Экзопланеты. Ученые оценили, сколько планет в нашей галактике и сколько из них потенциально пригодны для жизни

Общее количество экзопланет в галактике Млечный Путь составляет более 100 миллиардов. Экзопланета - это планета, которая находится за пределами нашей солнечной системы. В настоящее время учеными открыта лишь малая их доля. О 10 самых невероятных планетах в этом посте.

Самая темная экзопланета - далекий, размером с Юпитер, газовый гигант TrES-2b.

Измерения показали, что планета TrES-2b отражает менее одного процента света, что делает ее чернее угля и естественно темнее любой из планет солнечной системы. Работа, посвященная этой планете, была опубликована в журнале Королевского Астрономического Общества Monthly Notices. Планета TrES-2b отражает меньше света даже чем черная акриловая краска, так что это поистине темный мир.

TrES-4

Самая большая планета из найденных во Вселенной - это TrES-4. Ее обнаружили в 2006 году, и располагается она в созвездии Геркулес. Планета под названием TrES-4 вращается вокруг звезды, которая находится на расстоянии около 1400 световых лет от планеты Земля.

Исследователи утверждают, что диаметр обнаруженной планеты практически в 2 раза (точнее в 1,7) больше диаметра Юпитера (это самая большая планета Солнечной системы). Температура TrES-4 около 1260 градусов по Цельсию.

COROT-7b

Год на COROT-7b длится чуть больше 20 часов. Неудивительно, что погода в этом мире, мягко говоря, экзотическая.

Астрономы предположили, что планета состоит из литой и твердой горной породы, а не из замороженных газов, которые непременно выкипит при таких условиях.Температура по словам ученых падает с +2000 С на освещенной поверхности до -200 С на ночной.

WASP-12b

Астрономы увидели космический катаклизм: звезда поглощает собственную планету, которая оказалась в непосредственной близости от нее. Речь идет об экзопланете WASP-12b. Она была обнаружена в 2008 году.

WASP-12b, как и большинство известных экзопланет, обнаруженных астрономами, является большим газообразным миром. Однако, в отличие от большинства других экзопланет, WASP-12b вращается вокруг своей звезды на очень близком расстоянии - немногим более 1,5 миллиона километров (в 75 раз ближе чем Земля от Солнца).

Огромный мир WASP-12b уже заглянул в лицо своей смерти, утверждают исследователи. Самая главная проблема планеты - ее размеры. Она выросла до такой степени, что не может удержать свою материю против сил гравитации родной звезды. WASP-12b отдает свою материю звезде с огромной скоростью: шесть миллиардов тонн каждую секунду. В этом случае планета будет полностью уничтожена звездой примерно через десять миллионов лет. По космическим меркам, это совсем немного.

Kepler-10b

С помощью космического телескопа астрономы смогли обнаружить самую маленькую каменистую экзопланету, диаметр которой составляет около 1,4 диаметра Земли.

Новая планета получила обозначение Kepler-10b. Звезда, вокруг которой она вращается, находится на расстоянии около 560 световых лет от Земли в созвездии Дракона и похожа на наше Солнце. Относясь к классу «суперземель», Kepler-10b находится на довольно близкой к своему светилу орбите, совершая оборот вокруг него всего за 0,84 земных суток, при этом температура на ней достигает нескольких тысяч градусов Цельсия. По оценке учёных, при диаметре в 1,4 диаметра Земли Kepler-10b имеет массу 4,5 земных.

HD 189733b

Объект HD 189733b представляет собой планету, размерами похожую на Юпитер, которая обращается вокруг своей звезды на расстоянии 63 световых лет от нас. И хотя эта планета размерами походит на Юпитер, из-за близости к своей звезде она значительно горячее, чем господствующий газовый гигант нашей Солнечной системы. Как и для других найденных горячих юпитеров, вращение этой планеты синхронизовано с ее орбитальным движением - планета всегда повернута к звезде одной стороной. Период обращения равен 2.2 земных дня.

Kepler-16b

Анализ данных о системе Kepler-16 показал, что открытая в ней в июне 2011 года экзопланета Kepler-16b вращается сразу вокруг двух звезд. Если бы наблюдатель мог оказаться на поверхности планеты, то он увидел бы, как восходят и заходят два солнца, совсем как на планете Татуин из фантастической саги «Звездные войны».

В июне 2011 года ученые объявили, что в системе находится планета, которая получила обозначение Kepler-16b. Проведя в дальнейшем детальное исследование, они установили, что Kepler-16b вращается вокруг двойной звездной системы по орбите, примерно равной орбите Венеры, и совершает один оборот за 229 дней.

Благодаря совместным усилиям астрономов-любителей, участвовавшим в проекте Planet Hunters, и профессиональных астрономов удалось обнаружить планету в системе из четырех звезд. Планета обращается вокруг двух звезд, вокруг которых в свою очередь обращаются еще две звезды.

PSR 1257 b и PSR 1257 c

2 планеты вращаются вокруг умирающей звезды.

Кеплер-36b и Kepler-36c

Экзопланеты Кеплер-36b и Kepler-36c - эти новые планеты обнаружены телескопом Кеплер. Эти необычные экзопланеты находятся поразительно близко друг к другу.

Астрономы обнаружили пару соседних экпланет с разными плотностями на орбитах очень близко друг к другу. Экзопланеты слишком близко к своей звезде и не находятся в так называемой "обитаемой зоне" звездной системы, то есть зоне, где жидкая вода может существовать на поверхности, но они интересны не этим. Астрономов удивило очень близкое соседство этих двух совершенно разных планет: орбиты планет находятся так близко, как никакие другие орбиты ранее открытых планет.

Люди издавна мечтали, что рано или поздно в космосе, в обозримой близости от нас, обнаружится жизнь, пусть даже и в форме, не похожей на нашу. Многочисленные фантастические повести и рассказы, фильмы о встрече представителей Земли и внеземных цивилизаций будоражат воображение и пользуются неизменным успехом.

Среди множества космических объектов особое внимание ученых привлекают так называемые экзопланеты как потенциальные объекты для зарождения и развития внеземных форм жизни. Что же они собой представляют?

Краткая история

Впервые о возможности существования планетарных систем у других звезд сообщил в 1855 году астроном обсерватории Мадраса капитан Джейкоб. Речь шла о системе двойной звезды 70 Змееносца. Гипотеза была опровергнута более поздними исследованиями, проведенными в 90-х годах ХІХ столетия, однако прецедент был создан, и начало поиску планетных систем вне пределов Солнечной системы было положено.

На протяжении ХХ столетия периодически совершались «открытия», которые не находили подтверждения позднее. И лишь в 1988 году канадскими учеными была открыта внесолнечная планета у звезды Гамма Цефея A (Альраи). Впрочем, на подтверждения этого удивительного открытия ушли годы, и ее существование было подтверждено только в 2002 году. Поэтому первенство все же принадлежит швейцарским астрономам Дидье Кело и Мишелю Майору, которые в 1995 году открыли первую внеземную планету - у звезды 51 Пегаса.

Определение

Что такое экзопланета? Это небесное тело, подобно Земле, вращающееся вокруг своего светила - звезды. На сегодняшний день их открыто около трех тысяч. Подавляющее большинство из них - газовые гиганты, подобные нашим Юпитеру, Нептуну и Сатурну, но значительно превышающие их по массе. Жизнь на таких раскаленных небесных телах в привычном нам понимании, то есть в белковой форме, скорей всего, отсутствует.

На январь 2018 года официально подтверждено существование 3726 экзопланет, и около тысячи этих небесных тел еще ожидают официального подтверждения своего статуса с помощью земных телескопов.

