Экзопланета – планета, находящаяся вне солнечной системы
Первым разглядеть в телескоп планеты возле других звезд пытался голландский математик и астроном Христиан Гюйгенс еще в XVII веке.
В 1855 и 1890‑х годах астрономы Джейкоб В. С. и Томас Дж. Дж. писали о существовании планеты у звезды 70 Змееносца, но до сих обнаружить ее с помощью современных технологий не удалось.
В 1916 году американский астроном Эдуард Барнард обнаружил красную звёздочку, которая «быстро» смещалась по небу относительно других звёзд. Астрономы назвали её летящей звездой Барнарда. Как оказалось, это была одна из ближайших к нам звёзд, с массой в семь раз меньше солнечной. Исходя из этого, влияние, которое оказывали на нее потенциальные планеты должно было быть заметным. В начале 1960-х годов Питер Ван де Камп объявил, что открыл у неё спутник массой с Юпитер. Однако Дж. Гейтвуд в 1973 году определил, что звезда Барнарда движется без колебаний и, следовательно, массивных планет не имеет. В 2018 году было объявлено об обнаружении у звезды Барнарда суперземли массой не менее 3,2 масс Земли.
На вопрос о том, какая экзопланета была открыта первой, нет однозначного ответа.
Возможные версии:
· В 1988 году опубликовано заявление группы астрономов о том, что они, возможно, открыли экзопланету оранжевого субгиганта Гамма Цефея A, но точности наблюдения не хватало (ее существование подтверждено только в 2002 году)
· В 1989 году сверхмассивная планета (или коричневый карлик) была найдена Д. Латамом около звезды HD 114762 A (подтверждено только в 1999 году). Коричневый карлик – не совсем планета. В ней происходит термоядерная реакция, как в звезде, но это не реакция превращения водорода в гелий, которая позволяет нормальным звездам излучать много энергии, а более слабая и быстро затухающая реакция.
· 1992 – первая планета, открытая по периодическим пульсациям. Можно ли называть ее планетой в привычном смысле – вопрос спорный. Звезда, вокруг которой она вращается, не похожа на Солнце, и сама планета, скорее всего, образовалась после вспышки сверхновой из того вещества, которое было выброшено звездой.
· 1995 - Первая планета, открытая методом радиальных скоростей. Астрономы Мишель Майор и Дидье Келос из Женевского университета, проводя наблюдения на обсерватории Верхнего Прованса во Франции, с помощью сверхточного спектрометра обнаружили, что звезда 51 в созвездии Пегаса «покачивается» с периодом чуть более четырех земных суток. (Планета, обращаясь вокруг звезды, раскачивает ее своим гравитационным воздействием, в результате чего можно наблюдать смещение спектра звезды.) Вскоре это открытие подтвердили и американские астрономы Джеффри Марси и Пол Батлер. Планета получила название – «51 Пегас b».
На вторую половину декабря 2018 года достоверно подтверждено существование 3934 экзопланет в 2935 планетных системах.
Методы обнаружения экзопланет
Прямое наблюдение – планеты являются крайне слабыми источниками света в сравнении со звёздами, и незначительный свет, исходящий от них, очень сложно различить из-за высокой яркости родительской звезды, но иногда это удается. Так случилось со системой звезды HR 8799, видео которой в январе 2017 года опубликовали астрономы из канадского Герцберговского астрофизического института.
Метод периодических пульсаций – фиксация отклонений в переодичности излучений (импульсов), приходящих на землю от, так называемого «пульсара» (нейтронной звезды с сильным магнитным полем). Исследуемая планета попадает в пучок отправляемых пульсаром радиоволн и искажает его. Это искажение и фиксируется на земле.
Метод радиальных скоростей или метод Допплера – звезда и планета вращаются вокруг общего центра масс, следовательно, наличие планеты влияет на местоположение звезды. Таким образом, мы можем наблюдать легкое колебание звезды, вокруг которой вращается планета. Современные чувствительные приборы могут засечь это колебание.
Фотометрический (или транзитный) метод – наиболее распространенный метод поиска экзопланет. Особым образом запрограммированные телескопы измеряют блеск звезды и реагируют на его изменение в тот момент, когда по диску звезды проходит планета. Поскольку земная атмосфера может искажать это мерцание, наиболее эффективны исследования проводящиеся в космосе. Именно таким способом спутник Kepler уже открыл уже более двух тысяч экзопланет.
Метод гравитационного микролинзирования – иногда между наблюдаемой планетой и Землёй может располагаться другая звезда, которая, согласно теории относительности, своей массой искривляет пространство создавая так называемую микролинзу, позволяющая увеличить изображение экзопланеты и увидеть её.
Астрометрия – зная расположение звезды относительно более удалённых объектов, можно определить её отклонение от исходного положения, поэтому метод похож на метод радиальных скоростей.
Свойства экзопланет
Если раньше практически все открытые планеты были планетами-гигантами, то сегодня ситуация несколько изменилась. Из 2326 планет, обнаруженных телескопом «Кеплер», 207 имеют примерно земной размер, 680 имеет размеры суперземли (класс планет, масса которых превышает земную, но меньше массы газовых гигантов), 1181 — Нептуна, 203 — размер, сравнимый с юпитерианским, и 55 — больший, чем у Юпитера.
