От Пустых небес до тысяч миров В течение десятилетий не было известно ни о каких планетах за пределами Солнечной системы, и их поиск казался почти безнадежным. За последние 25-30 лет новые методы подтвердили существование экзопланет. На сегодняшний день астрономы обнаружили около 5000 таких миров, многие из которых удивительно экзотичны.
Прорыв: Доплеровские колебания, а не небесные зигзаги Ранее ученые пытались увидеть, как звезды движутся зигзагами по небу под действием притяжения планеты, но тщательная проверка показала, что эти утверждения не соответствуют действительности. Чувствительность появилась благодаря высокоточной спектроскопии: доплеровский метод отслеживает незначительные изменения цвета по мере приближения звезды к нам и удаления от нас. В 1995 году Мишель Майор и Дидье Келоз использовали новаторский спектрограф, чтобы обнаружить первую экзопланету, что положило начало глобальной охоте.
То, что мы видим, В основном является плодом воображения, основанного на данных Большинство экзопланет находятся слишком далеко, чтобы их можно было различить в виде дисков, поэтому их популярные изображения - это впечатления художников, основанные на измерениях. Даже планеты Солнечной системы трудно четко разглядеть в телескопы; экзопланеты обычно в 100 000 раз дальше. Для подавляющего большинства мы обнаруживаем только их присутствие, а не географию.
Измерение невидимого: Массы, размера, плотности, температуры Доплеровские сдвиги показывают массу планеты благодаря отраженному движению звезды. Транзиты — крошечные провалы в звездном свете — показывают размер планеты; вместе они дают среднюю плотность и намек на состав. Плотность скопления скалистых миров составляет около 5-6 г/см3, газовых гигантов - около 1-2 г/см3, а расстояние от звезды определяет равновесную температуру планеты.
Крошечный космический телескоп открывает дверь Французский спутник CoRoT, компактный 30‑сантиметровый телескоп на орбите, точно отслеживал яркость звезд, чтобы уловить прохождение планет. В 2009 году он обнаружил CoRoT‑7b, планету размером с Землю, вращающуюся так близко, что “год” длится всего около 20 часов. Такая близость означает экстремальный нагрев примерно до 2500 градусов.
CoRoT‑7b: Мир кипящих скал и каменного дождя Плотность CoRoT‑7b превышает 10 г/см3, что указывает на то, что тело состоит из железной породы и не имеет газовой оболочки. Его дневная сторона кипит, как лавовый котел; пары горной породы поднимаются, охлаждаются и выпадают в виде минерального дождя. Вероятное прошлое ‑ это бывший газовый гигант, обнажившийся вблизи своей звезды, оставив после себя голое металлическое ядро.
Зоопарк экзопланет и планетарная миграция Открытия перевернули привычную картину Солнечной системы, обнаружив множество газовых гигантов, сгрудившихся вблизи своих звезд. Эти “горячие юпитеры”, вероятно, сформировались далеко от нас и мигрировали внутрь в результате сложной динамики. Конкурирующие модели пытаются объяснить это разнообразие, меняя представления о формировании планет.
Приливная блокировка: Вечный день и ночь Сильные приливы вблизи звезды синхронизируют вращение планеты, как это произошло с Землей и Луной. На планетах, расположенных близко, одна сторона освещена солнцем, а другая ‑ затемнена, что создает экстремальные температурные контрасты. Этот гравитационный эффект характерен для экзопланет с коротким периодом обращения и имеет решающее значение для их климата.
Определение пригодной для жизни зоны Жизнь в том виде, в каком мы ее знаем, нуждается в жидкой воде, поддерживающей температуру на поверхности от 0 до 100 °C. В нашей системе только Земля находится в комфортном положении; на Венере слишком жарко, а на Марсе слишком холодно. Парниковые газы могут задерживать тепло и расширять диапазон допустимых температур на поверхности.
Ближайшее обещание Глизе 581 В тусклом красном карлике Gliese 581, удаленном от нас всего на 20 световых лет, находятся пять известных планет. Одна из них находится недалеко от центра обитаемой зоны, примерно в пять масс Земли, с предполагаемой температурой от 10 до 80 °C в зависимости от парникового эффекта. Вероятно, она замкнута приливами и отливами и может представлять собой умеренный пояс между дневной жарой и ночным холодом ‑ заманчивую межзвездную цель на ближайшую перспективу.
Как Миры получают свои Названия Профессиональные обозначения взяты из звездных каталогов (Gliese, HD и т.д.), где планеты обозначены как b, c, d в порядке открытия. Международный астрономический союз теперь приглашает общественность подавать заявки на известные экзопланеты, а иногда и на их звезды. Общепринятые имена — например, Мафусаил для очень древнего мира — проверяются перед усыновлением.
HD 106906 b: Запечатленный гигант виден в инфракрасном диапазоне Эта массивная планета, массой около десяти масс Юпитера, вращается так далеко — примерно в 20 раз дальше, чем по шкале расстояний до Нептуна, — что ее образование на месте кажется невероятным. Вероятно, она была украдена у другой звезды во время ранних столкновений с скоплением, что объясняет ее удаленный путь. Ему около 13 миллионов лет, но он остается горячим и светится в инфракрасном диапазоне, что позволяет получать прямые изображения и изучать атмосферу, несмотря на яркий звездный свет.
Кольцевая система J1407b затмевает систему Сатурна Молодой мир, яркий в инфракрасном диапазоне, обладает колоссальным кольцевым комплексом, протяженность которого примерно в 200 раз превышает размеры Сатурна, что фактически превышает расстояние от Земли до Солнца. Общая масса кольца может составлять примерно 1,5 массы Земли, что значительно превышает массу колец Сатурна. Повторные затмения звезды-хозяина планетой и ее кольцами позволили точно оценить их размеры и плотность.
Самая темная планета и звуки, стоящие за наукой TrES‑2b, транзитный газовый гигант, обнаруженный сетью небольших 10‑сантиметровых телескопов, отражает лишь около 1% падающего звездного света - он темнее сажи. На его дневной стороне практически нет отраженного света, что делает его светопоглощающий состав загадкой. Наблюдения проходят в тишине, но подготовка гигантских телескопов ‑ это лязгающий танец со сложными механизмами.