Количество экзопланет открытых разными способами. Что такое экзопланета? Примеры экзопланет

Экзоплане́той принято называть космическое тело, которое «обитает» вне Солнечной системы и, соответственно, обращается вокруг другой звезды. Такие объекты, как правило, достаточно тусклы и имеют относительно малые габариты. Именно поэтому обнаружить их удалось недавно - в 1980 году с помощью усовершенствованных технических приборов и методов. Ученые и по сей день продолжают изучение экзопланет в отдаленных звездных системах.

Сегодня науке известно о существовании 1821 подобных объектов, 1135 из которых относятся к планетным системам. Необходимо отметить, что число объектов, подходящих под параметры экзопланеты, намного больше. После окончания миссии «Кеплер» ученые насчитали только 2750 таких тел. Но для того, чтобы удостовериться, что данные объекты относятся именно к экзопланетам, нужны дополнительные исследования с задействованием наземных машин.

Число экзопланет, находящихся в нашей галактике, может достигать 100 млрд, из которых 5-20% могут оказаться подобны Земле. Также известно, что около трети всех солцеподобных звезд имеют уже сформированные землеподобные объекты.

Следует отметить, что большая часть известных экзопланет были открыты не при помощи визуального наблюдения, а благодаря применению различных методик детектирования. Пока подавляющее количество открытых планет относятся к газовым гигантам. Но ученые убеждены, что говорить о том, что во Млечном Пути преимущественно преобладают объекты, схожие с Юпитером, еще слишком рано. И этому существует простое объяснение: недостаток эффективных методов исследования. Ведь заметить массивный короткопериодичный объект намного легче, чем тело, обладающее меньшими размерами.

История открытий

По общепринятому мнению, первым, кто заявил о возможности нахождения планет в других звездных системах, стал капитан Джейкоб - астроном Мадрасской обсерватории, еще в середине 19 века. Уже в те времена существовала версия о том, что в бинарной системе 70 Змееносца «обитает» планета.
В конце этого же столетия американский ученый Томас Д.Д. Си в той же системе обнаружил движущееся тусклое тело. Тогда даже удалось вычислить период его обращения - 36 лет. Но новые расчеты, произведенные Ф.Р. Мультоном, опровергли убеждения Си. Сегодня ученые также ставят под сомнение нахождения планетных тел в зоне системы 70 Змееносца.

При первых попытках поиска планет, входящих в отдаленные звездные системы, использовались данные о положении ближайших светил. В 1916 году Эдуарду Барнарду удалось вычислить некую «красную звездочку», перемещавшуюся по небосводу с большей скоростью, чем другие светила. Данный объект был наречен «Летящая звезда Барнарда».

В действительности она и оказалась самой приближенной к Солнцу светилом. Её масса почти в 7 раз меньше нашей звезды. Ученые предположили, что, если в её системе всё же находятся планеты, это непременно должно было бы оказывать на «красную звездочку» ощутимое влияние. В середине 20 века Питером Ван де Кампом было заявлено об открытии объекта, подобного Юпитеру. Но всего через десяток лет Дж. Гейвудом было доказано, что звезда Барнарда передвигается без каких-либо замедлений или колебаний. Это означало, что вероятность нахождения около нее крупногабаритных тел практически нулевая.

В конце 80-х 20 века ученые во всем мире стали измерять скорости движения ближайших к Солнцу звёзд, производя отдельный поиск экзопланет, задействовав при этом усовершенствованные спектрометры.

Одно из первых серьезных открытий внесолнечной планеты принадлежит канадским ученым Б. Кэмпбеллу, С. Янгу и Г. Уолкеру. Тогда, в 1988 году, исследователи выявили планету, находящуюся под «покровительством» субгиганта Гамма Цефея А. Но правдивость находки подтвердили только к 2002 году.

Сразу после этого открытия ученые сумели «увидеть» сверхмассивную планету вблизи звезды HD 114762 A. Также, как в первом случае, статус планеты объект приобрел намного позже - лишь к 1999 году.

