экзопланеты

Экзопланеты и все о них: новости, типы экзопланет, методы обнаружения и др.

Экзопланеты или внесолнечные планеты - планеты, обращающиеся вокруг звезд за пределами Солнечной системы.

На конец июня 2015 года астрономы подтвердили существование 1931 экзопланеты, каждая из которых обращается вокруг звезд за пределами Солнечной системы. Еще 4500 экзопланеты имеют статус надежных кандидатов и более 10 тысяч - статус возможных кандидатов. Однако это только начало поисков. По самым скромным оценкам количество планет только в нашей галактике не должно быть менее 100 млрд. 10 млрд из них должны быть похожими на нашу Землю, из них в свою очередь около 500 миллионов находятся в обитаемой зоне своих звезд и теоретически способны поддерживать жизнь.

Только вдумайтесь в эти цифры: 500 млн потенциально обитаемых миров в одном только Млечном Пути! А сколько их в бесконечной Вселенной среди бесконечного множества галактик? Какое невообразимо большое разнообразие конфигураций звездных систем и типов экзопланет, а вполне возможно, и форм жизни ждут чтобы их открыли.

Как ищут экзопланеты?

Однако открыть новую внесолнечную планету не так то и просто. В сравнении со звездами они чрезвычайно малы и в лучшем случае способны лишь отражать незначительную часть света звезды, в худшем - темны как уголь. Поэтому все перспективные методы обнаружения экзопланет являются косвенными или непрямыми. Наиболее эффективный из них - транзитный, суть которого состоит в фиксировании изменения светимости звезды при проходе транзитом по ее диску экзопланеты. Этим метод пользуются орбитальный телескоп НАСА Кеплер и наземная роботизированная обсерватория SuperWASP, которые на данный момент являются безоговорочными лидерами по числу открытых внесолнечных планет.

транзит экзопланеты

1. Транзит экзопланеты по диску звезды. 2. Падение кривой блеска звезды, свидетельствующее о наличии планеты.

Методы поиска внесолнечных планет:

Транзитный метод

Метод Доплера (метод радиальных скоростей). Суть: регистрация минимальных красных (доплеровских) смещений спектра звезды, которые возникают в результате того, что по мере обращения планета как бы раскачивает звезду. Метод также позволяет определить многие орбитальные характеристики экзопланеты, а в сочетании с транзитным способом - ее плотность и массу.

Сочетание двух первых методов дает наилучшие результаты.

Гравитационное микролинзирование. Суть: между наблюдателем и объектом наблюдения должна находится массивная звезда, которая своим гравитационным полем фокусирует свет наблюдаемого объекта, т.е. выступать в роли гравитационной линзы. Если у звезды-линзы имеются планеты, то кривая ее блеска будет ассиметричной.

Астрометрия. Суть: фиксация изменений собственного движения звезды под гравитационным воздействием планеты. В будущем с запуском новых инструментов на этот способ возлагаются большие надежды.

Радионаблюдение пульсаров. Если вокруг пульсара есть планеты, то излучаемый сигнал имеет колебательный характер.

Непосредственное (прямое) наблюдение. Пока напрямую возможно обнаружить исключительно большие, горячие и удаленные от своих солнц планеты. Ожидается, что передовой телескоп им. Джеймса Вебба изменит ситуацию в лучшую сторону.

Что касается статистики, то экзопланеты были найдены приблизительно у 10% звезд включенных в программы поиска.

Типы экзопланет

Если совсем утрировать, то можно сказать, что нет двух одинаковых звездных систем. Практически все обнаруженные конфигурации довольно сильно отличаются друг от друга и от Солнечной системы в частности. Соответственно и экзопланеты не всегда бывают похожими на знакомые нам 8 планет.

Классификация по элементному составу:

Железные
Силикатные
Углеродные
Водные или планеты-океаны
Монооксид углеродные
Водородные

Классификация по температуре поверхности / удалению от звезды:

  • Холодные - средняя температура поверхности ниже -50 °C.
  • Теплые. Как потенциально пригодный для жизни класс в свою очередь делятся на 3 подгруппы:
    • психропланеты — температура от −50 до 0 °C;
    • мезопланеты — температура от 0 до 50 °C;
    • термопланеты — температура от 50 до 100 °C;
  • Горячие - температура выше +100 °C

Классификация по размерам:

  • Миниземли - железные, силикатные, реже углеродные планеты, размером с Землю и меньше.
  • Суперземли - как правило, силикатные планеты, с массой от 2 до 10 масс Земли. На данный момент относятся к одним из наиболее распространенных.
  • Планеты-гиганты - крупные газовые и ледяные планеты, размером с Уран и больше.

Стоит также отметить, что существует зависимость размеров планеты от ее элементного состава: чем легче основные элементы, тем больше диаметр.

