Mänskligheten insåg ganska tidigt att det finns stjärnor på himlen, och det finns många av dem. Sedan kompletterades denna tanke med argumentet att stjärnorna liknar vår sol, eller att de en gång var liknande. Då blev det klart att jorden och andra planeter kretsar kring solen, och en rimlig fråga uppstår: "Varför kan inte planeter kretsa kring andra stjärnor?" Teorin såg inga problem med planeten utanför solsystemet, men vetenskapen behöver alltid fakta. Och med tiden hittades fakta.
exoplanet
Vad är en exoplanet? Allt är helt enkelt skandalöst - det här är en planet utanför solsystemet som kretsar kring en stjärna. Termen bildades från förkortningen extra solplanet, det vill säga extrasolar planet. Men var inte förvirrad: inte allt utanför solsystemet är en exoplanet, det finns också himmelkroppar - föräldralösa barn, de så kallade planemos, som reser genom rymden utanför moderstjärnans bana.
Vad är exoplaneterna? De är väldigt olika. Kepler rymdteleskopet observerade endast två konstellationer - Cygnus och Lyru - under 8 år, men fann cirka tusen kandidater för exoplaneter. Och vi har 88 konstellationer, och dessa två har fortfarande något att upptäcka.
Således finns det många exoplaneter, och de är olika. Detektionsmetoderna, som vi kommer att prata om senare, tillåter oss inte att exakt bestämma sammansättningen, atmosfären och naturen hos de upptäckta planeterna. Vad kan vi säga, vi kan inte ens se exoplaneten direkt. Men även genom indirekta tecken och data kan en klassificering göras.
De två huvudklasserna av exoplaneter är små stenplaneter och jätteplaneter. Om vi tillämpar denna klassificering på vårt solsystem, kommer Venus, Merkurius, Jorden och Mars att gå till den första, och Jupiter, Saturn, Uranus och Neptune kommer att gå till den andra.
Var och en av klasserna kan delas in i ett antal underklasser. Låt oss analysera de mest grundläggande.
Kampanjvideo:
Chthonic planet
Den ktoniska planeten är en gasjätt som snabbt faller på moderstjärnan. I mitten av gasjätten finns en liten tät kärna som håller enorma massor av gasformigt material runt sig. När det gradvis närmar sig moderstjärnan börjar gasjätten att avdunsta sitt skal tills en kärna kvarstår.
Konstnärlig skildring av transiteringen av den kthoniska planeten HD 209458b framför sin stjärna. Europeiska rymdorganisationen Alfred Vidal-Madjar (Institut d'Astrophysique de Paris, CNRS, Frankrike) och NASA / wikimedia.org (CC BY 4.0)
Super-jord
Det huvudsakliga och enda kriteriet som en planet kan rankas som en superjord är dess massa. Sådana planeter är vanligtvis flera gånger tyngre än jorden, men samtidigt är de mycket mindre än gasjätten. I motsats till de ktoniska planeterna upptäcktes en hel del sådana himmelkroppar och 2007 fann astronomer superjorden Gliese 581-c i den bebodda zonen.
Gliese 581c Tyrogthekreeper / wikimedia.org (CC BY-SA 3.0)
Het jupiter
Namnet på den välkända planeten är skriven med en liten bokstav inte av misstag, heta Jupiter är inte en specifik planet, utan en hel planetklass. Till skillnad från vår gasgigant, är heta Jupiters nästan nära moderstjärnan, som värmer deras atmosfär till 1500 K. På grund av ett antal funktioner, i synnerhet deras stora storlek, har många heta Jupiters upptäckts.
Kall jupiter
Det är till denna klass som de ursprungliga Jupiter och Saturn tillhör - kalla Jupiter är belägna på ett sådant avstånd från stjärnan att den tar emot det mesta av sitt värme från interna processer och inte från strålning.
