4. Первые снимки экзопланет.
5. Проекты поиска экзопланет.
Прочитайте лекцию и ответьте на вопросы:
1. Какие вы знаете методы обнаружения экзопланет?
2. Сколько примерно открыто экзопланет?
3. Как называется самая древняя из открытых планет?
4. В каком году была открыта первая экзопланеты у нормальной звезды?
5. Как называется единственная экзопланета схожая с Землей?
6. В каком году были получены первые фотографии экзопланет?
В последние годы ленты новостей буквально пестрят сообщениями о сенсационных открытиях астрономов. Получив в свое распоряжение высокотехнологичное оборудование и орбитальные телескопы, созерцатели неба начали давать ответы на вопросы, мучившие их на протяжении веков. И один из этих вопросов — есть ли во Вселенной еще планеты, кроме тех восьми в Солнечной системе, которые уже известны нам? Такие планеты, которые существуют рядом с другими звездами, мы называем экзопланеты. На конец 2008 года их количество составило 333 штуки.
Огромный прорыв произошел в области экзопланет именно за прошедший год, их количество увеличилось, по меньшей мере, на 50 новых членов. Из-за чего же произошел такой взрывной всплеск в количестве обнаружения этих объектов? Причин тому несколько: новые технологии, инструментальные усовершенствования уже существующих и только введенных телескопов, все это позволило существенно повысить чувствительность измерений и, следовательно, реально привести к водопаду открытий.
Конечно, на первом месте у астрономов было желание непосредственно увидеть "глазом" другую «Землю». И такие новости пришли в ноябре, когда сразу две группы исследователей сообщили, что они получили прямые изображения экзопланетных систем.
Еще можно выделить в области открытий экзопланет за этот год три события:
1. обнаружение наименее массивной планеты, лишь в три раза превышающей по массе Землю;
2. самая горячая планета WASP-12b, с температурой поверхности приблизительно в 2200 С;
3. открытие трех, так называемых супер-Земель.
Ученые предсказывают, что будущий год приблизит нас еще ближе к возможности обнаружения двойника Земли. Например, миссия НАСА Кеплер, запуск которой планируется в марте 2009 года, создается с целью нахождения именно твердых планет земного типа, которые обращаются вокруг своих звезд на расстояниях возможного обитаемого пояса, т.е. там, где может быть в жидкой форме вода и возможно существование жизни. Так что, ждем-с.
1. Как все начиналось…
Поиски экзопланет, начались задолго до того, как у астрономов появились совершенные средства, позволяющие увидеть «невидимое». Обычно изучались системы, состоящие из двух объектов. Одним объектом при этом была видимая звезда, вторым объектом — невидимая. Невидимый объект оказывает влияние на движение видимой звезды и тем самым обнаруживает себя. Разными исследователями в разное время изучались более десятка двойных систем. Оказалось, что в большинстве случаев невидимыми компаньонами видимых звезд являются тоже звезды. Но все-таки у двух систем компаньонами звезд, по мнению астрономов, являлись самые настоящие планеты.
Одна из этих двух звезд — «летящая» Барнарда, которая имеет очень большую угловую скорость движения. Астроном Ван-де-Камп проанализировал информацию о положении этой звезды более чем за 60 лет, начиная с 1916 года. Тщательный анализ показал, что на 2400 фотопластинках содержатся свидетельства изменения положения звезды, которые повторяются с периодом в 25 лет. Эти изменения могли быть обусловлены только ее обращением вокруг общего центра тяжести всей системы (звезда плюс невидимые для нас планеты). Звезда находится от нас на расстоянии 1,8 парсек. Масса ее невелика и составляет 14% от массы Солнца — поэтому она легко поддается действию на нее планет, в результате чего изменяется ее скорость. Расчеты показывают, что эти изменения в движении вызываются двумя планетами, массы которых составляют 80% и 40% массы Юпитера. Периоды обращения этих планет должны быть равны 12 и 26 лет. Но открытие оказалось мнимым, Дж. Гейтвуд в 1973 году выяснил, что звезда Барнарда движется без колебаний и, значит, массивных планет не имеет.
Настоящая революция в деле поиска планет у иных звезд произошла в начале 1990-х годов. В 1992 году американские астрономы с помощью 300-метрового радиотелескопа, расположенного в местечке Аресибо (Пуэрто-Рико) обнаружили в созвездии Девы новый пульсар, получивший в звездном каталоге обозначение RSR 1257+12. Скоро вы узнаете, что пульсарами, называются сверхплотные нейтронные звезды, от которых исходит излучение в виде серии последовательных и очень четких радиоимпульсов. В данном конкретном случае ученые обнаружили довольно старую (возраст ее около миллиарда лет) нейтронную звезду. Вращается она очень быстро, делая 161 оборот в секунду. Причем в серии излучаемых импульсов время от времени наблюдались какие-то сбои. Проанализировав их, астрономы обнаружили двойную периодичность — 66,5 и 98,2 дня. Причиной периодического сбоя радиоимпульсов, по мнению исследователей, являются две планеты, обращающиеся вокруг пульсара и время от времени перекрывающие поток радиосигналов собственными телами.
