Ludzkość dość wcześnie zdała sobie sprawę, że na niebie są gwiazdy i jest ich dużo. Następnie myśl ta została uzupełniona argumentem, że gwiazdy są podobne do naszego Słońca lub kiedyś były podobne. Wtedy stało się jasne, że Ziemia i inne planety krążą wokół Słońca i pojawia się uzasadnione pytanie: „Dlaczego planety nie mogą obracać się wokół innych gwiazd?” Teoria nie widziała żadnego problemu w ewentualnym istnieniu planet poza Układem Słonecznym, ale nauka zawsze potrzebuje faktów. Z biegiem czasu ustalono fakty.
Egzoplaneta
Co to jest egzoplaneta? Wszystko jest po prostu oburzające - to planeta poza Układem Słonecznym, która obraca się wokół gwiazdy. Termin powstał ze skrótu extra słoneczna planeta, czyli planeta pozasłoneczna. Ale nie dajcie się zmylić: nie wszystko poza Układem Słonecznym jest egzoplanetą, są też ciała niebieskie - sieroty, tak zwane planemos, które podróżują w przestrzeni poza orbitą gwiazdy macierzystej.
Jakie są egzoplanety? Są bardzo różni. Teleskop kosmiczny Keplera obserwował tylko dwie konstelacje - Łabędzia i Lyru - przez 8 lat, ale znalazł około tysiąca kandydatów na egzoplanety. Mamy 88 konstelacji, a te dwie wciąż mają coś do odkrycia.
Tak więc egzoplanet jest wiele i są one różne. Metody detekcji, o których będziemy mówić później, nie pozwalają nam dokładnie określić składu, atmosfery i charakteru odkrywanych planet. Cóż możemy powiedzieć, nie możemy nawet bezpośrednio zobaczyć egzoplanety. Ale nawet poprzez pośrednie znaki i dane można dokonać klasyfikacji.
Dwie główne klasy egzoplanet to małe planety skalne i planety olbrzymy. Jeśli zastosujemy tę klasyfikację do naszego układu słonecznego, to Wenus, Merkury, Ziemia i Mars trafią do pierwszej, a Jowisz, Saturn, Uran i Neptun do drugiej.
Każdą z klas można podzielić na kilka podklas. Przeanalizujmy najbardziej podstawowe.
Film promocyjny:
Planeta chtoniczna
Planeta chtoniczna to gazowy olbrzym, który szybko spada na gwiazdę macierzystą. W centrum gazowego olbrzyma znajduje się małe, gęste jąderko, które zawiera wokół siebie ogromne masy materii gazowej. Stopniowo zbliżając się do gwiazdy macierzystej, gazowy olbrzym zaczyna odparowywać swoją powłokę, aż pozostanie jedno jądro.
Artystyczne przedstawienie przejścia chtonicznej planety HD 209458b przed jej gwiazdą. Europejska Agencja Kosmiczna, Alfred Vidal-Madjar (Institut d'Astrophysique de Paris, CNRS, Francja) i NASA / wikimedia.org (CC BY 4.0)
Super-ziemia
Głównym i jedynym kryterium, według którego planetę można sklasyfikować jako super-ziemię, jest jej masa. Takie planety są zwykle kilkakrotnie cięższe od Ziemi, ale jednocześnie są znacznie mniejsze od gazowego olbrzyma. W przeciwieństwie do planet chtonicznych, odkryto całkiem sporo takich ciał niebieskich, aw 2007 roku astronomowie odkryli super-ziemię Gliese 581-c w ekosferze.
Gliese 581c Tyrogthekreeper / wikimedia.org (CC BY-SA 3.0)
Gorący Jowisz
Nazwa dobrze znanej planety jest zapisana małą literą nie przez pomyłkę, gorący Jowisz nie jest konkretną planetą, ale całą klasą planet. W przeciwieństwie do naszego gazowego olbrzyma, gorące Jowisze znajdują się prawie blisko macierzystej gwiazdy, która ogrzewa ich atmosferę do 1500 K. Ze względu na szereg cech, w szczególności ich duży rozmiar, odkryto wiele gorących Jowiszów.
Zimny Jowisz
Do tej klasy należą pierwotny Jowisz i Saturn - zimny Jowisz znajduje się w takiej odległości od gwiazdy, że większość ciepła otrzymuje z procesów wewnętrznych, a nie z promieniowania.
