Впоисках далеких планет: экзопланеты

      Комментарии к записи Впоисках далеких планет: экзопланеты отключены

Впоисках далеких планет: экзопланеты

    Территория обитаемости Околозвездная территория обитаемости — область около звезды с условиями, при которых вероятно поддержание и зарождение судьбы. На поверхности планеты, расположенной в данной территории, вода может быть в жидком состоянии, в частности этот фактор ответствен для биохимии судьбы на базе углерода. расположение и Размер данной области зависят от светимости и размера звезды В перечне известных экзопланет преобладают тела калибра Юпитера.
    Подобные газовые гиганты легче всего найти посредством существующих способов — фотометрии и доплеровской спектроскопии. На рисунке слева направо продемонстрированы две самые мелкие планеты, каковые по окончании доплеровского обнаружения были изучены посредством фотометрии — Gliese 436b и HD 149026b. Справа от них расположен Юпитер NASA изучает возможность постройки в будущем космического телескопа Terrestrial Planet Finder (TPF). С его помощью планируется не только обнаруживать земплеподобные планеты, но и изучать их с позиций возможности существования судьбы

Еще пять лет назад предел чувствительности инструментов для измерения колебаний звездных радиальных скоростей не превышал трех-четырех метров в секунду. Такая аппаратура разрешила проверить на предмет наличия экзопланет юпитерианского типа около 2000 солнцеподобных звезд, расположенных в радиусе 150 световых лет от Солнца. А позже стало возмможно посмотреть подальше.

В 2004 году в чилийской высокогорной обсерватории La Silla Paranal (это часть Южной европейской обсерватории) получил спектрометр HARPS (High Accuracy Radial Velocity Planetary Search), установленный на 360-см телескопе (что был введен в воздействие во второй половине 70-ых годов XX века и всецело модернизирован в 1999-м). Данный прибор снабжает промер скоростей с точностью до 1 м/с и пока не имеет себе равных. Но, ученые уже обсуждают замыслы по предполагаемой установке спектрографа с разрешающей свойством в 10 см/с на одном из телескопов Северного полушария (работы по его постройке и конструированию займут около пяти лет).

С Почвы из космоса

Не следует на месте и фотометрия. 27 декабря 2006 года на околоземную полярную орбиту с Байконура был запущен оснащенный 25-см телескопом французский спутник COROT. Он рекомендован для сбора информации о внутренней структуре поиска и звёзд экзопланет затменным способом.

Сообщение о первой удаче показалось уже в мае 2007 года. Космический наблюдатель нашёл газовый гигант (взявший имя COROT-Exo-1b), что примерно каждые 36 часов совершает полный оборот около желтого карлика, отдаленного от нас на 1500 световых лет. Доплеровская спектроскопия продемонстрировала, что масса этого тела образовывает 1,3 массы Юпитера. Космической обсерватории COROT по силам кроме этого поиск планет земного типа и спутников газовых гигантов.

К середине 2008 года она изучила на наличие спутников больше 50 000 звезд.

Весной 2009 года NASA выведет на орбиту спутник подобного назначения Kepler с метровым телескопом. Космическое агентство ЕС трудится над программами космических миссий PLATO, SEE-COAST, PEGASE и DARWIN, каковые также начнут искать экзопланеты, причем разными методами. Размах этих проектов впечатляет. DARWIN — флотилия из пяти судов, выведенных на околосолнечную орбиту во вторую точку Лагранжа по отношению к Почва.

Четыре станции, оснащенные телескопами с апертурами в 1−2 м, образуют сверхчувствительный оптический интерферометр космического базирования, в противном случае время как пятый корабль будет интегрировать взятую данные и переправлять ее на Землю. DARWIN сможет не только отыскать планету земного типа, но и проанализировать ее воздух. Эти проекты будут реализованы не раньше 2015 года.