До сих пор нет надежной теории, объясняющей, каким образом формируются планетные системы звезд. Наиболее распространенная из гипотез предполагает, что Солнце и планеты возникли из единого газово-пылевого облака — вращающейся космической туманности. От латинского слова nebula («туманность») эта гипотеза получила название «небулярной».
Обнаруженные на сегодняшний день планеты весьма разнообразны. Большинство обнаруженных экзопланет являются гигантскими газовыми шарами, подобными Юпитеру, с типичной массой около 100 масс Земли. Среди них различают пять разновидностей. Наиболее распространены «водные гиганты», названные так из-за того, что, судя по расстоянию от звезды, их температура должна быть такой же, как на Земле. Поэтому естественно ожидать, что они окутаны облаками из водяного пара или ледяных кристаллов.
Следующими по распространенности идут «горячие Юпитеры». Они находятся совсем близко от своих звезд (в 10 раз ближе, чем Земля от Солнца), и поэтому их температура — от +700 до +1 200°С. Предполагается, что атмосфера у них коричневато-багрового цвета с темными полосами облаков из графитовой пыли. В соответствии с принятой сегодня гипотезой горячие Юпитеры первоначально двигаются по круговым орбитам вдалеке от звезды, подобно нашему Юпитеру. Но в какой-то момент что-то большое и массивное, вроде соседней звезды, сталкивает их с насиженного места, и они начинают двигаться по сильно вытянутым (эксцентричным) орбитам, как кометы. Каждый раз, когда они проходят вблизи звезды, та вызывает их деформацию приливными силами. Это приводит к превращению части энергии планет в тепло и уменьшению вытянутости их орбит.
Немного прохладнее на экзопланетах с атмосферой синевато-сиреневого оттенка, названных «теплыми Юпитерами», температура которых от +200 до +600°С.
В еще более прохладных областях планетных систем расположены «сернокислые гиганты». Предполагается, что они окутаны облачным покрывалом из капелек серной кислоты — таким, как на Венере. Соединения серы могут придавать этим планетам желтовато-белую окраску.
Еще дальше от соответствующих звезд расположены уже упомянутые «водные гиганты», а в самых холодных областях находятся «двойники Юпитера», которые по температуре аналогичны настоящему Юпитеру (от –100 до –200°С на внешней поверхности облачного слоя) и, наверное, выглядят примерно так же — с голубовато-белыми и бежевыми полосами облачности, в которые вкраплены белые и оранжевые пятна крупных вихрей.
Кроме гигантских газовых планет были обнаружены и экзопланеты поменьше. Они сравнимы по массе с «малыми гигантами» Солнечной системы — Ураном и Нептуном (от 6 до 20 масс Земли). Астрономы назвали этот тип «Нептунами». Среди них выделяются следующие разновидности: наиболее часто встречаются «горячие Нептуны», они расположены очень близко к своим звездам и поэтому сильно нагреты. «Холодные Нептуны», или «ледяные гиганты», — аналогичны Нептуну из Солнечной системы.
Планеты, считающиеся наиболее благоприятными для возникновения жизни – «суперземли». Одна из «суперземель» считается «горячей», напоминающей по своим характеристикам планету Венера с весьма вероятной вулканической активностью. На другой же, «холодной», предполагают наличие водного океана, за что ее уже успели неофициально окрестить Океанидой. «Холодная суперземля» — наименьшая из экзопланет. Ее открыли в 2005 году в результате совместных исследований 73 астрономов из 12 стран. Наблюдения велись на шести обсерваториях — в Чили, ЮАР, Австралии, Новой Зеландии и на Гавайских островах.
После уточнения космическим телескопом Gaia данных о расстоянии до 130 млн звёзд и их светимости, из 30 землеподобных и потенциально обитаемых экзопланет, найденных телескопом Kepler, статус земплеподобных миров, находящихся в зоне обитаемости в 2018 году сохранили 12 планет (по оптимистичным оценкам) или 2 планеты (по самым пессимистичным оценкам).
Сегодня планеты земного типа, в которых потенциально может существовать жизнь представляют наибольший интерес для исследователей. Возникновение благоприятных для жизни условий возможно в тех случаях, когда планета располагается сразу в двух зонах обитания — в околозвездной и галактической.
Околозвездная зона обитания — это воображаемая сферическая оболочка вокруг звезды, в пределах которой температура на поверхности планет допускает наличие воды. Галактическая зона обитания представляет собой ту область пространства, которая безопасна для проявления жизни. Такая область должна находиться достаточно близко к центру галактики, чтобы содержать много тяжелых химических элементов, необходимых для формирования каменных планет. В то же время эта область должна быть на определенном удалении от центра галактики, чтобы избежать радиационных всплесков, возникающих при взрывах сверхновых звезд, а также — губительных столкновений с многочисленными кометами и астероидами, которые могут быть вызваны гравитационным воздействием блуждающих звезд.
