет. И хотя планеты расположены довольно близко к светилу, его активность является сравнительно невысокой, поэтому планеты вряд ли будут представлять собой аналоги нашей Венеры.
Почему открытие TRAPPIST-1 является столь важным? Учёные называют несколько основных преимуществ этой планетарной системы перед остальными. Первое - молодость и стабильность солнца. М-карлики живут долго, а значит, если человек туда когда-нибудь доберётся, он гарантированно застанет на месте все семь экзопланет. Второе - гостеприимность. В атмосфере трёх из семи планет есть кислород, углекислый газ и озон, что предполагает надёжную защиту от солнечной радиации. Третье - 40 световых лет является сравнительно небольшим расстоянием. Поэтому открытие экзопланет в системе TRAPPIST-1 действительно является крайне важным событием, значимость которого трудно переоценить.
Проксима Центавра b - ближайшая экзопланета земного типа
Проксима Центавра b является ближайшей к Земле экзопланетой (4,22 световых года), находящейся в так называемой зоне обитаемости. Этот фактор очень важен, поскольку остальные экзопланеты, похожие на Землю расположены в десятках и сотнях световых лет от нас. Не исключено, что первые попытки экспедиции в дальний космос будут направлены именно в эту сторону.
Но не так всё радужно, как кажется на первый взгляд. Исходя из имеющихся данных NASA, Проксима Центавра b - это холодная каменистая суперземля, которая получает колоссальное количество радиационного излучения от своего светила. Поэтому первым людям, которые там побывают, вряд ли можно надеяться на гостеприимный приём. Впрочем, человечество пока всё равно не располагает эффективными средствами для дальних космических путешествий. Это даёт надежду, что к моменту изобретения первых межзвёздных кораблей неподалёку от нас будут найдены новые и более перспективные экзопланеты.
Когда станет возможной колонизация ближайших экзопланет и какие существуют препятствия
Открытие экзопланет - на 100% пригодных для заселения является лишь половиной дела. Даже если неподалёку от Земли (1-10 световых лет) будут найдены экзопланеты подходящие по всем параметрам, от них нас всё равно отделяют такие гигантские расстояния, что космические экспедиции пока кажутся совершенно нереальными.
В настоящий момент уже существуют проекты космических парусников и термоядерных ракет, способных покинуть пределы Солнечной системы, однако, их испытания столкнулись с несколькими серьёзными трудностями. Основная - низкий КПД. Даже если корабли достигнут запланированной скорости, полёт к ближайшей звезде займёт минимум 10 лет в один конец. Вторая - неизбежное повреждение корпуса космической пылью при достижении высоких скоростей. Третья - разрушительные нагрузки на человеческое тело во время ускорения или торможения.
И это уже не говоря за такие опасности, как риск радиационного облучения экипажа во время полёта или возможные психологические проблемы связанные со столь длительным нахождением в закрытом пространстве.
На что можно рассчитывать в ближайшем будущем
Другие перспективные разработки, как, например, фотонный двигатель на магнитных монополях, ионный двигатель, Двигатель Бассарда или аннигиляционные двигатели в теории могут быть реализованы в ближайшие десятилетия и способны обеспечить достаточную производительность для сокращения длительности полёта к тем же Альфа Центавра или Звезде Барнарда до 2–5 лет. Но при этом вторая и третья проблема всё равно остаются открытыми.
Хорошей альтернативой могли бы стать мгновенные перемещения с помощью так называемых «кротовых нор» или варп-двигателей, но на текущий момент всё это относится больше к разряду научной фантастики. Возможность существования первых сегодня вообще находится под вопросом, а вторые хоть и имеют под собой теоретическое обоснование (благодаря труду физика Мигеля Алькубьерре), но как реализовать эти принципы на практике пока никто даже не представляет. Поэтому по оценке NASA в ближайшее столетие о пилотируемых экспедициях за пределы солнечной системы можно даже не мечтать, а основная программа колонизации будет направлена в сторону Марса и спутников Юпитера.
