Экзопланеты: история открытия и современные достижения

Страница 2

Но, пожалуй, самое сенсационное заключается в том, что согласно данной гипотезе, эта «невидимка» должна обращаться по своей орбите в сторону противоположную движению планет Солнечной системы. Такая орбита неустойчива и никакой объект на ней не смог бы оставаться вблизи Солнца со времен возникновения Солнечной системы. Но это значит, что в Солнечной системе такая планета появилась намного позже и представляла собой блуждавшую в космосе «беспризорную» планету, которая по воле случая была «захвачена» Солнцем.

Одной из важных задач астрономии является достижение понимания процесса образования планетных систем вокруг той или иной звезды. Уже очевидно, что образование планет – не столь редкое явление. На повестке – установление размеров «новых» планет, определение их орбит и т.п. Это необходимо для уяснения процесса зарождения планет из пылевых дисков, окружающих звезды. Именно они и поставляют материал для формирования планет. Но распознать весьма слабо светящиеся диски, состоящие из мелких, разряженных пылевых частиц, пока удалось лишь в нескольких случаях.

По современным представлениям о ходе образования планет, их ядро формируется из твердых планетезималей (слипшихся комков полевых частиц). Когда масса ядра достигает определённого критического значения, масса планеты начинает быстро возрастать как результат аккреции межзвездного газа, происходящего с высокой скоростью. Этому процессу содействует и миграция планеты из внешних областей протопланетного диска к его центру.

Планеты земного типа обладают значительно меньшей массой, чем планеты-гиганты, у которых основная масса приходится на газовую составляющую.

В самом начале формирования планеты были нагретыми телами. Недра планет, в том числе и Земли, и сейчас имеют температуру в тысяча градусов по Цельсию. При остывании поверхности и образуется рельеф поверхности, подобный тому, который мы видим на Земле и наблюдаем на землеподобных планетах. А «наш» Юпитер совсем лишь немного по массе не «дотянул» до звезды, чтобы в его недрах начались термоядерные реакции, которые и «сделали» бы его звездой.

Возможность существования экзопланет осуждается достаточно давно. В 1916 году американский астроном Эдуард Барнард предположил, что он открыл планету, влияющую на движение звезды, названной позже в честь первооткрывателя звездой Барнарда. Впоследствии выяснилось, что эта звезда находится на втором месте по удалённости от Солнца после системы Альфа Кентавра, но планеты у нее все же не оказалось.

Первым подтвердившимся открытием экзопланеты стало обнаружение ее у радиопульсара, находящегося на расстоянии в 1000 световых лет от Солнца. Оно было сделано в 1991 году польским астрономом Алексом Вольцжаном. К 1993 году выявилось присутствие рядом с этим пульсаром трех планет с массами 0.2, 4.3 и 3.6 массы Земли. В 1996 году было установлено, что имеется и четвертая планета с массой Сатурна. И если у первых трех период обращения вокруг нейтронной звезды составил, соответственно , 25, 67, и 98 суток, то у четвертой – около 170 лет. Таким образом, была сразу же обнаружена целая планетная система.

Обнаруженная планетная система считается весьма странной. Нейтронная звезда возникает в результате взрыва сверхновой. В момент взрыва звезда теряет большую часть своей массы и возникший пульсар не может удержать рядом с собой планеты, которыми могла обладать массивная звезда. Поэтому маломассивные спутники, обнаруженные рядом с пульсаром RSR1257+12, сформировались после взрыва сверхновой. Но из чего и как – неясно. Подобного рода планеты по причине неясного происхождения считают каким-то неполноценным. К тому же лишь еще у одного далекого пульсара, хотя их открыто уже более 1000, обнаружилось наличие планеты. Последняя оказалась гигантом, в несколько раз массивнее Юпитера.

Метод обнаружения планет имеет под собой следующую физическую основу. Вращающаяся нейтронная звезда – пульсар излучает строго периодические электромагнитные импульсы. Пульсары – чрезвычайно стабильные источники радиосигналов. Поэтому радиоастрономы определяют скорость их движения с точностью до 1 см в секунду.

