Где прячутся экзопланеты: сколько копий Земли есть во Вселенной

Учёные разных стран стремятся как можно лучше понять устройство Солнечной системы. Один из способов это сделать - изучить всё разнообразие планетных систем, образованных вокруг других звёзд. Планеты, расположенные за пределами Солнечной системы и вращающиеся вокруг других звёзд, называют экзопланетами. 

Обнаружить их долго не могли, поскольку они светятся лишь слабым, отражённым от звёзд светом. Кроме того, даже ближайшая к нам звезда находится на большом расстоянии от Солнца - 4,24 световых года. Таким образом, для исследования экзопланет необходима очень чувствительная аппаратура.

Первую экзопланету открыли канадские астрономы лишь в 1988 году, однако точность измерений была сомнительной, и окончательно находка подтвердилась только спустя 15 лет.

Главная задача миссии «Кеплер» состоит в поиске так называемых планет земной группы - чьи размеры либо в два раза меньше, либо в два раза больше Земли. Особенно тщательно их ищут в обитаемой зоне звёзд, где может существовать вода, а значит, и жизнь. На официальном сайте космического эксперимента можно узнать количество подтверждённых экзопланет - в настоящий момент их 2330 (из 4706 кандидатов).

Как «Кеплер» ищет планеты?

Метод поиска, который использовал орбитальный телескоп, называется транзитным. Транзит - прохождение планеты перед светящимся диском своей звезды, в результате чего светило временно тускнеет. При транзите планет земного типа яркость уменьшается незначительно - примерно на 0,01% от первоначальной величины. Процесс транзита может длиться от 2 до 16 часов. Но чтобы с уверенностью говорить об обнаружении планеты, требуется, чтобы яркость звезды снижалась на один и тот же процент за одно и то же время и через один и тот же временной интервал. 

После обнаружения планеты вычисляют её орбиту, используя третий закон Кеплера. Размер планеты определяют по глубине транзита (коэффициент уменьшения блеска звезды при прохождении экзопланеты) и диаметру звезды. Температуру планеты вычисляют, зная температуру и размер орбиты звезды. Собрав все эти характеристики, можно делать выводы о том, возможна ли на планете жизнь хотя бы в теории.

В программу наблюдений телескопа «Кеплер» включили около 100 тыс. звёзд. При поиске планет в обитаемой зоне промежуток между транзитами должен составлять приблизительно один год (по аналогии с тем, как вращается Земля вокруг Солнца). Для надёжности нужно зафиксировать по крайней мере несколько транзитов одной и той же планеты. Поэтому предполагалось, что миссия будет длиться не менее 3,5 лет, а в 2012 году было объявлено о её продлении как минимум до 2016 года.

За всё время работы телескоп обнаружил более 3 тыс. планет, но большинство из них вращается вокруг тусклых звёзд, поэтому изучать их сложно. Однако в 2014 году стартовала расширенная миссия К2. Её достоинством является то, что «Кеплер» следит за яркими звёздами, для которых можно определить массы и радиусы планет одновременно, а значит, их средние плотности и химические составы.

Не простая, а горячая

Существует три основных типа экзопланет: газовые гиганты, ледяные гиганты и горячие супер-Земли с коротким орбитальным периодом. Супер-Земли более массивны, чем наша планета, но легче, чем Уран или Нептун, которые примерно в 15 раз тяжелее Земли.

Исследователи из Университета штата Невада, Института SETI и NASA провели статистический анализ кандидатов из каталога миссии «Кеплер». Учёные исследовали 3063 кандидата в 2373 планетарных системах. При этом они сравнивали свойства одиночных систем (с одной планетой) с характеристиками кратных (с несколькими планетами). Оказалось, что существует ещё один класс планетарных систем, параметры которого не совпадают ни с одиночными, ни с кратными. Видимо, его стадии формирования сильно отличаются от эволюции стандартных систем Кеплера, включающих изолированную планету размером с Землю.

Одно из важных свойств планетарной системы - её архитектура: размеры и орбитальные периоды планет (время одного обращения планеты вокруг звезды), а также взаимосвязь этих величин.

Астроном Джейсон Штеффен из Университета штата Невада и Джеффри Коулин из Исследовательского центра Эймса пришли к выводу, что как минимум 24 из 144 претендентов относятся к классу планетарных систем с архитектурой, существенно отличающейся от кеплеровской. Особенность таких структур заключается в том, что вокруг звезды вращается одна «горячая Земля» размером с нашу планету. При этом, как замечает Штеффен, «планета совсем не похожа на нашу, её поверхность, обращённая к светилу, практически расплавлена из-за высокой температуры. «Горячая Земля» скорее напоминает Меркурий, но с ещё более жёсткими условиями».

«Мы обнаружили, что хотя бы одна из шести систем, включающих «горячую Землю», представляет собой новый тип. В ней «горячая Земля» сильно отдалилась от соседних планет», - сообщает Штеффен. Кроме того, «горячие Земли» какое-то время были потенциально пригодны для жизни, но потом они оказались слишком близко к своей звезде. Учёные планируют тщательно исследовать механизм таких изменений, а также узнать больше о типах звёзд, которые создают «горячие Земли». «Дополнительные сведения о таких системах были бы полезны для лучшего понимания их происхождения», - объясняет Штеффен.

Анализ данных, собранных «Кеплером» за время основной миссии, планируется завершить к сентябрю 2017 года. Наблюдения в рамках расширенной миссии К2 проводятся до сих пор и продолжатся ещё полтора года, пока не закончится топливо в баках космического аппарата.

Юлия Троицкая

Источник: russian.rt.com