Есть ли шанс обнаружить жизнь на известных экзопланетах? На этот счёт учёные не осмеливаются делать никаких точных предположений. С помощью изучения таких экстремальных организмов, как гималайские пауки-скакуны, морские глубоководные кольчатые и дьявольские черви, различные глубоководные бактерии, коловратки Bdelloidea или тихоходки, биологи пытаются симулировать развитие жизненных форм на других планетах, но это пока похоже на движение вслепую. Единственное, что пока можно утверждать точно - никаких встреч с представителями высокоразвитых цивилизаций в ближайшее время можно не опасаться. Ведь несмотря на все усилия, за всю историю наблюдения не было обнаружено никаких искусственных сигналов, способных указать на инопланетный разум. А значит и вероятность пересечься с другими космическими путешественниками стремится к нулю.
Используя телескопы ESO и другие инструменты, астрономы получили несомненные доказательства существования планеты у ближайшей к Земле звезды – Проксимы Центавра. Это давно уже разыскивавшееся небесное тело, обозначаемое Proxima b, совершает оборот вокруг своей холодной красной звезды за 11 дней. Температура на его поверхности пригодна для существования воды. Планета относится к разряду каменных и немного превосходит Землю по массе. Это самая близкая к нам экзопланета и, возможно, ближайшее к Солнечной системе небесное тело, на котором может существовать жизнь. Красная карликовая звезда Проксима Центавра (Proxima Centauri) – ближайшая к Земле звезда, находящаяся на расстоянии чуть больше четырех световых лет от Солнечной системы. Это холодное светило в созвездии Центавра слишком тусклое, чтобы его можно было видеть невооруженным глазом. Оно расположено по соседству с гораздо более яркой двойной звездой альфа Центавра AB. В первом полугодии 2016 года Проксима регулярно наблюдалась на 3,6-метровом телескопе ESO обсерватории Ла Силья в Чили. Одновременно проводился ее мониторинг и на других телескопах по всему миру. Эту масштабную наблюдательную кампанию, получившую название «Бледно-красная точка» (Pale Red Dot), проводила группа астрономов под руководством Гиллема Англада-Эскуде (Guillem Anglada-Escudé) из Университета Королевы Марии в Лондоне (Queen Mary University). “Первые признаки существования планеты были замечены еще в 2013 году, но они были не вполне убедительными. С тех пор мы много и напряженно работали над решением этой задачи в кооперации с ESO и другими институтами. Последняя стадия кампании Pale Red Dot была спланирована примерно на два года”, – говорит Гиллем Англада-Эскуде. В результате объединения данных кампании Pale Red Dot с результатами более ранних наблюдений, выполненных в обсерваториях ESO и на других телескопах, было установлено, что Проксима Центавра периодически то движется по направлению к Земле, то удаляется от нее со скоростью около 5 км/ч (то есть, со скоростью пешехода). Период цикла изменений скорости составляет 11,2 дня. Тщательный анализ позволил сделать вывод о том, что вокруг Проксимы на расстоянии около 7 миллионов километров обращается планета с массой не менее 1,3 массы Земли. Красные карлики, каким является и Проксима, – активные звезды. Их блеск и спектральные характеристики могут меняться, и эту переменность можно принять за присутствие планеты. Чтобы исключить эту возможность, наблюдатели постоянно отслеживали переменность блеска звезды. За открытием новой планеты последуют дальнейшие наблюдения: Proxima b станет первоочередной мишенью для поисков жизни во Вселенной.
>– планеты за пределами Солнечной системы: обнаружение и характеристика, первые открытия, классификация, методы поиска, список, Кеплер и Джеймс Уэбб.
Экзопланетами называют миры, расположенные вне нашей Солнечной системы. За последние 20 лет были найдены тысячи чужих планет при помощи мощного космического телескопа Кеплер НАСА. Все они отличаются по размерам и орбитам. Некоторые – гиганты, вращающиеся очень близко, а другие – ледяные или же скалистые. Но космические агентства сосредоточены на конкретном виде. Они ищут экзопланеты размера Земли и с расположением в зоне обитаемости.
Зона обитаемости – идеальная дистанция между планетой и звездой, позволяющая поддерживать нужную температуру для образования жидкой воды. Первые наблюдения основывались только на балансе тепла, но сейчас учитываются и прочие факторы, вроде парникового эффекта. Конечно, это «размывает» границы зоны.
