Планеты вне Солнечной системы

Экзоплане́та (от др.-греч. εξω, exo — «вне, снаружи»; также экстрасолнечная планета от лат. extra — «вне, снаружи») — планета, обращающаяся вокруг звезды, отличной от Солнца, то есть не принадлежащая Солнечной системе. Планеты чрезвычайно малы и тусклы по сравнению со звёздами, а сами звёзды находятся крайне далеко от Солнца (ближайшая — на расстоянии 4,22 св. года — примерно 40 000 000 000 000 километров). Поэтому долгое время задача обнаружения планет возле других звёзд была неразрешимой. Сейчас такие планеты стали открывать благодаря усовершенствованным научным методам, зачастую на пределе их возможностей.

К концу мая 2009 г. известно 348 экзопланет в 295 планетных системах^[1]. Подавляющее большинство из них обнаружено с использованием различных непрямых методик детектирования, а не визуального наблюдения. Большинство из известных экзопланет — газовые гиганты, и более походят на Юпитер, чем на Землю. Очевидно, это объясняется ограниченностью методов (легче обнаружить короткопериодичные массивные планеты).

История открытия

Прогресс открытия экзопланет по годам

Первые попытки найти планеты вне солнечной системы были связаны с наблюдениями за положением близких звезд. Еще в 1916 году Эдуард Бернард обнаружил красную звездочку, которая «быстро» смещалась по небу относительно других звезд. Астрономы окрестили ее Летящей звездой Барнарда. Это одна из ближайших к нам звёзд и по массе в семь раз меньше Солнца. Исходя из этого, влияние на нее планет, если они есть, должно было быть заметным. В начале 60-х годов XX века Питер Ван де Камп объявил, что открыл у неё спутник массой с Юпитер. Однако Дж. Гейтвуд в 1973 году выяснил, что звезда Барнарда движется без колебаний и, значит, массивных планет не имеет.

В конце 80-х годов ХХ столетия многие группы астрономов начали систематическое измерение скоростей ближайших к Солнцу звезд, ведя специальный поиск экзопланет с помощью высокоточных спектрометров.

Впервые сверхмассивная планета — коричневый карлик была найдена Д. Латамом в 1989 году около звезды HD 114762. Однако ее планетный статус был подтвержден только в 1999 году.

Первые нормальные экзопланеты были зарегистрированы у нейтронной звезды PSR 1257+12, их открыл астроном Александр Вольшчан (Aleksander Wolszczan, [1]) в 1991. Эти планеты были признаны вторичными, возникшими уже после взрыва сверхновой.

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

В дальнейшем, путём измерения лучевой скорости звёзд для поиска её периодического доплеровского изменения было обнаружено более сотни экзопланет.

Понятно, что старания исследователей были направлены на поиск планет, подобных Земле. И вот в августе 2004 года была обнаружена первая такая планета, в системе звезды μ Жертвенника. Планета делает оборот вокруг светила за 9,55 суток, расстояние до звезды 0,09 а. е., температура на поверхности порядка 900 K. Масса её оценивается приблизительно в 14 масс Земли.

В 2004 году было получено первое изображение (в инфракрасных лучах) объекта-кандидата в экзопланету 13 ноября 2008 года — впервые удалось получить изображение сразу целой планетной системы, был получен снимок трёх планет, обращающихся вокруг звезды HR 8799 в созвездии Пегаса. 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 звезд более поздних классов F-M .^[2]

13 ноября 2008 года — впервые удалось обнаружить планету вокруг звезды Фомальгаут путем прямых наблюдений. [2]

Популярная заметка: Планета около коричневого карлика.

Миссии

Поиск экзопланет продолжается:

• Корот (COROT) (ЕКА) — специализированный 30-сантиметровый орбитальный космический телескоп, снимающий кривые блеска многих звёзд в момент прохождения перед ними планет. Запущен 27 декабря 2006 г. Предполагалось с его помощью обнаружить десятки планет земного типа. К маю 2009 г. COROT открыл шесть экзопланет и один коричневый карлик.

