Екзопланети: Светове отвъд нашата Слънчева система

Най -младата открита все още екзопланета е на по -малко от 1 милион години.

Най-младата открита досега екзопланета е на по-малко от 1 милион години и обикаля около Коку Тау 4, звезда на 420 светлинни години от нас. Астрономите заключиха за наличието на планетата от огромна дупка в прашния диск, която опасва звездата. Дупката е 10 пъти по -голяма от орбитата на Земята около Слънцето и вероятно е причинена от това, че планетата изчиства пространство в праха, докато обикаля около звездата. (Изображение кредит: НАСА)



Екзопланетите са планети извън нашата собствена Слънчева система. Хиляди са открити през последните две десетилетия, най -вече с космическия телескоп на НАСА Kepler.



Тези светове идват в огромно разнообразие от размери и орбити. Някои са гигантски планети, прегърнати близо до родителските си звезди; други са ледени, някои скалисти. НАСА и други агенции търсят специален вид планета: такава със същия размер като Земята, обикаляща около слънчева звезда в обитаемата зона.

Обитаемата зона е диапазонът от разстояния от звезда, където температурата на планетата позволява течни водни океани, критични за живота на Земята. Най -ранното определение на зоната се основаваше на простото термично равновесие, но настоящите изчисления на обитаемата зона включват много други фактори, включително парниковия ефект на атмосферата на планетата. Това прави границите на обитаемата зона „размити“.



Астрономите обявиха през август 2016 г., че може да са открили такъв планета, обикаляща около Проксима Кентавър . Новооткритият свят, известен като Proxima b, е около 1,3 пъти по -масивен от Земята, което предполага, че екзопланетата е скалист свят, казват изследователите. Планетата също е в звездата обитаема зона , само на 4,7 милиона мили (7,5 милиона километра) от звездата си домакин. Той завършва една орбита на всеки 11,2 земни дни. В резултат на това е вероятно екзопланетата да е заключена приливно, което означава, че винаги показва едно и също лице на своята звезда -домакин, точно както Луната показва само едно лице (близката страна) към Земята.

Повечето екзопланети са открити от космическия телескоп Кеплер, обсерватория, която започна работа през 2009 г. и се очаква да приключи мисията си през 2018 г., след като горивото свърши. Към средата на март 2018 г. , Кеплер е открил 2342 потвърдени екзопланети и е разкрил съществуването на може би 2245 други. Общият брой на планетите, открити от всички обсерватории, е 3 706.

Ранни открития

Докато екзопланетите бяха потвърдени едва през 90 -те години на миналия век, години наред астрономите бяха убедени, че са там. Това не беше само пожелание, а заради това колко бавно се въртят нашето собствено слънце и други звезди като него, каза астрофизикът от университета в Британска Колумбия Джейми Матюс пред demokratija.eu. Матюс, мисионер на случайния наблюдател на екзопланетни телескопи MOST (Микровариация и трептения на STars), участва в някои от ранните открития на екзопланети.



Астрономите имаха история за произхода на нашата Слънчева система. Просто казано, въртящ се облак от газ и прах (наречен протосоларна мъглявина) се срути под собствената си гравитация и образува слънцето и планетите. Тъй като облакът се срина, запазването на ъгловия импулс означаваше, че скоро слънцето трябваше да се върти все по-бързо. Но докато слънцето съдържа 99,8 процента от масата на Слънчевата система, планетите имат 96 процента от ъгловия импулс. Астрономите се запитаха защо слънцето се върти толкова бавно.

Младото слънце би имало много силно магнитно поле, чиито силови линии достигат до диска с въртящ се газ, от който ще се образуват планетите. Тези полеви линии се свързват със заредените частици в газа и действат като котви, забавяйки въртенето на образуващото се слънце и въртейки газ, който в крайна сметка ще се превърне в планетите. Повечето звезди като Слънцето се въртят бавно, така че астрономите заключиха, че за тях е имало същото „магнитно спиране“, което означава, че за тях е трябвало да се образува планета. Изводът: Планетите трябва да са общи около звезди, подобни на слънцето.

Поради тази причина и други астрономите първоначално ограничават търсенето на екзопланети до звезди, подобни на слънцето, но първите две открития са около пулсар (бързо въртящ се труп на звезда, умряла като свръхнова), наречен PSR 1257+12, през 1992. Първото потвърдено откритие на свят, обикалящ около звезда, подобна на Слънце, през 1995 г., е 51 Pegasi b-планета с маса Юпитер, 20 пъти по-близо до своето слънце, отколкото ние до нашето. Това беше изненада. Но седем години по -рано се появи друга странност, която загатна за богатството на екзопланетите, които предстоят.



