Планеты-изгои
Блуждающие планеты, или планеты-изгои — это самостоятельные объекты, масса которых аналогична массам планет. Происхождение таких объектов неизвестно, но есть вероятность, что ранее они были связаны с какой-то звездой.
Американские ученые оценили ориентировочное количество в нашей Галактике одиноких планет-изгоев, не связанных ни с одной звездой. Только в Млечном Пути могут быть сотни таких планет. Их выявлением и точным подсчетом будет заниматься инфракрасный космический телескоп Nancy Grace Roman, запуск которого запланирован в ближайшие годы.
По поводу образования планет-изгоев авторы выдвигают несколько гипотез. Первоначально эти планеты могли возникнуть в газовых дисках вокруг молодых звезд, а затем, из-за взаимодействия с другими планетами в системе или пролета через другие звездные системы, могли быть выброшены в межзвездное пространство. Или они могли сформироваться непосредственно из вращающихся пыли и газа в результате процесса, аналогичного рождению звезд.
Эти планеты вряд ли будут поддерживать жизнь. Они, вероятно, очень холодные, потому что у них нет звезды, но их изучение поможет лучше понять процесс планетообразования в целом.
Надежда на будущее
«Мы считаем, что необходим комплексный, многодисциплинарный подход. Нельзя отбрасывать ни одну идею и ни один технологический проект, которые помогли бы нам найти жизнь на экзопланетах», — сообщила одна из авторов исследования, астрофизик Вашингтонского университета Виктория Мэдоуз.
Сергей Попов отмечает, что за последние 20—25 лет человечество открыло достаточно много экзопланет, но, за редким исключением, пока о планетах вне нашей Солнечной системы мы можем судить лишь по сведениям об их массе, размерах и количестве энергии, получаемой от звёзд, вокруг которых они вращаются.
Сотрудник ГАИШ МГУ Михаил Кузнецов подчеркнул, что необходимо искать экзопланеты, условия жизни на которых напоминают земные
Очень важно, чтобы эти небесные тела попадали в зону обитаемости — область с оптимальной температурой, где вода может находиться в жидком состоянии. Однако если звезда, вокруг которой вращается планета, очень яркая, то она производит слишком много опасного для жизни ультрафиолетового излучения
Также по теме
«Чистая теория»: в системе TRAPPIST-1 обнаружили две пригодные для жизни планеты
На двух экзопланетах системы TRAPPIST-1, скорее всего, есть вода в жидкой форме, а значит, возможна и жизнь. Об этом говорится в новом…
«Одну из потенциально пригодных для жизни планет открыли в системе красного карлика Проксимы Центавра. Небесный объект находится недалеко от своей звезды, температура на нём благоприятна для существования жидкой воды. Однако на звезде происходят вспышки, и пока их влияние на экзопланеты до конца не известно», — отметил в беседе с RT Кузнецов.
Учёный обратил внимание на то, что планируется несколько других исследований по поиску обитаемых экзопланет. В основном они связаны со строительством мощных телескопов, которые позволят исследовать атмосферы экзопланет
«Так, орбитальная инфракрасная обсерватория James Webb, которую планируют запустить в 2019 году, поможет исследовать экзопланеты. От спутника Gaia, составившего прекрасную 3D-карту галактики, а также от спутника TESS можно тоже ожидать открытия землеподобных объектов. Есть ли на некоторых экзопланетах биосфера — вопрос дальнейших исследований, ответ на который мы получим в течение ближайших десятилетий», — заключил Кузнецов.
Резонансы в инозвёздных планетных системах
Замечательными примерами экзопланетных систем с резонансами служат системы
Gliese 876, 55 Cnc, υ And, Kepler-223.
В системе Gliese 876 орбитальные периоды относятся как 4:2:1 —
так же, как у внутренних галилеевых спутников Юпитера.
Вокруг главного компонента подробно изученной двойной системы 55 Cnc
— жёлтого карлика (спектрального класса G8) —
обращается, по меньшей мере, пять планет с массами от 0,034 до 3,84MJ;
их орбитальные периоды составляют от 2,8 до 5200 сут.
Планеты b и c находятся в резонансе 3:1.
