Долгое время задача обнаружения планет возле других звёзд была неразрешимой, так как планеты чрезвычайно малы и тусклы по сравнению со звёздами, а сами звёзды находятся далеко от Солнца (ближайшая - на расстоянии 4,36 световых года). Первые экзопланеты были обнаружены в конце 1980-х годов.

Гипотетически существующий тип экзопланет - планета-океан с двумя спутниками в представлении художника

Сейчас такие планеты стали открывать благодаря усовершенствованным научным методам, зачастую на пределе их возможностей. На 20 января 2016 года достоверно подтверждено существование 2049 экзопланет в 1297 планетных системах, из которых в 507 имеется более одной планеты. Следует отметить, что количество надёжных кандидатов в экзопланеты значительно больше. Так, по проекту «Кеплер» на январь 2015 года числилось ещё 4175 надёжных кандидатов, однако для получения ими статуса подтверждённых планет требуется их повторная регистрация с помощью наземных телескопов.

Общее количество экзопланет в Млечный Путь в настоящее время оценивается не менее чем в 100 миллиардов, из которых ~ от 5 до 20 миллиардов, возможно, являются «землеподобными». Также, согласно текущим оценкам, около 34 процентов солнцеподобных звёзд имеют в обитаемой зоне планеты, сравнимые с .

Экзопланета Gliese 581d в представлении художника

Подавляющее большинство открытых экзопланет обнаружено с использованием различных непрямых методик детектирования, а не визуального наблюдения. Большинство известных экзопланет - газовые гиганты и более походят на , чем на Землю. Очевидно, это объясняется ограниченностью методов обнаружения (легче обнаружить короткопериодичные массивные планеты).

История открытий

Количество экзопланет, открытых разными способами: Радионаблюдение пульсаров Метод радиальных скоростей Транзитный метод Метод синхронизации Визуальное наблюдение Гравитационное линзирование Астрометрический метод

Исторически первым заявлением о возможности существования планетной системы у другой звезды было сообщение капитана Джейкоба (Capt. W. S. Jacob), астронома Мадрасской обсерватории (East India Company’s Madras Observatory), сделанное в 1855 году. В нём сообщалось о «высокой вероятности» существования «планетарного тела» в двойной системе 70 Змееносца. Позже, в 1890-х годах, астроном Томас Дж. Дж. Си из Чикагского университета и Военно-Морская обсерватория США подтвердили наличие в системе 70 Змееносца несветящего тела (невидимого спутника) с периодом обращения в 36 лет, однако расчёты Ф. Р. Мультона опровергают подтверждения, выполненные Си, доказывая неустойчивость подобной системы. Поэтому на данный момент (2014 год) существование планетной системы у звезды 70 Змееносца не признаётся наукой.

Анимация хронологии открытия экзопланет. Цвет точки означает метод открытия. Горизонтальная ось - размер большой полуоси. Вертикальная ось - масса. Для сравнения белым цветом обозначены планеты солнечной системы

Первые попытки найти планеты вне были связаны с наблюдениями за положением близких звёзд. Ещё в 1916 году Эдуард Барнард обнаружил красную звездочку, которая «быстро» смещалась по небу относительно других звёзд. Астрономы назвали её Летящей звездой Барнарда. Это одна из ближайших к нам звёзд, с массой в семь раз меньше солнечной. Исходя из этого, влияние на неё потенциальных планет 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 конце 1980-х годов многие группы астрономов начали систематическое измерение скоростей ближайших к Солнцу звёзд, ведя специальный поиск экзопланет с помощью высокоточных спектрометров.

Впервые внесолнечная планета (Тадмор) была найдена канадцами Б. Кэмпбеллом, Г. Уолкером и С. Янгом в 1988 году у оранжевого субгиганта Гамма Цефея A (Альраи), но её существование было подтверждено лишь в 2002 году.

В 1989 году сверхмассивная планета (или ) была найдена Д. Латамом около звезды HD 114762 A. Однако её планетный статус был подтверждён только в 1999 году.

Первые экзопланеты - Драугр и Полтергейст - были обнаружены у Лич (PSR 1257+12), их открыл астроном Александр Вольшчан в 1991 году. Эти планеты были признаны вторичными, возникшими уже после взрыва .

В 1995 году астрономы Мишель Майор (Michel Mayor) и Дидье Келос (Didier Queloz) с помощью сверхточного спектрометра обнаружили покачивание звезды Гельвеций (51 Пегаса) с периодом 4,23 сут. Планета Димидий, вызывающая покачивания, напоминает Юпитер, но находится в непосредственной близости от светила. В среде астрономов планеты этого типа называют «горячими юпитерами».

В дальнейшем путём измерения лучевой скорости звёзд и поиска их периодического доплеровского изменения (метод Доплера) было обнаружено несколько сотен экзопланет.

В августе 2004 года в системе звезды Сервантес (μ Жертвенника) была обнаружена первая планета - горячий Кихот. Она обращается вокруг светила за 9,55 суток, на расстоянии 0,09 а. е., температура на поверхности ~ 900 K (+626 °C), масса ~ 14 масс Земли.

Первая сверхземля, обращающаяся вокруг нормальной звезды (а не пульсара), была обнаружена в 2005 году около звезды Глизе 876. Её масса - 7,5 масс Земли.

В 2004 году было получено первое изображение (в инфракрасных лучах) кандидата в экзопланеты у коричневого карлика 2M1207.

13 ноября 2008 года впервые удалось получить изображение сразу целой планетной системы - снимок трёх планет, обращающихся вокруг звезды HR 8799 в созвездии Пегаса. Это первая планетная система, открытая у горячей белой звезды раннего спектрального класса (А5). Все открытые ранее планетные системы (за исключением планет у пульсаров) были обнаружены вокруг звёзд более поздних классов (F-M).

13 ноября 2008 года также впервые удалось обнаружить планету Дагон вокруг звезды Фомальгаут путём прямых наблюдений.

В 2011 году Дэвид Беннетт из Университета Нотр-Дам (Индиана, США) объявил на основе наблюдений 2006-2007 годов на 1,8-метровом телескопе Университетской обсерватории Маунт-Джон в Новой Зеландии об открытии с помощью метода микролинзирования 10 одиночных юпитероподобных экзопланет. Правда, две из них могут быть высокоорбитальными спутниками ближайших к ним звёзд.