Экзопланеты-гиганты

Гигантские газовые гиганты классифицируют в зависимости от их температуры и особенностей атмосферы, по внешнему виду. Всего выделяют пять классов:

1. Аммиачные облака. Это экзопланеты, находящиеся в отдалении от своих звезд, на «задворках» своих солнечных систем, при температуре ниже - 120 градусов Цельсия. Год на экзопланетах такого типа по земным меркам будет очень длинным. К этому типу относятся такие планеты Солнечной системы, как Юпитер и Сатурн. Возможные экзопланеты такого типа - Мю Жертвенника e, 47 Большой Медведицы c. Основные открытия здесь еще впереди. Возможна также ситуация, когда экзопланета находится на не столь значительном удалении от своей звезды, но вращается вокруг слабого светила - красного карлика. Тогда она тоже попадает в этот класс.
2. Водные облака. Температура на поверхности составляет - 20 градусов Цельсия или ниже. Хорошо отражают свет. Помимо водной взвеси, в облака таких небесных тел много метана и водорода, поэтому к экзопланетам, пригодным для жизни, их отнести сложно. Это газовые гиганты, удаленность которых от их светила сравнима с земной. В качестве примера можно привести экзопланету 47 Большой Медведицы b. В Солнечной системе подобные небесные тела отсутствуют.
3. Безоблачные экзопланеты. Планеты эти, как явствует из их названия, лишены облаков, поэтому обладают слабой отражательной способностью. Для наблюдателя их поверхность имеет голубой цвет. Температура колеблется от +80 градусов Цельсия до +530. В Солнечной системе подобных планет нет. Если бы они были, то располагались бы примерно на орбите Меркурия. В качестве примера можно привести 79 Кита b.
4. Экзопланеты с сильными спектральными линиями щелочных металлов. Имеют температуру поверхности свыше + 600 (возможно - до +1000) градусов Цельсия, в связи с чем с их атмосфере преобладает диоксид углерода и пары щелочных металлов. Обладают очень низкой отражающей способностью. Пример - экзопланета TrES-2 b, чья отражающая способность ниже, чем у сажи. Имеют серо-розоватый цвет, в Солнечной системе должны были бы находиться на орбите, которая ближе к Солнцу, чем меркурианская.
5. Кремниевые облака. Что такое экзопланеты с кремниевыми облаками? Это газовые небесные тела, чья температура более +1100 градусов Цельсия. Их поверхность покрыта сплошными облаками, состоящими из силикатов и паров железа. Благодаря этому отражающая способность довольно высока. Такие экзопланеты пригодными для жизни назвать так же сложно, как и покрытые аммиачными облаками, на которых царит ужасный холод. Они имеют серо-зеленый цвет и расположены в непосредственной близости от своего солнца, поэтому визуально их обнаружить невозможно, ведь их светимость не будет видна. Наиболее известный представитель - 51 Пегаса b.

Приведенная выше классификация была предложена астрофизиком из Университета Аризоны Давидом Сударским.

Экзопланеты земного типа

Намного больше шансов обнаружить жизнь на других планетах чужих звездных систем - тех, что подобны нашей Земле. Что такое экзопланета земного типа? Это небесное тело, состоящее не из раскаленных газов, а твердое, меньших размеров, чем газовые гиганты. Из-за их относительно небольших размеров такие экзопланеты сложнее обнаружить, поэтому их известно не так много, как газовых гигантов - немногим более двухсот.

Суперземли

Еще примерно семьсот имеют размеры так называемой суперземли. Под этим термином понимают небесные тела, масса которых составляет до 10 земных. Разница между ними и газовыми гигантами четко не определена, она составляет примерно 10 земных масс. В качестве примера «пограничной» экзопланеты можно привести Mu Arae c, или Мю Жертвенника с - планету-гигант, которая вращается вокруг желтого карлика в созвездии Жертвенника, открытую в 2004 году. Ее масса составляет примерно 0,33 массы Юпитера. Материнские звезды суперземель - это обычно красные или желтые карлики.

Методы открытия экзопланет

В настоящее время известно несколько методов поиска потенциально обитаемых планет в иных звездных системах. Наилучшие результаты достигается при их сочетании, так как некоторые из них работают только при наличии определенных специфических условий. Основные из них описаны ниже.

Метод Доплера

Подразумевает измерение радиальных скоростей звезд с помощью спектометра. С помощью спектрометрического метода можно обнаружить планеты-гиганты и экзопланеты, подобные Земле, расположенные вблизи своей звезды, масса которых как минимум в несколько раз больше земной. Связано это с тем, что вращение этих небесных тел становится причиной доплеровского смещения спектра звездного светила. Согласно статистике, с помощью этого метода было открыто уже более 600 экзопланет.

Метод транзитный

Заключается в изучении колебаний свечения звезд во время прохождения перед их диском гипотетических планет. С его помощью можно вычислить размеры планеты, сочетание же его с первым методом дает представление о плотности небесного тела. Это, в свою очередь, позволяет предположить наличие у него атмосферы. Статистика свидетельствует, что благодаря транзитному методу было открыто около двух сотен планет.

Метод гравитационного микролинзирования

Подобно транзитному, для использования которого необходимо, чтобы наблюдатель и орбита экзопланеты находились в одной плоскости, для этого метода также нужны определенные условия. Он будет эффективен при наличии между земным наблюдателем и звездой другой звезды, играющей роль своеобразной линзы. Позволяет обнаружить у звезды-линзы экзопланеты, работает для тел с небольшой массой. Но применяется он, в силу особых требований, выдвигаемых к расположению небесных тел, ограниченно. Этим способом было открыто около полутора десятков планет.

Метод астронометрический

Основан на изменениях в движении звезд под действием собственных планет. Позволяет определить с достаточной точностью массы экзопланет.

Выше перечислены не все известные методы обнаружения экзопланет, а те, с помощью которых было совершено больше открытий, что доказало их эффективность.

Обозначения небесных тел планетарного типа

Открытым экзопланетам принято давать названия, производные от их светила - звезды, вокруг которой они вращаются. При этом к названию звезды добавляется буква латинского алфавита, начиная с b, так как а указывала бы на саму звезду. Пример: 51 Пегаса b. Следующей открытой в звездной системе планете присваивается последующая буква алфавита. Получается, что имя экзопланеты ничего не говорит ни о ее свойствах, ни о ее удаленности от звезды, а сообщает лишь о порядке ее открытия в звездной системе. И только в том случае, если открывают две экзопланеты одновременно в одной системе, им присваивают буквы в названиях, исходя из расстояния от звезды.

До открытия в 1995 году звездной системы Пегаса экзопланетам давались названия, состоящие из сложных комбинаций латинских букв и цифр. Кроме того, некоторые из них имели собственные имена, часто связанные с мифологией. В 2015 году голосованием Международного астрономического союза эти названия были закреплены официально. Всего их получили 31 экзопланета и 14 звезд.

На сегодняшний день экзопланеты обнаружены примерно у 10 % звезд, вокруг которых велись поиски.

Системы экзопланет

Приведем краткий список известных звездных систем, имеющих экзопланеты:

1. 51 Пегаса - первая солнцеподобная звезда, в которой обнаружена экзопланета.
2. Тау Кита - теоретически является ближайшей в нам планетной системой. но это открытие еще требует подтверждения.
3. 55 Рака - в ней открыто уже несколько экзопланет.
4. μ Жертвенника - открытая в ее системе экзопланета имеет небольшую массу и, по видимому, относится к земной группе.
5. ε Эридана - одна из трех звезд, имеющих экзопланету и видимых без телескопа.
6. Проксима Центавра - ближайшая к Солнцу звезда (красный карлик), имеющая экзопланету.
7. HD 209458 - вокруг этой звезды вращается планета с собственным названием «Осирис» и удивительными свойствами, прозванная «испаряющейся». Исследования ее яркости показали наличие колебаний, которые с точки зрения науки можно объяснить только постепенной потерей планетой своего вещества. Дальнейшие наблюдения показали, что улетучивается не только атмосфера, но и твердые составляющие планетного вещества. Причина этого, вероятно, кроется в сильном разогревании экзопланеты, ведь она находится от своей звезды на расстоянии, в восемь раз меньшем, чем Меркурий от Солнца. Температура на ее поверхности может достигать + 1000 градусов Цельсия. Благодаря наблюдениям за экзопланетой Осирис началась новая эра в изучении внеземных планетарных систем - эра изучения их химического состава и поиска пригодных для жизни условий.

Конечно, этот список экзопланетных систем - неполный, на сегодняшний день их известно намного больше.

