Екзопланета

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Попри те, що в «юпітероподібних» екзопланет досьогодні не виявлено достатньо масивних для утримання щільної атмосфери супутників, їхнє існування астрономи не відкидають. В уяві маляра навколо Іпсилона Андромеди d обертається місяць, на якому нуртує рідкий океан.
PSR B1257+12 очима художника

Екзоплане́та (дав.-гр. εξω, exo — поза, ззовні) або позасо́нцева плане́та — планета, що обертається навколо іншої зірки чи то пак дрейфує космічним простором, себто не належить до Сонячної системи.

За останніми відомостями, загальна кількість екзопланет у галактиці Чумацький шлях складає від 100 мільярдів, що з них ~ від 5 до 20 мільярдів, імовірно, є «землеподібними». Також, за поточним оцінюванням, близько 34 відсотків сонцеподібних зірок утримують на оптимальних для життя орбітах зіставні з Землею планети.

Що короткоперіодичні масивні об'єкти виявити значно легше, більшість відомих науці екзопланет — величезні газові кулі на кшталт Юпітера (отже, на цих велетнях не можуть розвиватися організми земного типу, а саме придатність екзопланет для життя, зрештою, найбільше цікавить учених). А проте, неухильно зростає число відомих позасонцевих планет завбільшки з Нептун. Останнім часом відкрито також кількоро планет із розмірами, близькими до земних. Насьогодні їх відкривають переважно за допомогою різноманітних непрямих методик детектування, а не візуального спостереження.

Проблема виявлення[ред.ред. код]

Тривалий час знаходження планет поблизу инших зірок було нерозв'язним завданням, позаяк ці небесні тіла зглядно малі й тьмяні порівняно з зірками, а самі світила задалекі (відстань до сусідніх зірок   вимірюється світловими роками , тимчасом як найближча (ймовірна) екзопланета, — Альфа Центавра Bb, — завдальшки приблизно 38 000 000 000 000 км від нас). Зараз такі планети почали виявляти завдяки вдосконаленим методам, часто-густо — на межі їхніх змог.

Станом на 27 серпня 2014 року достеменно встановлене існування 1816 екзопланет у 1131 планетній системі, у 466 з яких — більш як одна планета[1]. Поза тим, кількість «кандидатів» в екзопланети куди більша: за проєктом «Кеплер» на серпень 2014 року числилося понад 4250 небесних тіл, що є потенційними екзопланетами, але задля офіційного потвердження їхнього статусу потрібна повторна регістрація наземними телескопами (за статистикою це стається в 90 % випадків).

Історія відкриття[ред.ред. код]

Графік відкриття екзопланет станом 3 жовтня 2010 року. Кольорами позначено методу відкриття:
   Радіоспостереження пульсарів
   Метода радіальних швидкостей
   Транзитна метода
   Метода синхронізації
   Візуальне спостереження
   Гравітаційне лінзування
   Астрометрична метода
Анімація хронології відкриття екзопланет. Колір цятки відображує методу відкриття. Поземна вісь — розмір великої півосі. Прямовисна вісь — маса. Для порівняння білим кольором показані планети Сонячної системи.

Ранні судження[ред.ред. код]

У XVI столітті італійський філософ Джордано Бруно, один із перших прихильників теорії Коперника, що Земля й інші планети обертаються навколо Сонця (геліоцентризму), висунув думку, що нерухомі зірки подібні Сонцю і також супроводжується планетами.

« Це усесвіт ми бачимо нескінченним ... У ньому нескінченна безліч світів того ж роду, як наш власний.  »

— Джордано Бруно, (1584)

У XVIII столітті це припущення згадав Ісаак Ньютон у своїй праці «Головна схолія» (англ. General Scholium), що завершувала його «Начала». Виходячи з прикладу планет Сонця, він написав: "І якщо нерухомі зірки є центрами подібних систем, усі вони будуть побудовані відповідно до аналогічної конструкції і за тими самими законами".