Впервые экзопланеты обнаружили вблизи нейтронного гиганта PSR 1257+12. Автором этого открытия стал Александр Вольшчан. Данные объекты причислили к категории «вторичных», ввиду того, что звездная система, к которой они принадлежат, сформировалась вследствие взрыва сверхновой.

В 1995 году французскими учеными - Мишелем Майором и Дидье Кело, были зафиксированы колебания, исходящие из области 51 Пегаса. Данные покачивания тела были взяты во внимание в ходе работы с мощным сверхточным спектрометром. Оказалось, что причиной этих покачиваний является обращающаяся в зоне звезды планета, напоминающая Юпитер, которая также находится на относительно близкой дистанции от своего «солнца». В кругу ученых-астрономов такие объекты называют «горячими юпитерами».

Чуть позже, применяя метод Доплера, заключающийся в произведении замеров звездной лучевой скорости, было открыто более 100 экзопланет.

В середине 2004 года в звездной системе μ Жертвенника впервые была замечена планета - горячий нептун. Выяснилось, что полный оборот вокруг своего светила данный объект совершает за 9,5 суток, и находится от него на 0,09 а.е. Средняя температура на поверхности планеты равна +626 °C. Размеры горячего нептуна в 14 раз превосходят габариты Земли.

Первую планету, подобную нашей, выявили в области солцеподобной звезды Глизе 876 . Масса найденного объекта превосходила массу Земли почти в 14 раз.
В 2004 году ученым впервые удалось получить снимок объекта, претендующего на звание экзопланты, которая обитала в системе коричневого карлика 2M1207.

В 2008 году ученые сумели получить фото-снимок единой планетной системы, где было изображено сразу 3 объекта, находящихся под «покровительством» HR 8799, которая принадлежит к крупному созвездию Пегаса. Данная планетная система является первой, которую удалось обнаружить вблизи горячей белой звезды.
В этом же году астрономам посчастливилось «поймать» планету Фомальгаут b, движущуюся вокруг светила Фомальгаут.
В 2011 году, анализируя снимки телескопа Кеплер, ученые обнаружили суперземлю, находящуюся в области Kepler-22 b.

Спустя несколько дней вблизи звезды Кеплер-20 астрономы впервые зафиксировали экзопланеты с габаритами, идентичными Земле.

В начале 2012 года американские астрофизики обнаружили еще одну экзопланету - GJ 1214 b с водой на поверхности, и периодом обращения 38 часов вокруг своей оси. По подсчетам ученых, температура вещества в верхних слоях «находки» составляет около 230 °C.

Методы и инструменты изучения экзопланет

Астрономические спутники

• COROT (ЕКА - специальная машина, ведущая наблюдения с орбиты Земли. Ее работа основывается на изучении кривых блеска множества светил в тот момент, когда перед ними проходят иные объекты - планеты. Эта машина была запущена 8 лет назад. Ученые надеялись благодаря ей совершить интригующие открытия - найти суперземли. В итоге к 2010 году в ходе осуществления миссии COROT было открыто 7 экзопланет и 1 звезда, относящаяся к коричневым карликам.

• «Кеплер» (НАСА) - внеземная машина с системой Шмидта, способная одновременно вести наблюдения за 100 тыс. звезд. Она была запущена в 2009 году. Во время работы с устройством ученые надеялись зафиксировать 600 новых планет, размеры которых превышают земные в 2-2,2 раза. Планируемый срок работы «Кеплера» изначально ограничивался 3,5 годами. Затем ученые решили продлить его пребывание к космосе до 2016 года. Но уже в 2013 году основные системы машины пришли в негодность. Известно, что к 2012 году ему удалось открыть 132 экзопленеты, а также выявить около 2750 серьезных кандидатов в планеты, находящихся вблизи удаленных светил.