• Кеплер (НАСА) — запущен 7 марта 2009. Космический телескоп системы Шмидта с диаметром зеркала 0,95 м, способный одновременно отслеживать 100 000 звёзд. Планируется обнаружить около 50 планет, размерами идентичными Земле, и порядка 600 планет, в 2,2 раза превосходящих Землю по размеру. Kepler будет обращаться вокруг Солнца по орбите радиусом в одну астрономическую единицу. Расчётный срок эксплуатации 3,5 года.

Также в более далёком будущем планируется запуск:

• PEGASE — запуск ориентировочно 2010-2012
• New Worlds Mission — запуск в 2013
• систем инфракрасных телескопов IRSI/DARWIN (ЕКА) - 2015
• оптического интерферометра Space Interferometry Mission SIM (НАСА) 2015-2016
• Terrestrial Planet Finder TPF (НАСА) - запуск после 2020

Методы поиска экзопланет

Данная схема показывает, как более мелкий объект, вращающийся вокруг более крупного, вызывает изменения в положении и скорости последнего.

1. Астрометрический метод. Основан на изменении собственного движения звезды под гравитационным воздействием планеты. С помощью астрометрии были уточнены массы некоторых экзопланет, и открыты некоторые (Эпсилон Эридана b). Будущее этого метода связано с орбитальными миссиями, такими, как SIM.
2. Метод транзитной фотометрии, связан с прохождением планеты на фоне звезды. Позволяет определить размеры, а в сочетании с методом Доплера — плотности планет. Дает информацию о наличии и составе атмосферы.
   На февраль 2008 обнаружено 35 планет.
3. Гравитационное линзирование. У этого метода крайне ограниченное применение, так как между наблюдаемой звёздной системой и Солнцем должна быть другая звезда, фокусирующая своим гравитационным полем свет наблюдаемой звёздной системы. Повторное наблюдение невозможно. Метод чувствителен к планетам с малой массой, вплоть до земной.
   На февраль 2008 года открыты 8 планет.
4. Спектрометрическое измерение радиальной скорости звёзд (метод Доплера). Это самый распространённый метод. С его помощью можно обнаружить планеты с массой не меньше нескольких масс Земли, расположенные в непосредственной близости от звезды и планеты-гиганта с периодами до ~10 лет. Планета, обращаясь вокруг звезды, как бы раскачивает её, и мы можем наблюдать доплеровское смещение спектра звезды.
   Этот метод позволяет определить амплитуду колебаний радиальной скорости для пары «звезда - одиночная планета», массу звезды, период обращения, эксцентриситет и нижнюю границу значения массы экзопланеты $~M_j \sin \alpha$. Угол $~\alpha$ между нормалью к орбитальной плоскости планеты и направлением на Землю современные методы измерить не позволяют.
   На февраль 2008 открыто 257 планет.
5. Радиопоиск. Если вокруг пульсара вращаются планеты, то излучаемый сигнал имеет осциллирующий характер. Мощные направленные пучки излучения образуют в пространстве конические поверхности. Если на такой поверхности окажется Земля, тогда возможно зарегистрировать данное излучение.

Номенклатура

Взгляд художника на планету HD 189733b

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 существует исключение. Дело в том, что до открытия системы 51 Пегаса в 1995 г. 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 не практикуется.

Свойства экзопланет

Сравнение нашей Солнечной системы с системой 55 Рака

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

Большинство открытых экзопланет — это планеты-гиганты (так как планеты других типов обнаружить труднее). В последнее время открыто также несколько планет с массами порядка массы Нептуна и ниже.

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 Урана 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, звезды которых содержат в два-три раза больше металлов, имеют намного большие ядра.