В сентябре 2011 года было объявлено об открытии двух экзопланет KIC 10905746 b и KIC 6185331 b любителями астрономии в рамках проекта Planet Hunters, предназначенного для анализа данных собранных телескопом «Кеплер». При этом упоминалось о 10 кандидатах в планеты, но на тот момент только два из них с достаточной степенью уверенности определялись учёными как экзопланеты. Планеты были найдены добровольными участниками проекта среди данных, которые профессиональные астрономы по тем или иным причинам отсеяли и если бы не помощь добровольцев, то эти планеты вероятно остались бы неоткрытыми.

5 декабря 2011 года телескопом Кеплер была обнаружена первая сверхземля в обитаемой зоне - Kepler-22 b.

20 декабря 2011 года телескопом Кеплер у звезды Кеплер-20 были обнаружены первые экзопланеты размером с Землю и меньше - Kepler-20 e (радиусом 0,87 земного и массой от 0,39 до 1,67 масс Земли) и Kepler-20 f (0,045 массы Юпитера и 1,03 радиуса Земли).

22 февраля 2012 года учёные из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики на расстоянии 40 световых лет от Земли открыли первую суперземлю, предположительно являющуюся планетой-океаном - GJ 1214 b. Последние данные транзитных проходов позволяют судить о наличии у GJ 1214 b протяжённой водородно-гелиевой атмосферы, низком уровне метана и слое облаков на уровне давления 0,5 бар, что не соответствует свойствам атмосферы с устойчивым доминированием водяных паров. Период обращения планеты вокруг звезды - - 38 часов, расстояние составляет около 2 миллионов километров. Температура на поверхности планеты составляет примерно 230 °C. В 2015 году была обнаружена экзопланета, похожая на молодой Юпитер.

Инструменты и проекты изучения экзопланет

Астрономические спутники

Кривая блеска звезды Kepler-6, изменение вызвано прохождением экзопланеты Kepler-6 b по диску звезды. По данным телескопа «Кеплер».

• COROT (ЕКА) - специализированный 30-сантиметровый орбитальный космический телескоп, снимающий кривые блеска многих звёзд в момент прохождения перед ними планет. Запущен 27 декабря 2006 года. Предполагалось с его помощью обнаружить десятки планет земного типа. К марту 2010 года COROT открыл семь экзопланет и один коричневый карлик.
• «Кеплер» (НАСА) - космический телескоп системы Шмидта с диаметром зеркала 0,95 м, способный одновременно отслеживать 100 тыс. звёзд. Запущен 7 марта 2009 года. Планировалось обнаружить около 50 планет, размерами идентичными Земле, и порядка 600 планет, в 2,2 раза превосходящих Землю по размеру. «Кеплер» обращается вокруг Солнца по орбите радиусом в одну астрономическую единицу. Расчётный срок эксплуатации был определен в 3,5 года. Позднее было объявлено о продлении миссии до 2016 года, однако в мае 2013 года телескоп вышел из строя. К этому времени «Кеплер» достоверно открыл 132 экзопланеты. Список надежных кандидатов внесолнечных планет содержал 2740 объектов.
• Gaia - космическая обсерватория. Помимо основной цели (построение трёхмерной карты нашей Галактики), предположительно должен будет открыть около 10 тыс. экзопланет. Был выведен на орбиту 19 декабря 2013 года.

Наземные обсерватории

Ведущие наблюдение транзитным методом

• SuperWASP - самый успешный наземный обзор. Более 70 экзопланет, найденных транзитным методом на 2012 г. Состоит из 2-х обсерваторий: SuperWASP-North в обсерватории Роке де лос Мучачос на острове Пальма (Канарские острова) и SuperWASP-South, находящейся в Южноафриканской астрономической обсерватории. Каждая состоит из 8 широкоугольных автоматических телескопов с апертурой 111 мм.
• Проект HATNet - сеть 6 автоматических телескопов с широким полем зрения, 4 из которых расположено на обсерватории им. Фреда Лоуренса в Аризоне, 2 - на территории Смитсоновской астрофизической обсерватории на Гавайях. Открыто 33 экзопланеты (на начало 2012).

Ведущие наблюдение методом лучевых скоростей (доплеровским)

• HARPS - высокоточный спектрограф, установленный в 2002 году на 3,6-метровом телескопе в обсерватории Ла-Силья в Чили. Наблюдение ведётся методом лучевых скоростей. Часть ESO
• Обсерватория Кека - обсерватория из 2-х крупнейших в мире зеркальных телескопов. Диаметр первичных зеркал (всего их три, в каждом из телескопов) которых составляет 10 метров.

Прорабатываемые проекты:

• PEGASE - первоначально планировалась на 2010-2012 г.г.
• TESS - одобрен. Запуск в 2017 году.
• EChO - идёт теоретическая проработка проекта. В случае одобрения ЕКА запуск ориентировочно в 2022 году.
• Advanced Technology Large-Aperture Space Telescope (ATLAST) - запуск после 2025 года.

Помимо космических миссий, в будущем планируется развивать наземные инструменты. К примеру, на строящемся Европейском чрезвычайно большом телескопе будет установлено оборудование, способное к изучению атмосферы экзопланет.

Методы поиска экзопланет

Номенклатура

Взгляд художника на планету HD 189733 A b

Открытым экзопланетам в настоящее время присваиваются названия состоящие из названия звезды, около которой обращается планета, и дополнительной строчной буквы латинского алфавита, начиная с буквы «b» (например: 51 Пегаса b). Следующей планете присваивается буква «c», потом «d» и так далее по алфавиту. При этом буква «a» в названии не используется, так как такое название подразумевало бы собственно саму звезду. Кроме того, следует обратить внимание на то, что планетам присваиваются названия в порядке их открытия, а не по мере удаления от звезды обращения. То есть, планета «с» может быть ближе к звезде, чем планета «b», просто открыта она была позднее (как, например, в системе Глизе 876).

В названиях экзопланет существовало исключение . Дело в том, что до открытия системы 51 Пегаса в 1995 году экзопланеты называли иначе. Первые обнаруженные экзопланеты у пульсара PSR 1257+12 были названы прописными буквами PSR 1257+12 B и PSR 1257+12 C . Кроме того, после обнаружения новой, более близкой к звезде планеты, она была названа PSR 1257+12 A , а не D . Впоследствии эти планеты были переименованы во избежание путаницы в соответствии с современной системой именования экзопланет.

Некоторые экзопланеты имеют дополнительные неофициальные «прозвища » (как, например, 51 Пегаса b неофициально названа «Беллерофонт»). Однако в научном сообществе в настоящее время присвоение официальных личных имён планетам считается непрактичным и, соответственно, широко не распространено.

