Что такое экзопланета?

Вселенная, безграничная и загадочная, постоянно удивляет нас своим разнообразием и необъятностью. Одно из самых захватывающих открытий, сделанных современной астрономией, — это существование экзопланет, то есть планет вне нашей солнечной системы.

Их открытие означает, что мы, возможно, не одиноки в этой космической бездне, и в нашей галактике Млечный Путь, а возможно, и за ее пределами, существует множество других миров, которые могут поддерживать жизнь.

Что такое экзопланета?

Экзопланета — это планета, вращающаяся вокруг звезды, отличной от нашего Солнца.

Большинство известных экзопланет вращаются вокруг звезд Млечного Пути, но с помощью мощных космических телескопов ученые обнаружили экзопланеты далеко за пределами нашей галактики.

Существует множество типов экзопланет, но мы часто ограничиваемся такими описаниями, как «супер-Земля», горячий Юпитер и мини-Нептун. Но некоторые экзопланеты настолько уникальны, что их почти невозможно описать. Например, есть экзопланета Тилос (WASP-121b), где днем бушуют ураганы, вечером идет дождь из железа.

Астрономы обнаружили планеты, покрытые льдом от полюса до полюса, и планеты, расположенные так близко к своей звезде, что они лишились атмосферы.

Проксима Центавра, звезда, находящаяся на расстоянии чуть более четырех световых лет, имеет как минимум две экзопланеты, что подтверждено множеством инструментов на Земле и в космосе.

Есть планеты с двумя солнцами, такие как Татуин, водные миры с водородной атмосферой и планеты-изгои без звезды вообще. Ученые обнаружили газовые гиганты настолько невероятно огромных размеров, что они должны были вспыхнуть как звезды, но этого не произошло, и мы не знаем, почему.

Экзопланеты могут находиться на таком расстоянии от своих звезд, что их поверхность может быть слишком горячей или слишком холодной для поддержки жизни, но также могут существовать зоны на экзопланетах, где условия могут быть пригодными для жизни, как мы ее понимаем.

Как обнаруживаются экзопланеты?

Обнаружение экзопланет — это сложный и трудоемкий процесс, который требует высокоточной астрономической техники и сложных методов. Существует несколько методов, используемых для обнаружения экзопланет, каждый из которых обладает своими преимуществами и ограничениями.

1. Метод транзитов: Этот метод основан на наблюдении за изменениями яркости звезды, когда экзопланета проходит между ней и Землей. Это вызывает кратковременное падение яркости звезды, которое можно зарегистрировать с помощью телескопов.
2. Метод измерения радиальной скорости: При этом методе ученые измеряют скорость, с которой звезда движется относительно Земли под воздействием гравитационного взаимодействия с ее планетой-спутником. Изменения в радиальной скорости звезды указывают на наличие планеты.
3. Непосредственное изображение: Этот метод включает в себя фотографирование планеты непосредственно вокруг ее звезды. Однако из-за огромного различия в яркости между звездой и планетой, это один из самых трудных способов обнаружения.

Вот несколько основных типов экзопланет, которые ученые классифицируют на основе их свойств:

1. Горячие Юпитеры (Hot Jupiters): Горячие Юпитеры — это газовые гиганты, подобные Юпитеру, но находящиеся в очень близких орбитах к своим звездам-хозяевам. Они обычно имеют массу, сравнимую с массой Юпитера, но их орбиты очень близки к звездам, что приводит к высоким температурам и экстремальным условиям.
2. Суперземли (Super-Earths): Суперземли — это планеты, которые имеют массу и размеры, превышающие Землю, но не достигающие размеров газовых гигантов, таких как Нептун или Юпитер. Они могут иметь скалистую поверхность или включать в себя значительные количества воды.
3. Ледяные гиганты (Ice Giants): Подобно Урану и Нептуну в нашей солнечной системе, ледяные гиганты — это планеты, состоящие преимущественно из водных и ледяных материалов, окруженных газовой оболочкой. Они могут находиться как внутри, так и за пределами зоны обитаемости своих звезд.
4. Планеты в зоне обитаемости (Habitable Zone Planets): Планеты в зоне обитаемости находятся на таких орбитах вокруг своих звезд, где температура позволяет существование жидкой воды на их поверхности. Это ключевой фактор в поиске потенциально обитаемых миров и, возможно, жизни вне Земли.
5. Экзо-луны (Exomoons): Экзо-луны — это спутники, вращающиеся вокруг экзопланет. До недавнего времени их существование только предполагалось, но на данный момент экзо-луны были обнаружены непосредственно.