Наземные обсерватории

Ведущие исследования, произведенные транзитным методом

• SuperWASP - одна из наилучших наземных машин, которая помогла обнаружить порядка 70 экзопланет, используя транзитный метод наблюдения. В систему SuperWASP включено 2 обсерватории.

• Проект HATNet - система, состоящая из 6 так называемых «автоматов» - телескопов с достаточно широким полем охвата, расположенных в Аризонской и Гавайской обсерваториях. С помощью этих машин стало известно еще о 33 экзопланетах.

Передовые наблюдения при помощи лучевых скоростей (доплеровские)

• HARPS - спектрограф, прикрепленный к одной из машин Чилийской обсерватории, наблюдения которой основываются на методе лучевых скоростей.

• Обсерватория Кека - крупная обсерватория, состоящая их пары мощнейших зеркальных телескопов. Диаметр каждого из трех зеркал устройства достигает 10 метров.

Другие запланированные миссии:

• Gaia - новая космическая обсерватория. Главная цель ее запуска - создание 3D карты Млечного пути. Также с помощью Gaia ученые надеются обнаружить еще примерно 10 тыс. экзопланет.

Проекты в работе:

• TESS - находится в стадии разработки. Проект будет реализован к 2017 году.

• EChO - ведется теоретическая проработка всех деталей проекта. При «согласии» ЕКА запуск планируется на 2022 год.

• ATLAST - ведется усиленная работа над проектом. Запуск ожидают только после 2025 года.

Помимо скорой реализации космических миссий, ученые также планируют заняться совершенствованием наземных инструментов. Например, на корпус строящегося Европейского чрезвычайно большого телескопа будет «посажен» прибор, который даст возможность изучать атмосферу экзопланет.

Наиболее распространенные методы обнаружения экзопланет в нашей Галактике

1. Метод Доплера - один из самых популярных методов, суть которого заключается в расчете радиальной скорости светила. Благодаря данному способу также могут фиксироваться планеты величиной, превосходящей в несколько раз величину нашей планеты. Наблюдаемые планеты-гиганты обычно располагаются относительно близко к своему светилу. Обращаясь вокруг звезды, они раскачивают ее. Именно такие изменения в смещении спектра звезды и можно обнаружить при помощи метода Доплера. Также он позволяет производить точный расчет амплитуды колебаний скорости непосредственно для пары - «звезда-планета», массу наблюдаемого объекта, эксцентриситет и период обращения. С активным использованием данного метода в поиске и обнаружении тел такого типа, ученые смогли зарегистрировать более 600 новых планет.

2. Транзитный метод заключается в определении момента, когда планета будет пересекать диск звезды. Первым признаком того, что какое-либо тело проходит через диск светила, является ослабление ее светимости. Для определения размеров и плотности планет, транзитный метод исследования как правило сочетают с методом Доплера. Следует отметить, что данным способом возможно зафиксировать лишь те объекты, обриты которых принадлежат к одной плоскости, что и точка наблюдения. Благодаря транзитному методу удалось открыть около 185 планет.

3. Метод гравитационного микролинзирования . Он заключается в выборе третьего объекта - звезды, выступающей в качестве линзы, которая будет фокусировать своим гравитационным полем свечение того светила и ее системы. Если вокруг «линзы» обращаются планеты, то об этом будет свидетельствовать появившаяся асимметричная кривая блеска и, вероятно, будет замечено отсутствие ахроматичности. Нужно отметить, что в применении на практике данный метод имеет достаточно ограничений. Таким способом было обнаружено только 13 планет.

4 Астронометрический метод . Его суть - отслеживание изменений собственного движения светила под воздействием гравитации планеты. Прибегая к этому методу исследования, ученые смогли установить более точные массы многих экзопленет. Например, Эпсилона Эридана b.

