Экзопланеты

С каждым годом всё больше ресурсов и специалистов задействуются в исследовании космоса и раскрытии его загадок. Сейчас учёные занимаются поисками другой жизни активнее, как никогда. Среди массы космических тел внимание астроном завладела экзопланета – именно она выступает надеждой учёных на зарождение и развитие внеземных форм жизни. Чтобы понять, почему такой объект заслуживает изучения, стоит изучить чем является это тело.

Что это?

Экзопланета – планета вне Солнечной системы. На конец 80-х годов прошлого столетия приходится открытие первых таких объектов.

По состоянию на начало осени 2019 года открыто уже 4 115 тел. При этом почти 2,5 тысяч претендуют на данное звание, но для этого им придётся пройти повторную регистрацию с помощью телескопов, расположенных на Земле.

Все объекты обнаружены у десятой части исследуемых звёзд, которые наблюдаются в рамках действия соответствующей программы. Количество возрастает по мере накопления данных и развития инструментов поиска и изучения. Изначально абсолютным большинством открытых экзопланет являлись газовые гиганты. Однако в дальнейшем обнаружены объекты с меньшими массами.

Классификация газовых гигантов

Подразделение экзопланет-гигантов было предложено астрофизиком Д. Сударским и выражено с учётом трёх факторов, определяющих атмосферу – температура, внешний вид и особенности. Выделяют 5 категорий:

• водные облака. Температура не превышает минус 20 градусов Цельсия. Облака содержат в себе: водная взвесь, метан, водород. Несмотря на первичное определение, отнести подобные планеты к пригодным для жизни проблематично – это лишь газовые гиганты, которые удалены от собственного светила примерно так же, как и Земля от Солнца;
• аммиачные облака. Температура не превышает минус 1200 C. Располагаются на большом удалении от светила. Похожи на Юпитер или Сатурн;
• кремниевые облака. Температура более 1 100 градусов Цельсия. Облака состоят из силикатов и паров железа, что подразумевает высокую отражающую способность. Расположены вблизи от светила;
• безоблачные. Температура варьируется от 80 до 540 по Цельсию. Лишены облаков, а значит, обладает низкой отражательной способностью;
• с сильными спектральными линиями щелочных металлов. Температура варьируется от 600 до 1 000 градусов Цельсия. Атмосфера состоит преимущественно из диоксида углерода и паров щелочных металлов;

Подразделение может проводиться и по другим параметрам. Так, отдельно выделяется экзопланета земного типа, в качестве которой признают небесный объект со следующими характеристиками:

• состоит не из раскалённых газов;
• твёрдый;
• меньших размеров, чем газовые гиганты.

Сейчас известно о 200 таких планетах.

Экзопланета похожая на Землю с атмосферой

Весной 2017 г. европейскими астрономами впервые за историю была выявлена планета вне нашей системы земного типа с признаками атмосферы – это GJ 1132b, находящееся на расстоянии 39 св. лет от Земли. Её характеристики:

• радиус на 20% больше земного;
• масса 1,6 земной;
• поверхность – твёрдая и скалистая;
• состав поверхности по предположению схож с составом земных пород;
• атмосфера – смесь метана и водяного пара;
• температура – около 260 C.

Несмотря на высокую температуру и атмосферу, открытие тела столь похожего на земное, было признано одним из самых главных событий и на данный момент и это самая похожая на нашу планету.

Как происходит поиск?

Экзопланета обычно обнаруживается и регистрируется несколькими методами, так как отдельные из доступных вариантов действуют лишь при наличии ряда специфических условий. Наиболее используемые методики таковы:

