Екзопланети

Екзоплане́та (позасо́нячна плане́та) — планета, що обертається навколо іншої зірки, тобто не належить до Сонячної системи.
Тривалий час задача виявлення планет поблизу інших зірок була нерозв'язною, так як ці планети дуже малі й тьмяні у порівнянні із зірками, а самі зірки перебувають надто далеко від нас. Найближча — на відстані приблизно 38 000 000 000 000 кілометрів). Зараз такі планети стали виявляти завдяки удосконаленим методам, найчастіше — на межі їх можливостей.
Станом на початок 2010 року астрономи виявили 432 екзопланети. Більшість із них є газовими гігантами на зразок Юпітера. На таких планетах не можуть розвиватися організми земного типу, а саме населеність екзопланет врешті-решт найбільше цікавить учених.

Відкриття екзопланет

Перше фото екзопланети

Перші спроби знайти планети поза сонячною системою були пов’язані із спостереженнями за положенням близьких зір. Ще в 1916 році Едуард Барнард виявив червону зорю, яка «швидко» зміщувалася по небу відносно інших зір. Астрономи охрестили її летючою зорею Барнарда. Це одна з найближчих до нас зір, і її маса в сім разів менша за сонячну. Виходячи з цього, вплив на неї планет, якщо вони є, повинен був бути помітним. На початку 1960-х років Пітер Ван де Камп оголосив, що відкрив у неї супутник масою з Юпітер. Проте Дж. Гейтвуд в 1973 році з’ясував, що зоря Барнарда рухається без коливань і, значить, масивних планет не має.
В кінці 1980-х років багато груп астрономів почали систематичне вимірювання швидкостей найближчих до Сонця зір, ведучи спеціальний пошук екзопланет за допомогою високоточних спектрометрів.
Вперше позасонячна планету було знайдено канадцями Б. Кемпбеллом, Г. Уолкером і С. Янгом в 1988 р. у оранжевого субгіганта g Цефея A, але підтверджена лише в 2002 році. В таблиці приведено екзопланети земної групи в зоні, ймовірно придатній для життя. В 1989 році надмасивну планету (або коричневий карлик) було знайдено Д. Латамом біля зорі HD 114762. Проте її планетний статус було підтверджено тільки в 1999 році.
Перші екзопланети були зареєстровані у нейтронної зорі PSR 1257+12, їх відкрив астроном Олександр Вольщан в 1991 році. Ці планети були визнані вторинними, виниклими вже після вибуху наднової.
У 1995 році астрономи Мішель Майор і Дідье Келос за допомогою надточного спектрометра виявили похитування зірки 51 Пегаса з періодом 4,23 доби. Планета, що викликає похитування, нагадує Юпітер, але що знаходиться в безпосередній близькості від світила. У середовищі астрономів планети цього типа так і називають «гарячі Юпітери».Надалі, шляхом вимірювання променевої швидкості зірок для пошуку їх періодичної доплерівської зміни (метод Доплера) було виявлено більше сотні екзопланет.
У 2004 році в інфрачервоних променях було одержано перше зображення об’єкту-кандидата в екзопланету 2M1207. 13 листопада 2008 року вперше вдалося одержати зображення відразу цілої планетної системи – знімок трьох планет, що обертаються навколо зорі HR 8799 в сузір’ї Пегаса. Це перша планетна система, відкрита у гарячої білої зорі раннього спектрального класу А5 (всі відкриті раніше планетні системи, за винятком планет у пульсарів, були виявлені навколо зір пізніших класів F – M). 13 листопада 2008 року також вперше вдалося виявити планету біля зорі Фомальгаут шляхом прямих спостережень.
Основні зусилля дослідників були направлені на пошук планет, подібних до Землі (так званих «суперземель»). В серпні 2004 р. було виявлено першу таку планету, в системі зорі m Жертовника. Планета робить оберт навколо світила за 9,55 діб, відстань до зорі 0,09 а. о., температура на поверхні близько 900 K. Маса її оцінюється приблизно в 14 мас Землі.
Найближчою за умовами зо Землі екзопланетою, відомою на 2009 р., є Глізе 581 c, температура на поверхні якої за оцінками становить 0 – 40°C. Теоретично на цій планеті можуть існувати запаси рідкої води, що вказує на можливість існування життя.
Згідно з останніми оцінками, частка суперземель є досить значною і може становити біля 15 % від загальної кількості екзопланет. Перевага ж гігантів серед відомих екзопланет пояснюється тим, що їх легше виявити.
Слід зазначити, що серед відкритих суперземель шість знаходяться в зоні, придатній для життя. Основні параметри цих планет приведено в таблиці.