Початок досліджень[ред.ред. код]

Історично першим повідомленням про можливість існування планетної системи в иншої зірки була заява капітана Джейкоба (англ. Capt. William Stephen Jacob), астронома Мадраської обсерваторії (англ. East India Company’s Madras Observatory), зроблена 1855 року[2]. Він наголосив на «високій імовірності» перебування «планетарного тіла» в подвійній системі 70 Змієносця. У дев'ятдесяті роки ХІХ століття астроном Томас Дж. Дж. Сі з Чиказького университету й Військово-морська обсерваторія США потвердили наявність у системі 70 Змієносця несамосвітного тіла (безвидного супутника) з періодом обертання в 36 років, однак розрахунки американця Ф. Р. Мультона спростовують висновки Сі, доводячи нетривкість подібної системи. Тому натепер (2014 рік) існування планетної системи в зірки 70 Змієносця не визнається наукою.

Перші спроби знайти планети поза Сонячною системою були пов'язані зі спостереженнями за положенням близьких зірок. Ще в 1916 році Едвард Барнард розгледів червону зірочку, яка «жваво» зміщувалася небом відносно инших зір. Небесники назвали її Летючою зорею Барнарда. Це одна із щонайближчих до нас зірок і за масою всемеро менша від Сонця. З уваги на це, вплив на неї планет, коли вони маються, повинний бути помітним. На початку 1960-х років голландець Пітер ван де Камп оголосив, що відкрив у неї супутник завбільшки з Юпітер. Однак 1973 року його молодший колеґа Джордж Ґейтвуд (тоді аспірант) з'ясував, що Зоря Барнарда рухається без коливань і, отже, масивних планет не має.

Перші успіхи[ред.ред. код]

Наприкінці 1980-х багато груп науковців почали систематичне вимірювання швидкостей щонайближчих до Сонця зірок, провадячи спеціяльний пошук екзопланет за допомогою високоточних спектрометрів. Перша позасонцева планета була знайдена 1988 року біля поморанчевого субгіганта Гамма Цефея A, але потвердили цей факт лише у 2002 році. Відкриття було зроблене канадцями Брюсом Кемпбеллом (англ. Bruce Campbell), Ґордоном Волкером (англ. Gordon Walker) і Стівенсоном Янґом (англ. Stephenson Yang) з en:University of Victoria й Британо-колумбійського університетe. У 1989 році надмасивна планета (або брунатний карлик) була знайдена Д. Латамом край зорі HD 114762. Проте її планетарний статус потвердили тільки 1999 року.

Уперше екзопланети були доповідно зареєстровані у нейтронної зірки PSR 1257+12. Їх відкрили радіо-астрономи Алекс Вольщан (англ. Aleksander Wolszczan) і Даль Фрайль (англ. Dale Frail) 1991 року (вони оголосили про відкриття двох планет 2 січня 1992-го). Наступні спостеження дозволили виявити і третю 1994 року. Ці планети було визнано вторинними, тобто такими, які утворилися вже після вибуху наднової.

У 6 жовтня 1995 року астрономи Женевського університету Мішель Майор та Дідьє Квелоц оголосили про перше підтверджене виявлення екзопланети, що обертається навколо зірки Головної послідовності. За допомогою надточного спектрометра в Обсерваторії Верхнього Провансу вони зафіксували похит зірки G-типу 51 Пегаса з періодом 4,23 доби. Планета, що його викликає, нагадує Юпітер, але перебуває у безпосередній близькості від світила.

У колах астрономів планети цього типу так і звуться — «гарячі юпітери» (згодом, шляхом вимірювання променевої швидкості зірок задля пошуку їхніх періодичних доплерівських змін було виявлено кількасот екзопланет). При початках знаходили переважно екзопланети цього типу, що вельми спантеличувало вчених, позаяк теорії народження планет указували, що газові велетні формуються на великих відстанях від зірки. Коли ж кількість планет почала обчислюватися сотнями стало зрозуміло, що розпечені ісполіни становлять у космосі радше виняток, аніж норму.

У 1999 році Іпсилон Андромеди стала першою зіркою головної послідовності, що має кількоро планет. Інші планетні системи з кількох планет були знайдені згодом.