Экзопланета земного типа, обладающая атмосферой

В апреле прошлого, 2017 года, западноевропейские астрономы впервые обнаружили у экзопланеты земного типа следы атмосферы. Речь идет о небесном теле GJ 1132b, которое вращается вокруг звезды - красного карлика Глизе 1132. Расстояние до нее от Земли составляет 39 световых лет (12 парсек). Радиус экзопланеты GJ 1132b больше нашей планеты на 20%, а ее масса составляет 1,6 земной. Подразумевается, что ее состав близок к составу земных пород, а поверхность - твердая, скалистая. Это самая близкая к нам планета земного типа.

Согласно данным спектрального анализа, атмосфера этой экзопланеты состоит из смеси метана и водяного пара. Температура в верхних ее слоях приблизительно равна 260 градусам Цельсия, но, предполагается, что у поверхности она еще выше, то есть условия на этой экзопланете еще жарче, чем на Венере.

Это ближайшая экзопланета к нашей Солнечной системе, имеющая атмосферу. Ученые-астрономы назвали это открытие одним из самых важных за последние годы.

Вместо заключения

В статье было рассказано о том, что такое экзопланеты, рассмотрены их виды, правила наименования. Подводя итог, можно сказать, что эпоха массового открытия экзопланет в конце ХХ - начале ХХІ века только начинается. На сегодняшний известны несколько эффективных способов обнаружения этих небесных тел, но все они имеют ту или иную степень погрешности. Наилучший результат дает сочетание нескольких методов обнаружения экзопланетных систем. При этом большинство таких открытий требует подтверждения, которого приходится ждать несколько лет, а то и десятков лет.

Результаты открытий, совершенных земными наблюдателями, позволяют откорректировать наблюдения из космоса. Так, в ходе проекта Гая (Gaia), который был начат в 2013 году, на орбиту Земли выведен спутник, несущий на себе космический телескоп. Основной задачей проекта являлось уточнение звездных карт и масс известных экзопланет, открытых до этого времени. Миссия рассчитана на пять лет, и вполне возможно, нас ждут новые потрясающие открытия - удивительные звезды и новые экзопланеты, на одной из которых может существовать внеземная форма жизни…

Экзоплане́той принято называть космическое тело, которое «обитает» вне Солнечной системы и, соответственно, обращается вокруг другой звезды. Такие объекты, как правило, достаточно тусклы и имеют относительно малые габариты. Именно поэтому обнаружить их удалось недавно - в 1980 году с помощью усовершенствованных технических приборов и методов. Ученые и по сей день продолжают изучение экзопланет в отдаленных звездных системах.

Сегодня науке известно о существовании 1821 подобных объектов, 1135 из которых относятся к планетным системам. Необходимо отметить, что число объектов, подходящих под параметры экзопланеты, намного больше. После окончания миссии «Кеплер» ученые насчитали только 2750 таких тел. Но для того, чтобы удостовериться, что данные объекты относятся именно к экзопланетам, нужны дополнительные исследования с задействованием наземных машин.

Число экзопланет, находящихся в нашей галактике, может достигать 100 млрд, из которых 5-20% могут оказаться подобны Земле. Также известно, что около трети всех солцеподобных звезд имеют уже сформированные землеподобные объекты.

Следует отметить, что большая часть известных экзопланет были открыты не при помощи визуального наблюдения, а благодаря применению различных методик детектирования. Пока подавляющее количество открытых планет относятся к газовым гигантам. Но ученые убеждены, что говорить о том, что во Млечном Пути преимущественно преобладают объекты, схожие с Юпитером, еще слишком рано. И этому существует простое объяснение: недостаток эффективных методов исследования. Ведь заметить массивный короткопериодичный объект намного легче, чем тело, обладающее меньшими размерами.

История открытий

По общепринятому мнению, первым, кто заявил о возможности нахождения планет в других звездных системах, стал капитан Джейкоб - астроном Мадрасской обсерватории, еще в середине 19 века. Уже в те времена существовала версия о том, что в бинарной системе 70 Змееносца «обитает» планета.
В конце этого же столетия американский ученый Томас Д.Д. Си в той же системе обнаружил движущееся тусклое тело. Тогда даже удалось вычислить период его обращения - 36 лет. Но новые расчеты, произведенные Ф.Р. Мультоном, опровергли убеждения Си. Сегодня ученые также ставят под сомнение нахождения планетных тел в зоне системы 70 Змееносца.

При первых попытках поиска планет, входящих в отдаленные звездные системы, использовались данные о положении ближайших светил. В 1916 году Эдуарду Барнарду удалось вычислить некую «красную звездочку», перемещавшуюся по небосводу с большей скоростью, чем другие светила. Данный объект был наречен «Летящая звезда Барнарда».

В действительности она и оказалась самой приближенной к Солнцу светилом. Её масса почти в 7 раз меньше нашей звезды. Ученые предположили, что, если в её системе всё же находятся планеты, это непременно должно было бы оказывать на «красную звездочку» ощутимое влияние. В середине 20 века Питером Ван де Кампом было заявлено об открытии объекта, подобного Юпитеру. Но всего через десяток лет Дж. Гейвудом было доказано, что звезда Барнарда передвигается без каких-либо замедлений или колебаний. Это означало, что вероятность нахождения около нее крупногабаритных тел практически нулевая.

В конце 80-х 20 века ученые во всем мире стали измерять скорости движения ближайших к Солнцу звёзд, производя отдельный поиск экзопланет, задействовав при этом усовершенствованные спектрометры.

Одно из первых серьезных открытий внесолнечной планеты принадлежит канадским ученым Б. Кэмпбеллу, С. Янгу и Г. Уолкеру. Тогда, в 1988 году, исследователи выявили планету, находящуюся под «покровительством» субгиганта Гамма Цефея А. Но правдивость находки подтвердили только к 2002 году.

Сразу после этого открытия ученые сумели «увидеть» сверхмассивную планету вблизи звезды HD 114762 A. Также, как в первом случае, статус планеты объект приобрел намного позже - лишь к 1999 году.

Впервые экзопланеты обнаружили вблизи нейтронного гиганта PSR 1257+12. Автором этого открытия стал Александр Вольшчан. Данные объекты причислили к категории «вторичных», ввиду того, что звездная система, к которой они принадлежат, сформировалась вследствие взрыва сверхновой.

В 1995 году французскими учеными - Мишелем Майором и Дидье Кело, были зафиксированы колебания, исходящие из области 51 Пегаса. Данные покачивания тела были взяты во внимание в ходе работы с мощным сверхточным спектрометром. Оказалось, что причиной этих покачиваний является обращающаяся в зоне звезды планета, напоминающая Юпитер, которая также находится на относительно близкой дистанции от своего «солнца». В кругу ученых-астрономов такие объекты называют «горячими юпитерами».

Чуть позже, применяя метод Доплера, заключающийся в произведении замеров звездной лучевой скорости, было открыто более 100 экзопланет.

В середине 2004 года в звездной системе μ Жертвенника впервые была замечена планета - горячий нептун. Выяснилось, что полный оборот вокруг своего светила данный объект совершает за 9,5 суток, и находится от него на 0,09 а.е. Средняя температура на поверхности планеты равна +626 °C. Размеры горячего нептуна в 14 раз превосходят габариты Земли.

Первую планету, подобную нашей, выявили в области солцеподобной звезды Глизе 876 . Масса найденного объекта превосходила массу Земли почти в 14 раз.
В 2004 году ученым впервые удалось получить снимок объекта, претендующего на звание экзопланты, которая обитала в системе коричневого карлика 2M1207.

В 2008 году ученые сумели получить фото-снимок единой планетной системы, где было изображено сразу 3 объекта, находящихся под «покровительством» HR 8799, которая принадлежит к крупному созвездию Пегаса. Данная планетная система является первой, которую удалось обнаружить вблизи горячей белой звезды.
В этом же году астрономам посчастливилось «поймать» планету Фомальгаут b, движущуюся вокруг светила Фомальгаут.
В 2011 году, анализируя снимки телескопа Кеплер, ученые обнаружили суперземлю, находящуюся в области Kepler-22 b.

Спустя несколько дней вблизи звезды Кеплер-20 астрономы впервые зафиксировали экзопланеты с габаритами, идентичными Земле.