5. Радионаблюдение пульсаров . В случае, если в их системах существуют планеты, то это достаточно просто распознать по излучаемому сигналу. Он будет носить осциллирующий характер. Потоки излучения огромной мощности будут образовывать в пространстве конические поверхности. И, если на одной из них окажется, к примеру, Земля, то ее излучение будет немедленно зарегистрировано. С применением данного метода было найдено еще 5 планет.

6 Прямое наблюдение . Данный метод заключается в получении прямых изображений экзопланет, подавляя яркость светила. Данный способ наиболее эффективен при наблюдениях за горячими и удаленными от своих звезд планетами.

В ближайшем будущем телескоп Джеймса Вебба сможет напрямую "выходить" на экзопланеты и подробно изучать их атмосферы.

Номенклатура

Название экзопланеты состоит из двух частей. Первая часть - это название звезды, к системе которой она принадлежит. Вторая часть названия - латинская строчная буква. Самая первая открытая планета, «закрепленная» за той или иной звездной системой, будет называться планетой «b», следующая - «с», затем «d». Буква «а» в наименованиях планет не фигурирует, так как этот символ подразумевает само светило. Необходимо сделать акцент на то, что названия планетам даются не по мере их приближенности к звезде. То есть, объект «с» может находиться на меньшем расстоянии от центра системы, нежели объект «b».

В названиях экзопланет также существуют и исключения. Еще до обнаружения звездной системы 51 Пегаса, названия экзопланет звучали по-другому. Одним из первых объектов, обнаруженных вблизи пульсара PSR 1257+12 были даны названия с прописными буквами. Например, PSR 1257+12 B. Более того, сразу после нахождения новой планеты, расположенной на меньшей дистанции от звезды, ей давалось название PSR 1257+12 A вместо D.

Вскоре все старые названия были изменены на новые, которые соответствуют более поздним правилам наименования.

Не секрет, что многие экзопланеты также имеют свои «прозвища». Например у планеты 51 Пегаса b существует второе имя - «Беллерофонт». По мнению ученых присваивание экзопланетам личных имен считается неэффективным.

Свойства экзопланет

Планеты существует примерно у 10% светил. Их количество также растет с обнаружением новых, более эффективных способов их исследования и совершенствованием техники.

Первые открытые планеты принадлежали к виду планет-гигантов. Это связано с тем, что в прошлом объекты меньших габаритов обнаружить было гораздо труднее, нежели сегодня. В наше время современная техника позволяет фиксировать тела, схожие по массовым показателям с Нептуном. Около 200 экзопланет, обнаруженных в ходе работы телескопа Кеплер, имеют примерно такую же массу, что и Земля, а размеры 680 таких объектов схожи с размерами суперземель. Планет с массовыми показателями, как у Нептуна на данный момент насчитывается более 1000, а юпитерских более 200.

Ученые отмечают выраженную зависимость наличия планет-гигантов в системе от процентного соотношения тяжелых металлов в составе звезды. Системы, включающие в себя планеты данной группы, чаще всего относятся к системам со звездами солнечного типа. У Красных карликов количество таких планет намного меньше. Недавние наблюдения, проводимые с задействованием метода гравитационного микролинзирования, указывают на то, что в известных на сегодняшний день системах преобладают планеты массой, подобной Урану и Нептуну.

Ученым удалось вычислить диаметр большинства обнаруженных планет, что позволило рассчитать их плотность, и положило начало новых теорий, связанных с наличием массивных ядер, которые состоят из тяжелых металлов. Тристану Гийо в сотрудничестве с европейской группой ученых удалось установить, что при сопоставлении плотности объектов с процентным содержанием тяжелых элементов в их звездах, существует определенная закономерность. Планеты, рождающиеся в звездных системах, подобных Солнцу, преимущественно имеют некрупные ядра, чего нельзя сказать об объектах, сформировавшихся у звезд с наибольшей концентрацией металлов.

Ученые выяснили, что у экзопланет с внутренним содержанием, состоящим из нескольких слоев (ядра, коры и мантии) имеется способность высвобождать тепло, которое могло бы активно участвовать в создании и сохранении оптимальных условий для существования на них живых существ.