Відкриття землеподібних планет[ред.ред. код]

Технічний проґрес, найпаче в спектроскопії високої роздільної здатности, призвів до швидкого виявлення багатьох нових екзопланет. Астрономи змогли зафіксувати позасонцеві планети побічно — шляхом вимірювання їхнього гравітаційного впливу на рух батьківських зірок. Окрім цього їх знаходили, спостерігаючи за зміною видимої світності зірки, коли на шукома планета проходила перед ним. Зрозуміло, що старання дослідників були спрямовані на пошук планет, подібних до Землі. Нарешті, першу таку планету було виявлено у серпні 2004 року, в системі зірки μ Жертовника[Джерело?]. Планета обертається навколо світила за 9,55 діб, відстань до зірки — 0,09 а. о., температура на поверхні — близько 900 K. Маса її оцінюється приблизно в 14 мас Землі.

2004 року було отримано перше зображення (в інфрачервоних променях) об'єкта-кандидата на екзопланету біля брунатного карлика 2M1207[3].

На початку 2005 року було відкрито наступні 12 планет. Серед них шість — газові гіганти. Серед інших шести одна є найменшою серед усіх відомих екзопланет. Вона вп'ятеро менша за розмірами від Плутон. Відкрити її допомогло те, що зірка, навколо якої оберталася планета — пульсар. Планета викликала періодичні нерівномірності випромінювання пульсара, завдяки чому її було знайдено.

13 листопада 2008 року вперше вдалося отримати зображення одразу цілої планетної системи — знімок трьох планет, що обертаються круг зірки HR 8799 у сузір'ї Пегаса. Це перша планетна система, відкрита поблизу гарячої білої зірки раннього спектрального класу (А5). Усі відкриті доти планетні системи (за винятком планет поблизу пульсарів) були виявлені навколо зір пізніших класів (F-M). Того самого дня також уперше вдалося виявити планету Фомальгаут b біля зірки Фомальгаут шляхом прямих спостережень.

2011 року Девід Беннетт з Університету Нотр-Дам (Індіана, США) оголосив на основі спостережень 20062007 років на 1,8-метровому телескопі Університетської обсерваторії Маунт-Джон у Новій Зеландії про відкриття за допомогою методи мікролінзування 10 поодинчих юпітероподібних екзопланет. Щоправда, дві з них можуть бути високоорбітальними супутниками найближчих до них зір.

У вересні 2011 року було оголошено про відкриття двох екзопланет KIC 10905746 b та KIC 6185331 b любителями астрономії в рамцях проєкту Planet Hunters, призначеного для анализи відомостей, зібраних телескопом «Кеплер». При цьому згадувалося про 10 кандидатів у планети, але натоді тільки два з них із достатньою мірою упевнености визначались ученими як екзопланети. Планети були знайдені добровільними участниками проєкту серед відомостей, які професійні астрономи з тих чи тих причин відсіяли і якби не допомога добровольців, зазначені небесні тіла, ймовірно, лишилися б невідкритими.

5 грудня 2011 року телескопом Кеплер була виявлена первша надземля в зоні, придатній для життя, — Kepler-22 b.

20 грудня 2011 року той самий прилад біля зірки Кеплер-20 розгледів перші екзопланети завбільшки з Землю та меньші — Kepler-20 e (радіусом 0,87 земного й масою від 0,39 до 1,67 мас Землі) та Kepler-20 f (0,045 маси Юпітера й 1,03 радіусу Землі).

22 лютого 2012 року науковці з Гарвард-Смітсонівського центру астрофізики на відстані 40 світлових років від Землі відкрили першу екзопланету з води — GJ 1214 b. Період обертання планети довколо зорі, — червоного карлика, — 38 годин, завдальшки від свого світила вона приблизно на 2 мільони кілометрів. Температура на поверхні планети дорівнює близько 230 °C.

Майбутні програми пошуку[ред.ред. код]

Пошук екзопланет триває. На черзі наступні проєкти:

Кеплер (NASA) — запущений 7 березня 2009 року космічний телескоп системи Шмідта з діаметром об'єктива 0,95 м здатен одночасно відслідковувати 100 000 зірок. Планується виявити близько 50 планет, подібних до Землі, або ж близько 600 планет, що переважають у 2,2 разів Землю за розміром.

Анімація показує відмінності в обертанні позасонцевих планет в однопланетних і двопланетних системах. (Відомості отримані телескопом «Кеплер»)

TESS - космічний телескоп, розроблений Массачусетським технологічним інститутом (запуск у 2017 році).