В начале 2012 года американские астрофизики обнаружили еще одну экзопланету - GJ 1214 b с водой на поверхности, и периодом обращения 38 часов вокруг своей оси. По подсчетам ученых, температура вещества в верхних слоях «находки» составляет около 230 °C.

Методы и инструменты изучения экзопланет

Астрономические спутники

• COROT (ЕКА - специальная машина, ведущая наблюдения с орбиты Земли. Ее работа основывается на изучении кривых блеска множества светил в тот момент, когда перед ними проходят иные объекты - планеты. Эта машина была запущена 8 лет назад. Ученые надеялись благодаря ей совершить интригующие открытия - найти суперземли. В итоге к 2010 году в ходе осуществления миссии COROT было открыто 7 экзопланет и 1 звезда, относящаяся к коричневым карликам.

• «Кеплер» (НАСА) - внеземная машина с системой Шмидта, способная одновременно вести наблюдения за 100 тыс. звезд. Она была запущена в 2009 году. Во время работы с устройством ученые надеялись зафиксировать 600 новых планет, размеры которых превышают земные в 2-2,2 раза. Планируемый срок работы «Кеплера» изначально ограничивался 3,5 годами. Затем ученые решили продлить его пребывание к космосе до 2016 года. Но уже в 2013 году основные системы машины пришли в негодность. Известно, что к 2012 году ему удалось открыть 132 экзопленеты, а также выявить около 2750 серьезных кандидатов в планеты, находящихся вблизи удаленных светил.

Наземные обсерватории

Ведущие исследования, произведенные транзитным методом

• SuperWASP - одна из наилучших наземных машин, которая помогла обнаружить порядка 70 экзопланет, используя транзитный метод наблюдения. В систему SuperWASP включено 2 обсерватории.

• Проект HATNet - система, состоящая из 6 так называемых «автоматов» - телескопов с достаточно широким полем охвата, расположенных в Аризонской и Гавайской обсерваториях. С помощью этих машин стало известно еще о 33 экзопланетах.

Передовые наблюдения при помощи лучевых скоростей (доплеровские)

• HARPS - спектрограф, прикрепленный к одной из машин Чилийской обсерватории, наблюдения которой основываются на методе лучевых скоростей.

• Обсерватория Кека - крупная обсерватория, состоящая их пары мощнейших зеркальных телескопов. Диаметр каждого из трех зеркал устройства достигает 10 метров.

Другие запланированные миссии:

• Gaia - новая космическая обсерватория. Главная цель ее запуска - создание 3D карты Млечного пути. Также с помощью Gaia ученые надеются обнаружить еще примерно 10 тыс. экзопланет.

Проекты в работе:

• TESS - находится в стадии разработки. Проект будет реализован к 2017 году.

• EChO - ведется теоретическая проработка всех деталей проекта. При «согласии» ЕКА запуск планируется на 2022 год.

• ATLAST - ведется усиленная работа над проектом. Запуск ожидают только после 2025 года.

Помимо скорой реализации космических миссий, ученые также планируют заняться совершенствованием наземных инструментов. Например, на корпус строящегося Европейского чрезвычайно большого телескопа будет «посажен» прибор, который даст возможность изучать атмосферу экзопланет.

Наиболее распространенные методы обнаружения экзопланет в нашей Галактике

1. Метод Доплера - один из самых популярных методов, суть которого заключается в расчете радиальной скорости светила. Благодаря данному способу также могут фиксироваться планеты величиной, превосходящей в несколько раз величину нашей планеты. Наблюдаемые планеты-гиганты обычно располагаются относительно близко к своему светилу. Обращаясь вокруг звезды, они раскачивают ее. Именно такие изменения в смещении спектра звезды и можно обнаружить при помощи метода Доплера. Также он позволяет производить точный расчет амплитуды колебаний скорости непосредственно для пары - «звезда-планета», массу наблюдаемого объекта, эксцентриситет и период обращения. С активным использованием данного метода в поиске и обнаружении тел такого типа, ученые смогли зарегистрировать более 600 новых планет.

2. Транзитный метод заключается в определении момента, когда планета будет пересекать диск звезды. Первым признаком того, что какое-либо тело проходит через диск светила, является ослабление ее светимости. Для определения размеров и плотности планет, транзитный метод исследования как правило сочетают с методом Доплера. Следует отметить, что данным способом возможно зафиксировать лишь те объекты, обриты которых принадлежат к одной плоскости, что и точка наблюдения. Благодаря транзитному методу удалось открыть около 185 планет.

3. Метод гравитационного микролинзирования . Он заключается в выборе третьего объекта - звезды, выступающей в качестве линзы, которая будет фокусировать своим гравитационным полем свечение того светила и ее системы. Если вокруг «линзы» обращаются планеты, то об этом будет свидетельствовать появившаяся асимметричная кривая блеска и, вероятно, будет замечено отсутствие ахроматичности. Нужно отметить, что в применении на практике данный метод имеет достаточно ограничений. Таким способом было обнаружено только 13 планет.

4 Астронометрический метод . Его суть - отслеживание изменений собственного движения светила под воздействием гравитации планеты. Прибегая к этому методу исследования, ученые смогли установить более точные массы многих экзопленет. Например, Эпсилона Эридана b.

5. Радионаблюдение пульсаров . В случае, если в их системах существуют планеты, то это достаточно просто распознать по излучаемому сигналу. Он будет носить осциллирующий характер. Потоки излучения огромной мощности будут образовывать в пространстве конические поверхности. И, если на одной из них окажется, к примеру, Земля, то ее излучение будет немедленно зарегистрировано. С применением данного метода было найдено еще 5 планет.

6 Прямое наблюдение . Данный метод заключается в получении прямых изображений экзопланет, подавляя яркость светила. Данный способ наиболее эффективен при наблюдениях за горячими и удаленными от своих звезд планетами.

В ближайшем будущем телескоп Джеймса Вебба сможет напрямую "выходить" на экзопланеты и подробно изучать их атмосферы.

Номенклатура

Название экзопланеты состоит из двух частей. Первая часть - это название звезды, к системе которой она принадлежит. Вторая часть названия - латинская строчная буква. Самая первая открытая планета, «закрепленная» за той или иной звездной системой, будет называться планетой «b», следующая - «с», затем «d». Буква «а» в наименованиях планет не фигурирует, так как этот символ подразумевает само светило. Необходимо сделать акцент на то, что названия планетам даются не по мере их приближенности к звезде. То есть, объект «с» может находиться на меньшем расстоянии от центра системы, нежели объект «b».

В названиях экзопланет также существуют и исключения. Еще до обнаружения звездной системы 51 Пегаса, названия экзопланет звучали по-другому. Одним из первых объектов, обнаруженных вблизи пульсара PSR 1257+12 были даны названия с прописными буквами. Например, PSR 1257+12 B. Более того, сразу после нахождения новой планеты, расположенной на меньшей дистанции от звезды, ей давалось название PSR 1257+12 A вместо D.

Вскоре все старые названия были изменены на новые, которые соответствуют более поздним правилам наименования.

Не секрет, что многие экзопланеты также имеют свои «прозвища». Например у планеты 51 Пегаса b существует второе имя - «Беллерофонт». По мнению ученых присваивание экзопланетам личных имен считается неэффективным.

Свойства экзопланет

Планеты существует примерно у 10% светил. Их количество также растет с обнаружением новых, более эффективных способов их исследования и совершенствованием техники.

Первые открытые планеты принадлежали к виду планет-гигантов. Это связано с тем, что в прошлом объекты меньших габаритов обнаружить было гораздо труднее, нежели сегодня. В наше время современная техника позволяет фиксировать тела, схожие по массовым показателям с Нептуном. Около 200 экзопланет, обнаруженных в ходе работы телескопа Кеплер, имеют примерно такую же массу, что и Земля, а размеры 680 таких объектов схожи с размерами суперземель. Планет с массовыми показателями, как у Нептуна на данный момент насчитывается более 1000, а юпитерских более 200.

