Экзолуна

Обитаемая луна планеты HD 28185 b в представлении художника.

Экзолуна — термин, применяемый к естественным спутникам, вращающимся вокруг экзопланет.

Методы поиска

Так художник представляет себе землеподобный спутник вокруг сатурноподобной планеты.

В настоящее время не открыто ни одной экзолуны, но они, несомненно, существуют вокруг многих экзопланет. Несмотря на большие успехи поисков планет с помощью спектроскопии звёзд, экзолуны не могут быть найдены этим методом, поскольку сдвиг звездного спектра принимается за одно тело, вращающееся вокруг звезды — планета плюс её луна (или несколько её лун). Хотя есть несколько других способов поиска экзолун:

• Прямое наблюдение
• Транзитный метод
• Спектроскопия экзопланеты
• Тайминг пульсара
• Эффекты транзитного тайминга

Прямое наблюдение

Прямое наблюдение даже экзопланеты затруднено из-за большой разницы в светимости между планетой и родительской звездой, не говоря уже о экзолуне, тем не менее прямое наблюдения экзолун возможно при существующих технологиях^[1].

Транзитный метод

Когда экзопланета проходит перед своей звездой, можно наблюдать небольшое изменение в светимости звезды. Этот эффект, также известный как затемнение, пропорционален квадрату радиуса планеты. Наименьший объект, открытый этим методом, — Глизе 436 b, открытый 11 ноября 2008 г., примерно размера Нептуна. Если экзолуны имеют радиус сходный с лунами нашей Солнечной системы, даже запланированные космические телескопы не смогут их засечь.

По последним данным^[2], британские учёные установили, что орбитальный телескоп «Кеплер» способен обнаруживать не только удаленные экзопланеты, но и их спутники. Расчеты ученых показывают, что «Кеплер» может обнаруживать спутники массой от 0,2 земных.

Спектроскопия экзопланеты

Известно несколько успешных случаев исследования спектров экзопланет, включая HD 189733 b и HD 209458 b. Но качество спектра значительно хуже определяется, чем у звезд. В результате спектральное разрешение недостаточно для поиска лун.

Тайминг пульсара

В 2008 году Льюис, Сакетт и Мардлиннг из Университета Монако предлагали использовать тайминг пульсара для поиска лун пульсарных планет. Авторы применили этот метод к PSR B1620-26 b и обнаружили, что если стабильная луна будет вращаться вокруг этой планеты, то она может быть обнаружена, если расстояние между планетой и луной будет составлять одну пятнадцатую расстояния между планетой и пульсаром, а отношение массы луны к планете будет 5 % или больше.

Эффекты транзитного тайминга

В 2008 году астроном Дэвид Киппинг опубликовал статью о том, как совместить многочисленные наблюдения изменения времени середины транзита с изменениями во времени длительности транзита, что позволит определить уникальную сигнатуру экзолуны. Более того, работа демонстрирует, как масса экзолуны и её расстояние до планеты могут быть определены используя эти два эффекта. Автор опробовал этот метод на Глизе 436 b и показал, что эффект тайминга луны земной массы для этой планеты возможно найти в пределах 20 секунд.

Характеристики

Из-за того, что ещё не была найдена ни одна экзолуна, их свойства остаются неизвестными. Они должны широко варьироваться, как свойства лун нашей Солнечной системы. Некоторые из них могут содержать жизнь.

Номенклатура

Система номенклатуры экзолун ещё не была определена Международным астрономическим союзом, поскольку такие луны ещё не были открыты. Такая система, возможно, будет использовать либо арабские, либо римские цифры для обозначения, с повышением номера в порядке открытия лун или расстояния луны до родной планеты. Например, если луны откроют вокруг 51 Пегаса b, то они будут названы либо: «51 Пегаса b 1», «51 Пегаса b 2» и так далее, либо: «51 Пегаса b I», «51 Пегаса b II» и так далее.

Моделирование

Примером смоделированной экзолуны может служить воображаемая планета Пандора из фильма «Аватар». В фильме с достаточной точностью воссозданы особенности звездного неба, периоды суток, а также вулканические и электрические феномены, возможные на экзолуне, обращающейся вокруг газового гиганта.

Моделирование массы спутников

Существует также модель^[3] позволяющая определить массу всех вместе взятых спутников в зависимости от массы планеты, вокруг которой они обращаются, их максимальное количество и параметры орбит. Поводом для создания этой модели послужила эмпирически установленная зависимость массы спутников и самих планет гигантов Солнечной системы. В среднем масса спутников составляет около 0,0001 массы планеты вне зависимости от количества спутников и распределения массы по спутникам.