Канадски екип открива планета с размер на Юпитер около Гама Цефей през 1988 г., но тъй като орбитата й е много по-малка от тази на Юпитер, учените не претендират за окончателно откриване на планетата. „Не очаквахме такива планети. Той беше достатъчно различен от планетата в нашата собствена Слънчева система, че бяха предпазливи “, каза Матюс.

Повечето от първите открития на екзопланети са огромни газови гиганти с размер на Юпитер (или по-големи), обикалящи в близост до техните родителски звезди. Това е така, защото астрономите разчитат на техниката на радиалната скорост, която измерва колко звезда се „клати“, когато планета или планети обикалят около нея. Тези големи планети, които се сближават, произвеждат съответно голям ефект върху родителската си звезда, причинявайки по-лесно разпознаване на клатенето.

Преди ерата на откритията на екзопланети, инструментите биха могли да измерват само звездни движения до километър в секунда, твърде неточни, за да открият клатене поради планета. Според Матюс някои инструменти могат да измерват скорости до сантиметър в секунда. „Отчасти поради по -добри инструменти, но и защото астрономите вече са по -опитни в изтръгването на фини сигнали от данните.“

Кеплер, TESS и други обсерватории

Kepler стартира през 2009 г. на основна мисия да наблюдава регион в съзвездието Лебед. Kepler изпълнява тази мисия в продължение на четири години - удвоява първоначалния си живот на мисията - докато повечето от нейните реагиращи колела (насочващи устройства) се провалят. След това НАСА постави Кеплер на нова мисия, наречена К2, в която Кеплер използва налягането на слънчевия вятър, за да поддържа позицията си в космоса. Обсерваторията периодично превключва зрителното си поле, за да избегне отблясъците на слънцето. Скоростта на откриване на планети на Кеплер се забави след преминаването към К2, но все още се откриват стотици екзопланети, използващи новия метод. Последното му публикуване на данни през февруари 2018 г. съдържа 95 нови планети.

Инфографика на Alien Worlds 20

Инфографика на Alien Worlds 20'x60 'Плакат. Купете тук (Изображение кредит: demokratija.eu Store)

Кеплер разкри рог на изобилието от различни видове планети. Освен газови гиганти и земни планети, той помогна да се определи изцяло нов клас, известен като „ свръхземли ': планети, които са между размера на Земята и Нептун. Някои от тях са в обитаемите зони на своите звезди, но астробиолозите се връщат към чертожната дъска, за да обмислят как може да се развие животът в такива светове. Наблюденията на Кеплер показаха, че свръхземите са в изобилие в нашата Вселена. (Странно, изглежда, че нашата Слънчева система не съдържа планета с такъв размер, въпреки че някои смятат, че голяма планета с прякор „Планета девет“ може да се дебне във външните области на Слънчевата система.)

Основният метод на Kepler за търсене на планети е „транзитният“ метод. Кеплер следи светлината на звездата. Ако светлината затъмнява на редовни и предвидими интервали, това предполага, че планета преминава през лицето на звездата. През 2014 г. астрономите от Kepler (включително бившият ученик на Матюс Джейсън Роу) представиха нов метод за „проверка чрез множественост“, който увеличи скоростта, с която астрономите популяризират планети кандидати за потвърдени планети. Техниката се основава на орбитална стабилност - много транзити на звезда, настъпващи с кратки периоди, могат да се дължат само на планети на малки орбити, тъй като множеството затъмняващи звезди, които биха могли да имитират, биха се изтласкали гравитационно една от друга само за няколко милиона години.

Тъй като Kepler приключва мисията си, нова обсерватория, наречена Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), се очаква да бъде изстреляна през пролетта на 2018 г. TESS ще обикаля около Земята на всеки 13,7 дни и ще извършва обзор на небето в продължение на две години. Той ще изследва Южното полукълбо през първата си година, а Северното полукълбо (което включва оригиналното поле на Кеплер) през втората си година. Очаква се обсерваторията да разкрие много повече екзопланети, включително поне 50, които са около размера на Земята.