• прямое наблюдение. Используется преимущественно для выделения планет близи молодых звёзд при удалённости не более 10-100 астрономических единиц. Суть – когда экзопланета изолируется от света своего светила, наблюдатель может получить прямое изображение небесного тела;
• Доплера. Выявление радиальной скорости звезды посредством использования спектрометра. С его помощью можно обнаружить планеты-гиганты с периодом до десяти лет и объекты с массой, в несколько раз превышающей массу Земли, которые при этом располагаются в непосредственной близости от своего солнца. Механизм основывается на взаимодействии планеты и звезды: планета при обращении звезды способствует её «раскачиванию», что позволяет отследить доплеровское смещение;
• астрономический. Основан на корректировке собственного движения звезды под влиянием гравитации небесного тела. Помогает с уточнением массы;
• транзитный. С его помощью можно получить данные о размерах планеты, наличии атмосферы и её составе за счёт наблюдения уменьшения степени светимости звезды при прохождении объекта на её фоне. В сочетании с методом Доплера можно узнать и плотность небесного тела. Актуален лишь в ситуации, когда орбита планеты располагается в одной плоскости с точкой наблюдения;
• радионаблюдение пульсаров. При обращении вокруг пульсара планеты способствуют изменению сигнала пульсара на осциллирующий характер – излучение формирует в пространстве конические поверхности;
• гравитационное микролинзирование. Метод ограниченного применения из-за необходимости соблюдения специфического условия – наличие между наблюдателем другой звезды, которая выступает в качестве линзы и фокусирует своим гравитационным полем свет искомой системы.

В марте 2021 г. будет запущен космический телескоп имени Джеймса Уэбба, который по проведённым расчётам позволит напрямую выявлять экзопланеты и проводить подробный анализ состава их атмосфер.

Оборудование для поиска и изучения небесных тел

Чтобы была открыта экзопланета и проанализирована максимально подробное, используются в первую очередь астрономические спутники:

• COROT. Запущен в конце 2006 года и представляет собой тридцати см. орбитальный телескоп для получения изображений кривых блеска звёзд в период их прохождения перед планетой;
• Кеплер. Выведен на орбиту весной 2009, как телескоп системы Шмидта с радиусом полметра. Одновременно отслеживал порядка 100 тысяч звёзд за счёт обращения вокруг Солнца по радиусу в одну астрономическую единицу. Через 4 г. вышел из строя, но он помог обнаружить 132 экзопланеты и ещё внесено кандидатов 2 740 небесных тел;
• Gaia. На орбите с конца 2013 года. Является космической обсерваторией. Основная цель – сформировать трёхмерную карту Галактики;
• TESS. Запущен сравнительно недавно (2018 год) специально для выявления объектов вне нашей системы транзитным методом. Помимо астрономических спутников, для поисков активно используются обсерватории и на Земле:
• SuperWASP. Состоит из двух обсерваторий, располагающихся на острове Пальма и в Южноафриканской АО. Каждая часть сформирована из восьми телескопов с апертурой в сто одиннадцать миллиметров;
• HATNet. Представляет собой шесть телескопов – 4 расположены в Аризоне, два на Гавайях;
• HARPS. Спектрограф, телескоп в Чили. Поиск осуществляется путём использования метода лучевых скоростей;
• обсерватория Кека. Образована из двух самых крупных зеркальных телескопов, имеющих по три первичных зеркала с диаметром в 10 метров.

В дополнении разрабатываются проекты, которые будут введены в 2022 г. – EchO и в 2025 году – ATLAST. Помимо космических миссий, планируется развитие наземных инструментов наблюдения.

Как именуется?

Новым небесным телам присваивается такое наименование, которое состоит из названия звезды, вокруг которого вращается планета, и строчной буквой латинского алфавита в порядке очерёдности, начиная с «b». Использование буквы «a» не предусмотрено из-за того, что в этом случае наименование бы подразумевало светило. Если было заявлено сразу об открытии нескольких планет из одной системы, название образуется по степени удалённости от звезды.

Имеются и исключения. Возникли они ввиду того, что до 1995 года экзопланета именовалась по другим правилам. Использовались прописные буквы и имело значение то, насколько близко к звезде располагалась планета – в результате чего происходили переименование новых объектов, что приводило к путанице.
Некоторые тела имеют и неофициальные названия. Пример: 51 Пегаса b именуется как Беллерофонт. Ранее официально не допускалось использование подобных прозвищ. Однако в 2015 году путём всемирного голосования было принято решение о присвоении отдельным объектам собственных названий.

Итак, эпоха массового открытия ещё только начинается, но уже сейчас учёными обнаружены объекты, представляющие интерес для всей науки. С каждым годом методы изучения и инструментарий анализа активно развивается, что позволит уже через несколько лет добиться получения надёжных данных по большей части небесных тел.

Открытие такого явления, как экзопланета позволило астроном понять, что планетарные системы – это достаточно распространённое явление в космосе. До сих пор отсутствует общепризнанная теория по образованию планет. Сейчас же, когда учёные могут получать сведений по объектам вне Солнечной системы, ситуация в этой сфере изменяется к лучшему.