Lodowy gigant
W naszym układzie mamy też takie planety: Uran i Neptun to typowi przedstawiciele lodowych olbrzymów - planet o dużych rozmiarach i dużej odległości od swojej rodzimej gwiazdy. Ze względu na to, że promienie te słabo ogrzewają takie planety, prawie cała ich powierzchnia jest związana lodem, nie tylko lodem wodnym, ale także metanowym i siarkowodoru.
Zdjęcie Neptuna z sondy Voyager 2 w sierpniu 1989 r. NASA / wikimedia.org (CC0 1.0)
Lista gatunków egzoplanet może być kontynuowana bardzo długo. Istnieją planety oceaniczne, planety węglowe, gorący i zimny Neptun i wiele, wiele więcej. Ale porozmawiamy o tym, jak zostały odkryte.
Metody wykrywania egzoplanet
Zróbmy prosty eksperyment. Jakoś w ciepłą letnią noc, najlepiej na południu, w pobliżu równika, podnieś oczy w nocne niebo. Co zobaczysz? Zgadza się, miriady gwiazd. Różne gwiazdy - jasne i niezbyt jasne, samotne iw konstelacjach. Ale praktycznie wszyscy, z wyjątkiem Merkurego, Jowisza, Księżyca i być może Marsa, będą gwiazdami.
To samo dotyczy gigantycznych teleskopów w obserwatoriach. Gwiazdy ze względu na swój rozmiar i promieniowanie prawie całkowicie zatykają całą obserwowalną przestrzeń kosmosu, a planety, które świecą bardzo słabym, odbitym światłem, po prostu nie są widoczne na swoim tle. Więc jeśli gdzieś istnieje cywilizacja na naszym poziomie rozwoju, najprawdopodobniej zgaduje o obecności Jowisza i Saturna w pobliżu Słońca, ale nic więcej.
Ale egzoplanety są wykrywane i są bardzo niezawodne. Jest na to kilka sposobów.
Najbardziej płodna jest metoda fotometrii tranzytowej lub tranzytowej. Faktem jest, że każda gwiazda ma taki wskaźnik, jak jasność. Z grubsza mówiąc, jasność to całe światło emitowane przez gwiazdę w jednostce czasu. Ale jeśli jakieś ciało niebieskie przejdzie między teleskopem obserwatora a gwiazdą, to w momencie przejścia jasność spada. A jeśli ten proces jest powtarzany okresowo, oznacza to, że planeta obraca się wokół gwiazdy. Ta metoda ma zalety i wady. Głównym plusem jest możliwość określenia wielkości egzoplanety. Minus - aby dokładnie określić obecność planety o długim okresie orbitalnym, np. Jak Jowisz (12 lat), będziesz musiał bardzo długo obserwować gwiazdę.
Metoda Dopplera. Nazwana na cześć austriackiego matematyka Christiana Dopplera, metoda mierzy przesunięcie widmowe gwiazdy pod wpływem planety. Prawa grawitacji działają w obu kierunkach, w tym dla nas, dlatego przyciąga nas nie tylko Ziemia, ale my także Ziemię. Podobnie w parze planeta - gwiazda. Rotacja masywnej egzoplanety zmienia radialną prędkość radialną gwiazdy macierzystej, a instrumenty pokazują, jak planeta kołysze się w czerwonym obszarze widma, a następnie w fioletowym. Metoda Dopplera pozwala wraz z metodą tranzytową określić gęstość planety, ale znowu - tylko wtedy, gdy jest wystarczająco duża.
Mikrosoczewkowanie grawitacyjne. Ta metoda jest związana z obecnością innej gwiazdy między teleskopem astronomów a obserwowaną gwiazdą, która działa jak soczewka grawitacyjna. Ale jeśli soczewka gwiazdy ma swoją własną planetę, to światło obserwowanej gwiazdy będzie charakterystycznie zniekształcone.
I wreszcie egzoplanetę można łatwo zobaczyć. Same planety są bardzo słabymi źródłami światła, więc bardzo trudno jest wykryć ziemskie ciała niebieskie za pomocą tej metody. Najbardziej prawdopodobnymi obiektami do wykrycia są olbrzymy większe od Jowisza, które znajdują się wystarczająco daleko od gwiazdy, aby same emitować promienie podczerwone.
Do 2014 r. Metoda Dopplera, czyli metoda prędkości radialnej, oraz metoda tranzytowa były liderem pod względem liczby odkrytych egzoplanet. W 2014 roku, dzięki okrętowi flagowemu poszukiwań egzoplanet - teleskopowi Keplera, metoda tranzytu poszła daleko do przodu.