Внесолнечные планеты возможно зарегистрировать и другими методами. Звездный свет в чистом виде не поляризован, но при отражении от поверхности планеты получает не сильный поляризацию. На данный момент пара научных групп ведут поиск экзопланет посредством поляриметров, смонтированных на замечательных телескопах.

Что мы знаем об экзопланетах

К осени 2008 года было известно 306 экзопланет. Практически все они (приблизительно 88%) до тех пор пока считаются одиночными спутниками собственных звезд. Это вовсе не означает, что они не имеют компаньонов, просто об их существовании до тех пор пока еще не известно.

К настоящему времени зарегистрировано 29 планетных совокупностей, которыми владел простым звездам, и уже упоминавшаяся трехпланетная совокупность пульсара PSR 1257+12.

Все многопланетные совокупности были открыты способом доплеровского измерения радиальных скоростей, благодаря которому и нашлась львиная часть (95%) внесолнечных планет. Дополнительная информация о 56 из них (только одиночных) была взята посредством фотометрической техники. Семь экзопланет нашли посредством микролинзирования, пять — прямым фотографированием.

В 2007 году на орбите около уж совсем особой звезды, тёплого пульсирующего субкарлика HS 2201+2610, которая когда-то была красным гигантом, а на данный момент преобразовывается в белый карлик, была обнаружена газовая планета с массой более трех Юпитеров (ее и нашли особенным методом, по трансформации периода пульсаций). И еще четыре планеты принадлежат пульсарам. Итого: 289+7+5+1+4=306.

Большая часть известных экзопланет обращается около звезд спектральных классов K, G и F, ко второму из которых в собственности и отечественное Солнце. Массы этих звезд составляют от 0,8 до 1,7 солнечной массы, а поверхностная температура — от 3,5 до 7,5 тысячи Кельвинов. Частично это разъясняется тем, что именно у таких звезд экзопланеты и ищут, но имеется и другие обстоятельства.

Самые тёплые голубые и бело-голубые звезды спектральных классов О и В испускают замечательные потоки быстрых частиц и электромагнитного излучения, каковые мешают конденсации вещества протопланетных дисков. Самые небольшие и холодные — красные карлики спектрального класса М — или наименее склонны к планетогенезу, или владеют маленькими планетами, каковые пока не поддаются обнаружению.

Спектр нижних границ весов известных экзопланет простирается от 3,2 массы Почвы (это 0,01 массы Юпитера) до 17,5 массы Юпитера. Самая легкая планета, которая обращается около звезды MOA-2007-BLG-192-L (около 3000 световых лет от Солнца), была обнаружена весной 2008 года способом микролинзирования. Вторая по мелкости экзопланета владеет массой в 4,2 земной; ее вместе с парой соседок, в несколько раз тяжелее, фактически в один момент открыли посредством спектрографа HARPS.

Каменистые планеты для того чтобы типа, массы которых не превышают 30 земных весов, время от времени именуют супер-Почвами. Информация, полученная посредством HARPS, разрешает высказать предположение, что подобными планетами владеет каждая третья солнцеподобная звезда отечественной Галактики. В соответствии с этим же данным, газовые гиганты имеются только у одной из 14 звезд этого типа.

Однако перечень известных экзопланет по большей части заполнен телами юпитерианского калибра, каковые легче всего распознать посредством доплеровской спектроскопии. Среди них численно преобладают планеты с массой не более двух весов Юпитера. Часть планет с массой выше восьми юпитерианских не образовывает и 10%, причем часть из них — точно не планеты, а коричневые карлики.

Среди газовых экзопланет много пегасидов (обязанных заглавием первой точно зарегистрированной экзопланете — спутнику звезды 51 Пегаса). К данной группе относят планеты, каковые удаляются от своих звезд не потом, чем на 0,05 а.е., и исходя из этого имеют весьма маленькие периоды. Особенное место среди них занимает OGLE TR 56b, планета с массой 1,45 массы Юпитера, которая подходит к звезде-хозяйке на 0,02 а.е.

Температура ее поверхности достигает 1900 Кельвинов — это кроме того не тёплый, а воистину выжженный Юпитер.

Многолюдная Вселенная

«В семействе уже открытых экзопланет большая часть составляют газовые гиганты умеренной массы, экстрасолнечные кузены Сатурна и юпитера. Из этого следует, что такие планеты формируются достаточно довольно часто, по крайней мере около звезд основной последовательности, не через чур отличающихся от Солнца. Но уже известны довольно легкие планеты с большей средней плотностью вещества, каковые обращаются как вблизи, так и далеко от своих звезд.

Одни из них похожи на Нептун и Уран, тогда как другие вероятнее сложены из каменистых пород, как ее соседи и Земля. Это указывает, что в отечественной Галактике присутствуют планеты все тех же трех типов, представленных в нашей системе. Так что в этом замысле планетное окружение Солнца отнюдь не есть космической экзотикой», — говорит «Популярной механике» Алан Шеф из Отдела земного магнетизма Университета Карнеги, один из наибольших экспертов в области современных моделей планетогенеза и создатель только что вышедшей книги The Crowded Universe: The Search for Living Planets («Многолюдная Вселенная: поиск существующих планет»).

«Что все это указывает в свете современных моделей планетогенеза? Планетологи фактически единодушны во мнении о процессах формирования каменистых планет, обращающихся в относительной близости от звезд. В соответствии с общепринятой модели, они появляются в допланетном рое за счет слипания и столкновения более небольших предшественников.

Зародыши будущих планет поглощают собственных соседей и скоро возрастают в размерах, в один момент очищая рой от его вещества, — говорит Алан Шеф. — Базы данной модели создал блестящий русский планетолог Виктор Сафронов, с которым я много раз виделся. Более того, в семидесятые годы я решил заняться как раз теоретической планетологией по окончании того, как прочел британский перевод его книги по теории планетообразования.

Большая часть экспертов считают, что плотные ядра газовых планет вероятнее образуются по данной же схеме — за счет аккумуляции жёстких их выметания и тел из допланетного роя. Неспешно они достигают критической массы и начинают интенсивно поглощать видящиеся на пути молекулы газа. Возможно себе представить, что именно так появились Сатурн и юпитер.

Образование Нептуна и Урана возможно растолковать подобным образом, но с учетом того, что на их долю досталось большое количество меньше газа. Эта теория существует уже три-четыре десятка лет и также восходит к работам его коллег и Сафронова».

Еретический подход

«Но это отнюдь не единственная возможность, — продолжает Алан Шеф. — Лет десять назад я начал работату над другой моделью формирования газовых гигантов, в которой предполагается, что в допланетном газе появляются территории гравитационной неустойчивости, благодаря которым формируются сгустки. Они сжимаются под действием собственной тяжести и аккумулируют небольшие жёсткие частицы, каковые планируют в их центре и образуют ядро планеты. Другими словами в сафроновской модели газовые оболочки формируются около готовых каменистых ядер, тогда как у меня происхождение ядер оказывается вторичным процессом, следствием газовой конденсации.

Я именую собственный подход еретическим, потому, что у него еще мало приверженцев. Необходимо подчеркнуть, что он задает намного более маленький темп формирования газовых гигантов если сравнивать с аккреционной моделью. Вычисления продемонстрировали, что газовые сгустки появляются всего за много лет, тогда как обычные сроки аккреционного формирования ядра в тысячи раза больше. Вероятнее в образовании газовых гигантов задействованы оба процесса, дело только в том, в то время, когда какой господствует.

В случае если окрестности звезды бедны тяжелыми элементами, плотность жёстких компонент допланетного роя окажется недостаточной для действенной аккреции, и планетогенез начнется с газовой конденсации. А в обратной обстановке аккреция может преобладать. По крайней мере, планеты с самые массивными жёсткими ядрами, по всей видимости, образуются как раз по аккреционному сценарию.

Возможно допустить кроме этого, что часто оба процесса на равных принимают участие в формировании планет. Но мы еще через чур мало знаем, дабы сделать окончательные выводы».