Екзопланети земної групи в зоні, ймовірно придатній для життя

Пошук екзопланет

Прямі спостереження екзопланет становлять значні труднощі. Тому для їх виявлення застосовують наступні методи.
Метод Доплера – спектрометричне вимірювання радіальної швидкості зорі. Найпоширеніший метод. Дозволяє виявити планети з масою не менше кількох мас Землі, розташовані поблизу зорі, та планети-гіганти з періодами до ~ 10 років. Метод Доплера дозволяє визначити амплітуду коливань радіальної швидкості для пари «зоря – одиночна планета», масу зорі, період обертання, ексцентриситет і нижню межу значення маси екзопланети. На квітень 2010 р. цим методом зареєстровано 343 планети.
Транзитний метод пов’язаний с проходженням планети на фоні зорі. В цей час світність зорі зменшується. Метод дозволяє визначити розміри планет, а в поєднанні з методом Доплера – густину планет. Також дає інформацію про наявність і склад атмосфери. На квітень 2010 р. цим методом виявлено 79 планет.
Метод гравітаційного мікролінзування. Між спостережуваним об’єктом (зорею, галактикою) та спостерігачем на Землі має бути інша зоря (вона є гравітаційною лінзою), яка фокусує своїм гравітаційним полем світло спостережуваної системи. Якщо зоря-лінза має планети, то виникає несиметричність кривої блиску. У цього методу вкрай обмежене застосування, причому повторне спостереження неможливе. Проте він чутливий до планет малої маси (порядку земної). До квітня 2010 р. відкрито 10 планет.
Астрометричний метод базується на зміні власного руху зорі під гравітаційним впливом планети. За допомогою астрометрії уточнено маси деяких екзопланет. Майбутнє цього методу пов’язане з орбітальними місіями, наприклад, такими як SIM.
Радіоспостереження пульсарів. Якщо навколо пульсара обертаються планети, то його сигнал має осцилюючий характер. Потужні напрямлені потоки випромінювання утворюють в просторі конічні поверхні. Якщо на такій поверхні виявиться Земля, тоді можливо зареєструвати дане випромінювання. На березень 2010 р. у двох пульсарів знайдено п’ять планет (3 + 2).
Техніка для вивчення екзопланет.
COROT (ЕКА) – спеціалізований 30-и сантиметровий орбітальний космічний телескоп, що знімає криві блиску багатьох зір у момент проходження перед ними планет. Запущений 27 грудня 2006 року. Передбачалося з його допомогою виявити десятки планет земного типу. До березня 2010 року COROT відкрив сім екзопланет і один коричневий карлик.
KEPLER (НАСА) – космічний телескоп системи Шмідта з діаметром дзеркала 0,95 м, здатний одночасно відстежувати 100 тис. зір. Запущений 7 березня 2009 року. Планується виявити близько 50 планет, з розмірами ідентичними Землі, і близько 600 планет, що в 2,2 разу перевищують Землю за розміром. KEPLER обертається навколо Сонця по орбіті радіусом 1 а. о. Розрахунковий термін експлуатації 3,5 роки. До березня 2010 року Кеплер відкрив п’ять екзопланет.
В найближчому майбутньому планується запуск:
PEGASE – запуск в 2011 – 2012 роках.
New Worlds Mission – запуск в 2013 році.
систем інфрачервоних телескопів IRSI/DARWIN (ЕКА) – 2015 рік.
оптичного інтерферометра Space Interferometry Mission SIM (НАСА) – запуск в 2015 – 2016 роках.
Terrestrial Planet Finder TPF (НАСА) – запуск після 2020 року.

Властивості екзопланет

Планети виявлені приблизно у 10 % зір, включених у програми пошуків. Їх частка росте у міру накопичення даних і вдосконалення техніки спостереження. На даний час загальна кількість відкритих екзопланет перевищує 500. Відомо 127 екзопланет, масу яких достовірно встановлено. З них 101 планета знаходиться в одиничних планетних системах, а 26 – в 9-и кратних планетних системах (3 – з дома планетами, 3 – з трьома, 1 – з чотирма, 1 – з п’ятьма і 1 – з шістьма).
Більшість відкритих екзопланет – це планети-гіганти (оскільки планети інших типів виявити важче). Останнім часом відкрито також декілька планет з масами порядку маси Нептуна і нижче.
Спостерігається залежність кількості планет-гігантів від вмісту важких елементів (металів) у зорях. Системи з планетами-гігантами зустрічаються також переважно у зір сонячного типу (класів K5 – F5), тоді як у червоних карликів їх частка значно менша. Останні відкриття, зроблені методом гравітаційного мікролінзувания, говорять про широку поширеність систем з планетами середньої маси типу Урану і Нептуна. Це в першу чергу відноситься до маломасивних зір і зір з низьким вмістом металів.
Для ряду планет одержано оцінку їх діаметру, що дозволяє визначити їх густину, а також будувати припущення щодо наявності масивних ядер, що складаються з важких елементів. Європейські астрономи під керівництвом Трістана Гійо з Обсерваторії Франції, встановили, що між густиною планет та вмістом металів у їх зорях є певна кореляція. Планети, сформовані навколо зір, які є такими ж багатими металом, як наше Сонце, мають маленькі ядра, тоді як планети, зорі яких містять в два-три рази більше металів, мають набагато більші ядра.
Найбільш близькою за умовами до Землі екзопланетою, на якій теоретично можуть існувати запаси рідкої води, є Глізе 581. Температура на цій планеті, як уже зазначалось, лежить в межах від 0 до 40°C.
Відкриття екзопланет дозволило астрономам зробити висновок: планетні системи – явище в космосі поширене. Більшість виявлених систем сильно відрізняються від сонячної – швидше за все це пояснюється селективністю вживаних методів. В більшості випадків планети, подібні до Землі, сучасними методами в таких планетних системах виявити покищо неможливо. Цікаво, що у зорі e Ерідана (яка разом з t Кита і e Індіанця вважається однією з трьох найближчих до Сонця зір, відповідних для існування життя) також виявлена планетна система, хоча достовірність цього відкриття поки залишається під питанням.
МАС не прийняв узгодженої системи для позначення типів екзопланет. Найпоширенішою є тенденція – використання малої літери (починаючи з b) для розширення позначення зорі. Наприклад, 16 Лебедя Bb – це перша екзопланета, виявлена в зорі 16 Лебедя B, члена потрійної зоряної системи. Власні імена має лише незначна кількість екзопланет.