Наиболее близкой к Земле по условиям, из известных на данный момент (ноябрь 2007), является экзопланета Глизе 581 c, температура на которой, по предварительным оценкам, находится в диапазоне 0-40° С. Также теоретически на этой планете возможно существуют запасы жидкой воды (что подразумевает возможность существования жизни).

Некоторые планетные системы

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

Взгляд художника на планету PSR B1620-26c (открыта в 2003); планете около 12,5 миллиардов лет, это старейшая из известных экзопланет.

Взгляд художника на закат трёх светил на предполагаемом спутнике планеты HD 188753 Ab

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

• 51 Пегаса — первая солнцеподобная звезда главной последовательности, у которой была обнаружена экзопланета.

• υ Андромеды — первая звезда главной последовательности, у которой была обнаружена многопланетная система.

• ε Эридана — не считая Солнца, это третья из ближайших звёзд, видимых без телескопа.

• 55 Рака — на текущий момент (ноябрь 2007) является одним из рекордсменов по числу открытых планет (5).

• μ Жертвенника — имеет одну из самых маломассивных известных экзопланет возможно принадлежащую к планетам земной группы.

• 47 Большой Медведицы — среди обнаруженных планетарных систем, эта — одна из наиболее похожих на Солнечную систему.

• γ Цефея — первая относительно тесная двойная звезда, у одной из компонентов которой (γ Цефея A) была открыта планета.

• Gliese 876 — первый красный карлик, у которого была обнаружена планетная система.

• HD 209458 — содержит одну из самых примечательных экзопланет — HD 209458 b «Осирис» — «испаряющаяся планета».

• OGLE-235/MOA-53 — первая экзопланета, обнаруженная благодаря эффекту гравитационного микролинзирования.

• PSR 1257+12 — пульсар, планетная система которого была первой из обнаруженных за пределами Солнечной Системы.

• HD 188753 — первая тройная звёздная система в которой была открыта экзопланета (HD 188753 Ab).

• HD 189733 — впервые в истории изучения экзопланет была составлена карта температур поверхности для планеты HD 189733 b.

• Глизе 581 c — из известных в настоящее время экзопланет наиболее похожа на Землю.

• Глизе 581 e — наименьшая по массе из известных экзопланет.

Последствия открытия экзопланет

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, современными методами в таких планетных системах обнаружить пока невозможно. Интересно, что у звезды Эпсилон Эридана (которая вместе с Тау Кита и Эпсилон Индейца считается одной из трёх ближайших к Солнцу звёзд, подходящих для существования жизни, см.

Примечания

1. ↑ Schneider, Jean Interactive Extra-solar Planets Catalog (англ.). The Extrasolar Planets Encyclopedia (2008-06-29). Проверено 3 октября 2006.
2. ↑ Astronomers capture first images of new planets,

   См. также

   • Список экзопланетных систем
   • Планетная система
   • Пульсарные планеты
   • Кеплер (телескоп)

   Ссылки

   • Энциклопедия внесолнечных планет
   • Каталог внесолнечных планет
   • Обзор методик поиска внесолнечных планет
   • Журнал Миранда, Астронет - «Ученые нашли простой и доступный способ поиска других солнечных систем»
   • Журнал Миранда, Астронет - «Новые свидетельства в пользу существования планетной системы около Веги»
   • Журнал Миранда, Астронет - Статья о экзопланете в М4
   • Exoplanets.org
   • The Extrasolar Planets Encyclopaedia
   • Открытие внесолнечных планет
   • Популярная статья "Оазисы экзопланет"
   • Экзопланеты по Воробьевой
   • infuture.ru Поразительные экзопланеты

   Литература

   • Бурба Г. Оазисы экзопланет // Вокруг света. — М.: 2006. — № 9 (2792). — С. 38-45.
   • Левин А. Свита звезд // Популярная механика. — М.: 2009. — № 1 (75). — С. 24-29.
   • Burrows A. A theoretical look at the direct detection of giant planets outside the Solar System. Nature, 2005, v. 433, p. 261—268