В августе 2016 года ученые заявили, что нашли подходящий кандидат в экзопланеты земного типа возле звезды Проксима Центавра. Новый мир назвали Проксима b. Он превосходит Землю по массивности в 1.3 раза (скалистый). Отдален от звезды на 7.5 миллионов км, а на орбиту тратит 11.2 дней. Это значит, что планета заблокирована – всегда повернута к звезде одной стороной (как в случае с земным спутником).
Ранние открытия экзопланет
Хотя официально наличие экзопланет не подтверждали до 1990-х годов, астрономы знали, что они там есть. И это не строилось на фантазиях и сильном желании. Достаточно было посмотреть на медлительность вращения нашей звезды и планет.
Ученые владели главным механизмом – история появления Солнечной системы. Они знали, что существовало газовое и пылевое облако, не выдержавшее давления собственной гравитации и рухнувшее в себя. В момент крушения появилось и . Сохранение углового момента обеспечило ускорение для будущей звезды. Солнце вмещает 99.8% массы всей системы, а у планет – 96% момента движения. Поэтому исследователи не уставали удивляться медлительности нашей звезды.
Они начали искать исключительно звезды, напоминающие нашу. Но ранние находки в 1992 году неожиданно привели к пульсару (мертвая звезда с быстрой скоростью вращения после взрыва сверхновой) – PSR 1257+12. В 1995 году обнаружился первый мир – 51 Пегаса b. По размеру напоминал , но располагался ближе к своей звезде. Это было удивительное и шокирующее открытие. Но прошло 7 лет, и мы нашли новую планету, намекающую на то, что Вселенная богата на миры.
В 1998 году команда из Канады заметила мир образца Юпитер возле Гамма Цефея. Но ее орбитальный путь был намного меньше, чем у Юпитера, и ученые не претендовали на исследование находки.
Методы регистрации экзопланет
Астрофизик Сергей Попов о транзитных планетах, явлении гравитационного линзирования и телескопе Gaia:
Бум на данные экзопланет
Первые открытые экзопланеты представляли собою газовых гигантов (как Юпитер). Тогда ученые использовали методику лучевых скоростей. Она вычисляла уровень «раскачивания» звезды. Этот эффект создавался, если рядом с ней были планеты. Крупные экземпляры имеют большую массивность, а потому их присутствие обнаружить проще.
Перед тем как вступить в активное исследование экзопланет, земные инструменты умели измерять движение звезд до км/с. Это слишком слабо, чтобы уловить колебание, вызванное планетой. Сейчас существует более тысячи найденных миров, обнаруженных космическим телескопом Кеплер. Оказался на орбите в 2009 году и охотился 4 года. Он вышел на новую методику – «транзит». То есть, измеряет уровень уменьшения яркости звезды в момент, когда перед ней появляется планета и затеняет. Ниже показана схема, где сопоставляются методы поиска и количество открытых экзопланет.
В 2014 году появилась еще одна техника – «тест на множественность», способный ускорять процесс подтверждения кандидатуры в экзопланету. Базируется на орбитальной устойчивости. Большинство звездных транзитов связаны с наличием на орбите малых планет. Но многократно затмевающие звезды могли имитировать этот эффект и выгонять друг друга гравитацией из системы.
 Горячие Юпитеры
Это газовые гиганты, напоминающие массу Юпитера, но совершающие обороты слишком близко к звезде-хозяину. Из-за этого происходит резкий скачок температуры (7000°C). Для ученых было настоящим сюрпризом обнаружить, что этот вид довольно распространен, так как ранее полагали, что такие планеты должны вращаться во внешней линии. |
 Пульсарная планета
Такие объекты совершают орбитальные проходы вокруг нейтронных звезд – остаточные ядра крупных звезд, то есть, все, что сохранилось после взрыва сверхновой. Нет сомнений, что ни одна планета не переживет такое событие, поэтому они формируются уже после. |
|
|
 Суперземля
Это скалистые планеты, превосходящие земную массу в 10 раз. Сама приставка «супер» намекает лишь на характеристики размера, а не какие-то планетарные особенности. Поэтому среди них встречаются и газовые карлики. Первыми найденными суперземлями были два объекта, совершающих обороты вокруг пульсара PSR B1257 + 12.