Это лишь небольшая часть разнообразия экзопланет, исследование которых предоставляет нам уникальную возможность лучше понять происхождение и разнообразие планетарных систем во Вселенной.

Характеристики экзопланет

1. Размер и масса: Экзопланеты могут иметь различные размеры и массы, от карликовых планет с массой ниже Земли до газовых гигантов, превышающих массу Юпитера.
2. Орбитальные параметры: Экзопланеты могут обращаться вокруг своих звезд на различных орбитах, от очень близких и быстрых до далеких и медленных. Это включает в себя период обращения вокруг звезды, радиус орбиты и эксцентриситет.
3. Атмосфера: Состав и состояние атмосферы экзопланет варьируются. Некоторые могут иметь газовые оболочки, подобные Юпитеру, в то время как другие могут иметь скалистые поверхности или обширные океаны.
4. Температура и климат: Экзопланеты находятся в разных зонах своих планетных систем, что приводит к разнообразию температур и климатических условий на их поверхностях.
5. Плотность и внутреннее строение: Изучение массы и радиуса экзопланет позволяет ученым делать предположения о их внутреннем строении и плотности, что в свою очередь может указывать на состав и эволюцию планеты.
6. Взаимодействие с звездой-хозяином: Экзопланеты могут быть подвержены воздействию силы приливов, излучения звезды и других факторов, которые могут оказывать влияние на их структуру и эволюцию.
7. Поиск признаков жизни: Ученые также ищут признаки жизни на экзопланетах, включая состав атмосферы, наличие воды и другие условия, которые могут быть подходящими для развития жизни, хотя пока что ни один признак жизни вне Земли не был обнаружен.

Проксима b: ближайшая экзопланета

Проксима Центавра, самый маленький член системы Альфы Центавра, представляет собой звезду типа M5.5, расположенную на расстоянии 4,244 световых лет от нас в южном созвездии Центавра.

Измеренный радиус звезды составляет 14% от радиуса Солнца, масса около 12% солнечной, а эффективная температура составляет всего около 3050 К.

Проксима Центавра в 1000 раз менее ярка, чем Солнце, что даже на близком расстоянии делает ее невидимой невооруженным глазом.

Она имеет очень медленное вращение — 83 дня и долгосрочный цикл активности с периодом примерно 7 лет. Ее обитаемая зона находится на расстоянии от 0,05 до 0,1 а.е.

В 2016 году планета с массой Земли Проксима b была открыта исследовательской группой под руководством астронома Лондонского университета Гиллема Англада-Эскуде.

Планета имеет массу, близкую к массе Земли, и вращается вокруг своей звезды с периодом 11,2 дня на среднем расстоянии 0,05 а.е. Она расположена в обитаемой зоне звезды, где на поверхности теоретически может существовать жидкая вода.

Однако Проксима Центавра — красный карлик, тип звезды, известный своими сильными вспышками рентгеновского и гамма-лучей, которые могут легко уничтожить газовую атмосферу планеты.

В отличие от Солнца, относительно спокойной звезды, красные карлики могут иметь обитаемую зону, расположенную слишком близко к звезде, чтобы планеты были в безопасности от ее излучения. Даже относительно маломощные ультрафиолетовые вспышки могут означать, что жидкая вода не останется на поверхности, поскольку вся атмосфера уже давно могла улетучиться.

К сожалению, Проксима b находится слишком далеко, чтобы мы могли посетить ее в приемлемых масштабах времени, по крайней мере, с помощью доступных нам в настоящее время технологий. Например, зондам «Вояджер» потребуется около 75 000 лет, чтобы добраться до Проксимы b.