Где искать экзопланеты
Считается, что Солнечная система сформировалась примерно 4,5 млрд лет назад. Из облака газа и межзвёздной пыли образовались центральная звезда и диск вокруг неё. В этом диске из мелких частиц стали постепенно формироваться более крупные тела, планетезимали, затем — протопланеты и, наконец, планеты. Возможно, этот же процесс произошёл во многих других уголках Вселенной.
Число известных планет за пределами Солнечной системы исчисляется сотнями.
Большинство из них принадлежат к планетным системам, состоящим из нескольких планет. Такие планеты называются экзопланетами. Как правило, все они имеют большие размеры (намного больше, чем Юпитер — крупнейшая планета Солнечной системы), поэтому массы таких планет часто сравнивают с массой Юпитера (1,9∙1027кг). Лишь некоторые из них по размерам сопоставимы с Землёй, однако эта точка зрения может объясняться и несовершенством наших оптических инструментов.
Принцип обозначения экзопланет прост: после названия звезды указывается строчная буква, начиная с «b» (например, 51 Пегаса b). Следующие планеты обозначаются следующими буквами алфавита: c, d, e, f… (51 Пегаса c, 51 Пегаса d, 51 Пегаса e, 51 Пегаса f и так далее).
Первая экзопланета, обнаруженная непосредственно в результате наблюдений, — 2М1207 b. Её масса в 3,3 раза превышает массу Юпитера. Она вращается на расстоянии в 55 а.е. от своей центральной звезды — коричневого карлика. Вокруг центральной звезды располагается пылевой диск, в котором можно видеть, как образуются планеты.
В таблице представлены некоторые планетные системы, насчитывающие несколько планет.
Приведённые данные, за исключением данных последнего столбца, взяты из каталога экстрасолнечных планет.
* Была вычислена с помощью метода радиальных скоростей, позволяющего определить минимальную массу планеты.
** При расчёте диаметров, приведённых в последнем столбце таблицы, предполагалось, что плотность планеты равна плотности Юпитера (1330 кг/м3). Если предполагалось, что планета сравнима с Землёй, при расчётах диаметра использовалась плотность Земли — 5520 кг/м3.
В предыдущей таблице представлены некоторые экзопланеты, расположенные очень близко к центральным звёздам своих планетных систем (планеты Глизе 876 b, с, d к своей звезде ближе, чем Меркурий — к Солнцу). Другие планеты расположены на большем расстоянии (в планетной системе HD 8799 три планеты находятся примерно на том же расстоянии от звезды, как и Нептун от Солнца).
Экзопланеты могут вращаться вокруг звёзд различных типов: в 1992 году радиоастрономы объявили об открытии планеты вблизи пульсара PSR1257+12. Эти планеты считаются первыми экзопланетами. В 1995 году было объявлено об открытии первых экзопланет вблизи звезды типа 51 Пегаса. Позднее были обнаружены экзопланеты, вращающиеся вокруг красного карлика (Глизе 876 в 1998), звезды-гиганта (Йота Дракона, 2001), коричневого карлика (2М1207, 2004), звезды спектрального класса К (HD40307, 2008) и звезды A-класса (Фомальгаут, 2008).
Планета Фомальгаут b в облаке межпланетной пыли в звёздной системе Фомальгаута.
Изображение получено с помощью космического телескопа «Хаббл».
При вычислении диаметров экзопланет используется плотность Юпитера или плотность Земли (для экзопланет земного типа). Полученный результат приведён в таблице на стр. 60. Аналогично были вычислены диаметры планет первой много планетной системы, открытой вблизи звезды главной последовательности, Ипсилон Андромеды. Эта система состоит из трёх планет, подобных Юпитеру: Ипсилон Андромеды b, с и d. Их диаметры при p=1330 кг/м3 (плотность Юпитера) также представлены в таблице. Учитывая представленные выше результаты и периоды обращения экзопланет, можно определить массу центральных звёзд соответствующих планетных систем по третьему закону Кеплера: постоянная a3/P2 равна массе центральной звезды (см. приложение).
Многие экзопланеты находятся ближе к звёздам своих планетных систем, чем Меркурий — к Солнцу. Это означает, что температура их поверхности очень высока.
Во внутренней части Солнечной системы находятся небольшие скалистые планеты, а первый газовый гигант, Юпитер, отдалён от Солнца на расстояние 5,2 а.е. Внесолнечные планеты чаще всего имеют очень большие размеры и находятся намного ближе к своим звёздам. Считается, что обнаруживаемые различия между планетами этих типов обусловлены методами наблюдений. Так, метод радиальных скоростей, который используется для обнаружения экзопланет, позволяет найти более мелкие и массивные планеты. Однако можно предположить, что орбиты большинства экзопланет намного больше и что в большинстве планетных систем есть одна или две планеты-гиганта, орбиты которых сравнимы с орбитами Юпитера и Сатурна.
Какова вероятность того, что на экзопланетах есть жизнь? Приблизительные расчёты показывают, что обитаемая область Солнечной системы, где возможно существование жидкой воды (иными словами, температура поверхности заключена на интервале от 0 до 100 °C), простирается от 0,56 до 1,04 а.е. Внутренняя граница этой области пролегает между орбитами Меркурия и Венеры, внешняя граница — сразу за орбитой Земли. Таким образом, внутри этой области (выделена серым цветом на иллюстрации на следующей странице) располагаются лишь две планеты, Венера и Земля. Вследствие сильного парникового эффекта температура на Венере слишком высока для зарождения жизни. Из всех известных сегодня экзопланет можно говорить только об одной экзопланете земного типа — Глизе 581 d, которая вращается в обитаемой области своей звезды и, вероятно, стала домом для внеземной цивилизации. Возможно, в обитаемой области своей планетной системы находится и Глизе 581 c. На этой планете, вероятно, находится вода, однако, согласно некоторым исследованиям, парниковый эффект там такой же сильный, как и на Венере.
Многие вопросы о свойствах и характеристиках экзопланет пока остаются без ответов. К поиску экзопланет постепенно подключаются астрономы-любители. Для решения этой задачи необходимо множество астрономических наблюдений, а профессиональные телескопы крайне загружены, и в этих условиях сотрудничество астрономов-любителей и профессионалов может дать прекрасные результаты, как это было при изучении переменных звёзд.
Обитаемая зона нашей Солнечной системы и других планетных систем, где возможно существование жизни.
Глава 3. Затмения и транзиты планет: место встречи
В древние времена полные солнечные затмения считались зловещим предзнаменованием. Люди верили, что судьба мира зависит от вечных и божественных звёзд, и внезапное исчезновение важнейшей из них было равносильно концу света. Постепенно эти верования отошли в прошлое, однако затмения по-прежнему оставались крайне любопытным явлением.
Затмения помогали определить соотношения расстояний между небесными телами. Как мы уже упоминали, Аристарх Самосский именно во время лунного затмения определил расстояния между Землёй, Луной и Солнцем. В своё время расстояния между планетами Солнечной системы удалось определить при прохождении Венеры по диску Солнца. Затмения помогли людям достичь новых вершин научного знания и совершить множество открытий. Это явление, по сути, не более чем частный случай математической задачи сферической астрономии.