размеры различных типов экзопланет

Кроме того, так сказать без классификации, выделяют такие типы экзопланет:

Горячий юпитер/нептун - крупная газовая планета размером с Юпитер/Нептун и больше, орбита которой расположена очень близко к звезде (менее 150 млн км).

Холодный юпитер/нептун - экзопланеты, похожие по своим физическим и орбитальным характеристикам на газовых гигантов Солнечной системы.

Рыхлая планета (сверхгорячий сатурн) - такие тела имеют очень низкую плотность (менее 0,5 грамм/см³) и очень близко расположены к светилу, вследствии чего их собственная гравитация не в силах противостоять тепловому расширению и размеры планеты увеличиваются. Самая известная рыхлая планета WASP-17b имеет плотность 0,1 грамм/см³, что ниже плотности пенопласта.

Хтоническая планета - горячий твердый остаток (ядро), возникший в результате улетучивания внешних слоев горячего юпитера/рыхлой планеты. Яркий пример - COROT-7 b - остаток газового гиганта, ныне представляющий собой постоянно бушующий лавовый океан с температурой около +2600°C.

Хтоническая планета COROT-7 b Хтоническая планета COROT-7 b в представлении художника.

На данный момент самыми распространенными типами внесолнечных планет являются горячие нептуны, суперземли и горячие юпитеры. Однако причину подобного порядка можно списать на не совершенство методов обнаружения, поскольку землеподобные тела на современном оборудовании открыть пока достаточно сложно.

Жизнепригодные и потенциально обитаемые экзопланеты

Миллиарды долларов на поиски далеких миров выделяются не ради удовлетворения любопытства или каких-то эфимерных целей. Человечество хочет узнать одни ли мы во Вселенной. И хотя точный ответ на этот вопрос может открыться только будущим поколениям, определенные подвижки в этом направлении уже есть.

Еще каких-то 20 лет назад Земля была единственным известным нам миром во Вселенной, способным поддерживать жизнь. Сегодня науке известно немногим менее 2000 экзопланет самых разных типов. Да, Земля по-прежнему является уникальной и неповторимой планетой, но уже далеко не единственной, которая в состоянии предложить оптимальные для жизни условия.

Название Индекс подобия Земле (англ. ESI) Общий уровень жизнепригодности (англ. SPH) Масса (земных масс) Расстояние от Солнца (св.лет)
Земля 1,00 0,88 1,00 0
Kepler-438b 0,90 0,88 1,2-1,4 470
Kepler-296e 0,85 0,88 ~ 3-4 1089.6
KOI-3010.01 0,84 0,93 ~ 2 1213.4
Gliese 667 Cc 0,84 0,64 3.8 23.6
Kepler-442b 0,83 0,98 ~ 2 1291.6
Kepler-62e 0,83 0,96 ~ 3 1200
Kepler-452b 0,83 0,96 4.7 1402
Gliese 832 c 0,81 0,96 5,4 16,1

По состоянию на конец 2015 года только 8 экзопланет имеют Индекс подобия Земле (англ. Earth Similarity Index — ESI) выше 0,8, что соответствует силикатным планетам земной группы, которые в состоянии удерживать плотную атмосферу с умеренными температурами и поддерживать биологическую жизнь.

Отдельно стоит отметить, что при помощи ESI оценивают только землеподобные планеты, не беря во внимание остальные типы, которых как не сложно догадаться большинство. Вообще следует понимать, подобная Земле и жизнепригодная экзопланета - это далеко не одно и тоже. Вполне вероятен сценарий, что многие землеподобные экзопланеты окажутся стерильными, а какой-нибудь газовый гигант с водяной атмосферой, расположенный в центре обитаемой зоны своего солнца, стал домом для невиданных форм жизни.

HD 69830 d HD 69830 d больше похоже на Нептун, чем на Землю. Но в тоже время на этом гиганте сформировались вполне оптимальные для жизни условия.

Ярким примером последних может оказаться HD 69830 d. Это относительно крупная ледяная планета с каменным ядром, масса которой равна почти 19 земным. Она находится в обитаемой зоне своей звезды, средняя температура ее поверхности равна 11 С, в атмосфере содержится большое количество пара, и возможно жидкая вода присутствует в верхних слоях. Чем не кандидат на звание потенциально обитаемого мира.