Система в целом устойчива; она может содержать и другие планеты, так как далека от состояния «плотной упаковки».
Жёлтый карлик двойной υ And (спектрального класса F8) имеет три планеты-гиганта
с массами от 0,69 до 3,93MJ и орбитальными периодами от 4,6 до 1290 сут,
образующих устойчивую систему .
Планеты c и d близки к резонансу 11:2
Обращает на себя внимание схожесть резонансной конфигурации с резонансом
в обсуждаемой ниже циркумбинарной планетной системе Кеплер-16. Kepler-223 — жёлтый карлик (спектрального класса G5V), у которого открыты
четыре транзитные планеты-сверхземли с радиусами: 1,8; 2,1; 2,8; 2,4RE
Орбитальные периоды составляют 7,4; 9,8; 14,8 и 19,7 сут;
таким образом, планеты близки к резонансу средних движений 8:6:4:3.
Эта планетная система — наиболее выдающийся из известных сейчас примеров
плотно упакованной резонансной системы.
Как отмечено в работе , «данная резонансная цепь, —
возможно, недостающая до сих пор связующая деталь, которая объясняет,
как планеты, подверженные миграции в газовом или планетезимальном диске,
могут избежать тесных сближений друг с другом, будучи в итоге приведёнными
к очень тесно упакованной, но всё же устойчивой конфигурации».
Недавно открытая планета Кеплер-16b находится на циркумбинарной орбите
вокруг системы из двух звёзд главной последовательности .
В работе путём вычисления ляпуновских спектров движения планеты
построены диаграммы устойчивости на плоскости начальных условий «перицентрическое расстояние — эксцентриситет».
Они показывают, что Кеплер-16b находится в опасной близости к области хаоса —
между «зубьями» неустойчивости в пространстве орбитальных параметров.
Однако планета Кеплер-16b «выживает» (не уходит из системы и не падает на родительские звёзды),
потому что её орбита близка к полуцелому орбитальному резонансу 11:2 с центральной двойной.
Порядок «занятого» полуцелого резонанса увеличивается с увеличением массового параметра центральной двойной,
поскольку его увеличение сдвигает границу устойчивости вовне;
В Солнечной системе данный феномен аналогичен выживанию Плутона и плутино,
находящихся в полуцелом орбитальном резонансе 3:2 с Нептуном.
(О резонансной структуре пояса Койпера см. статью .)
в случае Солнечной системы соответствующей «двойной» являются Солнце и Нептун.
Соседние к занятой планетой Кеплер-16b резонансные ячейки свободны,
так как они «очищены» Кеплер-16b благодаря перекрытию резонансов первого порядка с этой планетой.
Шевченко И.И. Орбитальные резонансы в Солнечной и экзопланетных системах //
Исследования Солнечной системы космические вехи.
Материалы научной сессии, посвящённой 80-летию академика М. Я. Марова.
Четвёртый Международный симпозиум по исследованию Солнечной системы 4M-S3.
Под редакцией А. В. Захарова.
Серия «Механика, управление и информатика». Москва, 2015.
Есть ли там жизнь?
Солнечная система изучается очень давно, и главной проблемой всегда было то, что её не с чем было сравнить. С недавнего времени ситуация изменилась: чуть ли не ежедневно открываются всё новые планетные системы. В основном, обнаруженные планеты по классификации – гиганты, похожие на Юпитер.
https://youtube.com/watch?v=3CKjJl5OP9g
Ученые разделились на две группы: одни уверены, что Земля – единственное место во Вселенной, где смогла появиться не просто жизнь, но и её разумная форма, другие же истово верят, что в космосе много обитаемых планет, и их население с нетерпением ждёт контакта с нами. Но для науки важны только факты, коих на данный момент нет. Существование жизни на экзопланетах не подтверждено.
Как их открывают
Никто точно не знает, какая экзопланета была открыта первой. Так получилось из-за сложности определения объектов в космосе. Кроме экзопланет есть звезды, а между ними находятся бурые карлики — это так называемые «субзвёзды». Они тяжелее планет, но легче звезд.