Isjätte
Vi har också sådana planeter i vårt system: Uranus och Neptune är typiska representanter för isjättar - planeter med stor storlek och avstånd från deras ursprungliga stjärna. På grund av det faktum att strålarna svagt värmer sådana planeter, är nästan hela ytan bunden av is, och inte bara vatten, utan också metan och vätesulfid.
Voyager 2-bild av Neptunus i augusti 1989. NASA / wikimedia.org (CC0 1.0)
Listan över exoplanetarter kan fortsättas under mycket lång tid. Det finns havsplaneter, kolplaneter, varm och kall neptun och mycket, mycket mer. Men vi ska prata om hur de upptäcks.
Metoder för att upptäcka exoplaneter
Låt oss göra ett enkelt experiment. På något sätt, på en varm sommarnatt, helst i söder, nära ekvatorn, höjer ögonen mot natthimlen. Vad kommer du att se? Det stämmer, myriader av stjärnor. Olika stjärnor - ljusa och inte särskilt ljusa, ensamma och i konstellationer. Men nästan alla, utom Mercury, Jupiter, månen och kanske Mars, kommer att vara stjärnor.
Detsamma är fallet med de gigantiska teleskop i observatorier. Stjärnorna, på grund av deras storlek och strålning, täpper nästan fullständigt hela det observerbara rymden, och planeterna, som glöder med mycket svagt, reflekterat ljus, är helt enkelt inte synliga mot deras bakgrund. Så om det finns någonstans en civilisation i vår utvecklingsnivå, gissar den sannolikt om närvaron av Jupiter och Saturnus nära solen, men inte mer.
Men exoplaneter finns och mycket pålitligt. Vi har flera sätt att göra detta.
Den mest produktiva är metoden för transitering eller transitfotometri. Faktum är att varje stjärna har en sådan indikator som ljusstyrka. Grovt sett är ljusstyrkan allt ljus som avges av en stjärna per tidsenhet. Men om någon himmelkropp passerar mellan observatörens och stjärnans teleskop, faller vid tidpunkten för passagen ljusstyrkan. Och om denna process upprepas med jämna mellanrum betyder det att planeten kretsar kring stjärnan. Det finns fördelar och nackdelar med denna metod. Det viktigaste plus är förmågan att bestämma storleken på en exoplanet. Minus - för att exakt bestämma närvaron av en planet med en lång omloppsperiod, till exempel, som Jupiter (12 år), måste du observera stjärnan under mycket lång tid.
Doppler-metod. Metoden är uppkallad efter den österrikiska matematikern Christian Doppler och mäter den spektrala förskjutningen av en stjärna under påverkan av en planet. Gravitationslagarna fungerar i båda riktningarna, även för oss, därför lockar inte bara jorden oss, utan vi också jorden. Likaså i ett par planetstjärnor. Rotationen av den massiva exoplaneten förskjuter den radiella radiella hastigheten hos moderstjärnan, och instrumenten visar hur planeten svänger i det röda området i spektrumet, sedan i det violetta. Doppler-metoden tillåter, tillsammans med en transitering, att fastställa planetens täthet, men igen - bara om den är tillräckligt stor.
Gravitationsmikrolensering. Denna metod är knuten till närvaron av en annan stjärna mellan astronomens teleskop och den observerade stjärnan, som fungerar som en gravitationslins. Men om linsstjärnan har sin egen planet, kommer ljuset från den observerade stjärnan karakteristiskt att förvrängas.
Och slutligen kan man se exoplaneten. Planeterna själva är mycket svaga ljuskällor, så det är mycket svårt att upptäcka markbunden himmelkroppar med denna metod. De mest troliga föremålen att upptäcka är jättar större än Jupiter, som är tillräckligt långt borta från stjärnan för att släppa ut infraröda strålar av sig själva.
Fram till 2014 delade Doppler-metoden eller radialhastighetsmetoden och transitmetoden ledarskapet i antalet upptäckta exoplaneter. År 2014, tack vare flaggskeppet för sökningen efter exoplaneter - Kepler-teleskopet, gick transitmetoden långt framåt.