|
 Эксцентрические планеты
В нашей , планеты по большей части имеют довольно равномерные круговые орбиты. Однако, экзопланеты, найденные до сих пор, могут иметь гораздо более эксцентричные орбиты, двигаясь то близко, то в отдаление от звезды. Если идеальный круг имеет значение эксцентриситета равное ноль, то примерно половина экзопланет имеет эксцентриситет 0,25 или более. Эти эксцентричные орбиты могут привести к довольно экстремальным тепловым волнам. Например, HD 80606b, которая примерно в четыре раза больше Юпитера и находится на расстоянии примерно в 200 световых лет от Земли, имеет эксцентриситет примерно 0,93. Таким образом, орбитальное расстояние HD 80606b меняется в промежутках от орбитального расстояния Земли до орбитального расстояния Меркурия. |
 Газовые и ледяные гиганты
К газовым относят те, что напоминают Юпитер и Сатурн. Из элементов присутствуют водород и гелий, окружающие скалистое или металлическое ядро. У ледяных, вроде Нептуна и Урана, намного меньше этих элементов, зато заметны более тяжелые. К этим типам относятся примерно 2/3 найденных экзопланет. |
 Планета-океан
Эти объекты полностью укрыты водным слоем. Скорее всего, с самого начала это были ледяные миры, появившиеся на большой удаленности от звезды. Но что-то заставило их приблизиться. Температура поднялась и лед трансформировался воду. |
 Хтоническая планета
Изначально были газовыми гигантами, которым не повезло подойти слишком близко к звезде. Из-за этого атмосферы выгорела, оставив лишь металлическое или скалистое ядро. На поверхности может течь лава. Суперземли и хтонические планеты похожи, поэтому их иногда путают. |
|
Их еще называют «сиротами», так как не располагают главной звездой. Находятся в изоляции, потому что по какой-то причине их выбросило из системы. Ученым удалось найти всего несколько примеров, но полагают, что этот тип распространен. |
Планета-сирота
Земные приборы активно работают над поиском. У нас есть MOST и TESS НАСА, CHEOPS (Швейцария) и спектрограф HARPS. Не стоит забывать о телескопе Спитцер. Он идеален тем, что настроен на инфракрасный диапазон и способен вычислять экзопланеты по температуре и даже характеризовать атмосферные показатели. Ниже представлен список экзопланет, пригодных для жизни.
Известные экзопланеты
Мы располагаем двумя тысячами планет за пределами Солнечной системы, поэтому сложно выбрать несколько примеров. Конечно, выделяются небольшие и расположенные в зоне обитания. Но стоит вспомнить еще 5 объектов, способствующих нашему пониманию эволюционного планетарного пути.
- 51 Пегаса b – первая найденная планета, обладающая половиной массы Юпитера. Ее орбитальный путь приравнивается к маршруту Меркурия. Удаленность от звезды мала, поэтому находится в заблокированном состоянии (одна сторона всегда повернута к звезде).
- 55 Рака e – суперземля возле звезды, чья яркость позволяет наблюдать ее невооруженным глазом. Это очень хорошо, так как дает ученым возможность исследовать детали чужой системы. На один орбитальный проход уходит 17 часов и 41 минута. Объект может обладать алмазным ядром и большим количеством углерода.
- WASP-33b – интересная планета с заметной защитной оболочкой. Речь идет о стратосфере, впитывающей видимое и ультрафиолетовое свечение звезды. Ее нашли в 2011 году. Орбитальное движение противоположно звездному, что создает ощутимые вибрации.
- HD 209458 b – первая, которую удалось найти при помощи звездного транзита в 1999 году. Она также стала первой, у которой выявили атмосферную характеристику вместе с температурными показателями и отсутствием облачных формирований.
- HD 80606 b – считалась самой необычной планетой из-за странностей в орбите (будто проход кометы Галлея вокруг нашей звезды). Скорее всего, на это влияет еще одна звезда. Нашли в 2001 году. Изучите список экзопланет земного типа с указанием звезды-хозяина и расстояния от Солнца.