Свойства экзопланет

Предположительные размеры планет типа Сверхземля, в зависимости от их массы и химического состава. Примеры таких планет: Планета-океан, в значительной части состоящая из воды; Железная планета, Углеродная планета.

Планеты обнаружены приблизительно у 10 % звёзд, включенных в программы поисков. Их доля растёт по мере накопления данных и совершенствования техники наблюдения.

Сравнение Солнечной системы с системой 55 Рака

Поначалу большинством открытых экзопланет были планеты-гиганты (так как планеты других типов обнаружить труднее). Однако к настоящему времени (2012 год) открыто множество планет с массами порядка массы Нептуна и ниже. Из 2326 кандидатов, обнаруженных телескопом Кеплер, 207 имеют примерно земной размер, 680 имеет размеры суперземли , 1181 - Нептуна, 203 - размер, сравнимый с юпитерианским, и 55 - больший, чем у Юпитера.

Наблюдается зависимость количества планет-гигантов от содержания тяжелых элементов (металлов) в звездах. Системы с планетами-гигантами встречаются также преимущественно у звёзд солнечного типа (классов K5-F5), в то время как у красных карликов их доля значительно меньше (у 200 наблюдаемых красных карликов обнаружены пока что только три подобные системы). Последние открытия, сделанные методом гравитационного микролинзирования, говорят о широкой распространённости систем с планетами средней массы типа и Нептуна вместо газовых гигантов. Это в первую очередь относится к маломассивным звёздам и звёздам с низким содержанием металлов.

Для ряда планет получена оценка их диаметра, что позволяет определить их плотность, а также строить предположения относительно наличия массивных ядер, состоящих из тяжёлых элементов. Европейские астрономы под руководством Тристана Гийо (Tristan Guillot) из Обсерватории Лазурного берега (Франция), установили, что при сравнении плотности планет с содержанием металлов в их звездах имеется определённая корреляция. Планеты, сформированные вокруг звёзд, которые являются столь же богатыми металлом, как наше Солнце, имеют маленькие ядра, в то время как планеты, звёзды которых содержат в два-три раза больше металлов, имеют намного большие ядра.

У экзопланет движущихся на орбитах с большим эксцентриситетом, внутреннее содержание которых включает в себя несколько слоев вещества, такие как пласты коры, мантии и вещество ядра, приливные силы могут высвобождать тепловую энергию, которая может способствовать созданию и поддержанию благоприятных для жизни условий на космическом теле, а их орбита, со временем, может эволюционировать в околокруговую.

Наиболее близкой по условиям к Земле экзопланетой, известной на 2009 год, является Глизе 581 c, температура на которой, по предварительным оценкам, находится в диапазоне 0-40 °C. Также теоретически на этой планете возможно существуют запасы жидкой воды (что подразумевает возможность существования жизни).

Некоторые планетные системы

Ипсилон Андромеды d - это газовый гигант класса II, содержащий водные облака. Одним из открытых вопросов экзопланетологии является наличие у газовых гигантов массивных лун, способных удержать достаточно плотную атмосферу. До сих пор наблюдений наличия лун сделано не было. В представлении художника вокруг Ипсилон Андромеды d обращается луна, содержащая жидкий океан.

• 51 Пегаса - первая солнцеподобная звезда главной последовательности, у которой была обнаружена экзопланета.
• υ Андромеды - первая звезда главной последовательности, у которой была обнаружена многопланетная система.
• Тау Кита - ближайшая из обнаруженных многопланетных систем (пять планет, открытие пока не подтверждено).
• ε Эридана - не считая Солнца, это третье светило из ближайших звёзд с планетой, видимое без телескопа.

Взгляд художника на планету HD 69830 d, астероидный пояс звезды HD 69830 на заднем плане

• 55 Рака - на текущий момент у неё известно 5 планет, одна из которых - 55 Рака e, транзитная горячая суперземля размером 2 земных.
• μ Жертвенника - имеет одну из самых маломассивных известных экзопланет Мю Жертвенника c, возможно, принадлежащую к планетам земной группы.
• γ Цефея - первая относительно тесная двойная звезда, у одной из компонентов которой была открыта планета Гамма Цефея A b.
• Глизе 876 - первый красный карлик, у которого была обнаружена планетная система.
• HD 209458 - содержит одну из самых примечательных экзопланет - HD 209458 b («Осирис») - «испаряющуюся планету».

Взгляд художника на закат трёх светил на предполагаемом спутнике планеты HD 188753 A b

• OGLE-TR-56 - первая звезда, планета которой была открыта транзитным методом.
• OGLE-235/MOA-53 - первая экзопланета, обнаруженная благодаря эффекту гравитационного микролинзирования.
• 2M1207 - вероятно, первое полученное изображение экстрасолнечной планетной системы.
• PSR 1257+12 - пульсар, планетная система которого была первой из обнаруженных за пределами Солнечной системы. Одна из планет, предположительно, имеет массу всего в 0,025 земной.
• HD 188753 - первая тройная звёздная система, в которой была открыта экзопланета (HD 188753 A b).
• HD 189733 - впервые в истории изучения экзопланет была составлена карта температур поверхности для планеты HD 189733 A b.
• Глизе 581 c, Глизе 581 d, HD 85512 b и Kepler-22 b - из известных в настоящее время экзопланет они достаточно схожи с Землёй.

Взгляд художника на планету OGLE-2005-BLG-390L b (температура поверхности −220 °C), которая вращается вокруг звезды на расстоянии 20 000 световых лет от Земли; планета обнаружена с помощью гравитационного микролинзирования

• KOI-961 d - наименьшая по массе (достоверной) из известных на данный момент (октябрь 2012) экзопланет (<0,9 массы Земли).
• WASP-17 b - первая обнаруженная планета, которая вращается вокруг звезды в направлении, противоположном вращению самой звезды.
• COROT-7 b - первая суперземля (февраль 2009), обнаруженная транзитным методом и имеющая размер 1,58 размера Земли.
• GJ 1214 b - первая планета-океан (теоретически).
• HD 10180 - звезда с максимальным числом открытых планет. На апрель 2012 года было обнаружено девять планет.
• Глизе 581 g - планета с высокой вероятностью существования жидкой воды.
• Kepler-10 b - первая железная планета (плотность планеты 8,8 г/см³).
• Kepler-11 - звезда, которая находится в созвездии Лебедя на расстоянии около 613 парсеков от нас. Вокруг звезды обращается, как минимум, 6 планет.
• WASP-19 b - экзопланета с периодом обращения вокруг звезды, равным 0,7888399 земных суток (18,932 часа).
• WASP-33 b - самая горячая экзопланета из известных на 2011 год. Температура - 3200 °C.
• WASP-43 b и GJ 1214 b - обладают самыми «тесными» орбитами. WASP-43 b - среди горячих юпитеров, GJ 1214 b - среди сверхземель. У WASP-43 b большая полуось 0,014 а. е. (2 млн км или 5 звездных радиусов). Родительская звезда WASP-43 - самая маломассивная звезда из всех, около которых вообще были обнаружены горячие гиганты. У GJ 1214 b большая полуось равна 0,014 ± 0,0019 а. е. (эксцентриситет орбиты меньше 0,27 - слабоэллиптическая орбита)