Джеймс Вебб — американська орбітальна інфрачервона обсерваторія, що призначена на зміну космічному телескопу Хаббла (планована дата запуску — 2018 рік).

Близькі перспективи:

  • PEGASE - французька космічна місія, що відпочатку плановалася на 2010-2012 р.
  • EChO — іде теоретичне пропрацювання проєкту. У разі схвалення ЄКА, запуск приблизно у 2022 році.

Також у дальшій перспективі очікується запуск оптичного інтерферометра SIM (NASA), систем інфрачервоних телескопів IRSI/DARWIN (ЄКА) і TPF (NASA).

Окрім космічних місій, у майбутньому планується поступ наземного інструментарію. До прикладу, на Європейському надзвичайно великому телескопі буде встановлене обладнання, здатне вивчати атмосферу екзопланет.

Методи пошуку екзопланет[ред.ред. код]

Більшість виявлених позасонячних планет лежать у межах 300 світлових років від Сонячної системи.
Анімація демонструє гравітаційний вплив екзопланети на зірку
  1. Метода прямих спостережень — ми можемо побачити планету поряд з іншою зіркою, подібно до того, як бачимо планети нашої зоряної системи. Зробити це дуже складно через велетенський контраст яскравості між зіркою і планетою. Лише у листопаді 2008 року було опубліковано дві роботи про виявлені цією методою планети. Ба навіть у цьому випадку молоді планети було знайдено не за відбитим світлом зірки, а за власним тепловим випромінюванням.
  2. Астрометрична метода — найстаріший. Саме в такий спосіб учені вперше почали пошук планет поза Сонячною системою пів століття назад. Заснований на спостереженнях за змінами власного руху зорі під гравітаційним впливом планети. Хоча за допомогою астрометрії були вточнені маси деяких екзопланет, станом на 2009 рік зроблене тільки одне підтверджене відкриття[4]. Майбутнє цієї методи пов'язане з орбітальними місіями, такими як SIM.
  3. Метода транзитної фотометрії — пов'язана з проходженням планети на тлі зірки. Дозволяє визначити розмір, а в поєднанні з методом Доплера — щільність планет. На 2006 рік було виявлено лише 10 транзитних планет. На 2010 рік завдяки роботі проєкту СуперWASP їх уже більш як 30.
  4. Гравітаційне лінзування. Між спостережуваним об'єктом (зіркою, галактикою) та спостерігачем на Землі має бути інша зірка (вона відіграватиме роль лінзи), яка фокусує своїм гравітаційним полем світло від спостережуваної зіркової системи. Якщо зірки-лінза має планету, то з'являється несиметрична крива блиску та можлива відсутність ахроматичності. Ця метода має вкрай обмежене застосування. Вона чутлива до планет із малою масою, аж до земної. На 2006 рік відкрито 4 планети.
  5. Спектрометричне вимірювання радіяльної швидкості зірок (метода Доплера) — найрозповсюдженіша метода. За її допомогою можна виявити планети з масою, не меншою від кількох мас Землі, що розташовані поряд із зіркою, і планети-гіганти з періодами до ~10 років. Планета, обертаючись навколо зірки, немовби розгойдує її, і ми можемо спостерігати доплерівський зсув спектру.

Властивості екзопланет[ред.ред. код]

Порівняння Сонячної системи з системою 55 Рака
Очікувані розміри планет типу Надземля, залежно від їхньої маси й хемічного складу[5]. Приклади таких планет: Планета-океан; Залізна планета, Вуглецева планета.

Планети виявлено приблизно в 10% зірок, включених до програм пошуків. Їхня частка зростає в міру накопичення даних і вдосконалення техніки спостереження.

Спостерігається залежність кількості планет-гігантів від вмісту важких елементів (металів) у зірках. Системи із планетами-гігантами зустрічаються також здебільшого в зірок сонцевого типу (класів K5-F5). Водночас, у червоних карликів їхня частка значно менша (у 200 спостережуваних червоних карликів наразі виявлено лише одну подібну систему). Останні відкриття, зроблені методою гравітаційного мікролінзування, свідчать про широку розповсюдженість систем із планетами середньої маси типу Урана й Нептуна замість газових велетнів. Це першою чергою стосується маломасивних зірок і зірок із низьким вмістом металів.