Планета, которая по большинству параметров схожа с Землей, была обнаружена в 2009 году. Температура поверхности Глизе 581 c находится в диапазоне от 0 до 40 °C. Данный факт дает возможность предположить, что здесь может находиться вода, или даже существует жизнь.

Некоторые планетные системы

Ипсилон Андромеды d - планета, относящаяся к категории газовых гигантов, содержащих водный пар - облака. Одной из самых популярных тем, связанных с экзопланеторологией, является вопрос о реальном существовании у гигантских газовых планет больших спутников. До настоящего времени ученым не удалось обнаружить ни один объект, походящий на «луну» экзопланеты-гиганта.
51 Пегаса - звезда подобная Солнцу - первое обнаруженное светило, в системе которой ученые нашли экзопланету.

υАндромеды - одна из первых звезд, в области которой удалось обнаружить сразу несколько экзопланет

Тау Кита - самая близкая с Солнцу звезда, где было зафиксировано вращение сразу пяти планет, но это открытие пока ожидает подтверждения.

εЭридана - одно из самых близких от Солнца звезд, которую также можно увидеть невооруженным глазом.

55 Рака - здесь было открыто 5 планет. Одну из них астрономы определили, как горячую суперземлю, которая оказалась в 2 раза больше Земного шара.
γЦефея - одна из первых бинарных звездных структур, где была найдена экзопланета.

Gliese876 относится к виду светил, именуемых красными карликами. Оно стало первым из звезд такого типа, где было найдено несколько планет.

HD209458 - звезда, в области которой обращается одна из интереснейших космических «находок» ученых - «испаряющаяся планета» HD 209458 b.

KOI-961, KOI-961 d и KOI-961 b - планеты, обитающие вблизи звезды KOI-961, относящейся к красным карликам. Размер радиусов "находок" также приближен к размерам радуса Земли.
OGLE-235/MOA-53 - экзопланета, впервые найденная в ходе испытания метода гравитационного линзирования.

μЖертвенника . Оказалось, что в данной системе содержится одна из самых «легких» экзопланет, предположительно относящихся к телам земной группы.
PSR1257+12 - пульсар, в котором существует уникальная система планет, впервые найденная за пределами нашей звездной системы. Примерная масса одного из ее объектов равен 0,025 от общей массы Земли.

HD188753 - еще один уникальный космический "комплекс", состоящий из трех звезд. Большой неожиданностью для ученых стало обнаружение в этой области планеты HD188753Ab

HD189733 - звездная система, где обитает планета HD189733b .- первая в истории астрономии экзопланета, к которой ученые сделали карту температур.

HD85512b, Глизе 581 c, Kepler-22 b, Глизе 581 d - уникальные экзопланеты вне Солнечной системы, которые по многим параметрам схожи с Землей.

WASP-17 b - планета, вращающаяся в противоположную сторону вращения своего светила.

Глизе 581 g - планета, на которой, вероятно, существует вода в жидком виде.

COROT-7 b - одна из первых выявленных суперземель, зафиксированных при использовании транзитного метода. Ее размеры превосходят земные примерно в 1,5 раза.

OGLE-TR-56 - звезда, обнаруженная учеными, применявшими транзитный метод.

HD10180 - звезда, вблизи которой удалось зафиксировать группу с наибольшим количеством планет. На сегодня их насчитывается 9.

Kepler-10 b - самая плотная планета (8,8 г/см³).

Kepler-11 - светило, входящее в созвездие Лебедя, где также обнаружили 6 планет.

WASP-19 b - планета с периодом обращения 19 часов вокруг своей оси, что соответствует около 0, 788 нашим суткам.

GJ1214b - единственная известная нам планета-океан.

KOI-961 d - одна из самых мелкогабаритных удаленных планет

WASP-33 b - самая нагретая экзопланета. Ее температура составляет 3200 °C.