Планетная система ε Эридана в представлении художника

• KIC 10905746 b и KIC 6185331 b - впервые экзопланеты открыты «любителями» среди массива данных, собранных «профессионалами» (проект Planet Hunters)
• Kepler-20 e и Kepler-20 f - первые открытые экзопланеты размером с Землю и меньше, размеры Kepler-20 e составляют всего 0,87, а Kepler-20 f 1,03 радиуса Земли. Открыты телескопом Кеплер
• KOI-961 b, KOI-961 c и KOI-961 d - экзопланеты у красного карлика KOI-961, радиусом 0,78, 0,73 и 0,57 радиуса Земли. Радиус KOI-961 d чуть больше, чем у (0,53 радиуса Земли).
• HD 37605 c - первый холодный юпитер, обнаруженный в 2012 году.
• 47 Большой Медведицы - система, состоящая из 3 холодных юпитеров - 47 Большой Медведицы b, 47 Большой Медведицы c и 47 Большой Медведицы d.
• GD 66 b - вероятно, первая гелиевая планета.
• WASP-12 b - экзопланета, у которой астрономами из России заявлено возможное существование первой открытой экзолуны (WASP-12 b I).
• HIP 11952 b и HIP 11952 c - экзопланеты у звезды HIP 11952 являются самыми старыми из открытых, с оценочным возрастом 12,8 млрд лет. Прежде это место занимала планета PSR B1620-26 b с возрастом 12,7 млрд лет. Возраст планетной системы у звезды Каптейна - 11,5 млрд лет, у звезды Kepler-444 - 11,2 млрд лет.
• Альфа Центавра B b - ближайшая к Земле экзопланета (открытие пока не подтверждено).
• JMASS J2126-8140 - самая удалённая от родительской звезды планета, известная на данный момент (январь 2016 года) - 1 трлн км (6685 а. е.). До планеты WD 0806-661 b - 375 млрд км (2500 а. е.), до планеты GU Рыбы b - 300 млрд км (ок. 2000 а. е.), до планеты HD 106906 b - 97 млрд км (650 а. е.). Формирующаяся планета у звезды TW Гидры находится на расстоянии 12 млрд км (80 а. е.), газовый гигант у звезды 59 Девы - на расстоянии 6,5 млрд км (43,5 а. е.).

Последствия открытия экзопланет

Сравнение системы Kepler-11 с орбитами Меркурия и Венеры

Открытие экзопланет позволило астрономам сделать вывод: планетные системы - явление в космосе распространённое. До сих пор нет общепризнанной теории образования планет, но теперь, когда появилась возможность подвести статистику, ситуация в этой области меняется к лучшему. Большинство обнаруженных систем сильно отличается от солнечной - скорее всего это объясняется селективностью применяемых методов (легче всего обнаружить короткопериодичные массивные планеты). В большинстве случаев планеты, подобные Земле, и меньшие по размерам, на данный момент (август 2012 года), обнаружить возможно только транзитным методом.

«Закрытие» экзопланет

Тщательное изучение спектра звезды WASP-9 с помощью высокоточного спектрометра HARPS выявило в нём следы второго звёздного спектра. Таким образом, планеты WASP-9 b не существует.

 >

– 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.

Эти объекты по параметрам и химическому составу напоминают нашу и вращаются в зоне обитания (идеальная дистанция к звезде, позволяющая сохранять воду в жидком состоянии). Они ценны для обнаружения, так как могут располагать жизнью.

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. Сверхземли Астрофизик Сергей Попов о многообразии планет Солнечной системы, свойствах сверхземель и составе экзопланет:

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.

Планета-сирота 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.

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:

Поиск землеподобных экзопланет — миссия обсерватории «Кеплер», которая выйдет на орбиту в начале 2009 года. За четыре года «Кеплер» обследует около 100 000 звезд типа нашего Солнца в поисках планет, похожих на Землю

Первая экзопланета, зарегистрированная с помощью прямого наблюдения в видимом диапазоне, — Фомальгаут b. На фотографиях, сделанных «Хабблом» с разницей в два года, видно перемещение планеты, совершающей полный оборот за 872 года

Обсерватория «Кеплер» — первая миссия NASA, способная обнаруживать планеты размером с Землю и даже меньше. Инструмент «Кеплера» — сверхчувствительный фотометр, оснащенный телескопом системы Шмидта с апертурой 0,95 м и шириной поля зрения 12°. Измерительная часть фотометра состоит из 42 ПЗС-матриц размерами 50 х 25 мм и разрешением 2200 х 1024 p.

«Кеплер» будет с большой точностью измерять интенсивность поступающего от далеких звезд света и способен засечь ее изменение при прохождении планеты по диску звезды.

Вкруг солнц, бесчисленных и сходных // C огнистым улеем, там, в высоте, // В сверкании пространств холодных, // Вращаются, впивая дивный свет, // Рои трагических планет.

Эмиль Верхарн, цикл «Вечера» (в переводе В. Брюсова)

В 1842 году французский мыслитель Огюст Конт во второй книге «Курса позитивной философии» провозгласил, что «химический и минералогический» состав звезд навеки останется тайной для науки. Между тем тридцатью годами ранее немецкий физик Йозеф Фраунгофер обнаружил в спектрах излучения некоторых звезд характерные темные линии, которые, как мы сейчас знаем, представляют собой подпись элементов, входящих в состав их атмосфер.

В те времена, когда автор этой статьи посещал астрономический кружок Московского планетария, в популярных книжках утверждалось, что с помощью земных телескопов нельзя обнаружить ни единой внесолнечной планеты. В 1990-е годы это предсказание рассыпалось в пух и прах, хотя научные методы, которые дали возможность его опровернуть (сперва радиоастрономические наблюдения, а позже доплеровский анализ спектральных линий), были созданы гораздо раньше.