Самое раннее заявление об обнаружении экзопланеты датируется 1988 годом, однако подтвердить, что это была именно экзопланета, удалось только спустя 15 лет, в течение которых уже были обнаружены десятки новых экзопланет. Методов открытия экзопланет тоже не так мало.
Первое надежное открытие экзопланеты случилось в 1995 году, у звезды солнечного типа. С помощью сверхточного спектрометра астрономы обнаружили покачивание звезды в созвездии Пегаса с периодом 4,23 сут. Это один из способов открытия других планет. И звезды и планеты вращаются вокруг общего центра масс, и в процессе влияют друг на друга. Например, если смотреть на Солнечную систему издали, то Юпитер больше влияет на Солнце, чем все другие планеты, так как он самый тяжелый. При наблюдении мы заметим, что с периодом обращения Юпитера Солнце то приближается к наблюдателю, то удаляется, и по строгой периодичности процесса можно догадаться, что там действительно есть невидимый спутник. Этот способ подходит тогда, когда есть одна звезда и одна тяжелая планета.
Фото: wikipedia.org
Фото: wikipedia.org
Планетный дозор
Первым специализированным спутником для поиска планет земного типа за пределами Солнечной системы станет COROT, старт которого намечен на середину октября этого года. На его борту — космический телескоп диаметром 30 см, предназначенный для наблюдений за периодическими изменениями яркости звезды, вызванными прохождением планеты на ее фоне. Полученные данные позволят определить наличие планеты, установить ее размер и особенности движения по орбите вокруг звезды. Этот проект разработан Национальным центром космических исследований Франции (CNES) при участии Европейского (ESA) и Бразильского (AEB) космических агентств. В подготовку аппаратуры внесли вклад специалисты из Австрии, Испании, Германии и Бельгии. С помощью этого спутника предполагается найти несколько десятков планет земного типа размером лишь в несколько раз больше Земли, которая является крупнейшей из «каменных» планет в нашей Солнечной системе. Это почти невозможно сделать, проводя наблюдения с Земли, где дрожание атмосферы препятствует фиксированию столь малых объектов — вот почему все обнаруженные до сих пор экзопланеты представляют собой гигантские образования размером с Нептун, Юпитер и даже еще крупнее. Каменные планеты земного типа в несколько раз меньше по диаметру и в десятки и сотни раз меньше по массе, но именно они представляют интерес при поиске внеземной жизни.
Научная аппаратура, установленная на спутнике COROT, берет не размером или количеством, а качеством — высокой чувствительностью. На спутнике расположены телескоп, состоящий из двух параболических зеркал с фокусным расстоянием 1,1 м и полем зрения примерно 3х3°, высокостабильная цифровая фотокамера и бортовой компьютер. Спутник будет летать вокруг Земли по полярной круговой орбите высотой 900 км. Первый этап наблюдений займет пять месяцев, в течение которых будут изучены две области неба. Общая продолжительность работы спутника составит два с половиной года. Весной 2006 года COROT был доставлен на космодром Байконур в Казахстане для проведения предполетных испытаний и установки на ракету-носитель. Запуск планируется на 15 октября этого года с помощью российской ракеты «Союз—Фрегат». На таких ракетах уже неоднократно выходили в космос европейские автоматические станции, направлявшиеся к Марсу и Венере. Кроме основной задачи по поиску экзопланет спутник выполнит наблюдения за «звездотрясениями» — колебаниями поверхностей звезд, вызванными процессами в их недрах.
Микро-земли и меркуроиды (экзомеркурии)
|
Британские ученые обнаружили планету, которая своими характеристиками напоминает Меркурий (astronews.ru). Найденная планета находится от Земли на расстоянии в 260 миллионов световых лет, Между планетой и материнской звездой достаточно небольшое расстояние в 0,012 астрономической единицы.
То, что показатель плотности звезды сопоставим с плотностью Меркурия, свидетельствует о большом содержании металлов. Специалисты считали, что планеты, напоминающие Меркурий, встречаются крайне редко, но открытие планеты K2-229b опровергает эту версию.