GJ1214b и WASP-43 b - обладатели самых «сжатых» орбит.GJ1214b - среди планет земной группы, а WASP-43 b - среди раскаленных юпитеров.

KIC6185331b и KIC10905746b - первые планеты, открытые не профессионалами, а «любителями».

Kepler-20 f и Kepler-20 e - одни из известных экзопланет, размеры которых очень близки к размерам Земли.

KOI-961 , KOI-961 d и KOI-961 b - планеты, обращающиеся вблизи звезды KOI-961 , относящейся к красным карликам. Размер их радиусов также приближен к размерам радиуса Земли.

HD37605c - впервые обнаруженный в 2012 году так называемый «холодный юпитер».

47 Большой Медведицы - звезда, содержащая 3 холодных юпитера - и 47 Большой Медведицы d , 47 Большой Медведицы c и 47 Большой Медведицы b

GD66b - первая газовая планета, состоящая по большей части из гелия.

WASP-12 b - планета, в области которой, вероятно, имеется экзолуна.

HIP11952 c и HIP11952 b - планеты, найдены в системе HIP11952 . Они считаются самыми старыми. Их возраст составляет примерно 12,8 млрд лет.

Альфа Центавра Bb - пожалуй, самая близкая к нам экзопланета.

GU Рыбы b - планета, которая "держится" на рекордной дистанции от своей звезды (300 млрд км)

Последствия обнаружения экзопланет

Обнаружение новых экзопланет стало настоящим прорывом в астрономии. Данные открытия помогли сделать ученым важные выводы. Например, констатировать факт о том, что планетные системы - одно их самых распространенных систем в космосе.

К сожалению, на сегодняшний день еще не существует общепризнанной теории об образование планет. Но, получив определенную статистику, в скором будущем по этой теме должны прояснится новые важные детали.

Выяснилось, что большинство звездных систем, содержащих планеты, сильно отличаются от нашей. Ученые объясняют это селективностью применяемых способов исследования. Ведь намного проще обнаружить короткопериодичные крупные планеты, чем более мелкие, подобные Земле. Выявление планет подобных нашей сегодня можно осуществлять исключительно транзитным методом.

«Закрытие» экзопланет

Подробное исследование звезды WASP-9 при задействовании спектрометра HARPS, помогло утвердить в нем следы другого звездного спектра. А это означает, что существование экзопланеты WASP-9 b полностью опровергнуто.

Общее количество экзопланет в галактике Млечный Путь составляет более 100 миллиардов. Экзопланета - это планета, которая находится за пределами нашей солнечной системы. В настоящее время учеными открыта лишь малая их доля. О 10 самых невероятных планетах в этом посте.

Самая темная экзопланета - далекий, размером с Юпитер, газовый гигант TrES-2b.

Измерения показали, что планета TrES-2b отражает менее одного процента света, что делает ее чернее угля и естественно темнее любой из планет солнечной системы. Работа, посвященная этой планете, была опубликована в журнале Королевского Астрономического Общества Monthly Notices. Планета TrES-2b отражает меньше света даже чем черная акриловая краска, так что это поистине темный мир.

TrES-4

Самая большая планета из найденных во Вселенной - это TrES-4. Ее обнаружили в 2006 году, и располагается она в созвездии Геркулес. Планета под названием TrES-4 вращается вокруг звезды, которая находится на расстоянии около 1400 световых лет от планеты Земля.

Исследователи утверждают, что диаметр обнаруженной планеты практически в 2 раза (точнее в 1,7) больше диаметра Юпитера (это самая большая планета Солнечной системы). Температура TrES-4 около 1260 градусов по Цельсию.

COROT-7b

Год на COROT-7b длится чуть больше 20 часов. Неудивительно, что погода в этом мире, мягко говоря, экзотическая.

Астрономы предположили, что планета состоит из литой и твердой горной породы, а не из замороженных газов, которые непременно выкипит при таких условиях.Температура по словам ученых падает с +2000 С на освещенной поверхности до -200 С на ночной.