Ученые отмечают выраженную зависимость наличия планет-гигантов в системе от процентного соотношения тяжелых металлов в составе звезды. Системы, включающие в себя планеты данной группы, чаще всего относятся к системам со звездами солнечного типа. У Красных карликов количество таких планет намного меньше. Недавние наблюдения, проводимые с задействованием метода гравитационного микролинзирования, указывают на то, что в известных на сегодняшний день системах преобладают планеты массой, подобной Урану и Нептуну.

Ученым удалось вычислить диаметр большинства обнаруженных планет, что позволило рассчитать их плотность, и положило начало новых теорий, связанных с наличием массивных ядер, которые состоят из тяжелых металлов. Тристану Гийо в сотрудничестве с европейской группой ученых удалось установить, что при сопоставлении плотности объектов с процентным содержанием тяжелых элементов в их звездах, существует определенная закономерность. Планеты, рождающиеся в звездных системах, подобных Солнцу, преимущественно имеют некрупные ядра, чего нельзя сказать об объектах, сформировавшихся у звезд с наибольшей концентрацией металлов.

Ученые выяснили, что у экзопланет с внутренним содержанием, состоящим из нескольких слоев (ядра, коры и мантии) имеется способность высвобождать тепло, которое могло бы активно участвовать в создании и сохранении оптимальных условий для существования на них живых существ.

Планета, которая по большинству параметров схожа с Землей, была обнаружена в 2009 году. Температура поверхности Глизе 581 c находится в диапазоне от 0 до 40 °C. Данный факт дает возможность предположить, что здесь может находиться вода, или даже существует жизнь.

Некоторые планетные системы

Ипсилон Андромеды d - планета, относящаяся к категории газовых гигантов, содержащих водный пар - облака. Одной из самых популярных тем, связанных с экзопланеторологией, является вопрос о реальном существовании у гигантских газовых планет больших спутников. До настоящего времени ученым не удалось обнаружить ни один объект, походящий на «луну» экзопланеты-гиганта.
51 Пегаса - звезда подобная Солнцу - первое обнаруженное светило, в системе которой ученые нашли экзопланету.

υАндромеды - одна из первых звезд, в области которой удалось обнаружить сразу несколько экзопланет

Тау Кита - самая близкая с Солнцу звезда, где было зафиксировано вращение сразу пяти планет, но это открытие пока ожидает подтверждения.

εЭридана - одно из самых близких от Солнца звезд, которую также можно увидеть невооруженным глазом.

55 Рака - здесь было открыто 5 планет. Одну из них астрономы определили, как горячую суперземлю, которая оказалась в 2 раза больше Земного шара.
γЦефея - одна из первых бинарных звездных структур, где была найдена экзопланета.

Gliese876 относится к виду светил, именуемых красными карликами. Оно стало первым из звезд такого типа, где было найдено несколько планет.

HD209458 - звезда, в области которой обращается одна из интереснейших космических «находок» ученых - «испаряющаяся планета» HD 209458 b.

KOI-961, KOI-961 d и KOI-961 b - планеты, обитающие вблизи звезды KOI-961, относящейся к красным карликам. Размер радиусов "находок" также приближен к размерам радуса Земли.
OGLE-235/MOA-53 - экзопланета, впервые найденная в ходе испытания метода гравитационного линзирования.

μЖертвенника . Оказалось, что в данной системе содержится одна из самых «легких» экзопланет, предположительно относящихся к телам земной группы.
PSR1257+12 - пульсар, в котором существует уникальная система планет, впервые найденная за пределами нашей звездной системы. Примерная масса одного из ее объектов равен 0,025 от общей массы Земли.

HD188753 - еще один уникальный космический "комплекс", состоящий из трех звезд. Большой неожиданностью для ученых стало обнаружение в этой области планеты HD188753Ab

HD189733 - звездная система, где обитает планета HD189733b .- первая в истории астрономии экзопланета, к которой ученые сделали карту температур.

HD85512b, Глизе 581 c, Kepler-22 b, Глизе 581 d - уникальные экзопланеты вне Солнечной системы, которые по многим параметрам схожи с Землей.

WASP-17 b - планета, вращающаяся в противоположную сторону вращения своего светила.

Глизе 581 g - планета, на которой, вероятно, существует вода в жидком виде.

COROT-7 b - одна из первых выявленных суперземель, зафиксированных при использовании транзитного метода. Ее размеры превосходят земные примерно в 1,5 раза.

OGLE-TR-56 - звезда, обнаруженная учеными, применявшими транзитный метод.

HD10180 - звезда, вблизи которой удалось зафиксировать группу с наибольшим количеством планет. На сегодня их насчитывается 9.

Kepler-10 b - самая плотная планета (8,8 г/см³).

Kepler-11 - светило, входящее в созвездие Лебедя, где также обнаружили 6 планет.

WASP-19 b - планета с периодом обращения 19 часов вокруг своей оси, что соответствует около 0, 788 нашим суткам.

GJ1214b - единственная известная нам планета-океан.

KOI-961 d - одна из самых мелкогабаритных удаленных планет

WASP-33 b - самая нагретая экзопланета. Ее температура составляет 3200 °C.

GJ1214b и WASP-43 b - обладатели самых «сжатых» орбит.GJ1214b - среди планет земной группы, а WASP-43 b - среди раскаленных юпитеров.

KIC6185331b и KIC10905746b - первые планеты, открытые не профессионалами, а «любителями».

Kepler-20 f и Kepler-20 e - одни из известных экзопланет, размеры которых очень близки к размерам Земли.

KOI-961 , KOI-961 d и KOI-961 b - планеты, обращающиеся вблизи звезды KOI-961 , относящейся к красным карликам. Размер их радиусов также приближен к размерам радиуса Земли.

HD37605c - впервые обнаруженный в 2012 году так называемый «холодный юпитер».

47 Большой Медведицы - звезда, содержащая 3 холодных юпитера - и 47 Большой Медведицы d , 47 Большой Медведицы c и 47 Большой Медведицы b

GD66b - первая газовая планета, состоящая по большей части из гелия.

WASP-12 b - планета, в области которой, вероятно, имеется экзолуна.

HIP11952 c и HIP11952 b - планеты, найдены в системе HIP11952 . Они считаются самыми старыми. Их возраст составляет примерно 12,8 млрд лет.

Альфа Центавра Bb - пожалуй, самая близкая к нам экзопланета.

GU Рыбы b - планета, которая "держится" на рекордной дистанции от своей звезды (300 млрд км)

Последствия обнаружения экзопланет

Обнаружение новых экзопланет стало настоящим прорывом в астрономии. Данные открытия помогли сделать ученым важные выводы. Например, констатировать факт о том, что планетные системы - одно их самых распространенных систем в космосе.

К сожалению, на сегодняшний день еще не существует общепризнанной теории об образование планет. Но, получив определенную статистику, в скором будущем по этой теме должны прояснится новые важные детали.

Выяснилось, что большинство звездных систем, содержащих планеты, сильно отличаются от нашей. Ученые объясняют это селективностью применяемых способов исследования. Ведь намного проще обнаружить короткопериодичные крупные планеты, чем более мелкие, подобные Земле. Выявление планет подобных нашей сегодня можно осуществлять исключительно транзитным методом.

«Закрытие» экзопланет

Подробное исследование звезды WASP-9 при задействовании спектрометра HARPS, помогло утвердить в нем следы другого звездного спектра. А это означает, что существование экзопланеты WASP-9 b полностью опровергнуто.

Большинство из звезд имеют систему планет. Возникает вопрос, сколько же их всего? Только в нашей Галактике должны существовать миллиарды внеземных миров!

Like Love Haha Wow Sad Angry

В ясную ночь, когда световые помехи не являются серьезным фактором, небо выглядит захватывающе: просмотру открывается огромное количество звезд. Но, конечно, мы можем видеть всего лишь малую часть от звезд, которые на самом деле существуют в нашей Галактике. Что еще более поразительно, большинство из них имеют собственную систему планет. Возникает вопрос, сколько же всего экзопланет? Только в одной нашей Галактике должны существовать миллиарды внеземных миров!