К концу 2008 года было известно около 310 так называемых экзопланет, обращающихся вокруг звезд нашей Галактики. Нет сомнений, что планетными свитами обладают и светила из других галактик, просто их еще не обнаружили из-за огромных расстояний. Учитывая, что первый спутник обычной звезды был официально открыт всего 13 лет назад, приходится признать, что с самого начала отлов экзопланет взял очень высокий темп. А поскольку в последние годы экзопланеты обычно находят в процессе автоматического сканирования ночного небосвода (техника которого совершенствуется не по дням, а по часам), число таких открытий имеет шансы значительно увеличиться уже в ближайшее время.

Увидеть или угадать?

Самый простой способ поиска экзопланет — прямое наблюдение. Именно так в свое время искали околосолнечные планеты, лежащие за Сатурном: достаточно просто смотреть в телескоп (точнее, анализировать оцифрованные звездные снимки). В принципе (а с недавнего времени и на практике) это вполне решаемая задача — был бы телескоп помощнее да матрица почувствительней.

Однако шансы на успех невелики. Скажем, для звезды солнечного типа на расстоянии 15 световых лет от нас, вокруг которой на расстоянии приблизительно 5 астрономических единиц обращается газовый гигант размером с Юпитер. На земном небе угловое расхождение между такой звездой и ее спутником составит приблизительно одну угловую секунду, что вполне доступно современным телескопам. Но вот беда — контраст маловат. В оптическом спектре мощность звездного излучения превышает отраженный планетарный отблеск в миллиард раз, а в ИК-диапазоне — в миллион. Поэтому подобные открытия пока что возможны лишь в исключительных случаях. В 2004 году один из восьмиметровых телескопов Южной Европейской обсерватории зафиксировал планету с массой в пять Юпитеров, обращающуюся вокруг коричневого карлика 2 М 1207 (70 парсеков от Солнца) на расстоянии двух радиусов орбиты Нептуна (55 астрономических единиц). Однако французским и американским астрономам, которые год спустя опубликовали сообщение об этом открытии, крупно повезло. Материнская звезда в данном случае светит настолько слабо, что инфракрасный контраст между ее излучением и планетарным светом составляет всего 100:1. Первая в истории «прямая» фотография звездно-планетной пары (впрочем, сделанная с помощью адаптивной оптики) вполне заслуженно попала на страницы газет. Впоследствии с помощью инфракрасной фотографии удалось найти еще несколько кандидатов в экзопланеты (по разным оценкам, от пяти до семи). А в ноябре 2008 года американские астрономы сообщили о первой идентификации ранее неизвестной экзопланеты на фотоснимках в видимом свете (это небесное тело с массой от половины до трех масс Юпитера обращается вокруг любимой фантастами звезды Фомальгаут из созвездия Южной Рыбы). Впрочем, можно надеяться, что новые изображения такого рода в следующем десятилетии принесет орбитальный телескоп James Webb и пока еще не построенные наземные телескопы особо крупного калибра.

Невезучая астрометрия

В существовании экзопланет можно убедиться косвенными методами. Об их наличии свидетельствуют как аномалии движения материнских звезд, так и специфические особенности их излучения.

Движением светил на земном небосводе занимается древнейшая ветвь астрономии — астрометрия. Этой науке по силам находить звездные спутники-невидимки: звезда, обладающая космическим компаньоном, и ее спутник обращаются вокруг общего центра масс, и смещение звезды при наличии прецизионной угломерной аппаратуры можно зарегистрировать. Легче всего обнаружить планету, если звезда обладает заметным собственным движением (смещается на земном небосводе относительно других звезд). Еще в 1844 году немецкий астроном Фридрих Бессель пришел к выводу, что мельчайшие аберрации собственного движения Сириуса указывают на наличие у него спутника. Правда, им оказалась не планета, а звезда — точнее, белый карлик (второй по счету в истории астрономии), — которую спустя 18 лет рассмотрел в телескоп американец Алван Кларк.

Внесолнечные планеты начали систематически искать именно астрометрическими методами. Первым в этом деле стал переселившийся в США голландец Пиет Ван де Камп. В 1938 году он стал периодически фотографировать несколько специально выбранных звезд на 61-сантиметровом телескопе Спроуловской обсерватории в штате Пенсильвания. Шестью годами позже он заявил об открытии странного небесного тела, которое при желании можно было счесть кандидатом на роль экзопланеты.

Произошло это так. Де Кампа особенно заинтересовала тусклая звезда в созвездии Змееносца, которую в 1916 году прославил на весь мир американский астроном Эдвард Эмерсон Барнард. На основе многолетних наблюдений он показал, что этот красный карлик обладает рекордным собственным движением, ежегодно смещаясь на 10,3 угловой секунды. К тому же он расположен очень близко к Солнцу, всего 5,96 светового года (ближе лишь Альфа Центавра). Де Камп вполне логично решил поискать планетную свиту звезды со столь уникальными характеристиками и вскоре пришел к заключению, что не ошибся. В 1944 году он доложил на заседании Американского философского общества, что звезда Барнарда обладает несветящимся компаньоном, масса которого в 60 раз больше массы Юпитера. Для планеты многовато, а для звезды недостаточно. Де Камп проявил осторожность и назвал свое гипотетическое тело просто объектом промежуточной массы.

Де Камп не первым выступил с подобным анонсом. В 1943 году его коллега по Спроуловской обсерватории Кай Ааге Стрэнд и астрономы из обсерватории Маккормака Дирк Рейл и Эрик Холмберг сделали аналогичные заявления. Стрэнд сообщил об открытии у звезды 61 Лебедя компаньона массой в 16 Юпитеров, а Рейл и Холмберг обнаружили тело в полтора раза легче, принадлежащее двойной звездной системе 70 Змееносца. Однако эти заявки не удалось подтвердить, и авторы от них отказались. А вот де Камп не сдался. В 1963 году он сообщил, что абсолютно уверен в наличии у звезды Барнарда холодного спутника, но снизил его массу до 1,6 юпитерианской. Чуть позже он подарил ей еще одну планету меньшего калибра. Однако со временем эти выводы были не раз опровергнуты и планеты де Кампа пополнили список астрономических заблуждений. Аналогичная судьба постигла еще одного американского астронома — Джорджа Гэйтвуда. Приходится признать, что астрометрия пока что не принесла для поиска экзопланет пользы.