Интересное открытие в 2007 году сделано на орбитальном телескопе «Хаббл». Обнаружена газообразная и довольно массивная планета у пульсара PSR B1620-26, который находится на расстоянии 1717 парсек от Земли, в звездном скоплении М4. Особенность этой планеты в том, что ее возраст составляет 12,7 миллиардов лет, а значит, она сформировалась почти сразу после Большого Взрыва, в юной Вселенной. Не удивительно поэтому, что и назвали эту невероятную планету по имени библейского патриарха, деда Ноя — Мафусаил, прожившего 969 лет.
В 1988 году был обнаружен сам пульсар и вскоре рядом с ним белый карлик. Эта двойная система вращалась вокруг общего центра масс с периодом в один земной год. Однако потом обнаружилось, что на пульсар воздействует ещё один космический объект. Кто-то выдвинул идею о планете. На него замахали руками, поскольку речь шла о шарообразном скоплении, в котором считалось, что планет существовать не может. Но так как найденная масса планеты составляла всего 2,5 масс Юпитера — это слишком мало и для звезды, и даже для бурого карлика. Соответственно, планета — единственный оставшийся вариант. Теперь учёные предполагают, что это газовый гигант, в котором тяжёлые элементы присутствуют в очень незначительных количествах.
Каким-то образом эта планета пережила всё, что сопровождало процессы гибели старых и образования новых звёзд в том, что впоследствии будет названо шаровым скоплением М4. Планета и её звезда в один прекрасный миг приблизились к пульсару и оказались у него в ловушке. Звезда, вокруг которой вращался Мафусаил, со временем раздулась, превратившись в красного гиганта, затем сжалась до состояния белого карлика. А Мафусаил все продолжал мерно вращаться вокруг обеих звёзд на расстоянии, приблизительно равном расстоянию от Солнца до Урана.
Большую часть своего года Мафусаил нагревается излучением белого карлика, суммарным излучением звезд М4 и имеет температуру 60-80К. При таких температурах планета будет окутана легкими облаками из замерзшего метана, которые придадут ей глубокий темно-голубой цвет. Однако дважды за орбитальный период, иначе говоря, каждые 50 лет, Мафусаил на несколько месяцев попадает под яростный пульсарный луч. Метановые облака испаряются и рассеиваются. Температура атмосферы повышается в несколько раз. Верхняя атмосфера Мафусаила будет люминесцировать, как экран телевизора, окрашивая небо в призрачный розовый цвет.
В 1995 г. произошло поистине историческое событие - открытие первой экзопланеты у 51Пегаса, т.е. у нормальной звезды очень похожей на наше светило и находящейся от нас на расстоянии 14,7 парсек. Расчеты показали, что периодические изменения радиальной скорости движения звезды, вызваны планетой, имеющей массу, вдвое меньшую, чем Юпитер. Вращается эта планета очень близко от своей звезды — на расстоянии всего 0,05 астрономической единицы (в двадцать раз ближе, чем Земля от Солнца).
2. Методы обнаружения экзопланет.
На сегодняшний день существует четыре метода обнаружения экзопланет.
- Первым (исторически) является астрометрический метод.
- Другой метод, связан с прохождением планеты на фоне звезды. Этот метод называют методом переходной фотометрии.
- Третий метод - гравитационное линзирование.
- Четвертый, самый распространенный на сегодняшний день метод - спектрометрическое измерение радиальной скорости звезд.
Астрометрический метод основан на изменении собственного движения звезды под гравитационным воздействием планеты. Работы Гейтвуда, которые поставили крест на летящей Барнарда, с другой стороны, принесли и новую находку: были замечены зигзаги в движении пятой от Солнца звезды Лаланд-21185. Сейчас получены веские доводы, что вокруг этой звезды обращаются две планеты: одна с периодом 30 лет и массой 1,6 Мю и вторая с периодом 6 лет и массой 0,9 Мю. С помощью астрометрии были уточнены массы некоторых экзопланет, и открыта планета (Эпсилон Эридана b). Будущее этого метода связано с орбитальными миссиями, такими, как SIM, запланированной на 2009 г.
Метод транзитной фотометрии, связан с прохождением планеты на фоне звезды. Позволяет определить размеры, а в сочетании с методом Доплера — плотности планет. В настоящее время (ноябрь 2007) обнаружено более 30 транзитных планет.
Гравитационное линзирование. Гравитацио́нная ли́нза — массивное тело (планета, звезда) или система тел (галактика, скопление галактик), искривляющая своим гравитационным полем направление распространения излучения, подобно тому, как искривляет световой луч обычная линза. Метод чувствителен к планетам с малой массой, вплоть до земной. На май 2007 года открыты 4 планеты.
Спектрометрическое измерение радиальной скорости звёзд (метод Доплера). Это самый распространённый метод с его помощью открыто около 270 планет. Он позволяет обнаружить планеты с массой не меньше нескольких масс Земли, расположенные в непосредственной близости от звезды и планеты-гиганты с периодами до ~10 лет. Планета, обращаясь вокруг звезды, как бы раскачивает её, и мы можем наблюдать доплеровское смещение спектра звезды. Сейчас точность инструментов уже приближается к 1 м/с — то есть к скорости идущего человека.