Что такое экзопланета?

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.

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.

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 скалистая планета, 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, «горячий Юпитер» 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, пульсара 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. Космический телескоп NASA «Kepler», 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

Семейство TRAPPIST-1 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 TESS, запуск которого запланирован на 16 апреля 2018 года. Этот современный инструмент проведет почти полный обзор близких ярких звезд в поисках транзитных планет.

TESS позволит выбрать лучших кандидатов для более пристального исследования космическим телескоп «James Webb», который отправится в космос в 2020 году. Преемник «Hubble» с его огромным зеркалом будет собирать свет непосредственно от самих планет, которые затем можно будет разложить на спектр, своего рода штрих-код, показывающий, какие газы присутствуют в атмосфере экзопланеты. Основными целями телескопа станут «суперземли».

«Охотник» за экзопланетами TESS. Credit: NASA

Сегодня об этом классе внесолнечных миров мало что известно, в том числе пригодны ли они для жизни. Причина этому – отсутствие аналогов суперземли в Солнечной системе. Если нам повезет, одна из них покажет в своей атмосфере признаки кислорода, углекислого газа и метана. Однако охоту за атмосферами планет размером с Землю придется отложить до будущего поколения космических телескопов в 2030-х годах.

Благодаря телескопу «Kepler» теперь мы знаем, что звезды над нами окружены планетами. И мы можем быть уверены не только в огромном множестве экзопланетных соседей, но и в том, что приключение только начинается.

Источник: in-space.ru