Ett intressant faktum: informationen som erhållits av Kepler är så omfattande att den är fritt tillgänglig för alla att studera. Således har Planet Hunters-projektet redan hjälpt till att upptäcka tre exoplaneter.
Möjligheten till liv och möjligheterna till kolonisering
Naturligtvis är vanliga människor mindre intresserade av heta neptuner och metoder för att upptäcka exoplaneter. Allmänhetens främsta intresse är möjligheten till liv och kolonisering av avlägsna himmelorgan.
Forplayday / bigstock.com
Totalt upptäcktes 3 614 exoplaneter i juni 2017. Av dessa liknar de jorden - 216. Det finns mycket att välja på. Men den antagna koloniseringen och möjligheten att det finns liv begränsas av ett antal parametrar.
Vanlig zon
De är vana vid att mäta allt själva, och jordiska astronomer har härlett begreppet en bebyggelig zon. Kärnan i konceptet är att varje stjärna måste ha en viss zon där planeterna kan bebos.
Huvudvillkoren för den bebodda zonen är förekomsten av flytande vatten. Därför måste planeten vara tillräckligt nära stjärnan så att vattnet inte fryser, och tillräckligt långt så att det inte förångas. För att beräkna mitten av den bebörliga zonen härleddes till och med en ekvation som ser ut som dAU = √Lstar / Lsun, där d är den genomsnittliga radien för den bebörliga zonen, Lstar är stjärnans ljusstyrka, och Lsun är solens ljusstyrka.
Det finns 52 planeter i listan över bebodda exoplaneter, enligt University of Puerto Rico. En av dem är mini-jorden TRAPPIST - 1d, 21 planeter som är jämförbara med jorden och 30 superjordar.
De viktigaste kriterierna är planetkomposition, yttemperatur, storlek och atmosfär. Planeterna utvärderas enligt graden av likhet med jorden, och till och med ett speciellt numeriskt kriterium har härledts, som består av alla ovanstående. Om en planet vinner 0,8 till 1 i jordens likhetsindex, kan den säkert införas i listan över potentiella kolonier. Så ta ditt val, herrar kolonister!
Kepler-438b
Han var rekordhållare för likhet med jorden fram till 2016. Dess ESI (Earth Likhetsindex) är 0,88. Själva planeten ligger 470 ljusår från Jorden i konstellationen Lyra, och moderstjärnan för Kepler-438b är bara hälften av solens storlek. Själva planeten är belägen i stjärns bebodliga zon, i storlek överstiger jorden med 12%.
Proxima Centauri f
Hemstjärnan på denna planet är Proxima Centauri, närmast solen. Själva planeten, liksom ljuset, ligger 4,22 ljusår från oss. Enligt likhetsindexet får Proxima Centauri 0,85 och håller sig med säkerhet i toppen.
TRAPPIST-1 d
För närvarande är planeten TRAPPIST, upptäckt av teleskopet, den mest lik vår hemma Jorden. Det är också den tredje från sin moderstjärna, något underordnad jorden i storlek och mycket lik sammansättning. Den uppskattade yttemperaturen är +15 grader Celsius.
Tyvärr är tillgången på lämpliga planeter för kolonisering långt ifrån den viktigaste barriären på vägen mot mänsklig kolonisering av universum. Till och med Proxima Centauri b, med nuvarande teknik, har potentiella kolonister en mycket, mycket lång flygtid. Och tills vi lär oss att effektivt täcka avstånd på minst 10 ljusår, är det för tidigt att prata om erövring av exoplaneter.
Det finns fortfarande många variationer av exoplaneter. Men de största upptäckterna ligger framöver - ambitiösa internationella projekt förbereds redan på jorden för att skapa jätte-teleskop och rymdobservatorier som kommer att kunna se vad vi inte kan hitta nu. Men jag har ännu inte nämnt att exoplaneter har satelliter.