Човечеството разбра доста рано, че на небето има звезди и има много. Тогава тази мисъл беше допълнена от аргумента, че звездите са подобни на нашето Слънце или по едно време бяха подобни. Тогава стана ясно, че Земята и другите планети се въртят около Слънцето и възниква разумен въпрос: "Защо планетите не могат да се въртят около други звезди?" Теорията не вижда никакъв проблем във възможното съществуване на планети извън Слънчевата система, но науката винаги се нуждае от факти. И с течение на времето фактите бяха открити.
екзопланета
Какво е екзопланета? Всичко е просто възмутително - това е планета извън Слънчевата система, която се върти около звезда. Терминът се е образувал от съкращението допълнителна слънчева планета, тоест екстрасоларна планета. Но не се бъркайте: не всичко извън Слънчевата система е екзопланета, има и небесни тела - сираци, така наречените планети, които пътуват през космоса извън орбитата на родителската звезда.
Какви са екзопланетите? Те са много различни. Космическият телескоп Kepler наблюдава само две съзвездия - Cygnus и Lyru - за 8 години, но откри около хиляда кандидати за екзопланети. И ние имаме 88 съзвездия и тези две все още имат какво да открият.
По този начин има много екзопланети и те са различни. Методите за откриване, за които ще говорим по-късно, не ни позволяват точно да определим състава, атмосферата и естеството на откритите планети. Какво можем да кажем, дори не можем да видим директно екзопланетата. Но дори и чрез косвени признаци и данни може да се направи класификация.
Двата основни класа екзопланети са малки скални планети и гигантски планети. Ако приложим тази класификация към нашата Слънчева система, тогава Венера, Меркурий, Земята и Марс ще отидат към първата, а Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун ще отидат към втората.
Всеки от класовете може да бъде разделен на редица подкласове. Нека анализираме най-основните.
Промоционално видео:
Chthonic планета
Хтонната планета е газов гигант, който бързо пада върху родителската звезда. В центъра на газовия гигант има малък плътен нуклеол, който задържа огромни маси от газообразна материя около него. Постепенно наближавайки родителската звезда, газовият гигант започва да изпарява черупката си, докато не остане едно ядро.
Художествено изобразяване на транзита на хтонната планета HD 209458b пред своята звезда. Европейска космическа агенция, Алфред Видал-Маджар (Institut d'Astrophysique de Paris, CNRS, Франция) и НАСА / wikimedia.org (CC BY 4.0)
Супер земя
Основният и единствен критерий, по който дадена планета може да бъде класирана като супер-земя, е нейната маса. Такива планети обикновено са няколко пъти по-тежки от Земята, но в същото време много по-малки от газовия гигант. За разлика от хтонните планети бяха открити доста такива небесни тела и през 2007 г. астрономите откриха суперземната Gliese 581-c в обитаемата зона.
Gliese 581c Tyrogthekreeper / wikimedia.org (CC BY-SA 3.0)
Горещ юпитер
Името на добре познатата планета се изписва с малка буква не по погрешка, горещият Юпитер не е конкретна планета, а цял планетарен клас. За разлика от нашия газов гигант, горещите Юпитери са разположени почти близо до звездата-майка, която загрява атмосферата им до 1500 К. Поради редица характеристики, по-специално, големия им размер, са открити много горещи юпитери.
Студен юпитер
Именно към този клас принадлежат оригиналните Юпитер и Сатурн - студен Юпитер се намира на такова разстояние от звездата, че получава по-голямата част от топлината си от вътрешни процеси, а не от радиация.
Леден гигант
В нашата система имаме и такива планети: Уран и Нептун са типични представители на ледени гиганти - планети с голям размер и разстояние от родната си звезда. Поради факта, че лъчите слабо загряват такива планети, почти цялата им повърхност е свързана с лед, не само воден лед, но и метан и лед сероводород.
Образ на Вояджър 2 на Нептун през август 1989 г. НАСА / wikimedia.org (CC0 1.0)
Списъкът на екзопланетните видове може да бъде продължен за много дълго време. Има океански планети, въглеродни планети, горещ и студен нептун и много, много повече. Но ще говорим как са открити.
Методи за откриване на екзопланети
Нека направим един прост експеримент. По някакъв начин в една топла лятна нощ, за предпочитане на юг, близо до Екватора, вдигнете очи към нощното небе. Какво ще видите? Точно така, безброй звезди. Различни звезди - ярки и не много ярки, уединени и в съзвездия. Но практически всички, с изключение на Меркурий, Юпитер, Луната и може би Марс, ще бъдат звезди.
Същият е случаят с гигантските телескопи в обсерватории. Звездите, поради своите размери и радиация, почти напълно запушват цялото наблюдаемо пространство на космоса, а планетите, които светят с много слаба, отразена светлина, просто не се виждат на техния фон. Така че, ако някъде има цивилизация на нашето ниво на развитие, то най-вероятно предполага за наличието на Юпитер и Сатурн близо до Слънцето, но не повече.
Но са открити екзопланети и то много надеждно. Имаме няколко начина да направим това.