Ближайшие экзопланеты

Название Расстояние от Солнца (св.лет) Масса Класс экзопланеты Краткое описание
Альфа Центавра B b 4,37 1,11 земных масс горячая миниземля Землеподобная каменистая планета. Слишком близко расположена к звезде. Температура поверхности 1200°C.
Эпсилон Эридана b, Эпсилон Эридана c 10,5 1,55 ± 0,24 массы Юпитера / 0,1 массы Юпитера холодный юпитер / вероятно, холодная суперземля Далекие, холодные и не пригодные для жизни экзопланеты. Вероятность существования других планет в этой системы оценивается высоко.
Groombridge 34 А b 11,6 5,35 земных масс горячая суперземля -
Эпсилон Индейца А b 11,73 > 1 массы Юпитера холодный юпитер Статус экзопланеты на данный момент не подтвержден. Вероятность существования других планет в этой системы оценивается высоко.
Тау Кита b, c, d, e и f 11,73 2 / 3,1 / 3,6 / 4,3 / 6,6 земных масс первые три - горячие суперземли, последние - теплые суперземли Пять экзопланет системы Тау Кита вращаются вокруг солнцеподобной звезды. Две последние находятся в обитаемой зоне, теоретически являются жизнепригодными.
Каптейн b и Каптейн c 12,76 4,8 / 7 земных масс теплая суперземля или газовый карлик / неизвестно Каптейн b - старейшая из потенциально жизнепригодных экзопланет, ее возраст 11,5 млрд лет. Она расположена в обитаемой зоне; полный оборот делает за 48 суток.
...
Глизе 832 c 16,16 5,4 земных масс теплая суперземля Температура на поверхности колеблется от -20 до +50 °C. Имеет индекс подобия Земле 0,81.
...
Глизе 667 C c 22,7 3,8 земных масс теплая суперземля Глизе 667 C c - наиболее вероятное пристанище внеземной жизни в относительной близости от Солнца. Средняя температура на поверхности +27 °C. Имеет индекс подобия Земле 0,84.

Отдельно отметим, что наблюдения за ближайшей к нам звездной системой Альфа Центавра ABC, расчеты и компьютерное моделирование указывают на возможность существования землеподобной экзопланеты в зоне обитаемости компоненты В, но проверить эти данные инструментально пока не получается.

Рекордные экзопланеты

Самая тяжелая экзопланета земного типа: Kepler-10c. Эта планета в 17 раз тяжелее Земли, что в 99% случаев свойственно для газовых и/или ледяных гигантов, но Kepler-10c - каменная.

Самая старая экзопланета земного типа: Каптейн b. Возраст системы Каптейна, состоящей из красного субкарлика и двух планет, составляет 11,5 млрд лет.

Самая старая экзопланета: HIP 1195 b и c. Возраст 12,8 млрд лет.

Самая большая экзопланета: HAT-P-32 b. Ее диаметр в 2,037 раза больше, чем у Юпитера. Прежний рекордсмен, рыхлый газовый гигант WASP-17b больше Юпитера в 1,99 раза, но он довольно быстро продолжает увеличиваться за счет теплового расширения.

Самая маленькая экзопланета: KOI-961 d. Ее радиус 0,57 земных, иначе говоря она меньше практически вдвое.

Наивысшая плотность: PSR J1719−1438 b. Около 23 грамм/см³. Для сравнения удельный вес железного Меркурия равен всего 5,427 г/см³. Состоит из кристаллического углерода, вероятно из алмаза.

Наименьшая плотность: WASP-17b. Около 0,08-0,15 грамм/см³. Кубический метр вещества этой планеты весит меньше кубометра пенопласта.

Самая темная (наименьшее альбедо): TrES-2 b. Этот газовый гигант отражает по разным оценкам от 0,04 до 1% падающего на него света. Даже абсолютно черное, матовое тело отражает в разы больше света.

Самая большая система колец: J1407b. Собственно, это пока единственная открытая экзопланета с кольцами, но зато с какими. Система состоит из 30 отдельных колец, которые от края до края простираются на 120 млн км. Для сравнения у Сатурна 7 колец, а их диаметр 250 тыс км.

Наибольшее количество звезд в системе: KIC 4862625. Эта планета была обнаружена в системе 30 Ari, состоящей из 4-х звезд. Должно быть, там не бывает ночи.

Наибольшее количество планет в системе: система HD 10180. На данный момент обнаружено 9 планет.

Самый долгий год: Фомальгаут b. 876 земных лет.

Самый короткий год: 55 Рака e. 17,5 часов.

Самая удаленная от нас: OGLE-2005-BLG-390L b. Находится в 21 500 световых годах. Кроме того, получены свидетельства наличия экзопланеты в галактике Андромеды на расстоянии 2,52 млн световых лет и у в системе двойного квазара Q0957+561 на удалении 3,7 млрд световых лет.

Наиболее близкие друг к другу планеты: Kepler-36 b и Kepler-36 c. Каждые 97 суток эта парочка сближается до расстояния 1,9 млн км, что всего в 5 раз больше расстояния от Земли до Луны.

Страницы