Доктор Робин Кэнап^[en] и доктор Уильям Вард (William R. Ward) вместе с группой учёных из юго-западного исследовательского института США выдвинули гипотезу, по которой во время формирования планеты притягивают газ (преимущественно водород) и пыль из околозвёздного пространства. На заключительном этапе формирования планеты происходит приток вещества на околопланетную орбиту, в котором позже формируются спутники. Растущие по массе спутники вызывают в газопылевом диске спиралевидные волны, которые воздействуя гравитационно со спутниками снижают их орбиту до тех пор, пока спутник не столкнётся с планетой.

Этот эффект проявляется сильнее по мере роста массы спутника. Конечная масса спутника зависит от двух процессов. Во-первых от вещества постоянно прибывающего из газопылевого диска. Во-вторых от увеличивающейся гравитации приводящей к снижению орбиты спутника. Таким образом спутники в модели являются последним поколением спутников, которые не столкнулись с планетой после того как вещество диска исчерпалось и рост спутников и их взаимодействие с диском закончилось.

Расчёты и компьютерное моделирование показали что в ходе этого процесса окончательное соотношение массы всех оставшихся спутников к массе планеты составляет 10⁻⁴ массы планеты в широком диапазоне начальных условий^[4].

Результаты вводят дополнительные ограничения на массы газовых гигантов других звёзд для возможности существования жизни земного типа на лунах. Одно из них заключается в том, что для этого типа жизни требуется достаточно плотная атмосфера, подобная земной. Спутник должен обладать достаточной массой и как следствие достаточной силой притяжения на поверхности, чтобы атмосфера не улетучивалась в космическое пространство. К примеру для того чтобы спутник имел массу Земли, газовый гигант должен иметь массу не менее 31,463 массы Юпитера (а с некоторым количеством дополнительных маломассивных спутников, схожих со спутниками Юпитера и Сатурна, 32-33) по сути являясь среднемассивным коричневым карликом.

Кандидаты в экзолуны

6 февраля 2012 года российскими астрономами заявлено об открытии первой вероятной экзолуны у планеты WASP-12 b. Астрономы из Пулковской обсерватории в Санкт-Петербурге подтвердили существование экзопланеты, ранее замеченной телескопом Кеплер, а также обнаружили признаки присутствия естественного спутника у другой планеты — горячего юпитера WASP-12 b. Заместитель директора Пулковской обсерватории Александр Девяткин полагает, что кривые изменения блеска звезды в моменты прохождения этой планеты по её диску, полученные за четыре сеанса наблюдений WASP-12 b являются следствием существования у этой экзопланеты естественного спутника. По расчётам учёных, WASP-12 b 1, если действительно существует, имеет гигантские для луны размеры — её радиус составляет 6,4 радиуса Земли или 0,57 радиуса Юпитера. При этом сама экзопланета лишь в три раза больше своего спутника: радиус WASP-12 b составляет 1,74 радиуса Юпитера^[5].

Примечания

1. ↑ On the direct imaging of tidally heated exomoons. http://arxiv.org+(21 сентября 2012). Проверено 24 сентября 2012.
2. ↑ «Кеплер» сможет искать спутники у экзопланет  (рус.), Lenta.ru (4 сентября 2009). Проверено 16 марта 2012.
3. ↑ Robin M. Canup and William R. Ward. A common mass scaling for satellite systems of gaseous planets (англ.) // Nature : рец. науч. журнал. — 2006. — Т. 441. — № 7095. — С. 834—839. — ISSN 0028-0836. — DOI:10.1038/nature04860.
4. ↑ Доценко. Предложена периодическая система спутников планет-гигантов  (рус.), CNews, OОО «СИНЬЮС.РУ» (16 июня 2006). Проверено 16 марта 2012.
5. ↑ Российские астрономы впервые открыли луну возле экзопланеты  (рус.), РИА Новости (6 февраля 2012). Проверено 16 марта 2012.

Ссылки

• Shadow Moons: The Unknown Sub-Worlds that Might Harbor Life  (англ.)
• Likely First Photo of Planet Beyond the Solar System  (англ.)
• Working Group on Extrasolar Planets — Definition of a «Planet»  (англ.) Position statement on the definition of a planet. (IAU)
• Предложена периодическая система спутников планет-гигантов  (рус.) (Моделирование массы спутников, Canup, R., Ward, W. (2006))
• Предложена периодическая система спутников  (рус.) (Моделирование массы спутников, Canup, R., Ward, W. (2006))
• The Hunt for Exomoons with Kepler (HEK): I. Description of a New Observational Project  (англ.)