Итак, давайте предположим, что восемь планет, которые существуют в пределах Солнечной системы, представляют собой среднее значение. Следующим шагом будет умножить это число на количество звезд, которые существуют в пределах Млечного Пути. Фактическое количество звезд в нашей Галактике является предметом некоторого спора. По существу, астрономы вынуждены проводить приблизительные оценки, поскольку мы не можем рассмотреть Млечный Путь извне. А с учетом того, что он находится в форме спирали с перемычкой, галактический диск наиболее трудно изучать из-за интерференции света от его многочисленных звезд. В результате оценка основывается на расчетах массы нашей Галактики, а также массовой доли звезд в ней. Исходя из этих данных, ученые подсчитали, что Млечный Путь содержит от 100 до 400 миллиардов звезд.

Таким образом, галактика Млечный Путь может иметь от 800 миллиардов до 3,2 триллионов планет. Однако для того, чтобы определить, сколько из них пригодны для жизни, мы должны учитывать количество экзопланет, изученных на данный момент.

По состоянию на 13 октября 2016 года астрономы подтвердили наличие 3397 экзопланет из 4696 потенциальных кандидатов, которые были обнаружены в период с 2009 по 2015 год. Некоторые из этих планет наблюдались непосредственно в процессе прямой визуализации. Тем не менее, подавляющее большинство было обнаружено косвенным образом с помощью радиальной скорости или транзитного метода.

Гистограмма показывает динамику обнаружения экзопланет по годам. Credit: NASA Ames/W. Stenzel, Princeton/T. Morton

В ходе первоначальной 4-летней миссии космический телескоп «Kepler» наблюдал около 150 000 звезд, которые главным образом относились к М-классу, также известному как красные карлики. Когда в ноябре 2013 года «Kepler» вошел в новую фазу миссии K2, он сместил акцент на изучение звезд K- и G-класса, которые почти такие же яркие и горячие, как Солнце.

По данным недавнего исследования, проведенного научно-исследовательским центром Эймса (NASA), «Kepler» обнаружил, что около 24% звезд M-класса могут иметь потенциально пригодные для жизни планеты сравнимые по размеру с Землей (те, которые не более чем в 1,6 раза превышают Землю по радиусу). На основании числа звезд М-класса в нашей Галактике могут существовать около 10 миллиардов потенциально пригодных для жизни, похожих на Землю миров.

Кроме этого, анализ результатов K2 предполагает, что около одной четверти больших звезд могут также иметь аналогичные Земле планеты, вращающиеся в пределах обитаемых зон. Таким образом, можно оценить, что только в Млечном Пути существуют буквально десятки миллиардов потенциально пригодных для развития жизни планет.

В ближайшие годы миссии космических телескопов «James Webb» и «TESS» будут способны обнаруживать меньшие планеты, вращающиеся вокруг тусклых звезд, и, возможно, даже определят, есть ли жизнь на какой-либо из них. После того, как эти новые миссии приступят к работе, мы будем иметь более точные оценки размера и количества планет, существующих в нашей Галактике. А до тех пор их расчетное число обнадеживает: шансы на внеземной интеллект весьма высоки!

Долгое время задача обнаружения планет возле других звёзд была неразрешимой, так как планеты чрезвычайно малы и тусклы по сравнению со звёздами, а сами звёзды находятся далеко от Солнца (ближайшая - на расстоянии 4,36 световых года). Первые экзопланеты были обнаружены в конце 1980-х годов.

Гипотетически существующий тип экзопланет - планета-океан с двумя спутниками в представлении художника

Сейчас такие планеты стали открывать благодаря усовершенствованным научным методам, зачастую на пределе их возможностей. На 20 января 2016 года достоверно подтверждено существование 2049 экзопланет в 1297 планетных системах, из которых в 507 имеется более одной планеты. Следует отметить, что количество надёжных кандидатов в экзопланеты значительно больше. Так, по проекту «Кеплер» на январь 2015 года числилось ещё 4175 надёжных кандидатов, однако для получения ими статуса подтверждённых планет требуется их повторная регистрация с помощью наземных телескопов.

Общее количество экзопланет в Млечный Путь в настоящее время оценивается не менее чем в 100 миллиардов, из которых ~ от 5 до 20 миллиардов, возможно, являются «землеподобными». Также, согласно текущим оценкам, около 34 процентов солнцеподобных звёзд имеют в обитаемой зоне планеты, сравнимые с .

Экзопланета Gliese 581d в представлении художника

Подавляющее большинство открытых экзопланет обнаружено с использованием различных непрямых методик детектирования, а не визуального наблюдения. Большинство известных экзопланет - газовые гиганты и более походят на , чем на Землю. Очевидно, это объясняется ограниченностью методов обнаружения (легче обнаружить короткопериодичные массивные планеты).

История открытий

Количество экзопланет, открытых разными способами: Радионаблюдение пульсаров Метод радиальных скоростей Транзитный метод Метод синхронизации Визуальное наблюдение Гравитационное линзирование Астрометрический метод

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 году. В нём сообщалось о «высокой вероятности» существования «планетарного тела» в двойной системе 70 Змееносца. Позже, в 1890-х годах, астроном Томас Дж. Дж. Си из Чикагского университета и Военно-Морская обсерватория США подтвердили наличие в системе 70 Змееносца несветящего тела (невидимого спутника) с периодом обращения в 36 лет, однако расчёты Ф. Р. Мультона опровергают подтверждения, выполненные Си, доказывая неустойчивость подобной системы. Поэтому на данный момент (2014 год) существование планетной системы у звезды 70 Змееносца не признаётся наукой.

Анимация хронологии открытия экзопланет. Цвет точки означает метод открытия. Горизонтальная ось - размер большой полуоси. Вертикальная ось - масса. Для сравнения белым цветом обозначены планеты солнечной системы

Первые попытки найти планеты вне были связаны с наблюдениями за положением близких звёзд. Ещё в 1916 году Эдуард Барнард обнаружил красную звездочку, которая «быстро» смещалась по небу относительно других звёзд. Астрономы назвали её Летящей звездой Барнарда. Это одна из ближайших к нам звёзд, с массой в семь раз меньше солнечной. Исходя из этого, влияние на неё потенциальных планет 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 определил, что звезда Барнарда движется без колебаний и, следовательно, 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.

Впервые внесолнечная планета (Тадмор) была найдена канадцами Б. Кэмпбеллом, Г. Уолкером и С. Янгом в 1988 году у оранжевого субгиганта Гамма Цефея A (Альраи), но её существование было подтверждено лишь в 2002 году.

В 1989 году сверхмассивная планета (или ) была найдена Д. Латамом около звезды HD 114762 A. Однако её планетный статус был подтверждён только в 1999 году.

Первые экзопланеты - Драугр и Полтергейст - были обнаружены у Лич (PSR 1257+12), их открыл астроном Александр Вольшчан в 1991 году. Эти планеты были признаны вторичными, возникшими уже после взрыва .

В 1995 году астрономы Мишель Майор (Michel Mayor) и Дидье Келос (Didier Queloz) с помощью сверхточного спектрометра обнаружили покачивание звезды Гельвеций (51 Пегаса) с периодом 4,23 сут. Планета Димидий, вызывающая покачивания, напоминает Юпитер, но находится в непосредственной близости от светила. В среде астрономов планеты этого типа называют «горячими юпитерами».

В дальнейшем путём измерения лучевой скорости звёзд и поиска их периодического доплеровского изменения (метод Доплера) было обнаружено несколько сотен экзопланет.

В августе 2004 года в системе звезды Сервантес (μ Жертвенника) была обнаружена первая планета - горячий Кихот. Она обращается вокруг светила за 9,55 суток, на расстоянии 0,09 а. е., температура на поверхности ~ 900 K (+626 °C), масса ~ 14 масс Земли.

Первая сверхземля, обращающаяся вокруг нормальной звезды (а не пульсара), была обнаружена в 2005 году около звезды Глизе 876. Её масса - 7,5 масс Земли.

В 2004 году было получено первое изображение (в инфракрасных лучах) кандидата в экзопланеты у коричневого карлика 2M1207.

13 ноября 2008 года впервые удалось получить изображение сразу целой планетной системы - снимок трёх планет, обращающихся вокруг звезды HR 8799 в созвездии Пегаса. 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).

13 ноября 2008 года также впервые удалось обнаружить планету Дагон вокруг звезды Фомальгаут путём прямых наблюдений.