Из-за того, что эта планета по размеру подобна Земле, её иожно было бы назвать экзоземлёй. |
Обнаружена планета, напоминающая Меркурий
А есть ли там жизнь
Сейчас известно огромное количество экзопланет, а если еще считать кандидатов в экзопланеты, то их количество уже превышает 20 тысяч. Часть из них, даже из известных планет, потенциально могут быть обитаемыми. Как же мы можем убедиться в том, что на этих планетах есть или может быть жизнь?
Определить есть ли на экзопланете жизнь земного типа помогают биомаркеры — вещества, которые говорят о том, что на планете могут существовать растения или микроорганизмы. Основных биомаркеров пять: кислород, озон, вода, метан и углекислый газ. Каждый из них по отдельности может иметь естественное происхождение, в то время как их комбинации могут указывать на жизнь земного типа.
Если эта пятерка присутствует в атмосфере планеты, которая по массе и радиусу похожа на Землю и находится в зоне обитаемости (расстояние от экзопланеты до звезды, на котором планета может получать энергию от своей звезды), то вероятность, что там присутствует жизнь земного типа, велика.
Фото: pexels.com
Планетные системы, подобные Солнечной
-
В космосе в 5000 световых лет обнаружена уменьшенная копия Солнечной системы.
Вокруг «солнца» системы, почти вдвое меньше нашей, вращаются две планеты:
в пропорциональном соотношении они напоминают Сатурн и Юпитер.
Астрономы обнаружили уже около 250 планетарных систем за пределами Солнечной,
однако последняя находка, по их словам, самая приближенная к нам по характеристикам. (15/02/2008)
Квазисолнечная планетная система Кеплер-90
|
У звезды Kepler-90, которая находится в 2,545 светового года от Земли, была обнаружена 8-я планета.
Сравнивая количество планет, их срекдний размер и размер самой звезды с аналогичными значениями для нашей |
Учёные обнаружили «близнеца» Солнечной системы.
Типы экзопланет
Экзопланеты обычно классифицируются по трем характеристикам:
- Масса
- Орбита
- Состав
Классификация по массе
- Планета-гигант — массивная планета; обычно состоит из газов или льда, которые включают такие вещества, как аммиак, метан, вода и т. д.
- Мезопланета — планеты, которые меньше Меркурия, но крупнее Цереры.
- Мини-Нептун — планеты меньше Урана и Нептуна.
- Планемо — объект планетарной массы, который не имеет никакой активности в своем ядре.
- Планетар — коричневые карлики или субкоричневые карлики. Это псевдопланеты.
- Суперземля — больше по массе, чем Земля, но меньше, чем Уран и Нептун.
- Супер-Юпитер — планеты более массивные, чем Юпитер.
- Миниземля — планеты менее массивные, чем Земля.
Классификация по орбите
- Планета с кратной орбитой — планета, вращающаяся вокруг двойных звездных систем.
- Двойная планета — две планеты, вращающиеся вокруг друг друга.
- Эксцентричный Юпитер — массивные планеты, имеющие высоко эксцентричные орбиты.
- Внегалактическая планета — планета, которая находится за пределами Млечного Пути.
- Горячий Юпитер — массивный газовый гигант, вращающийся вокруг своей звезды.
- Горячий Нептун — менее массивный газовый гигант, вращающиеся вокруг своей звезды.
- Пульсарная планета — планета, вращающаяся вокруг пульсара.
- Планета-сирота — межзвездные планеты.
Классификация по составу
- Углеродная планета — планета, состоящая преимущественно из твердого аммиака, метана или воды (льда).
- Железная планета — планета ядро которой насыщенно железом с последующим тонким слоем мантии.
- Планета, покрытая лавой — планета, поверхность которой полностью покрыта лавой.
- Планета океана — планета, значительная часть которой состоит из воды.
- Силикатная планета — планета, кора которой состоит из силикатных пород.
- Планеты земной группы — планеты, похожие на Землю, состоящие из камней.
Поскольку у астрономов нет точных данных о составе ядра, коры, мантии, плотности и т.д., то экзопланеты обычно классифицируются как:
- Газовые гиганты
- Горячие Юпитеры
- Суперземли
- Планеты-сироты
- Пульсарные планеты
- Планеты океана
- Хтонические планеты — бывшие газовые гиганты, у которых осталось горячее твердое ядро в результате улетучивания внешних слоев атмосферы (чаще всего, это планеты, мигрировавшие ближе к своей звезде после ее образования).