Гравитационное воздействие планеты приводит к «покачиванию» пульсара и к периодическому прерыванию посылаемого ею радиоимпульса. Открытие первой «настоящей» экзопланеты датируется 1995 годом. В основе открытия – математическая обработка компьютером полученных с помощью телескопа данных наблюдения за движением и светимостью звезды. Оно было сделано астрономами Женевской обсерватории, которые измеряли скорости движения 142 звезд, похожих по своим характеристикам на Солнце и находящихся в «близи» Земли. В результате выяснилось: звезда 51 в созвездии Пегаса, удаленная от Солнца на 50 световых лет, испытывает периодические «покачивания», обусловленные наличием у нее планеты-гиганта. Расстояние между планетой и звездой в 20 раз меньше, чем от Земли до Солнца. Планета мчится с бешенной скоростью, обегая звезду за 4 дня. Из-за близости к звезде поверхность планеты должна быть нагрета до 700 градусов по Цельсию, так сказать, «Горячий Юпитер»! Обнаружились и другие системы, в которых планеты-гиганты образовались очень близко к своей звезде и подобны первооткрывательнице этого списка. Для их обозначения в обиход вошел термин «горячий Юпитер». К 2006 году обнаружено уже свыше 150 таких «горячих Юпитеров».

Следует в тоже время еще раз пояснить смысл термина «поиска планет». Звезды наблюдаются с помощью телескопов, соединенных с компьютером, который управляет процессом согласно созданной для этой цели программе. Регистрируется электромагнитное излучение, испускаемое каждой из наблюдаемых звезд, которое затем анализируется для установления наличия отклонений в их спектре. Например, о присутствии планеты, если наблюдение ведется в видимой части спектра, т.е. фиксируется световой поток, может сигнализировать внезапное увеличение яркости изображения звезды. Причина такого явления может быть связана с гравитационным воздействием планеты на лучи света, исходящие от «Солнца». Когда она проходит между своим «солнцем» и направлением, в котором находится Земля, тяготение планеты, подобно линзе, собирает его лучи.

Разумеется, возможны и другие объяснения таких кратковременных вспышек звезд. Поэтому так много было «открытий», которые истинными открытиями так и не стали. И требуются многократные проверки, чтобы исключить всякие сомнения.

Особые старания астрономов направлены на поиск планет, подобных Земле. В августе 2004 года удача улыбнулась группе португальских ученых, работающих в обсерватории Ла Силья в Чили. В созвездии Жертвенника была открыта планета, которая, по мнению исследователей, не является газовым гигантом и имеет твердую поверхность. Планета делает оборот вокруг своего светила за 9.55 суток и находится от него на расстоянии 13 миллионов километров, т.е. вдесятеро меньшим, чем Земля от Солнца. Масса ее оценивается приблизительно в 14 масс Земли, по размеру она соответствует примерно Урану. Планета официально пока безымянная, но ее уже окрестили Суперземлей. Из-за того, что она расположена близко к звезде, температура на поверхности оценивается в 650 градусов по Цельсию, что слишком много для возможности возникновения любой из известных жизненных форм. Ее скорее можно рассматривать как гигантский аналог Меркурия. На научном форуме в июле 2004 года в Стокгольме новое открытие было названо важнейшим после обнаружения в 1995 года первой «настоящей» экзопланеты. В целом обнаружение экзопланет стало одним из крупнейших достижений 20-го столетия. Стало очевидным: Солнечная система не уникальна. Учитывая, что в нашей Галактике порядка 150 миллиардов звезд, вполне возможно, что у половины из них могут быть планеты. Специалисты в тоже время полагают, что несмотря на интенсивное развитие технологий поиска экзопланет, может пройти не менее десяти лет до того, как ученые смогут обнаружить планеты, подобные Земле.

Таким образом, формирование планет рядом со звездами – закономерный этап развития звездных систем. В то же время Солнечная система во многом нетипична. Земля находится в «зоне жизни», т.е. в области умеренных температур на поверхности планеты и обладает биосферой. Такое особое положение Земли связано с тем, что планеты-гиганты Солнечной системы, которые движутся вне «зоны жизни», позволяют существовать длительное время в такой зоне планетам земного типа.