WASP-12b

Астрономы увидели космический катаклизм: звезда поглощает собственную планету, которая оказалась в непосредственной близости от нее. Речь идет об экзопланете WASP-12b. Она была обнаружена в 2008 году.

WASP-12b, как и большинство известных экзопланет, обнаруженных астрономами, является большим газообразным миром. Однако, в отличие от большинства других экзопланет, WASP-12b вращается вокруг своей звезды на очень близком расстоянии - немногим более 1,5 миллиона километров (в 75 раз ближе чем Земля от Солнца).

Огромный мир WASP-12b уже заглянул в лицо своей смерти, утверждают исследователи. Самая главная проблема планеты - ее размеры. Она выросла до такой степени, что не может удержать свою материю против сил гравитации родной звезды. WASP-12b отдает свою материю звезде с огромной скоростью: шесть миллиардов тонн каждую секунду. В этом случае планета будет полностью уничтожена звездой примерно через десять миллионов лет. По космическим меркам, это совсем немного.

Kepler-10b

С помощью космического телескопа астрономы смогли обнаружить самую маленькую каменистую экзопланету, диаметр которой составляет около 1,4 диаметра Земли.

Новая планета получила обозначение Kepler-10b. Звезда, вокруг которой она вращается, находится на расстоянии около 560 световых лет от Земли в созвездии Дракона и похожа на наше Солнце. Относясь к классу «суперземель», Kepler-10b находится на довольно близкой к своему светилу орбите, совершая оборот вокруг него всего за 0,84 земных суток, при этом температура на ней достигает нескольких тысяч градусов Цельсия. По оценке учёных, при диаметре в 1,4 диаметра Земли Kepler-10b имеет массу 4,5 земных.

HD 189733b

Объект HD 189733b представляет собой планету, размерами похожую на Юпитер, которая обращается вокруг своей звезды на расстоянии 63 световых лет от нас. И хотя эта планета размерами походит на Юпитер, из-за близости к своей звезде она значительно горячее, чем господствующий газовый гигант нашей Солнечной системы. Как и для других найденных горячих юпитеров, вращение этой планеты синхронизовано с ее орбитальным движением - планета всегда повернута к звезде одной стороной. Период обращения равен 2.2 земных дня.

Kepler-16b

Анализ данных о системе Kepler-16 показал, что открытая в ней в июне 2011 года экзопланета Kepler-16b вращается сразу вокруг двух звезд. Если бы наблюдатель мог оказаться на поверхности планеты, то он увидел бы, как восходят и заходят два солнца, совсем как на планете Татуин из фантастической саги «Звездные войны».

В июне 2011 года ученые объявили, что в системе находится планета, которая получила обозначение Kepler-16b. Проведя в дальнейшем детальное исследование, они установили, что Kepler-16b вращается вокруг двойной звездной системы по орбите, примерно равной орбите Венеры, и совершает один оборот за 229 дней.

Благодаря совместным усилиям астрономов-любителей, участвовавшим в проекте Planet Hunters, и профессиональных астрономов удалось обнаружить планету в системе из четырех звезд. Планета обращается вокруг двух звезд, вокруг которых в свою очередь обращаются еще две звезды.

PSR 1257 b и PSR 1257 c

2 планеты вращаются вокруг умирающей звезды.

Кеплер-36b и Kepler-36c

Экзопланеты Кеплер-36b и Kepler-36c - эти новые планеты обнаружены телескопом Кеплер. Эти необычные экзопланеты находятся поразительно близко друг к другу.

Астрономы обнаружили пару соседних экпланет с разными плотностями на орбитах очень близко друг к другу. Экзопланеты слишком близко к своей звезде и не находятся в так называемой "обитаемой зоне" звездной системы, то есть зоне, где жидкая вода может существовать на поверхности, но они интересны не этим. Астрономов удивило очень близкое соседство этих двух совершенно разных планет: орбиты планет находятся так близко, как никакие другие орбиты ранее открытых планет.