В 2011 году Дэвид 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 10 одиночных юпитероподобных экзопланет. Правда, две из них могут быть высокоорбитальными спутниками ближайших к ним звёзд.

В сентябре 2011 года было объявлено об открытии двух экзопланет KIC 10905746 b и KIC 6185331 b любителями астрономии в рамках проекта Planet Hunters, предназначенного для анализа данных собранных телескопом «Кеплер». 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 декабря 2011 года телескопом Кеплер была обнаружена первая сверхземля в обитаемой зоне - Kepler-22 b.

20 декабря 2011 года телескопом Кеплер у звезды Кеплер-20 были обнаружены первые экзопланеты размером с Землю и меньше - Kepler-20 e (радиусом 0,87 земного и массой от 0,39 до 1,67 масс Земли) и Kepler-20 f (0,045 массы Юпитера и 1,03 радиуса Земли).

22 февраля 2012 года учёные из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики на расстоянии 40 световых лет от Земли открыли первую суперземлю, предположительно являющуюся планетой-океаном - GJ 1214 b. Последние данные транзитных проходов позволяют судить о наличии у GJ 1214 b протяжённой водородно-гелиевой атмосферы, низком уровне метана и слое облаков на уровне давления 0,5 бар, что не соответствует свойствам атмосферы с устойчивым доминированием водяных паров. Период обращения планеты вокруг звезды - - 38 часов, расстояние составляет около 2 миллионов километров. Температура на поверхности планеты составляет примерно 230 °C. В 2015 году была обнаружена экзопланета, похожая на молодой Юпитер.

Инструменты и проекты изучения экзопланет

Астрономические спутники

Кривая блеска звезды Kepler-6, изменение вызвано прохождением экзопланеты Kepler-6 b по диску звезды. По данным телескопа «Кеплер».

• COROT (ЕКА) - специализированный 30-сантиметровый орбитальный космический телескоп, снимающий кривые блеска многих звёзд в момент прохождения перед ними планет. Запущен 27 декабря 2006 года. Предполагалось с его помощью обнаружить десятки планет земного типа. К марту 2010 года COROT открыл семь экзопланет и один коричневый карлик.
• «Кеплер» (НАСА) - космический телескоп системы Шмидта с диаметром зеркала 0,95 м, способный одновременно отслеживать 100 тыс. звёзд. Запущен 7 марта 2009 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 одну астрономическую 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. К этому времени «Кеплер» достоверно открыл 132 экзопланеты. Список надежных кандидатов внесолнечных планет содержал 2740 объектов.
• Gaia - космическая обсерватория. Помимо основной цели (построение трёхмерной карты нашей Галактики), предположительно должен будет открыть около 10 тыс. экзопланет. Был выведен на орбиту 19 декабря 2013 года.

Наземные обсерватории

Ведущие наблюдение транзитным методом

• SuperWASP - самый успешный наземный обзор. Более 70 экзопланет, найденных транзитным методом на 2012 г. Состоит из 2-х обсерваторий: SuperWASP-North в обсерватории Роке де лос Мучачос на острове Пальма (Канарские острова) и SuperWASP-South, находящейся в Южноафриканской астрономической обсерватории. Каждая состоит из 8 широкоугольных автоматических телескопов с апертурой 111 мм.
• Проект HATNet - сеть 6 автоматических телескопов с широким полем зрения, 4 из которых расположено на обсерватории им. Фреда Лоуренса в Аризоне, 2 - на территории Смитсоновской астрофизической обсерватории на Гавайях. Открыто 33 экзопланеты (на начало 2012).

Ведущие наблюдение методом лучевых скоростей (доплеровским)

• HARPS - высокоточный спектрограф, установленный в 2002 году на 3,6-метровом телескопе в обсерватории Ла-Силья в Чили. Наблюдение ведётся методом лучевых скоростей. Часть ESO
• 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.

Прорабатываемые проекты:

• PEGASE - первоначально планировалась на 2010-2012 г.г.
• TESS - одобрен. Запуск в 2017 году.
• EChO - идёт теоретическая проработка проекта. В случае одобрения ЕКА запуск ориентировочно в 2022 году.
• Advanced Technology Large-Aperture Space Telescope (ATLAST) - запуск после 2025 года.

Помимо космических миссий, в будущем планируется развивать наземные инструменты. К примеру, на строящемся Европейском чрезвычайно большом телескопе будет установлено оборудование, способное к изучению атмосферы экзопланет.

Методы поиска экзопланет

Номенклатура

Взгляд художника на планету HD 189733 A b

Открытым экзопланетам в настоящее время присваиваются названия состоящие из названия звезды, около которой обращается планета, и дополнительной строчной буквы латинского алфавита, начиная с буквы «b» (например: 51 Пегаса b). Следующей планете присваивается буква «c», потом «d» и так далее по алфавиту. При этом буква «a» в названии не используется, так как такое название подразумевало бы собственно саму звезду. Кроме того, следует обратить внимание на то, что планетам присваиваются названия в порядке их открытия, а не по мере удаления от звезды обращения. То есть, планета «с» может быть ближе к звезде, чем планета «b», просто открыта она была позднее (как, например, в системе Глизе 876).

В названиях экзопланет существовало исключение . Дело в том, что до открытия системы 51 Пегаса в 1995 году экзопланеты называли иначе. Первые обнаруженные экзопланеты у пульсара PSR 1257+12 были названы прописными буквами PSR 1257+12 B и PSR 1257+12 C . Кроме того, после обнаружения новой, более близкой к звезде планеты, она была названа PSR 1257+12 A , а не D . Впоследствии эти планеты были переименованы во избежание путаницы в соответствии с современной системой именования экзопланет.

Некоторые экзопланеты имеют дополнительные неофициальные «прозвища » (как, например, 51 Пегаса b неофициально названа «Беллерофонт»). Однако в научном сообществе в настоящее время присвоение официальных личных имён планетам считается непрактичным и, соответственно, широко не распространено.

Свойства экзопланет

Предположительные размеры планет типа Сверхземля, в зависимости от их массы и химического состава. Примеры таких планет: Планета-океан, в значительной части состоящая из воды; Железная планета, Углеродная планета.

Планеты обнаружены приблизительно у 10 % звёзд, включенных в программы поисков. Их доля растёт по мере накопления данных и совершенствования техники наблюдения.

Сравнение Солнечной системы с системой 55 Рака

Поначалу большинством открытых экзопланет были планеты-гиганты (так как планеты других типов обнаружить труднее). Однако к настоящему времени (2012 год) открыто множество планет с массами порядка массы Нептуна и ниже. Из 2326 кандидатов, обнаруженных телескопом Кеплер, 207 имеют примерно земной размер, 680 имеет размеры суперземли , 1181 - Нептуна, 203 - размер, сравнимый с юпитерианским, и 55 - больший, чем у Юпитера.

Наблюдается зависимость количества планет-гигантов от содержания тяжелых элементов (металлов) в звездах. Системы с планетами-гигантами встречаются также преимущественно у звёзд солнечного типа (классов K5-F5), в то время как у красных карликов их доля значительно меньше (у 200 наблюдаемых красных карликов обнаружены пока что только три подобные системы). Последние открытия, сделанные методом гравитационного микролинзирования, говорят о широкой распространённости систем с планетами средней массы типа и Нептуна вместо газовых гигантов. Это в первую очередь относится к маломассивным звёздам и звёздам с низким содержанием металлов.

Для ряда планет получена оценка их диаметра, что позволяет определить их плотность, а также строить предположения относительно наличия массивных ядер, состоящих из тяжёлых элементов. Европейские астрономы под руководством Тристана Гийо (Tristan Guillot) из Обсерватории Лазурного берега (Франция), установили, что при сравнении плотности планет с содержанием металлов в их звездах имеется определённая корреляция. Планеты, сформированные вокруг звёзд, которые являются столь же богатыми металлом, как наше Солнце, имеют маленькие ядра, в то время как планеты, звёзды которых содержат в два-три раза больше металлов, имеют намного большие ядра.