Список ближайших экзопланет земного типа
| Имя | Изображение | Жизнепригодность | Звезда | Расстояние от Солнца |
| Альфа Центавра B b | 1 | Предполагаемая температура поверхности: 1200 °C | Альфа Центавра B | 4,37 |
| Gliese 876 d | 2 | Предполагаемая температура поверхности: 157-377°C | Gliese 876 | 15 |
| Gliese 581 e | 3 | Из-за слишком высокой температуры скорее всего не имеет атмосферы | Gliese 581 | 20 |
| Gliese 581 c | 4 | Сомнительна. Скорей всего находится вне обитаемой зоны | Gliese 581 | 20 |
| Gliese 581 d | 5 | Возможная психропланета. Находится внутри обитаемой зоны | Gliese 581 | 20 |
| Глизе 667 Cc | 6 | Возможная мезопланета | Gliese 667C | 22 |
| 61 Девы b | 7 | 61 Девы | 28 | |
| HD 85512 b | 8 | Возможная Термопланета. Считалась наиболее жизнепригодной экзопланетой до открытия Глизе 667 Cc. | HD 85512 | 36 |
| 55 Cancri e | 9 | Слишком высокая температура из-за близости к звезде | 55 Cancri | 40 |
| HD 40307 b | 10 | Слишком высокая температура из-за близости к звезде | HD 40307 | 42 |
| HD 40307 c | 11 | Слишком высокая температура из-за близости к звезде | HD 40307 | 42 |
| HD 40307 d | 12 | Слишком высокая температура из-за близости к звезде | HD 40307 | 42 |
Посмотрите увлекательные видео про экзопланеты, чтобы исследовать их строение, внутренний состав, классификацию, особенности атмосферы и расположение в зоне обитаемости.
Внутреннее строение экзопланет
Астрофизик Сергей Попов о веществах планетарных недр, типах экзопланет и зависимости плотности от размера:
Атмосферы экзопланет
Астрофизик Сергей Попов о способах изучения атмосферы, структуре внешних слоев газовой оболочки планет и горячих юпитерах:
Зона обитаемости
Астрофизик Сергей Попов о параметрах зоны обитаемости, парниковом эффекте и перспективах поиска жизни на экзопланетах:
Как искать экзопланеты?
Как удается найти мир, по размеру напоминающий нашу планету, если он скрывается за десятками световых лет? И насколько сложно отыскать экзопланету земного типа с потенциалом для жизни? Вся грандиозность поставленной проблемы становится понятнее, если вспомнить, что крупные звезды кажутся всего лишь небольшими яркими точками. Некоторые даже в мощные телескопы не удается разглядеть.
Планеты достигают лишь небольшой части от звездной массы. Из-за этого ядерный синтез не активируется. В таком случае миры очень крошечные и темные, что еще больше усложняет работу исследователей. Приплюсуйте к этому и тот момент, что планеты обнаруживаются рядом с яркими звездами, часто закрывающие их своим свечением.
Но для ученых нет ничего невозможного и они всегда находят обходные пути. Если планету нельзя увидеть в прямое наблюдение, то остаются приметные звезды, которые влияют на орбитальный путь планеты. В начале 20-го века астрономы выявили конкретные критерии поиска, но только в последнее время телескопы достигли нужной чувствительности, чтобы применить их на практике и не ошибаться. Какие же есть методы? Перечислим их:
С развитием техники ученым удается открывать все больше экзопланет, чье количество начинает исчисляться уже тысячами. Именно поэтому важно уметь группировать объекты, чтобы разбираться в характеристиках. Но у нас до сих пор мало информации о далеких планетах, поэтому само определение остается неточным.
Астрофизик Сергей Попов об открытии экзопланет, астрономическом спутнике «Кеплер» и спектральных измерениях
Спутники экзопланет
Астрофизик Сергей Попов об образовании Луны, методах регистрации спутников и потенциальной обитаемости экзолун:
Что собою представляет планета?
Давайте разберемся в том, что такое планета. В 2006 году вышел документ Международного астрономического союза (МАС), в котором говорилось, что объект для планетарного статуса должен соответствовать нескольким критериям:
- совершает обороты вокруг Солнца;
- обладает необходимой массой, чтобы закрепить круглую форму;
- устранил мусор и чужеродные объекты с орбиты;
Эти условия появились только после того, как Майк Браун обратил внимание на несколько миров на окраине Солнечной системы. По размеру они напоминали . Пришлось пересмотреть определение и Плутон автоматически перенесли в категорию карликовых планет.