- Экзоземли
Какого размера самые большие звёзды
На диаграмме Герцшпрунга-Рассела самые большие звёзды расположены в правой верхней части. И мы видим, что они называются гипергигантами. Это на самом деле монстры в мире звёзд. Типичный гипергигант в 100-120 раз тяжелее Солнца, а по размеру в тысячи раз больше его.
Ещё недавно самым большим гипергигантом считалась звезда UY Щита – она в 1900 раз больше Солнца в максимальном расширении. Дело в том, что она пульсирует, поэтому размер её меняется. Внутрь этого монстра влезло бы 5 миллиардов таких звёзд, как Солнце, а диаметр измеряется в 2.4 миллиардов километров.
Звезда Стивенсон 2-18 по сравнению с Солнцем огромна.
Но сейчас лидер среди всех – Стивенсон 2-18 – красный гипергигант, который ещё больше, чем UY Щита. Находится в том же созвездии. Он в 2158 раз больше Солнца – 3 миллиарда километров в поперечнике! Это 10 астрономических единиц, то есть в 10 раз больше, чем расстояние от Земли до Солнца. Если бы эта звезда оказалась вместо Солнца, поверхность её оказалась бы чуть дальше орбиты Сатурна. Благодаря огромной площади поверхности, эта звезда излучает, как 440 000 Солнц.
Портрет экзопланеты, ещё более обитаемой чем Земля
Итак, планета земного типа, немного более массивная, чем Земля, но не более чем в 2 или 3 раза, скорее может оказаться обитаемой и даже сверх-обитаемой, благодаря более мощному магнитному экранированию высокоэнергетического излучения, большей площади, более ровной поверхности и как следствию – мелким океанам, возможности удержать более плотную атмосферу.
Звезда же, вокруг которой может вращаться такая планета должна быть менее массивной, чем Солнце. Наиболее благоприятными являются звезды, относящиеся к спектральному классу К.
В свете этого, хочется обратить внимание на звезду Альфа Центавра B, относящуюся как раз к классу К1V. Эта звезда, входящая в состав двойной звезды Альфа Центавра, — ближайшая к нам звездная система
Вокруг этой звезды предположительно вращается планета, подобная Земле, с орбитальным периодом 3.235 дня. Система в Альфа Центавра представляет особый интерес для поиска пригодных для жизни и даже сверх-обитаемых планет.
Как наша Солнечная система оказалась довольно нетипичной для планетной системы, так и Земля может оказаться не особенно типичной для обитаемой планеты.
Первоначальный текст подготовлен по материалам: «Superhabitable Worlds» Heller René and Armstrong John. Astrobiology. January 2014, 14(1): 50-66. doi:10.1089/ast.2013.1088, переработанный текст подготовлен по материалу: Ольга Кочина, сайт http://astrochemistry.ru/
В чем сложность поиска экзопланет?
Как обнаружить объект размером с планету, вращающийся вокруг звезды на расстоянии десятков световых лет?
Сложность этой задачи очевидна, потому что даже если посмотреть на звезды в самый мощный телескоп, то они покажутся не более чем точками света.
В свою очередь, планеты имеют значительно меньшую массу, чем звезды, и в них не протекают реакции термоядерного синтеза. Отсутствие свечения и небольшой размер сами по себе затрудняют их обнаружение с Земли, но добавьте к этому тот факт, что экзопланеты находятся рядом со своими звездами, и задача наблюдения за ними становится почти невозможной.
Из-за того, что экзопланеты не могут наблюдаться непосредственно, ученые начали следить за звездами и искать незначительные эффекты, которые орбитальные планеты способны оказать на них. Астрономы искали некоторые из этих эффектов с рассвета 20-го века, но только за последние десять лет инструменты стали достаточно чувствительными, чтобы наконец-то их обнаружить.