Первые успехи: радиопоиск

Первый успех в поиске экзопланет достался не оптике, а радиотехнике. Впрочем, это естественно. Как известно, в космосе хватает источников строго периодических радиосигналов — радиопульсаров (это быстро вращающиеся нейтронные звезды, обладающие сильным магнитным полем). Генерируемые на их магнитных полюсах мощные направленные пучки радиволн описывают в пространстве конические поверхности. Если на такой поверхности оказывается наша планета, луч пересекает ее на каждом обороте. Излучение регистрируют на Земле в виде периодических импульсов, из-за чего и сами источники называют пульсарами. Если вокруг пульсара обращаются планеты, то они своим притяжением чуть-чуть меняют характер его вращения и вызывают осцилляции принимаемого на Земле радиосигнала.

Планетные свиты искали у пульсаров с начала 1970-х. Но только в 1992 году работавшие в США поляк Александр Волщан и канадец Дэйл Фрей доказуемо обнаружили две планеты, обращающиеся вокруг миллисекундного пульсара PSR 1257+12, отдаленного от Солнца на 980 световых лет. Позднейшие вычисления показали, что планет не две, а три. Самая легкая из них вдвое тяжелее Луны, массы остальных равны 4,3 и 3,9 массы нашей планеты. Конечно, они не годятся на роль прибежища жизни любого мыслимого типа.

Судя по всему, пульсары не богаты планетами. Во всяком случае, позднее радиоастрономам удалось обнаружить лишь еще одного представителя этого семейства. Им оказался пульсар PSR 1620−26, вокруг которого обращается тело массой в два с половиной Юпитера. И совершенно очевидно, что аппаратура, с помощью которой были сделаны эти открытия, работает исключительно для пульсаров и не годится для поиска несветящихся спутников обычных звезд.

Доплеровская спетроскопия

Астрометрические методы в принципе (но пока не на практике) позволяют обнаруживать экзопланеты по смещениям двумерных траекторий звезд на небесной сфере. Поэтому они должны дать максимальный эффект в случае, если плоскость планетной орбиты перпендикулярна лучу зрения на звезду. Если же с Земли эта планетная система будет видна не в анфас, а в профиль, движение планеты сильнее всего будет влиять не на положение звезды на небесной сфере, а на ее радиальную скорость по отношению к Земле. Двигаясь в нашем направлении, планета-спутник потянет за собой звезду, и эта скорость возрастет; когда же планета пойдет на удаление, радиальная скорость звезды несколько уменьшится. В результате звезда с точки зрения земных наблюдателей будет покачиваться подобно маятнику в направлении «к нам — от нас». Обнаружить визуально такое смещение невозможно, однако в первом положении возникает доплеровское смещение спектральных линий звездного излучения в голубую сторону, а во втором — в красную. Поскольку планета обращается вокруг звезды по замкнутой траектории со стабильным годом, подобные смещения окажутся строго периодичными. Их вполне можно выявить с помощью чувствительных спектроскопов. Этот метод (называемый также методом радиальных, или лучевых, скоростей) работает, даже если угол, о котором шла речь, не равен 90 градусов, но все-таки отличен от нуля. Разумеется, длительность наблюдений должна составлять не менее планетарного года, а еще лучше — нескольких лет.

Охотники за экзопланетами осознали возможности этого метода еще в 1970-х годах. И не просто осознали, но и приступили к работе. В 1988 году канадские астрономы Брюс Кэмпбелл, Гордон Уолкер и Стефенсон Янг сообщили, что им предположительно удалось обнаружить темный спутник Гаммы Цефея. Однако они признали, что их аппаратура была недостаточно чувствительна, чтобы с уверенностью претендовать на открытие. Четыре года спустя их выводы были поставлены под сомнение, но в 2003 году полностью подтверждены. Так что в этом смысле нынешний год можно считать юбилейным — первое открытие экзопланеты состоялось 20 лет назад. Точно так же гарвардский астрофизик Дэвид Латам в 1989 году заявил о возможной идентификации планеты вблизи звезды HD 114762, но подтверждения этого открытия пришлось ждать целых семь лет (правда, до сих пор неизвестно, планета это или коричневый карлик).

В начале 1990-х уже несколько научных коллективов всерьез занимались спектрометрическим поиском как несветящихся, так и очень тусклых компаньонов звезд солнечного типа. Этим методом они надеялись обнаружить не только экзопланеты, но и давно предсказанные теоретиками коричневые карлики, инфракрасные звезды с массой меньше 8% массы Солнца, в недрах которых невозможно термоядерное горение обычного водорода (правда, там может гореть дейтерий, но его запасов хватает ненадолго). И те и другие надежды оправдались 13 лет назад, причем по занятному совпадению одновременно.

Гонка за экзопланетами

Среди многочисленных охотников за экзопланетами вперед вырвались три научные группы. Одну составили уже упоминавшиеся канадцы Кэмпбелл и Уолкер, вторую — американцы Джеффри Марси и Пол Батлер (химик, но с астрономическими устремлениями), третью — профессор астрономии Женевского университета Мишель Мэйор и его аспирант Дидье Келоз. Канадцы вполне могли первыми добиться признанного успеха, поскольку больше других сделали для разработки приборов, позволяющих заметить «раскачивание» звезд. Однако им опять не повезло. В 1994 году они снова претендовали на возможное открытие экзопланеты, однако их выводы не подтвердились. Американцам тоже никак не хотела улыбнуться удача. В том же году Марси сообщил, что они отмониторили треть списка специально выбранных звезд, но результатов так и не получили.

Швейцарцы тем временем приступили к систематическому поиску экзопланет, используя спектрометр высокого разрешения ELODIE, смонтированный в 1983 году на 193-сантиметровом телескопе 1958 года обсерватории От-Прованс в Южной Франции. 23 ноября 1995 года они опубликовали в Nature статью, из которой мир узнал о долгожданном открытии планеты, обращающейся вокруг обычной звезды. Всего через несколько недель американцы подтвердили этот результат и сообщили о регистрации еще пары экзопланет. Планетарная астрономия раз и навсегда вышла за пределы Солнечной системы. А позднее подобные открытия посыпались одно за другим.

Ученые сразу поняли, что экзопланеты отличаются от спутников Солнца. Первая из них была обнаружена около звезды 51 Пегаса. Она обращается по круговой траектории с радиусом в 7,5 млн километров, совершая один оборот всего за 4,2 суток, и обладает весьма солидной массой (0,47 массы Юпитера). Для сравнения: крошечный Меркурий никогда не подходит к Солнцу ближе, чем на 46 млн километров и делает полный оборот за 88 суток. Обе планеты, о которых сообщили американцы, также вызывали удивление. Это явно были газовые гиганты — 2,54 и 7,44 массы Юпитера. При этом они тоже оказались подозрительно близкими к своим звездам — 47 Большой Медведицы и 70 Девы: их большие полуоси равняются, соответственно, 2,1 и 0,48 а.е. (Юпитер отдален от Солнца на 5,2 а.е.). Вторая планета к тому же движется по чрезвычайно вытянутой орбите с эксцентриситетом 0,4, вдвое большим, нежели у Меркурия.