Най-плодотворният е методът на транзитна или транзитна фотометрия. Факт е, че всяка звезда има такъв показател като светимост. Грубо казано, светимостта е цялата светлина, излъчвана от звезда за единица време. Но ако някакво небесно тяло преминава между телескопа на наблюдателя и звездата, тогава в момента на преминаване светимостта пада. И ако този процес се повтаря периодично, това означава, че планетата се върти около звездата. Има плюсове и минуси на този метод. Основният плюс е възможността да се определи размерът на екзопланета. Минус - за да определите точно присъствието на планета с дълъг орбитален период, например като Юпитер (12 години), ще трябва да наблюдавате звездата много дълго време.
Доплеров метод. Наречен на австрийския математик Кристиан Доплер, методът измерва спектралното изместване на звезда под влиянието на планета. Законите на гравитацията работят в двете посоки, включително и за нас, следователно не само Земята ни привлича, но и ние Земята. По същия начин, в двойка планета - звезда. Въртенето на масивната екзопланета измества радиалната радиална скорост на родителската звезда и инструментите показват как планетата се люлее в червената област на спектъра, след това във виолетовата. Методът на Доплер позволява, заедно с транзитния, да се определи плътността на планетата, но отново - само ако тя е достатъчно голяма.
Гравитационно микролентоване. Този метод е обвързан с наличието на друга звезда между телескопа на астронома и наблюдаваната звезда, която действа като гравитационна леща. Но ако звездата на лещата има своя собствена планета, тогава светлината на наблюдаваната звезда ще бъде характерно изкривена.
И накрая, екзопланетата може лесно да се види. Самите планети са много слаби източници на светлина, така че е много трудно да се открият земни небесни тела с помощта на този метод. Най-вероятните обекти за откриване са гиганти, по-големи от Юпитер, които са достатъчно далече от звездата, за да излъчват сами инфрачервени лъчи.
До 2014 г. методът на Доплер или методът на радиална скорост и транзитният метод споделят лидерството в броя на откритите екзопланети. През 2014 г., благодарение на водещия на търсенето на екзопланети - телескопа Kepler, транзитният метод стигна далеч напред.
Интересен факт: информацията, получена от Kepler, е толкова обширна, че е свободно достъпна за всички, за да ги проучи. По този начин проектът на ловците на планети вече е помогнал за откриването на три екзопланети.
Възможността за живот и перспективите за колонизация
Естествено, обикновените хора са по-малко заинтересовани от горещи нептуни и методи за откриване на екзопланети. Основният интерес на обществото е възможността за живот и колонизация на далечни небесни тела.
Forplayday / bigstock.com
Общо са открити 3614 екзопланети през юни 2017 г. От тях те приличат на Земята - 216. Има много за избор. Но предполагаемата колонизация и възможността за съществуване на живот са ограничени от редица параметри.
Обитаема зона
Свикнали да измерват всичко сами, земните астрономи са извели концепцията за обитаема зона. Същността на концепцията е, че всяка звезда трябва да има определена зона, в която планетите могат да бъдат обитавани.
Основното условие на обитаемата зона е наличието на течна вода. Следователно планетата трябва да е достатъчно близо до звездата, така че водата да не замръзва и достатъчно далеч, за да не се изпарява. За да се изчисли центъра на обитаемата зона, дори беше получено уравнение, което изглежда като dAU = √Lstar / Lsun, където d е средният радиус на обитаемата зона, Lstar е светимостта на звездата, а Lsun е светимостта на Слънцето.
В списъка на обитаемите екзопланети има 52 планети, според Университета на Пуерто Рико. Една от тях е мини-земната TRAPPIST - 1d, 21 планети, сравними със Земята, и 30 супер-земни.
Основните критерии са планетен състав, повърхностна температура, размер и атмосфера. Планетите се оценяват според степента на сходство със Земята и дори е изведен специален числен критерий, който се състои от всичко по-горе. Ако една планета набира от 0,8 до 1 в земния индекс на прилика, тогава тя може безопасно да бъде вписана в списъка на потенциалните колонии. Така че, вземете своя избор, господа колонисти!
Кеплер-438B
Той беше рекордьор по сходство със Земята до 2016 г. Нейният ESI (индекс за прилика на Земята) е 0,88. Самата планета се намира на 470 светлинни години от Земята в съзвездието Лира, а родителската звезда на Kepler-438b е само половината от размера на Слънцето. Самата планета се намира в обитаемата зона на звездата, като по размери надвишава Земята с 12%.
Проксима Кентавър б
Родната звезда на тази планета е Проксима Кентавър, най-близката до Слънцето. Самата планета, подобно на светилото, се намира на 4,22 светлинни години от нас. Според индекса на приликата Proxima Centauri набира 0.85 и уверено остава на върха.
ТРАППИСТ-1 г
В момента планетата TRAPPIST, открита от телескопа, е най-подобна на нашата родна Земя. Тя е и третата от родителската си звезда, малко по-ниска от Земята по размери и много подобна по състав. Прогнозната повърхностна температура е +15 градуса по Целзий.
За съжаление, наличието на подходящи планети за колонизация е далеч от най-важната бариера за заселването на човека във Вселената. Дори до Proxima Centauri b, с настоящите технологии, потенциалните колонисти имат много, много дълго полетно време. И докато не се научим ефективно да покриваме разстояния от поне 10 светлинни години, е рано да говорим за завладяването на екзопланети.
Все още има много вариации на екзопланети. Но най-големите открития ни очакват напред - на Земята вече се подготвят амбициозни международни проекти за създаване на гигантски телескопи и космически обсерватории, които ще могат да видят това, което не можем да намерим сега. Но все още не съм споменавал, че екзопланетите имат сателити.