Важно отметить, что это решение не восприняли с энтузиазмом и одобрением. За Плутон заступались не только ученые, но и простые люди. Особенно сильно протестовал Алан Стерн. Он был главным исследователем миссии «Новые горизонты», посетившей Плутон в 2015 году. Он много раз заявлял, что «устранить чужеродные объекты» – слишком расплывчатое требование. Ведь на Земной орбите есть астероиды. Да и фото продемонстрировали сложный и интересный мир, на котором видны горы, замороженные озера и прочие планетарные атрибуты.
Но в МАС отказались что-то менять и сказали, что карликовые планеты представляют такой же научный интерес. Они также упомянули такие крупные тела, как и , на которых заметно много интересных особенностей.
В 2017 году Стерн и несколько других ученых предложили более усовершенствованное определение: «Планета – субзвездный массивный объект, лишенный ядерного синтеза и обладающий достаточной собственной гравитацией, чтобы сформировать сфероид».
Первую экзопланету заметили в 1992 году недалеко от PSR B1257+12 (пульсар). А вот планету у звезды главной последовательности (51 Пегаса b) обнаружили в 1995 году. С того момента телескопу Кеплер удалось отыскать тысячи «земных» планет и проживающих в зоне обитаемости (есть необходимые условия для того, чтобы вода сохранялась в виде жидкости).
Но он также выявил широкое разнообразие планет. Например, были распространены горячие юпитеры. Некоторые были невероятно древние. Достаточно вспомнить PSR 1620-26 b, которая уступает по возрасту Вселенной всего на миллиард лет. Есть те, кому не повезло проживать чересчур близко к звезде, и их атмосфера напоминает ад на Венере. Были найдены экземпляры, которым удается совершать обороты вокруг двух или даже трех звезд сразу.
Конечно, становится понятно, что при таком планетарном разнообразии очень сложно следовать единой системе классификации. Прежде всего исследователи учитывают предрасположенность к наличию жизни. Такие числятся в списке обитаемых экзопланет.
Вот только для этого нужно знать два параметра: массу и орбиту. К сожалению, современная техника все еще не обладает необходимой мощностью, чтобы изучать чужие атмосферы, если только объект не расположен близко и недостаточно крупный. Но все может измениться с появлением в 2018 году телескопа Джеймс Уэбб.
Многообразие планет
Астрофизик Сергей Попов о газовых и ледяных гигантах, системах двойных звезд и одиночных планетах:
Классификация экзопланет
Какие существуют типы экзопланет и что собою представляет классификация? Наверное, самая популярная та, которой пользовались в «Звездном Пути»: населенная планета – класс М. Следуя этой схеме, имеем:
- D – планетоид или спутник, лишенный атмосферы.
- H – непригодная для жизни.
- J – газовый гигант.
- К – есть жизнь или используются купольные камеры.
- L – есть растительность, но нет животных.
- M – наземная.
- N – серная.
- R – изгой.
- T – газовый гигант.
- Y – токсичная атмосфера и высокий температурный показатель.
Если взять научные схемы, то для распределения используют массу или разнообразие элементов. Массу получают на основе наблюдений в телескоп. Ее вычисляют по лучевой скорости, улавливаемой спектрографами. В таком случае, классификация выглядит так:
Малые планеты, спутники и кометы:
- астероид: меньше 0.00001 земной массы.
- меркурианский тип: от 0.00001 до 0.1 земной массы.
Земная группа (скалистые):
- субтерран: 0.1-0.5 земной массы.
- терран (земли): 0.5-2 земных масс.
- супертерран: 2-10 земных масс.
Газовые гиганты:
- Нептун: 10-50 земных масс.
- Юпитер: 50-5000 земных масс.
Эволюция экзопланет
Астрофизик Сергей Попов об изменениях орбит планет, сверхземле в Солнечной системе и превращении звезды в красного гиганта:
Современные методы изучения экзопланет
Астрофизик Сергей Попов об открытии экзопланет, астрономическом спутнике «Кеплер» и спектральных измерениях:
