ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 14.08.2024
Просмотров: 43
Скачиваний: 0
Экзоплане́та(др.-греч.εξω, exo— вне, снаружи), иливнесолнечная планета—планета, обращающаяся вокругзвездыза пределамиСолнечной системы. Планеты чрезвычайно малы и тусклы по сравнению со звёздами, а сами звёзды находятся далеко от Солнца (ближайшая— на расстоянии 4,22световых года). Поэтому долгое время задача обнаружения планет возле других звёзд была неразрешимой, первые экзопланеты были обнаружены в конце1980-х годов[1]. Сейчас такие планеты стали открывать благодаря усовершенствованным научным методам, зачастую на пределе их возможностей. На 31 октября2013 годадостоверно подтверждено существование 1038 экзопланет в 786 планетных системах, из которых в 173 имеется более одной планеты[2]. Следует отметить, что количество надёжных кандидатов в экзопланеты значительно больше. Так, по проекту«Кеплер»на май 2013 года числилось 2740 кандидатов, однако для получения статуса подтверждённых требуется повторная регистрация таких планет с помощью наземных телескопов. Общее количество экзопланет в галактикеМлечный Путь, по новым данным, составляет от 100 миллиардов[3], из которых ~ от 5 до 20 миллиардов, возможно, являются «землеподобными». Также, согласно текущим оценкам, около 34 процентовсолнцеподобныхзвёзд имеют вобитаемой зонепланеты, сравнимые с Землёй. Подавляющее большинство открытых экзопланет обнаружено с использованием различных непрямых методик детектирования, а не визуального наблюдения. Большинство известных экзопланет —газовые гигантыи более походят наЮпитер, чем наЗемлю. Очевидно, это объясняется ограниченностью методов обнаружения (легче обнаружить короткопериодичные массивные планеты).
История открытий
Исторически первым заявлением о возможности существования планетной системы у другой звезды было сообщение капитана Джейкоба (Capt. W. S. Jacob), астронома Мадрасской обсерватории (East India Company’s Madras Observatory), сделанное в 1855 г. В нём сообщалось о «высокой вероятности» существования «планетарного тела» в двойной системе 70 Змееносца. Позже, в 1890-х годах, астрономТомас Дж. Дж. Сииз Чикагского университета и Военно-Морская обсерватория США подтвердили наличие в системе 70 Змееносца несветящего тела (невидимого спутника) с периодом обращения в 36 лет, однако расчётыФ. Р. Мультонаопровергают подтверждения, выполненные Си, доказывая неустойчивость подобной системы. Поэтому на данный момент (2012 год) существование планетной системы у звезды 70 Змееносца не признаётся наукой. Первые попытки найти планеты вне солнечной системы были связаны с наблюдениями за положением близких звёзд. Ещё в 1916 годуЭдуард Барнардобнаружил красную звездочку, которая «быстро» смещалась по небу относительно других звёзд. Астрономы назвали еёЛетящей звездой Барнарда. Это одна из ближайших к нам звёзд и по массе в семь раз меньше Солнца. Исходя из этого, влияние на неё планет, если они есть, должно было быть заметным. В начале 1960-х годов Питер Ван де Камп объявил, что открыл у неё спутник массой с Юпитер. Однако Дж. Гейтвуд в 1973 году выяснил, что звезда Барнарда движется без колебаний и, значит, массивных планет не имеет. В конце 1980-х годов многие группы астрономов начали систематическое измерение скоростей ближайших к Солнцу звёзд, ведя специальный поиск экзопланет с помощью высокоточных спектрометров. Впервыевнесолнечная планетабыла найдена канадцами Б. Кэмпбеллом, Г. Уолкером и С. Янгом в1988 годуу оранжевого субгигантаГамма Цефея A, но подтверждена лишь в2002 году. В1989 годусверхмассивная планета (или коричневый карлик) была найдена Д. Латамом около звездыHD 114762. Однако её планетный статус был подтверждён только в1999 году. Первые экзопланеты были обнаружены унейтронной звездыPSR 1257+12, их открыл астрономАлександр Вольшчан[6]в1991 году. Эти планеты были признаны вторичными, возникшими уже после взрывасверхновой.
В 1995 годуастрономыМишель Майор(Michel Mayor) иДидье Кело (англ.)русск.(Didier Queloz) с помощью сверхточного спектрометра обнаружили покачивание звезды51 Пегасас периодом 4,23 сут. Планета, вызывающая покачивания, напоминаетЮпитер, но находится в непосредственной близости от светила. В среде астрономов планеты этого типа так и называют «горячие юпитеры». В дальнейшем, путём измерениялучевой скоростизвёзддля поиска их периодического доплеровского изменения (метод Доплера) было обнаружено более сотни экзопланет. В августе2004 годав системе звездыμ Жертвенникабыла обнаружена первая планета—горячий нептун. Она обращается вокруг светила за 9,55 суток, на расстоянии 0,09а. е., температура на поверхности ~ 900 K (+626 °C), масса ~ 14 массЗемли. Перваясверхземля, обращающаяся вокруг нормальной звезды (а не пульсара), была обнаружена в2005 годуоколо звездыГлизе 876. Её масса — 7,5 масс Земли. В 2004 году было получено первое изображение (винфракрасных лучах) кандидата в экзопланеты у коричневого карлика2M1207.13 ноября2008 годавпервые удалось получить изображение сразу целой планетной системы — снимок трёх планет, обращающихся вокруг звездыHR 8799в созвездииПегаса. Это первая планетная система, открытая у горячей белой звезды раннего спектрального класса (А5). Все открытые ранее планетные системы (за исключением планет у пульсаров) были обнаружены вокруг звёзд более поздних классов (F-M)[7]. 13 ноября 2008 года также впервые удалось обнаружить планетуФомальгаут bвокруг звездыФомальгаутпутём прямых наблюдений[8]. В2011 годуДэвид Беннетт из Университета Нотр-Дам (Индиана, США) объявил на основе наблюдений 2006—2007 годов на 1,8-метровом телескопе Университетской обсерватории Маунт-Джон в Новой Зеландии об открытии с помощью метода микролинзирования 10одиночных юпитероподобных экзопланет. Правда, две из них могут быть высокоорбитальными спутниками ближайших к ним звёзд[9]. В сентябре2011 годабыло объявлено об открытии двух экзопланетKIC 10905746 bиKIC 6185331 bлюбителями астрономии в рамках проектаPlanet Hunters, предназначенного для анализа данных собранных телескопом«Кеплер»[10][11]. При этом упоминалось о 10 кандидатах в планеты, но на тот момент только два из них с достаточной степенью уверенности определялись учёными как экзопланеты. Планеты были найдены добровольными участниками проекта среди данных, которые профессиональные астрономы по тем или иным причинам отсеяли и если бы не помощь добровольцев, то эти планеты вероятно остались бы неоткрытыми. 5 декабря2011 годателескопом Кеплербыла обнаружена перваясверхземляв обитаемой зоне —Kepler-22 b[12]. 20 декабря2011 годателескопом Кеплеру звездыКеплер-20были обнаружены первые экзопланеты размером сЗемлюи меньше —Kepler-20 e(радиусом 0,87 земного и массой от 0,39 до 1,67 масс Земли) иKepler-20 f(0,045 массы Юпитера и 1,03 радиуса Земли)[13]. 22 февраля2012 годаучёные изГарвард-Смистоновского центра астрофизикина расстоянии 40 световых лет от Земли открыли первую экзопланету из воды —GJ 1214 b. Период обращения планеты вокруг звезды —красного карлика— 38 часов, расстояние составляет около 2 миллионов километров. Температура на поверхности планеты составляет примерно 230 °C[14].
Инструменты и проекты изучения экзопланет Астрономические спутники
COROT(ЕКА) — специализированный 30-сантиметровый орбитальный космическийтелескоп, снимающий кривые блеска многих звёзд в момент прохождения перед ними планет. Запущен27 декабря2006 года. Предполагалось с его помощью обнаружить десятки планет земного типа. К марту2010 годаCOROT открыл семь экзопланет и одинкоричневый карлик.
«Кеплер»(НАСА) — космический телескопсистемы Шмидтас диаметром зеркала 0,95 м, способный одновременно отслеживать 100 тыс. звёзд. Запущен7 марта2009 года. Планировалось обнаружить около 50 планет, размерами идентичными Земле, и порядка 600 планет, в 2,2 раза превосходящих Землю по размеру. «Кеплер» обращается вокруг Солнца по орбите радиусом в однуастрономическую единицу. Расчётный срок эксплуатации был определен в 3,5 года. Позднее было объявлено о продлении миссии до 2016 года, однако в мае 2013 года телескоп вышел из строя[15][16]. К этому времени «Кеплер» достоверно открыл 132 экзопланеты[17]. Список надежных кандидатов внесолнечных планет содержал 2740 объектов.
Наземные обсерватории Ведущие наблюдение транзитным методом
SuperWASP— самый успешный наземный обзор. Более 70 экзопланет найденных транзитным методом на 2012. Состоит из 2-х обсерваторий: SuperWASP-North в обсерватории Роке де лос Мучачос наострове Пальма(Канарские острова) и SuperWASP-South, находящейся вЮжноафриканской астрономической обсерватории). Каждая состоит из 8 широкоугольных автоматических телескопов сапертурой111 мм.