Звездные затмения

Экзопланеты отлавливают и с помощью фотометрии — определения колебаний видимой яркости звездного света. Разумеется, это возможно только в том случае, если планета периодически проходит между Землей и своей звездой. Амплитуда уменьшения светового потока пропорциональна квадрату отношения радиусов затмевающего и затмеваемого тела. Так, если диаметр планеты равен одной десятой диаметра звезды (таково соотношение геометрических параметров Юпитера и Солнца), она перекроет одну сотую звездного света, а планета земного размера уменьшит яркость звезды на одну десятитысячную.

Фотометрический метод не только приносит информацию о наличии и составе атмосферы планеты, но и расширяет возможности доплеровской спектроскопии. Действительно, если планета затмевает звезду, то доплеровская спектроскопия дает не минимальную, а реальную оценку планетарной массы (см. врезку). Осенью 1999 года Дэвид Шарбонне и Тимоти Браун впервые применили связку этих двух методов — спектрометрически выявили наличие спутника у звезды HD 209458, а затем зарегистрировали и периодические провалы на кривой колебаний ее яркости. Полученные данные позволили выяснить, что масса планеты составляет 0,69 массы Юпитера, а диаметр — полтора юпитерианских. Позднее затменный эффект этой планеты с гораздо большей точностью подтвердили приборы орбитального телескопа «Хаббл» и астрометрического спутника «Гиппарх».

В основе другой разновидности фотометрического отлова внесолнечных планет лежит явление гравитационного микролинзирования. Первоначально его использовали для поиска тусклых маломассивных звезд. Оказавшись между Землей и далеким ярким светилом, такая звезда своим тяготением искривляет его лучи и временно увеличивает его видимый блеск. Если звезда обладает спутником, световая кривая несколько изменяется. Впервые таким путем заметили далекую планету в 2003 году. Метод сам по себе весьма эффективен, но, к сожалению, не допускает повторных наблюдений.

Успешная погоня за экзопланетами не только дала астрономии богатейшую информацию, но также привлекла к этой науке общественное внимание и сильно увеличила ее престиж. А это благоприятно отразилось на финансировании новых проектов. Поэтому нет ничего удивительного, что разработка приборов следующих поколений, предназначенных для такого поиска, идет полным ходом. Но о них — в следующем номере.

Что такое экзопланета?

Посмотрев на небо в ясную ночь, вы можете быть уверены в том, о чем наши предки даже не подозревали: вокруг практически каждой звезды вращается хотя бы одна планета.

Like Love Haha Wow Sad Angry

Миры, обитающие на орбитах других звезд, называются «экзопланетами», и они бывают самыми разными: от гигантских газовых гигантов, превосходящих по размеру Юпитер, до небольших скалистых планет подобных Земле или Марсу. Далекие планеты могут быть достаточно горячими, что металл плавится на их поверхностях, или ледяными снежными шарами. Многие из них так быстро и близко вращаются вокруг своих звезд, что их год длится несколько земных дней. У некоторых может быть два солнца. Есть и изгнанные из своих систем странники, те, что блуждают в темноте по галактике.

Млечный Путь – огромное семейство звезд, простирающееся примерно на 100 000 световых лет. Его спиральная структура содержит около 400 миллиардов жильцов, и наше Солнце среди них. Если каждая из этих звезд имеет на орбите не одну планету, а несколько, как в Солнечной системе, то число миров в Млечном Пути просто астрономическое: счет идет на триллионы.

Тысячи звездных систем, проживающих в Млечном Пути. Credit: ESO/M. Kornmesser

Человечество несколько веков размышляло о возможности существования планет вокруг далеких звезд, и теперь мы с уверенностью говорим, что внесолнечные миры действительно существуют. Недавно у нашей ближайшей соседки, Проксима Центавра, была открыта , и, вероятно, она не одинока. Расстояние до нее примерно 4,5 световых года или 40 триллионов километров. Однако большая часть найденных экзопланет находится в сотнях или тысячах световых лет от нас.

Плохая новость: пока у нас нет способа добраться до них. Хорошая новость: мы можем смотреть на них, оценивать температуру, «прощупывать» атмосферу и, возможно, в ближайшее время обнаружим признаки жизни, которые скрыты в тусклом свете, поступающем от этих далеких миров.

Первой экзопланетой, вышедшей на мировую арену, была 51 Pegasi b, в 50 световых годах от нас, который совершает один оборот вокруг звезды за 4 земных дня. Поворотный момент, после которого внесолнечные планеты стали обычным делом, произошел в 1995 году.

Художественное представление горячего юпитера. Credit: ESO

Еще до 51 Pegasi b было несколько кандидатов. Экзопланета, известная сегодня как Тадмор, была обнаружена в 1988 году. Хотя из-за недостаточного количества доказательств ее существование было поставлено под сомнение в 1992 году, десять лет спустя дополнительные наблюдения подтвердили, что вокруг Гамма Цефея A действительно вращается планета. Затем, в 1992 году, была открыта система из «пульсарных планет». Эти миры вращаются у мертвой звезды, PSR 1257+12, проживающего на расстоянии 2300 световых лет от Земли.

Теперь мы живем во вселенной экзопланет. Их количество постоянно увеличивается, и на данный момент число подтвержденных планет за пределами Солнечной системы перешагнуло рубеж в 3700, но уже в ближайшем десятилетии график может скакнуть до отметки в десятки тысяч.

Как мы к этому пришли?

Мы стоим на пороге великих открытий. Эпоха ранних исследований и первые подтвержденные экзопланеты подготовили почву для следующего этапа: охоте за далекими мирами с более «зоркими» и сложными телескопами в космосе и на земле. Некоторым их них было поручено проводить точную перепись населения, вычисляя разнообразные размеры и типы экзопланет. Другие тщательно изучают отдельные миры, их атмосферы и потенциал для поддержания жизни.

Прямая визуализация экзопланет, то есть их фактические снимки, играют все более значимую роль, хотя ученые достигли текущий уровень знаний, главным образом, косвенными средствами. Два основных метода опираются на колебания и затмения.