Для деяких планет отримано оцінку їхнього діаметру, що дозволяє визначити їхню щільність, а також припускати наявність масивних ядер, що складаються з важких елементів. Європейські астрономи під керівництвом Трістана Ґійо (фр. Tristan Guillot) з Обсерваторії Лазурового берега (фр. Observatoire de la Côte d'Azur, OCA), встановили, що при порівнянні щільності планет зі вмістом металів у їхніх зірках є певна кореляція. Планети, сформовані навколо зірок, які є настільки ж багатими на метал, як наше Сонце, мають маленькі ядра, тимчасом як планети, зірки яких містять удвічи-втричі більше металів, мають набагато більші ядра.

В екзопланет, що рухаються на орбітах із великим ексцентриситетом, унутрішній вміст яких включає в себе кілька шарів речовини (кора, мантія та ядро), припливні сили спроможні вивільняти теплову енергію, що здатна створювати й підтримувати сприятливі для життя умови на космічному тілі, а їхня орбіта з часом може еволюціонувати в кругову[6].

Наразі найбільш схожий на земний клімат має Глізе 581 c: за попередніми оцінками, температура на її поверхні коливається в діапазоні 0—40 °C. Також теоретично цей позасонцевий світ містить запаси рідкої води. Але, що за масою Глізе 581 c вп'ятеро переважає нашу планету, життя на ній не назвеш комфортним. Тимчасом найближчою за розміром до колиски людства є Кеплер-186 f (більша від Землі на 13%), проте наявність атмосфери та води на цій екзопланеті під сумнівом.

Одні з найзагадковіших — екзопланети поблизу нейтронних зірок.

Обертання і нахил осі[ред.ред. код]

Файл:Spinvelocity-vs-mass-BetaPicb-and-solarsystem.jpg
Plot of equatorial spin velocity vs mass for planets comparing Beta Pictoris b to the solar system planets. (ESO/I. Snellen (Leiden University))

У квітня 2014 року був зроблений перший вимір періоду обертання екзопланети Бета Живописця b, на основі якого вчені оголосили, що доба на цьому «супер-Юпітері» триває 8 годин (цей висновок базується на припущенні, що нахил осі планети малий). Екваторіальна швидкість обертання —25 км на секунду, що перевершує газових гігантів Сонцевої системи й цілком узгоджується з надмірною масою екзопланети. (Карликова планета Церера обертається за 5 годин, але менший радіус Церери означає, що такий період обертання відповідає екваторіальній швидкості обертання, яка набагато повільніше від Бета Живописця b.) Відстань Beta Живописця b від своєї зірки є 9 а.о.. На таких відстанях обертання планет-гігантів не сповільнюється припливними силами. Бета Живописця b ще гарячий і молодий, але протягом найближчих сотень мільйонів років, він охолоне і стиснеться до розміру Юпітера, і, якщо його кутовий момент збережеться, довжина його дня чкоротиться до близько 3 годин, а швидкість її екваторіального обертання прискориться до приблизно до 40 км в секунду.

Деякі планетні системи[ред.ред. код]

Назва зорі Кількість
екзопланет
Відомості про екзопланети Примітки
51 Пегаса 1 51 Пегаса b або Беллерофонт
υ Андромеди 4 4 екзопланети
ε Ерідана 2 можливо 2 екзопланети непідтверджено
55 Рака 5 відкрито більше п'яти екзопланет можливо сім
μ Жертовника 4 відкрито 4 екзопланети
47 Великого Воза 3 47 UMa b, 47 UMa c, 47 UMa d
γ Цефея 1 Гамма Цефея A b
Глізе 581 6 Глізе 581 bГлізе 581 g станом на 2010 рік
Глізе 876 4 Gliese 876 bGliese 876 e станом на 2010 рік
OGLE-TR-56 1 OGLE-TR-56 b
OGLE-2003-BLG-235/MOA-2003-BLG-53 1 OGLE-2003-BLG-235L b/MOA-2003-BLG-53L b
2M1207 1 екзопланета 2M1207 b можливо планемо
PSR 1257+12 3 відкрито 3 екзопланети
HD 10180 5 відкрито більш ніж п'яти екзопланет[7] можливо сім
HD 188753 1 екзопланета HD 188753A b непідтверджена
HD 189733 1 екзопланета HD 189733 b
HD 209458 1 екзопланета HD 209458 b або Осіріс
HIP 13044 1 HIP 13044 b позагалактична[8]
WASP-1 1 екзопланета WASP-1b
WASP-2 1 екзопланета WASP-2b