Проект HATNet— сеть 6 автоматических телескопов с широким полем зрения, 4 из которых расположено на обсерватории им. Фреда Лоуренса в Аризоне, а 2 — на территории Смитсоновской астрофизической обсерватории наГавайях. Открыто 33 экзопланеты (на начало 2012)
Ведущие наблюдение методом лучевых скоростей (доплеровским)
HARPS— высокоточныйспектрограф, установленный в 2002 году на 3,6-метровомтелескопевобсерватории Ла-Сильяв Чили. Наблюдение ведётся методом лучевых скоростей. ЧастьESO
Обсерватория Кека— обсерватория из 2-х крупнейших в мире зеркальных телескопов. Диаметр первичных зеркал (всего их три, в каждом из телескопов) которых составляет 10 метров.
Также в будущем ожидаются миссии:
Gaia— космическая обсерватория. Помимо основной цели (построение трёхмерной карты нашей Галактики), предположительно должен будет открыть около 10 тыс. экзопланет. Запуск в 2013.
Прорабатываемые проекты:
PEGASE— первоначально планировалась на 2010—2012 г.г.
TESS— одобрен. Запуск в 2017 году.
EChO— идёт теоретическая проработка проекта. В случае одобренияЕКАзапуск ориентировочно в 2022 году.
Advanced Technology Large-Aperture Space Telescope (ATLAST) — запуск после 2025 года.
Помимо космических миссий, в будущем планируются развиваться наземные инструменты. К примеру, на строящемся Европейском чрезвычайно большом телескопебудет установлено оборудование, способное к изучению атмосферы экзопланет[18].
Методы поиска экзопланет
Метод Доплера—спектрометрическоеизмерение радиальной скорости звезды. Это самый распространённый метод. С его помощью можно обнаружить планеты с массой не меньше нескольких масс Земли, расположенные в непосредственной близости от звезды, и планеты-гиганты с периодами до примерно 10 лет. Планета, обращаясь вокруг звезды, как бы раскачивает её, и мы можем наблюдать доплеровское смещение спектра звезды. Этот метод позволяет определить амплитуду колебанийрадиальной скоростидля пары «звезда — одиночная планета», массу планеты, период обращения,эксцентриситети нижнюю границу значения массы экзопланеты
.
Угол
междунормальюк орбитальной плоскости планеты и
направлением на Землю современные
методы измерить не позволяют. На ноябрь
2011 года этим методом зарегистрировано
647 планет[19].Транзитный методсвязан с прохождением планеты на фоне звезды. В этот момент светимость звезды уменьшается. Метод позволяет определить размеры планеты, а в сочетании с методомДоплера— плотность планет. Дает информацию о наличии и составе атмосферы. Следует понимать, что этим методом можно обнаружить лишь те планеты, орбита которых лежит в одной плоскости с точкой наблюдения. На ноябрь 2011 года обнаружено 185 планет[20].
Метод гравитационного микролинзирования. Между наблюдаемым объектом (звездой, галактикой) и наблюдателем на Земле должна быть другая звезда (она выступает в роли линзы), фокусирующая своим гравитационным полем свет наблюдаемой звёздной системы. Если у звезды-линзы есть планеты, то появляется асимметричная кривая блеска и возможно отсутствиеахроматичности. У этого метода крайне ограниченное применение. Метод чувствителен к планетам с малой массой, вплоть до земной. На сентябрь 2011 года было открыто 13 планет[21].
Астрометрическийметод. Основан на изменении собственного движения звезды под гравитационным воздействием планеты. С помощью астрометрии были уточнены массы некоторых экзопланет, в частности, Эпсилона Эридана b. Будущее этого метода связано с орбитальными миссиями, такими, какSIM.
Радионаблюдение пульсаров. Если вокруг пульсаравращаются планеты, то излучаемый сигнал имеетосциллирующийхарактер. Мощные направленные пучки излучения образуют в пространствеконические поверхности. Если на такой поверхности окажется Земля, тогда возможно зарегистрировать данное излучение. На март 2010 года у двух пульсаров найдено пять планет (3+2).
Прямое наблюдение. На сегодняшний день ни один современный телескоп не позволяет напрямую наблюдать экзопланету[22]. Это связанно с тем, что свет от планеты в миллиарды раз слабее, чем свет от звезды, а с учётом огромных астрономических расстояний — это сравнимо с тем, что пытаться разглядеть свет от свечи на фоне огромного города огней[23]. Предполагается, что космический телескоп имениДжеймса Веббаблагодаря огромному зеркалу 6,5 м и высокой разрешающей способности, возможно, станет первым телескопом, способным напрямую обнаруживать экзопланеты, а также подробно изучать состав их атмосфер[24][25].