Жизнь рядом с белым карликом
Как уже упоминалось выше, белые карлики — это остатки небольших звезд, массы которых было недостаточно, чтобы превратиться в нейтронную звезду или черную дыру. Известно, что самым ближайшим белым карликом к нашей Солнечной системе является звезда Сириус В, которая находится от нас на расстоянии 8,6 световых лет. Несмотря на то, что в окрестностях Сириуса В не было найдено каких-либо планетоподобных объектов, ученые считают, что жизнь рядом с обнажившимся ядром красного гиганта вполне может появиться ввиду гораздо большей продолжительности жизни такого небольшого объекта даже по сравнению с нашим Солнцем. Исследователи считают, что потенциально обитаемая планета, освещаемая светом белого карлика, должна находится к своему светилу на расстоянии в 100 раз меньшем, чем Земля к Солнцу. Но как может возникнуть обитаемый мир на столь небольшом расстоянии, если бурное прошлое красного гиганта, которым еще совсем недавно мог обладать кажущийся безобидным белый карлик, должно было поглотить большинство своих же планет? Дело в том, что при уничтожении окружавших ту или иную звезду объектов, их газопылевые остатки могут со временем образовать так называемые планеты “второго поколения”, которые способны мигрировать к белому карлику уже после его появления. Известно, что большинство обнаруженных белых карликов содержит большое количество тяжелых материалов, что может указывать и на наличие скалистых планет, вращающихся вокруг своей миниатюрной звезды.
На планетах рядом с белыми карликами может возникнуть жизнь
Впервые вероятное наличие экзопланеты, вращающейся вокруг звезды — белого карлика, было подтверждено в 2018 году, когда на орбите карликовой звезды J122859.93+104032.9 был найден уникальный объект, впоследствии признанный ядром бывшей планеты. От полного распада его смог защитить особенный состав, который включает в себя большое количество железа и никеля. Изучить найденную “планету” в скором времени сможет телескоп “Джеймса Уэбба”, который сможет оценить возможность существования хотя бы простейшей жизни на объектах, вращающихся вокруг белых карликов. Несмотря на то, что миры такого типа будут постоянно подвергаться опасности получить мощную дозу рентгеновского или ультрафиолетового излучения, исследователи считают, что вероятность нахождения землеподобной планеты рядом с карликовыми звездами можно оценить как 1:500, что, кстати говоря, представляет из себя очень даже неплохой результат.
В то время как весь научный мир ждет запуска телескопа “Джеймса Уэбба”, читатели Hi-News могут всегда оставаться в курсе последних научных открытий, обсуждая их вместе с единомышленниками в нашем чате в Telegram. Приглашаю вас присоединиться к их числу!
Обнаружение экзопланет
Планеты похожие на Землю могут стать потенциальным домом в будущем. Credit: NASA Solar System Exploration.
Изучение космоса не ограничивается исследованием нашей звездной системы с ее 8 планетами. Сегодня человечество нацелено на открытие планетарных объектов, вращающихся вокруг других светил, хотя бы потому, что какой-то из них мог бы стать для населения земного шара потенциальным домом в будущем.
Поэтому каждая открытая планета, хотя бы немного похожая на нашу, внимательно изучается. Однако пока не найдено не только полных аналогов Земли, но и таких объектов, на поверхности которых были бы подходящие для жизни условия.
Первые попытки увидеть планеты вне нашей звездной системы предпринимались астрономами еще в середине XIX в., но успехом они увенчались лишь в 1988 г., когда был обнаружен первый внесолнечный планетарный объект, похожий на Землю, вращающийся вокруг двойной звезды Альраи (гамма созвездия Цефей). Это открытие было подтверждено и официально признано научным сообществом только в начале 2000-х.
Сегодня астрономы применяют несколько способов открытия таких объектов:
- прямое наблюдение в телескоп;
- спектрометрическое измерение радиальной скорости звездного объекта, вокруг которого может вращаться планетарное тело;
- астрометрический способ, когда наблюдатель фиксирует изменение движения звезды под воздействием гравитационного поля соседней планеты;
- радионаблюдение пульсаров — космических источников какого-либо излучения (радиоактивного, оптического и т.д.);
- микролинзирование, когда в качестве объектива телескопа используется звездное тело — оно своим гравитационным полем фокусирует свет, излучаемый всей наблюдаемой системой;
- транзитный метод, который заключается в обнаружении объектов, проходящих по диску светящихся космических тел.