Анимация, составленная из снимков четырех массивных экзопланет, вращающихся вокруг молодой звезды HR 8799. Credit: Jason Wang/Christian Marois

Первый основан на фиксации отчетливых колебаний звезд под действием гравитации орбитальной планеты. Эти отклонения характеризуют массу экзопланеты. Метод позволил подтвердить первых кандидатов, в том числе 51 Pegasi b, а в общей сложности с помощью измерения радиальной скорости открыто около 700 миров.

Но подавляющее большинство экзопланет найдено методом транзита, который основан на улавливании невероятно крошечного падения светимости звезды при пересечении ее диска планетой. Такая стратегия поиска указывает на размер объекта. , запущенный в 2009 году, нашел около 2700 подтвержденных экзопланет таким образом. Он и по сей день открывает новые миры, но, к сожалению, его охота вскоре закончится, поскольку топливо на исходе.

У каждого метода есть свои плюсы и минусы. Измерение радиальной скорости показывает массу планеты, но не дает информацию о ее диаметре. Транзит говорит о размере внесолнечного мира, но не позволяет определить массу.

Но, когда несколько методов используются вместе, мы можем получить важные данные о планетной системе без прямой визуализации. Лучшим примером является система TRAPPIST-1, расположенная примерно в 40 световых годах от нас, в которой семь планет размером с Землю вращаются вокруг небольшого красного карлика.

Планеты, обращающиеся вокруг ультра-холодного красного карлика TRAPPIST-1, в сравнении с Землей. Credit: ESO/M. Kornmesser

Было изучено наземными и космическими телескопами. Исследования показали не только диаметры семи плотно упакованных планет, но и их тонкое гравитационное взаимодействие друг на друга. Теперь мы знаем их массы и диаметры, можем оценить температуру на поверхности и даже предположить цвет неба на каждой из них. И хотя пока многое неизвестно об этих семи планетах, в том числе покрыты ли они океанами или коркой льда, TRAPPIST-1 стала самой изученной звездной системой, кроме нашей собственной.

Что дальше?

Следующим шагом станет новое поколение космических телескопов. Прежде всего , запуск которого запланирован на 16 апреля 2018 года. Этот современный инструмент проведет почти полный обзор близких ярких звезд в поисках транзитных планет.

28.03.2018 18:47 820

Многие из вас ребята увлекаются астрономией, читают разные книги и смотрят фильмы, посвящённые космосу. Возможно, вы когда-нибудь слышали, что учёные называют некоторые планеты экзопланетами. А вот что такое экзопланеты, мы сейчас и узнаем.

Слово «экзо» в переводе с греческого языка означает «снаружи» или «вне». Из этих слов следует, что экзопланетами называются планеты, которые находятся за пределами нашей солнечной системы.

Учёные стали замечать такие планеты в конце 1980-х годов, когда появились мощные аппараты, позволяющие это сделать. Большую помощь в изучении экзопланет астрономам оказали космические телескопы – искусственные спутники, которые придумали для открытия новых планет. Многие экзопланеты были обнаружены учеными при помощи мощных оптических телескопов , установленных в разных обсерваториях.

Исследователи делят экзопланеты на два вида: экзопланеты земного типа и газовые экзопланеты. Планеты земного типа состоят из железа, алюминия, магния и кислорода. В связи с этим у них высокая плотность и твёрдая поверхность. Газовые гиганты состоят из различных газов: водорода, метана, гелия. Ходить по таким планетам у вас не получится, поскольку у них нет твёрдой поверхности. Если спускаться на такую планету, то можно провалиться в ней, как будто летишь сквозь облака. Но чем глубже опускаешься, тем больше увеличивается давление, которое может просто раздавить какой-нибудь предмет. В нашей солнечной системе к планетам земного типа относятся Меркурий, Венера, Земля и Марс, а к газовым гигантам – Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун.

Экзопланеты земного типа делятся на разные классы, например: суперземля, планета-океан, железная планета и многие другие.

Суперземлями называют планеты, масса которых больше, чем масса Земли, но меньше массы газовых гигантов. Среди суперземель можно выделить планету Глизе 581с. Она вращается вокруг звезды Глизе 581 (своего Солнца) в созвездии Весов. Эту планету открыли в 2007 году в обсерватории Ла-Силья, которая находится в Чили. Экзопланета Глизе 581с похожа своими размерами на нашу планету. Она находится на расстоянии примерно 20 световых лет от Земли. Благодаря различным расчётам астрономы смогли выяснить, что на этой планете может существовать атмосфера, температура поверхности составляет около 100 0 С, а один год длится всего лишь 13 земных дней. Учёные предполагают, что возможно на этой экзопланете существует вода.

Планета-океан – это экзопланета, которая полностью покрыта водой. Астрономам удалось обнаружить пока только одну такую планету со сложным названием GJ 1214 b, которая подходит под это название. Она находится в созвездии Змееносца.

Железные планеты – это разновидность планет, в ядре которых содержится большое количество металла. Пример такой планеты – экзопланета Kepler-10 b в созвездии Дракона.

Газовые экзопланеты делятся также на различные классы: горячий Нептун, супер-Юпитер и другие.

Горячий Нептун – это класс экзопланет, которые похожи своими размерами и массой на Нептун и Уран и находятся очень близко к своей звезды (расстояние меньше чем одна астрономическая единица). Планета Глизе 436 b относится как раз к такому классу экзопланет. Она находится в созвездии Льва в 33 световых лет от нашей Земли. Эта планета состоит в основном из воды. Из-за близкого расположения к своей звезде (своему Солнцу) температура на планете составляет около 300 0 С! Однако вода при такой температуре не испаряется, а наоборот находится в твёрдом состоянии (лёд). Всему виной огромная сила гравитации на этой планете. Она создаёт очень большое давление, которое сжимает молекулы воды, превращая их в горячий лёд. Силы тяготения не дают этому льду растаять.

Супер-Юпитер – разновидность экзопланет, размеры и масса которых превышают размеры самой большой планеты в нашей солнечной системе – Юпитера. Примером такой экзопланеты может служить планета Kepler-419 c. Она расположена в созвездии Лебедя, на расстоянии в 2544 световых лет от Земли.

Как вы уже заметили, ребята, у всех перечисленных выше экзопланет очень странные и сложные названия, которые трудно запомнить. Дело в том, что за последние годы учёным удалось открыть несколько тысяч новых экзопланет, и было сложно придумывать каждой своё имя. Поэтому экзопланеты решили называть в честь звезд (своего Солнца), вокруг которых они вращается. А к названию звезды астрономы стали прибавлять одну букву. Например планета Kepler-419 c вращается вокруг звезды (своего Солнца) Kepler-419.