Други известни обсерватории за лов на планети (минали и настоящи) включват:

  • Спектрографът HARPS на 3,6-метровия телескоп La Silla на Европейската южна обсерватория в Чили, чиято първа светлина беше през 2003 г. Инструментът е проектиран да разглежда колебанията, които планетата предизвиква при въртенето на звезда. HARPS е открил над 100 екзопланети и редовно се използва за потвърждаване на наблюдения от Кеплер и други обсерватории.
  • Канадският телескоп за микропроменливост и трептения на STars (MOST), който започна наблюдения през 2003 г. MOST е проектиран да наблюдава астросейсмологията на звездата или звездните трусове. Но също така е участвало в открития на екзопланета, като например намирането на екзопланета 55 Cancri e.
  • CoRoT на Френската космическа агенция (COnvection ROtation и планетарни транзити), която е действала между 2006 и 2012 г. Тя откри няколко десетки потвърдени планети, включително COROT-7b-първата екзопланета, която имаше предимно скален или метален състав.
  • Космическите телескопи на НАСА/Европейската космическа агенция Хъбъл и НАСА Спицер, които периодично наблюдават планети съответно във видима или инфрачервена дължина на вълната. (Повече информация за атмосферата на планетата е достъпна в инфрачервена връзка.)
  • Европейският характеризиращ спътник ExOPlanets (CHEOPS), който се очаква да бъде готов за изстрелване през 2018 г. Мисията е предназначена за точно изчисляване на диаметрите на планетите, особено на тези планети, които попадат между масите на свръх Земята и Нептун.
  • Космическият телескоп на НАСА Джеймс Уеб, който се очаква да стартира през 2020 г. Той е специализиран за наблюдение в инфрачервени дължини на вълните. Очаква се мощната обсерватория да разкрие повече за обитаемостта на определени атмосфери на екзопланети.
  • Планетарният транзит и осцилации на звездите на Европейската космическа агенция (PLATO), който се очаква да бъде изстрелян през 2024 г. Той е предназначен да научи как се формират планетите и кои условия, ако има такива, биха могли да бъдат благоприятни за живота.
  • Мисията ESA ARIEL (Atmospheric Remote-sensing Infrared Exoplanet Large-survey), която ще стартира в средата на 2028 г. Очаква се да се наблюдават 1000 екзопланети и също така да се направи проучване на химичния състав на тяхната атмосфера.

Диаграма, показваща относителните размери на новите извънземни планети, открити от Кеплер, в сравнение със Земята и Юпитер.

Диаграма, показваща относителните размери на новите извънземни планети, открити от Кеплер, в сравнение със Земята и Юпитер.(Изображение кредит: НАСА/Тим Пайл)

Забележителни екзопланети

С хиляди, от които да избирате, е трудно да стесните няколко. Малките твърди планети в обитаемата зона автоматично се открояват, но Матюс отдели пет други екзопланети, които разшириха нашата гледна точка за това как планетите се формират и еволюират:

  • 51 Пегаси б:Както бе споменато по-рано, това беше първата планета, потвърдена около звезда, подобна на Слънце. Половината от масата на Юпитер, той обикаля около слънцето си на приблизително разстоянието на Меркурий от нашето Слънце. 51 Pegasi b е толкова близо до родителската си звезда, че вероятно е заключена приливно, което означава, че едната страна винаги е обърната към звездата.
  • HD 209458 b:Това е първата планета, открита (през 1999 г.), която преминава през своята звезда (въпреки че е открита чрез доплеровата техника на клатене) и през следващите години се натрупват още открития. Това беше първата планета извън Слънчевата система, за която можем да определим аспекти на нейната атмосфера, включително температурен профил и липсата на облаци. (Матюс участва в някои от наблюденията, използвайки MOST.)
  • 55 Рак от:Тази супер-Земя обикаля около звезда, която е достатъчно ярка, за да се види с око, което означава, че астрономите могат да изучават системата по-подробно от почти всяка друга. Неговата „година“ е само 17 часа и 41 минути (разпозната, когато МОСТА се вгледа в системата за две седмици през 2011 г.). Теоретиците предполагат, че планетата може да е богата на въглерод, с диамантено ядро.
  • HD 80606 b:По време на откриването си през 2001 г. тя държи рекорда като най -ексцентричната екзопланета, откривана някога. Възможно е нечетната му орбита (която е подобна на Халеевата комета около Слънцето) може да се дължи на влиянието на друга звезда. Екстремната му орбита би направила околната среда на планетата изключително променлива.
  • WASP-33b:Тази планета е открита през 2011 г. и има нещо като „слънцезащитен“ слой - стратосфера - която абсорбира част от видимата и ултравиолетова светлина от родителската си звезда. Тази планета не само обикаля около звездата си „назад“, но също така задейства вибрации в звездата, видяни от НАЙ -СЪС спътника.