Ciekawostka: informacje uzyskane przez Keplera są tak obszerne, że każdy może je swobodnie przestudiować. W ten sposób projekt Planet Hunters pomógł już odkryć trzy egzoplanety.
Możliwość życia i perspektywy kolonizacji
Oczywiście zwykli ludzie są mniej zainteresowani gorącymi neptunami i metodami wykrywania egzoplanet. Głównym zainteresowaniem publiczności jest możliwość życia i kolonizacji odległych ciał niebieskich.
Forplayday / bigstock.com
W sumie w czerwcu 2017 roku odkryto 3614 egzoplanet. Spośród nich przypominają Ziemię - 216. Jest w czym wybierać. Ale domniemana kolonizacja i możliwość istnienia życia są ograniczone szeregiem parametrów.
Strefa mieszkalna
Przyzwyczajeni do mierzenia wszystkiego samodzielnie, ziemscy astronomowie wyprowadzili koncepcję strefy zamieszkałej. Istota tej koncepcji polega na tym, że każda gwiazda musi mieć określoną strefę, w której mogą zamieszkiwać planety.
Głównym warunkiem strefy nadającej się do zamieszkania jest istnienie wody w stanie ciekłym. Dlatego planeta musi znajdować się wystarczająco blisko gwiazdy, aby woda nie zamarzła, i wystarczająco daleko, aby nie wyparowała. Aby obliczyć środek strefy nadającej się do zamieszkania, wyprowadzono nawet równanie, które wygląda następująco: dAU = √Lstar / Lsun, gdzie d jest średnim promieniem strefy zamieszkiwalnej, Lstar to jasność gwiazdy, a Lsun to jasność Słońca.
Według Uniwersytetu Portoryko na liście egzoplanet nadających się do zamieszkania znajdują się 52 planety. Jednym z nich jest mini-ziemia TRAPPIST - 1d, 21 planet porównywalnych z Ziemią i 30 superziemi.
Głównymi kryteriami są skład planety, temperatura powierzchni, rozmiar i atmosfera. Planety są oceniane według stopnia podobieństwa do Ziemi, a nawet wyprowadzono specjalne kryterium numeryczne, na które składa się wszystko powyższe. Jeśli planeta zyskuje od 0,8 do 1 w indeksie podobieństwa Ziemi, to można ją bezpiecznie wpisać na listę potencjalnych kolonii. Więc wybierajcie, panowie, koloniści!
Kepler-438b
Był rekordzistą podobieństwa do Ziemi do 2016 roku. Jego ESI (indeks podobieństwa do Ziemi) wynosi 0,88. Sama planeta znajduje się 470 lat świetlnych od Ziemi w konstelacji Lyry, a gwiazda macierzysta Kepler-438b jest tylko o połowę mniejsza od Słońca. Sama planeta znajduje się w ekosferze gwiazdy, której rozmiar przekracza Ziemię o 12%.
Proxima Centauri ur
Gwiazdą macierzystą tej planety jest Proxima Centauri, najbliższa Słońcu. Sama planeta, podobnie jak źródło światła, znajduje się 4,22 lat świetlnych od nas. Według wskaźnika podobieństwa Proxima Centauri zyskuje 0,85 i pewnie utrzymuje się na szczycie.
TRAPPIST-1 d
W tej chwili odkryta przez teleskop planeta TRAPPIST jest najbardziej podobna do naszej ojczystej Ziemi. Jest także trzecią od swojej gwiazdy macierzystej, nieco mniejszą wielkością od Ziemi i bardzo podobnym składem. Szacunkowa temperatura powierzchni wynosi +15 stopni Celsjusza.
Niestety dostępność odpowiednich planet do kolonizacji jest daleka od najważniejszej bariery na drodze ludzkiej kolonizacji Wszechświata. Nawet do Proxima Centauri b, przy obecnych technologiach, potencjalni koloniści mają bardzo, bardzo długi czas lotu. Dopóki nie nauczymy się skutecznie pokonywać odległości co najmniej 10 lat świetlnych, jest za wcześnie, aby mówić o podboju egzoplanet.
Nadal istnieje wiele odmian egzoplanet. Ale największe odkrycia czekają nas przed nami - na Ziemi już przygotowywane są ambitne międzynarodowe projekty stworzenia gigantycznych teleskopów i obserwatoriów kosmicznych, które będą w stanie zobaczyć to, czego nie możemy znaleźć teraz. Ale nie wspomniałem jeszcze, że egzoplanety mają satelity.