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.

Большинство из звезд имеют систему планет. Возникает вопрос, сколько же их всего? Только в нашей Галактике должны существовать миллиарды внеземных миров!

Like Love Haha Wow Sad Angry

В ясную ночь, когда световые помехи не являются серьезным фактором, небо выглядит захватывающе: просмотру открывается огромное количество звезд. Но, конечно, мы можем видеть всего лишь малую часть от звезд, которые на самом деле существуют в нашей Галактике. Что еще более поразительно, большинство из них имеют собственную систему планет. Возникает вопрос, сколько же всего экзопланет? Только в одной нашей Галактике должны существовать миллиарды внеземных миров!

Итак, давайте предположим, что восемь планет, которые существуют в пределах Солнечной системы, представляют собой среднее значение. Следующим шагом будет умножить это число на количество звезд, которые существуют в пределах Млечного Пути. Фактическое количество звезд в нашей Галактике является предметом некоторого спора. По существу, астрономы вынуждены проводить приблизительные оценки, поскольку мы не можем рассмотреть Млечный Путь извне. А с учетом того, что он находится в форме спирали с перемычкой, галактический диск наиболее трудно изучать из-за интерференции света от его многочисленных звезд. В результате оценка основывается на расчетах массы нашей Галактики, а также массовой доли звезд в ней. Исходя из этих данных, ученые подсчитали, что Млечный Путь содержит от 100 до 400 миллиардов звезд.

Таким образом, галактика Млечный Путь может иметь от 800 миллиардов до 3,2 триллионов планет. Однако для того, чтобы определить, сколько из них пригодны для жизни, мы должны учитывать количество экзопланет, изученных на данный момент.

По состоянию на 13 октября 2016 года астрономы подтвердили наличие 3397 экзопланет из 4696 потенциальных кандидатов, которые были обнаружены в период с 2009 по 2015 год. Некоторые из этих планет наблюдались непосредственно в процессе прямой визуализации. Тем не менее, подавляющее большинство было обнаружено косвенным образом с помощью радиальной скорости или транзитного метода.

Гистограмма показывает динамику обнаружения экзопланет по годам. Credit: NASA Ames/W. Stenzel, Princeton/T. Morton

В ходе первоначальной 4-летней миссии космический телескоп «Kepler» наблюдал около 150 000 звезд, которые главным образом относились к М-классу, также известному как красные карлики. Когда в ноябре 2013 года «Kepler» вошел в новую фазу миссии K2, он сместил акцент на изучение звезд K- и G-класса, которые почти такие же яркие и горячие, как Солнце.

По данным недавнего исследования, проведенного научно-исследовательским центром Эймса (NASA), «Kepler» обнаружил, что около 24% звезд M-класса могут иметь потенциально пригодные для жизни планеты сравнимые по размеру с Землей (те, которые не более чем в 1,6 раза превышают Землю по радиусу). На основании числа звезд М-класса в нашей Галактике могут существовать около 10 миллиардов потенциально пригодных для жизни, похожих на Землю миров.

Кроме этого, анализ результатов K2 предполагает, что около одной четверти больших звезд могут также иметь аналогичные Земле планеты, вращающиеся в пределах обитаемых зон. Таким образом, можно оценить, что только в Млечном Пути существуют буквально десятки миллиардов потенциально пригодных для развития жизни планет.

В ближайшие годы миссии космических телескопов «James Webb» и «TESS» будут способны обнаруживать меньшие планеты, вращающиеся вокруг тусклых звезд, и, возможно, даже определят, есть ли жизнь на какой-либо из них. После того, как эти новые миссии приступят к работе, мы будем иметь более точные оценки размера и количества планет, существующих в нашей Галактике. А до тех пор их расчетное число обнадеживает: шансы на внеземной интеллект весьма высоки!