У экзопланет движущихся на орбитах с большим эксцентриситетом, внутреннее содержание которых включает в себя несколько слоев вещества, такие как пласты коры, мантии и вещество ядра, приливные силы могут высвобождать тепловую энергию, которая может способствовать созданию и поддержанию благоприятных для жизни условий на космическом теле, а их орбита, со временем, может эволюционировать в околокруговую.

Наиболее близкой по условиям к Земле экзопланетой, известной на 2009 год, является Глизе 581 c, температура на которой, по предварительным оценкам, находится в диапазоне 0-40 °C. Также теоретически на этой планете возможно существуют запасы жидкой воды (что подразумевает возможность существования жизни).

Некоторые планетные системы

Ипсилон Андромеды d - это газовый гигант класса II, содержащий водные облака. Одним из открытых вопросов экзопланетологии является наличие у газовых гигантов массивных лун, способных удержать достаточно плотную атмосферу. До сих пор наблюдений наличия лун сделано не было. В представлении художника вокруг Ипсилон Андромеды d обращается луна, содержащая жидкий океан.

• 51 Пегаса - первая солнцеподобная звезда главной последовательности, у которой была обнаружена экзопланета.
• υ Андромеды - первая звезда главной последовательности, у которой была обнаружена многопланетная система.
• Тау Кита - ближайшая из обнаруженных многопланетных систем (пять планет, открытие пока не подтверждено).
• ε Эридана - не считая Солнца, это третье светило из ближайших звёзд с планетой, видимое без телескопа.

Взгляд художника на планету HD 69830 d, астероидный пояс звезды HD 69830 на заднем плане

• 55 Рака - на текущий момент у неё известно 5 планет, одна из которых - 55 Рака e, транзитная горячая суперземля размером 2 земных.
• μ Жертвенника - имеет одну из самых маломассивных известных экзопланет Мю Жертвенника c, возможно, принадлежащую к планетам земной группы.
• γ Цефея - первая относительно тесная двойная звезда, у одной из компонентов которой была открыта планета Гамма Цефея A b.
• Глизе 876 - первый красный карлик, у которого была обнаружена планетная система.
• HD 209458 - содержит одну из самых примечательных экзопланет - HD 209458 b («Осирис») - «испаряющуюся планету».

Взгляд художника на закат трёх светил на предполагаемом спутнике планеты HD 188753 A b

• OGLE-TR-56 - первая звезда, планета которой была открыта транзитным методом.
• OGLE-235/MOA-53 - первая экзопланета, обнаруженная благодаря эффекту гравитационного микролинзирования.
• 2M1207 - вероятно, первое полученное изображение экстрасолнечной планетной системы.
• PSR 1257+12 - пульсар, планетная система которого была первой из обнаруженных за пределами Солнечной системы. Одна из планет, предположительно, имеет массу всего в 0,025 земной.
• HD 188753 - первая тройная звёздная система, в которой была открыта экзопланета (HD 188753 A b).
• HD 189733 - впервые в истории изучения экзопланет была составлена карта температур поверхности для планеты HD 189733 A b.
• Глизе 581 c, Глизе 581 d, HD 85512 b и Kepler-22 b - из известных в настоящее время экзопланет они достаточно схожи с Землёй.

Взгляд художника на планету OGLE-2005-BLG-390L b (температура поверхности −220 °C), которая вращается вокруг звезды на расстоянии 20 000 световых лет от Земли; планета обнаружена с помощью гравитационного микролинзирования

• KOI-961 d - наименьшая по массе (достоверной) из известных на данный момент (октябрь 2012) экзопланет (<0,9 массы Земли).
• WASP-17 b - первая обнаруженная планета, которая вращается вокруг звезды в направлении, противоположном вращению самой звезды.
• COROT-7 b - первая суперземля (февраль 2009), обнаруженная транзитным методом и имеющая размер 1,58 размера Земли.
• GJ 1214 b - первая планета-океан (теоретически).
• HD 10180 - звезда с максимальным числом открытых планет. На апрель 2012 года было обнаружено девять планет.
• Глизе 581 g - планета с высокой вероятностью существования жидкой воды.
• Kepler-10 b - первая железная планета (плотность планеты 8,8 г/см³).
• Kepler-11 - звезда, которая находится в созвездии Лебедя на расстоянии около 613 парсеков от нас. Вокруг звезды обращается, как минимум, 6 планет.
• WASP-19 b - экзопланета с периодом обращения вокруг звезды, равным 0,7888399 земных суток (18,932 часа).
• WASP-33 b - самая горячая экзопланета из известных на 2011 год. Температура - 3200 °C.
• WASP-43 b и GJ 1214 b - обладают самыми «тесными» орбитами. WASP-43 b - среди горячих юпитеров, GJ 1214 b - среди сверхземель. У WASP-43 b большая полуось 0,014 а. е. (2 млн км или 5 звездных радиусов). Родительская звезда WASP-43 - самая маломассивная звезда из всех, около которых вообще были обнаружены горячие гиганты. У GJ 1214 b большая полуось равна 0,014 ± 0,0019 а. е. (эксцентриситет орбиты меньше 0,27 - слабоэллиптическая орбита)

Планетная система ε Эридана в представлении художника

• KIC 10905746 b и KIC 6185331 b - впервые экзопланеты открыты «любителями» среди массива данных, собранных «профессионалами» (проект Planet Hunters)
• Kepler-20 e и Kepler-20 f - первые открытые экзопланеты размером с Землю и меньше, размеры Kepler-20 e составляют всего 0,87, а Kepler-20 f 1,03 радиуса Земли. Открыты телескопом Кеплер
• KOI-961 b, KOI-961 c и KOI-961 d - экзопланеты у красного карлика KOI-961, радиусом 0,78, 0,73 и 0,57 радиуса Земли. Радиус KOI-961 d чуть больше, чем у (0,53 радиуса Земли).
• HD 37605 c - первый холодный юпитер, обнаруженный в 2012 году.
• 47 Большой Медведицы - система, состоящая из 3 холодных юпитеров - 47 Большой Медведицы b, 47 Большой Медведицы c и 47 Большой Медведицы d.
• GD 66 b - вероятно, первая гелиевая планета.
• WASP-12 b - экзопланета, у которой астрономами из России заявлено возможное существование первой открытой экзолуны (WASP-12 b I).
• HIP 11952 b и HIP 11952 c - экзопланеты у звезды HIP 11952 являются самыми старыми из открытых, с оценочным возрастом 12,8 млрд лет. Прежде это место занимала планета PSR B1620-26 b с возрастом 12,7 млрд лет. Возраст планетной системы у звезды Каптейна - 11,5 млрд лет, у звезды Kepler-444 - 11,2 млрд лет.
• Альфа Центавра B b - ближайшая к Земле экзопланета (открытие пока не подтверждено).
• JMASS J2126-8140 - самая удалённая от родительской звезды планета, известная на данный момент (январь 2016 года) - 1 трлн км (6685 а. е.). До планеты WD 0806-661 b - 375 млрд км (2500 а. е.), до планеты GU Рыбы b - 300 млрд км (ок. 2000 а. е.), до планеты HD 106906 b - 97 млрд км (650 а. е.). Формирующаяся планета у звезды TW Гидры находится на расстоянии 12 млрд км (80 а. е.), газовый гигант у звезды 59 Девы - на расстоянии 6,5 млрд км (43,5 а. е.).

Последствия открытия экзопланет

Сравнение системы Kepler-11 с орбитами Меркурия и Венеры

Открытие экзопланет позволило астрономам сделать вывод: планетные системы - явление в космосе распространённое. До сих пор нет общепризнанной теории образования планет, но теперь, когда появилась возможность подвести статистику, ситуация в этой области меняется к лучшему. Большинство обнаруженных систем сильно отличается от солнечной - скорее всего это объясняется селективностью применяемых методов (легче всего обнаружить короткопериодичные массивные планеты). В большинстве случаев планеты, подобные Земле, и меньшие по размерам, на данный момент (август 2012 года), обнаружить возможно только транзитным методом.

«Закрытие» экзопланет

Тщательное изучение спектра звезды WASP-9 с помощью высокоточного спектрометра HARPS выявило в нём следы второго звёздного спектра. Таким образом, планеты WASP-9 b не существует.