Наслідки відкриття екзопланет[ред.ред. код]

Відкриття екзопланет дозволило астрономам виснувати: планетні системи — розповсюджене в космосі явище. Немає загальновизнаної теорії утворення планет[Джерело?], але тепер, коли з'явилась змога підбити статистику, ситуація в цій галузі змінюється на краще. Більшість виявлених систем досить відрізняється від сонячної — найрадше це пояснюється селективністю застосовуваних метод (найлегше виявити масивні коротко-періодичні планети). Планети, подібні до Землі, сучасними методами у більшості випадків виявити поки неможливо. Цікаво, що в зірки Епсилон Ерідана (яка разом з Тау Кита й Епсилон Індіанця вважається за одну з трьох найближчих до Сонця зірок, що надаються для існування життя, див. SETI) також виявлено планетну систему, хоча вірогідність цього відкриття поки лишається під сумнівом.

«Закриття» екзопланет[ред.ред. код]

Ретельне вивчення спектру зірки WASP-9 за допомогою високоточного спектрометра HARPS виявило в ньому знаки другого зоряного спектру. Таким чином, планети WASP-9b не існує[9].

Науково-популярні фільми[ред.ред. код]

Екзопланети в мистецтві[ред.ред. код]

Файл:Tatooine.jpg
Дивоглядний захід двох світил Татуїна,

Екзопланети віддавна приковують увагу митців, тож докладно зображені в їхніх творах. Найпаче послідовно вони відбиті в науково-фантастичній літературі та кінематографі. Часом останні впливають на номенклатуру дослідників. Так, якщо відкриту у вересні 2011-го в подвійній зоряній системі Кеплер-16b преса охрестила «Татуїном» без особливого ентузіазму вчених, то її «побратима» HD 188753 Ab, що кружляє навколо иншої подвійної зорі, вони самі неофіційно нарекли ім'ям Батьківщини Люка Скайвокера (ця планета з зафільмованих Джорджем Лукасом «Зоряних війн» так само мала два сонця).

Рон Габбард, засновник Церкви Саєнтології написав роман «Поле битви — Земля», що розповідає про расу міжпланетних загарбників з планети «Псайкло».

Повість братів Стругацьких «Важко бути богом» описує екзопланету, населену гуманоїдами, що їх не відрізнити від людей і чий рівень розвитку нагадує земне «Середньовіччя».

Герої франшизи «Star Trek» в дослідженні невідомих світів відвідують вервечку екзопланет, населених химерними мешканцями.

Дія роману Френка Герберта «Дюна» розгортається на планеті «Арракіс», де видобувається мінерал, доконечний для зоряних подорожей. Роман кілька разів екранізували.

Тимчасом Станіслав Лем, польський колеґа Герберта, у своєму філософському романі «Соляріс» змалювує однойменну екзопланету, що має власний інтелект і замагає сумління своїх колонізаторів воскреслими родичами. Твір Лема двічі екранізували. Зокрема, свою мистецьку версію витворив видатний радянський режисер Андрій Тарковський. Із сюжетом «Соляриса» дещо перегукується «Тут можуть водитися тигри», — оповідання американського фантаста Рея Бредбері, що описує розумну та щедру планету (так само зекранізовано).

Герої телесеріялу «Лексс» мандрують «Темним Усесвітом» на живому кораблі, що нагадує велетенську бабку, час від часу висаджуючись на екзопланетах, — таких, як «Брунніс», планета-смітник «Клааґія», планетоїд «Кластер» тощо.

«Аватар», науково-фантастичний пригодницький фільм Джеймса Кемерона, розповідає про однойменну екзопланету — далекий дивовижний світ, що потопає в пралісі.

Див. також[ред.ред. код]

Посилання[ред.ред. код]

Зовнішні посилання[ред.ред. код]