Протопланетная пыль

Еще одно перспективное направление экзопланетных изучений — изучение вращающихся около звезд дисков из пыли и небольших жёстких тел, в которых, как принято вычислять, образуются планеты. Видимый свет они не пропускают, но подробности их строения возможно замечать в ИК- и радиодиапазоне. В этом замысле радионаблюдения большое количество перспективней, но для них нужна аппаратура, которой еще нет.

Но ожидать осталось недолго: недалеко от 2012 года в Атакаме будет введен в строй комплекс из нескольких десятков (до 80) 12-метровых «тарелочных» радиотелескопов, действующих как единый огромный интерферометр. Совокупность ALMA (Atacama Large Millimeter Array) будет сканировать небеса в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах. ALMA сможет получить данные о размере, структуре и химическом составе не через чур удаленных протопланетных дисков.

Она кроме этого будет в состоянии распознать более либо менее безлюдные туннели в таких дисков, появившиеся в следствии перемещения планет. Еще один огромный радиоинтерференционный комплекс подобного назначения SKA (Square Kilometer Array) предполагают выстроить в Австралии либо ЮАР (место совсем еще не выбрано). SKA начнет работу уже по окончании 2015 года.

Неприятность тёплых Юпитеров

Еще одна значительная теоретическая неприятность внесолнечной планетологии — история тёплых Юпитеров. Никто не сомневается, что они никак не могли появиться в том месте, где пребывают на данный момент — в пронизанных излучениями и быстрыми частицами окрестностях звезд. Считается, что они сформировались на приличном удалении от звезд, а после этого как-то переместились на собственные нынешние орбиты.

Для объяснения данной миграции существуют два главных подхода. Один из них предполагает, что тёплые Юпитеры появлялись вблизи вторых планет, каковые отшвырнули их к звездам благодаря эффекту гравитационной рогатки. В соответствии с законом сохранения углового момента сами эти планеты должны уйти на отдаленные орбиты с громадными периодами, где их тяжело найти современными способами.

Но данный сценарий не особенно популярен.

При подобном механизме миграции обычные финальные орбиты должны быть очень сильно вытянутыми, а мы знаем множество тёплых Юпитеров, каковые движутся фактически по круговым траекториям. Действительно, возможно высказать предположение, что сперва они вправду выходили на орбиты с громадными эксцентриситетами, каковые преобразовывались в окружности за счет приливных сил. Однако явный недостаток тёплых Юпитеров на эксцентрических орбитах воображает для данной модели большие затруднения.

В соответствии с второму сценарию, будущие тёплые Юпитеры сформировались столь скоро, что опоздали вымести вещество из протопланетного диска. В этом случае притяжение планеты может породить в диска волновые возмущения, создающие центростремительную силу, которая по спирали толкает планету к звезде. В следствии этих возмущений газ растрачивает энергию на внутреннее трение и падает на звезду, увлекая за собой планету.

В итоге планета стабилизируется на круговой либо практически круговой орбите, не смотря на то, что обстоятельства этого еще не ясны. Быть может, это происходит под влиянием приливных сил либо же под действием звездного магнитного поля. Обсчет данной модели на суперкомпьютерах продемонстрировал, что так планета может сократить расстояние до звезды на два порядка.

В случае если в момент формирования оно составляло 5 а.е., как у Юпитера, то окончательная расстояние окажется равной 0,05 а.е., что типично для пегасидов.

Весьма удачно, что около Солнца ничего аналогичного не происходило, — в другом случае вы не просматривали бы на данный момент эту статью. В полной мере быть может, что уникальность Нашей системы как раз в том и состоит, что она сформировалась без особенных приключений.

Статья размещена в издании «Популярная механика» (№76, февраль 2009).

В поисках живых планет. Новая Земля. Документальный фильм про космос, Вселенная 07.09.2016


Интересные записи на сайте:

Подобранные по важим запросам, статьи по теме: