Сравнение вероятного размера WASP-17b , экзопланеты в созвездии Скорпиона , с Юпитером (слева) с использованием приближенных моделей радиуса планеты как функции массы. [1] [2]
Экзопланета внесолнечная или планета — это планета за пределами Солнечной системы . Первое возможное свидетельство существования экзопланеты было отмечено в 1917 году, но тогда не было признано таковым. Первое подтверждение обнаружения произошло в 1992 году. Другая планета, впервые обнаруженная в 1988 году, была подтверждена в 2003 году. По состоянию на 1 июля 2024 года в 4868 планетных системах имеется 6660 подтвержденных экзопланет , причем 995 систем имеют более одной планеты . [3] [4] состав , Ожидается, что космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) обнаружит больше экзопланет и даст больше информации об их характеристиках, таких как их условия окружающей среды и потенциал для жизни . [5]
Наименее экзопланета массивная известная — Драугр (также известная как PSR B1257+12 A или PSR B1257+12 b), масса которой примерно в два раза превышает массу Луны . Самая массивная экзопланета, занесенная в Архив экзопланет НАСА, — HR 2562 b . [11] [12] [13] примерно в 30 раз больше массы Юпитера . Однако согласно некоторым определениям планеты (основанным на ядерном синтезе дейтерия [14] ), он слишком массивен, чтобы быть планетой, и вместо этого может быть коричневым карликом . Известное время обращения экзопланет варьируется от менее часа (для ближайших к звезде) до тысяч лет. Некоторые экзопланеты находятся настолько далеко от звезды, что трудно сказать, связаны ли они с ней гравитацией.
Планеты-изгои — это те, которые не вращаются вокруг какой-либо звезды. Такие объекты считаются отдельной категорией планет, особенно если они являются газовыми гигантами , часто причисляемыми к субкоричневым карликам . [19] Число планет-изгоев в Млечном Пути, возможно, исчисляется миллиардами или даже больше. [20] [21]
Официальное определение термина «планета», используемое Международным астрономическим союзом (МАС), охватывает только Солнечную систему и, следовательно, не распространяется на экзопланеты. [22] [23] Рабочая группа МАС по внесолнечным планетам в 2001 году опубликовала заявление о позиции, содержащее рабочее определение слова «планета», которое было изменено в 2003 году. [24] Экзопланета : определялась по следующим критериям
Объекты с истинными массами ниже предельной массы для термоядерного синтеза дейтерия (в настоящее время рассчитанной как 13 масс Юпитера для объектов солнечной металличности ), которые вращаются вокруг звезд или звездных остатков, являются «планетами» (независимо от того, как они образовались). Минимальная масса/размер, необходимая для того, чтобы внесолнечный объект считался планетой, должна быть такой же, как и в Солнечной системе.
Субзвездные объекты с истинными массами выше предельной массы для термоядерного синтеза дейтерия являются « коричневыми карликами », независимо от того, как они образовались и где они расположены.
Свободно плавающие объекты в молодых звездных скоплениях с массами ниже предельной массы для термоядерного синтеза дейтерия не являются «планетами», а являются «субкоричневыми карликами» (или какое-то другое название, которое наиболее подходит).
В это рабочее определение были внесены поправки Комиссией F2 МАС: Экзопланеты и Солнечная система в августе 2018 года. [25] [26] Официальное рабочее определение экзопланеты теперь выглядит следующим образом:
Объекты с истинными массами ниже предельной массы для термоядерного синтеза дейтерия (в настоящее время рассчитанной как 13 масс Юпитера для объектов солнечной металличности), которые вращаются вокруг звезд, коричневых карликов или остатков звезд и имеют соотношение масс с центральным объектом ниже L4/ Нестабильность L5 M/M ( центральная < 2/(25+ √ 621 )) являются «планетами» (независимо от того, как они образовались).
Минимальная масса/размер, необходимая для того, чтобы внесолнечный объект считался планетой, должна быть такой же, как и в нашей Солнечной системе.
Рабочее определение МАС используется не всегда. Одно альтернативное предложение состоит в том, что планеты следует отличать от коричневых карликов на основании их образования. Широко распространено мнение, что планеты-гиганты образуются в результате аккреции ядра , в результате чего иногда могут образовываться планеты с массами, превышающими порог синтеза дейтерия; [27] [28] [14] массивные планеты такого типа, возможно, уже наблюдались. [29] Коричневые карлики формируются, как звезды, в результате прямого гравитационного коллапса газовых облаков, и этот механизм образования также создает объекты, которые находятся ниже предела 13 M Jup и могут иметь размер всего 1 M Jup . [30] Объекты в этом диапазоне масс, которые вращаются вокруг своих звезд на расстоянии в сотни или тысячи астрономических единиц и имеют большое соотношение масс звезды и объекта, вероятно, сформировались как коричневые карлики; их атмосферы, вероятно, будут иметь состав, более похожий на состав их родительской звезды, чем на планеты, образовавшиеся в результате аккреции, которые будут содержать повышенное содержание более тяжелых элементов. Большинство планет, полученных прямым изображением по состоянию на апрель 2014 года, массивны и имеют широкие орбиты, поэтому, вероятно, представляют собой маломассивный конец образования коричневых карликов. [31] Одно исследование предполагает, что объекты на высоте выше 10 M Jup образовались в результате гравитационной нестабильности, и их не следует рассматривать как планеты. [32]
Кроме того, обрезание массы 13 Юпитера не имеет точного физического значения. Синтез дейтерия может происходить в некоторых объектах с массой ниже этой границы. [14] Количество слитого дейтерия в некоторой степени зависит от состава объекта. [33] По состоянию на 2011 год в Энциклопедию внесолнечных планет были включены объекты массой до 25 масс Юпитера, в которых говорилось: «Тот факт, что в наблюдаемом спектре масс нет никаких особенностей около 13 M Юпитера, усиливает решение забыть об этом пределе массы». [34] С 2016 года этот предел был увеличен до 60 масс Юпитера. [35] на основе изучения зависимости массы от плотности. [36] Exoplanet Data Explorer включает объекты массой до 24 Юпитера с предупреждением: «Выделение 13 масс Юпитера Рабочей группой МАС физически необоснованно для планет со скалистым ядром и проблематично для наблюдений из-за греховной двусмысленности ». [37] включает Архив экзопланет НАСА объекты с массой (или минимальной массой), равной или меньшей 30 масс Юпитера. [38] Другой критерий разделения планет и коричневых карликов, а не синтез дейтерия, процесс образования или местоположение, заключается в том, ли давление преобладает в ядре кулоновского давления или давления электронного вырождения с разделительной линией около 5 масс Юпитера. [39] [40]
Соглашение об именах экзопланет является расширением системы, используемой для обозначения систем с несколькими звездами, принятой Международным астрономическим союзом (МАС). Для экзопланет, вращающихся вокруг одной звезды, обозначение IAU формируется путем использования обозначенного или собственного имени родительской звезды и добавления строчной буквы. [42] Буквы даны в порядке открытия каждой планеты вокруг родительской звезды, так что первая планета, открытая в системе, обозначается буквой «b» (родительская звезда считается «а»), а последующие планеты получают последующие буквы. Если одновременно обнаружено несколько планет в одной системе, следующая буква получает ближайшая к звезде планета, за ней следуют остальные планеты в порядке размера орбиты. Существует временный стандарт, одобренный МАС, позволяющий обозначать циркумбинарные планеты . Ограниченное количество экзопланет имеет собственные имена, одобренные МАС . Существуют и другие системы именования.
На протяжении веков ученые, философы и писатели-фантасты подозревали, что внесолнечные планеты существуют, но не было никакого способа узнать, реальны ли они на самом деле, насколько они распространены или насколько они могут быть похожи на планеты Солнечной системы . Различные заявления об обнаружении, сделанные в девятнадцатом веке, были отвергнуты астрономами.
Первое свидетельство возможного существования экзопланеты, вращающейся вокруг Ван-Маанена 2 , было отмечено в 1917 году, но не было признано таковым. Астроном Уолтер Сидней Адамс , который позже стал директором обсерватории Маунт-Вилсон , получил спектр звезды с помощью 60-дюймового телескопа Маунт-Вилсон . Он интерпретировал спектр как спектр звезды главной последовательности F-типа , но теперь считается, что такой спектр мог быть вызван остатками близлежащей экзопланеты, которые были распылены гравитацией звезды, образовавшаяся пыль затем падение на звезду. [43]
Первое предполагаемое научное обнаружение экзопланеты произошло в 1988 году. Вскоре после этого первое подтверждение обнаружения пришло в 1992 году из обсерватории Аресибо , когда было обнаружено несколько планет земной массы, вращающихся вокруг пульсара PSR B1257+12 . [44] Первое подтверждение существования экзопланеты, вращающейся вокруг звезды главной последовательности, было сделано в 1995 году, когда была обнаружена планета-гигант на четырехдневной орбите вокруг соседней звезды 51 Пегаса . Некоторые экзопланеты были получены непосредственно с помощью телескопов, но подавляющее большинство было обнаружено с помощью косвенных методов, таких как транзитный метод и метод лучевых скоростей . В феврале 2018 года исследователи, использующие рентгеновскую обсерваторию Чандра в сочетании с методом обнаружения планет, называемым микролинзированием , обнаружили доказательства существования планет в далекой галактике, заявив: «Некоторые из этих экзопланет столь же (относительно) малы, как Луна, в то время как другие такие же массивные, как Юпитер. В отличие от Земли, большинство экзопланет не связаны тесно со звездами, поэтому они фактически блуждают в космосе или свободно вращаются по орбитам между звездами. Мы можем оценить, что количество планет в этой [далекой] галактике больше. чем триллион». [45]
21 марта 2022 года было подтверждено существование 5000-й экзопланеты за пределами Солнечной системы. [46]
В шестнадцатом веке итальянский философ Джордано Бруно , один из первых сторонников теории Коперника о том, что Земля и другие планеты вращаются вокруг Солнца ( гелиоцентризм ), выдвинул точку зрения, что неподвижные звезды подобны Солнцу и также сопровождаются планетами.
В восемнадцатом веке та же возможность была упомянута Исааком Ньютоном в « Общей схолии », завершающей его «Начала» . Сравнивая планеты Солнца, он писал: «И если неподвижные звезды являются центрами подобных систем, то все они будут построены по одному и тому же замыслу и подчиняться владычеству Одного ». [49]
первого горячего Юпитера В 1952 году, более чем за 40 лет до открытия , Отто Струве написал, что нет веской причины, по которой планеты не могли бы находиться намного ближе к своей родительской звезде, чем в Солнечной системе, и предположил, что доплеровская спектроскопия и транзитный метод мог бы обнаружить суперюпитеры на коротких орбитах. [50]
В 1950-х и 1960-х годах Питер ван де Камп из Суортмор-колледжа сделал еще одну выдающуюся серию заявлений об обнаружении, на этот раз планет, вращающихся вокруг звезды Барнарда . [54] Сейчас астрономы обычно считают все ранние сообщения об обнаружении ошибочными. [55]
По состоянию на 1 июля 2024 года в Энциклопедии внесолнечных планет внесено в общей сложности 6660 подтвержденных экзопланет, включая несколько, которые были подтверждением спорных утверждений конца 1980-х годов. [3] Первое опубликованное открытие, получившее последующее подтверждение, было сделано в 1988 году канадскими астрономами Брюсом Кэмпбеллом, Г.А.Уокером и Стивенсоном Янгом из Университета Виктории и Университета Британской Колумбии . [58] Хотя они были осторожны в заявлениях об обнаружении планет, их наблюдения лучевых скоростей показали, что планета вращается вокруг звезды Гамма Цефеи . Отчасти потому, что в то время наблюдения находились на самом пределе инструментальных возможностей, астрономы в течение нескольких лет скептически относились к этому и другим подобным наблюдениям. Считалось, что некоторые из видимых планет могли быть коричневыми карликами , объектами, промежуточными по массе между планетами и звездами. В 1990 году были опубликованы дополнительные наблюдения, подтвердившие существование планеты, вращающейся вокруг Гаммы Цефеи. [59] но последующая работа 1992 года снова вызвала серьезные сомнения. [60] Наконец, в 2003 году усовершенствованные методы позволили подтвердить существование планеты. [61]
Коронографическое изображение AB Pictoris, показывающее компаньона (внизу слева), который является либо коричневым карликом, либо массивной планетой. Данные были получены 16 марта 2003 года с помощью NACO на VLT с использованием маски затмения 1,4 угловых секунды на вершине AB Pictoris.
9 января 1992 года радиоастрономы Александр Вольщан и Дейл Фрайл объявили об открытии двух планет, вращающихся вокруг пульсара PSR 1257+12 . [44] Это открытие было подтверждено и обычно считается первым окончательным обнаружением экзопланет. Последующие наблюдения подтвердили эти результаты, а подтверждение существования третьей планеты в 1994 году возродило эту тему в популярной прессе. [62] Считается, что эти планеты-пульсары образовались из необычных остатков сверхновой , породившей пульсар, во втором раунде формирования планет, или же представляют собой оставшиеся каменистые ядра газовых гигантов , которые каким-то образом пережили сверхновую, а затем распались до нынешних. орбиты. Поскольку пульсары являются агрессивными звездами, в то время считалось маловероятным, что на их орбите может образоваться планета. [63]
Первоначально наиболее известными экзопланетами были массивные планеты, вращавшиеся очень близко к своим родительским звездам. Астрономы были удивлены этими « горячими Юпитерами », поскольку теории формирования планет указывали на то, что планеты-гиганты должны формироваться только на больших расстояниях от звезд. Но со временем было обнаружено больше планет других типов, и теперь ясно, что горячие Юпитеры составляют меньшинство экзопланет. [65] В 1999 году Ипсилон Андромеды стал первой звездой главной последовательности, имеющей несколько планет. [68] Кеплер-16 содержит первую обнаруженную планету, вращающуюся вокруг двойной звездной системы главной последовательности. [69]
26 февраля 2014 года НАСА объявило об открытии Кеплер космическим телескопом 715 недавно подтвержденных экзопланет около 305 звезд . Эти экзопланеты были проверены с использованием статистического метода, называемого «проверка по множественности». [70] [71] [72] До этих результатов большинство подтвержденных планет были газовыми гигантами, сравнимыми по размеру с Юпитером или больше, потому что их было легче обнаружить, но размеры планет Кеплера в основном находятся между размером Нептуна и размером Земли. [70]
23 июля 2015 года НАСА объявило о Kepler-452b , планете размером около Земли, вращающейся вокруг обитаемой зоны звезды типа G2. [73]
6 сентября 2018 года НАСА обнаружило экзопланету на расстоянии около 145 световых лет от Земли в созвездии Девы. [74] Эта экзопланета, Wolf 503b, в два раза больше Земли и была обнаружена на орбите звезды, известной как «Оранжевый карлик». Wolf 503b совершает один оборот всего за шесть дней, поскольку находится очень близко к звезде. Вольф 503b — единственная экзопланета такого размера, которую можно найти вблизи так называемого разрыва малого радиуса планеты . Разрыв, иногда называемый разрывом Фултона, [74] [75] Это наблюдение о том, что необычно найти экзопланеты размером от 1,5 до 2 раз больше радиуса Земли. [76]
В январе 2020 года ученые объявили об открытии TOI 700 d , первой планеты размером с Землю в обитаемой зоне, обнаруженной TESS. [77]
По состоянию на январь 2020 года миссии НАСА «Кеплер» и TESS выявили 4374 кандидата на планеты, которые еще не подтверждены. [78] некоторые из них размером почти с Землю и расположены в обитаемой зоне, некоторые - вокруг звезд, подобных Солнцу. [79] [80] [81]
Планеты чрезвычайно тусклые по сравнению со своими родительскими звездами. Например, звезда, подобная Солнцу, примерно в миллиард раз ярче, чем отраженный свет от любой экзопланеты, вращающейся вокруг нее. Обнаружить такой слабый источник света сложно, к тому же родительская звезда вызывает блики, которые стремятся его размыть. Необходимо блокировать свет родительской звезды, чтобы уменьшить блики, оставляя при этом видимым свет от планеты; сделать это — серьезная техническая задача, требующая исключительной оптотермической стабильности . [88] Все экзопланеты, которые были получены непосредственно на изображениях, большие (более массивные, чем Юпитер ) и далеко удалены от своих родительских звезд.
Специально разработанные инструменты прямого изображения, такие как Gemini Planet Imager , VLT-SPHERE и SCExAO, позволят получить изображения десятков газовых гигантов, но подавляющее большинство известных внесолнечных планет были обнаружены только косвенными методами.
Когда звезда находится за планетой, ее яркость кажется тусклой. Если планета пересекает (или проходит ) перед диском своей родительской звезды, то наблюдаемая яркость звезды падает на небольшую величину. Степень тусклости звезды зависит, среди прочего, от ее размера и размера планеты. Поскольку метод транзита требует, чтобы орбита планеты пересекала линию прямой видимости между звездой-хозяином и Землей, вероятность того, что экзопланета на случайно ориентированной орбите будет наблюдаться при прохождении звезды, несколько мала. Телескоп Кеплер использовал этот метод.
Обнаружений экзопланет в год по состоянию на август 2023 г. [89]
Когда планета вращается вокруг звезды, звезда также движется по своей небольшой орбите вокруг центра масс системы. Изменения лучевой скорости звезды, то есть скорости, с которой она движется к Земле или от нее, можно обнаружить по смещениям спектральных линий звезды из-за эффекта Доплера . Могут наблюдаться чрезвычайно малые изменения лучевой скорости — 1 м/с или даже несколько меньше. [90]
Когда присутствует несколько планет, каждая из них слегка возмущает орбиты других. Таким образом, небольшие изменения во времени прохождения одной планеты могут указывать на присутствие другой планеты, которая сама может проходить транзит, а может и не проходить. Например, вариации в транзитах планеты Кеплер-19b предполагают существование второй планеты в системе, нетранзитной Кеплер-19с . [91] [92]
Продолжительность: 1 минута 21 секунда. 1:21 Анимация, показывающая разницу между временем прохождения планет в однопланетных и двухпланетных системах.
Когда планета вращается вокруг нескольких звезд или если у планеты есть спутники, время ее прохождения может значительно варьироваться в зависимости от прохождения. Хотя с помощью этого метода не было обнаружено новых планет или спутников, он используется для успешного подтверждения многих транзитных орбитальных планет. [93]
Микролинзирование происходит, когда гравитационное поле звезды действует как линза, увеличивая свет далекой фоновой звезды. Планеты, вращающиеся вокруг линзирующей звезды, могут вызывать заметные аномалии увеличения, поскольку оно меняется со временем. В отличие от большинства других методов, которые имеют уклон в обнаружении планет с маленькими (или для разрешенных изображений - большими) орбитами, метод микролинзирования наиболее чувствителен к обнаружению планет на расстоянии около 1–10 а.е. от звезд, подобных Солнцу.
Астрометрия заключается в точном измерении положения звезды на небе и наблюдении изменений этого положения с течением времени. Движение звезды под действием гравитационного воздействия планеты можно наблюдать. Однако из-за того, что движение настолько мало, этот метод был не очень продуктивным до 2020-х годов. Было сделано лишь несколько подтвержденных открытий. [94] [95] хотя его успешно использовали для исследования свойств планет, обнаруженных другими способами.
Пульсар сверхновая (маленький, сверхплотный остаток звезды, взорвавшейся как ) чрезвычайно регулярно излучает радиоволны во время своего вращения. Если планеты вращаются вокруг пульсара, они вызовут небольшие аномалии во времени наблюдаемых радиоимпульсов. первое подтвержденное открытие внесолнечной планеты С помощью этого метода было сделано . Но по состоянию на 2011 год это было не очень продуктивно; Таким образом было обнаружено пять планет вокруг трех разных пульсаров.
Подобно пульсарам, существуют и другие типы звезд, проявляющие периодическую активность. Отклонения от периодичности иногда могут быть вызваны планетой, вращающейся вокруг нее. По состоянию на 2013 год с помощью этого метода было обнаружено несколько планет. [96]
Когда планета вращается очень близко к звезде, она улавливает значительное количество звездного света. Когда планета вращается вокруг звезды, количество света меняется из-за того, что планеты имеют фазы с точки зрения Земли или планеты светятся больше с одной стороны, чем с другой, из-за разницы температур. [97]
Релятивистское излучение измеряет наблюдаемый поток от звезды из-за ее движения. Яркость звезды меняется по мере того, как планета приближается или удаляется от своей звезды. [98]
Массивные планеты, расположенные вблизи своих звезд-хозяев, могут слегка деформировать форму звезды. Это приводит к тому, что яркость звезды слегка отклоняется в зависимости от того, как она вращается относительно Земли. [99]
С помощью метода поляриметрии поляризованный свет, отраженный от планеты, отделяется от неполяризованного света, излучаемого звездой. С помощью этого метода не было обнаружено новых планет, хотя несколько уже открытых планет были обнаружены с помощью этого метода. [100] [101]
Многие звезды окружают диски космической пыли, которые, как полагают, возникли в результате столкновений астероидов и комет. Пыль можно обнаружить, поскольку она поглощает звездный свет и повторно излучает его в виде инфракрасного излучения. Особенности дисков могут указывать на наличие планет, хотя это не считается окончательным методом обнаружения.
Планеты могут формироваться в течение нескольких-десятков (или более) миллионов лет после формирования звезд. [102] [103] [104] [105] [106] Планеты Солнечной системы можно наблюдать только в их современном состоянии, но наблюдения за разными планетными системами разного возраста позволяют наблюдать планеты на разных стадиях эволюции. Доступные наблюдения варьируются от молодых протопланетных дисков, где планеты все еще формируются. [107] к планетным системам возрастом более 10 миллиардов лет. [108] Когда планеты формируются в газовом протопланетном диске , [109] они аккрецируют водородно - гелиевые оболочки. [110] [111] Эти оболочки со временем остывают и сжимаются, и, в зависимости от массы планеты, часть или весь водород/гелий в конечном итоге теряется в космосе. [109] Это означает, что даже планеты земной группы могут иметь большие радиусы, если они формируются достаточно рано. [112] [113] [114] Примером может служить Kepler-51b, масса которого лишь примерно в два раза превышает массу Земли, но почти равна размеру Сатурна, масса которого в сто раз превышает массу Земли. Kepler-51b довольно молод, ему несколько сотен миллионов лет. [115]
Используя данные Кеплера , была найдена корреляция между металличностью звезды и вероятностью того, что у звезды есть гигантская планета, похожая на размер Юпитера . Звезды с более высокой металличностью с большей вероятностью будут иметь планеты, особенно планеты-гиганты, чем звезды с более низкой металличностью. [120]
На этой цветовой диаграмме сравниваются цвета планет Солнечной системы с экзопланетой HD 189733b . Глубокий синий цвет экзопланеты создается каплями силиката , которые рассеивают синий свет в ее атмосфере.
Видимая яркость ( видимая звездная величина ) планеты зависит от того, насколько далеко находится наблюдатель, насколько планета отражает свет (альбедо) и сколько света планета получает от своей звезды, что зависит от того, насколько далеко планета находится от звезды. и насколько ярка звезда. Таким образом, планета с низким альбедо, находящаяся близко к своей звезде, может казаться ярче, чем планета с высоким альбедо, расположенная далеко от звезды. [128]
Самая темная известная планета с точки зрения геометрического альбедо — это TrES-2b , горячий Юпитер , который отражает менее 1% света своей звезды, что делает его менее отражающим, чем уголь или черная акриловая краска. Ожидается, что горячие юпитеры будут довольно темными из-за натрия и калия в их атмосферах, но неизвестно, почему TrES-2b такой темный — это может быть связано с неизвестным химическим соединением. [129] [130] [131]
Для газовых гигантов геометрическое альбедо обычно уменьшается с увеличением металличности или температуры атмосферы, если только нет облаков, которые могут изменить этот эффект. Увеличение глубины столба облаков увеличивает альбедо в оптических длинах волн, но уменьшает его в некоторых инфракрасных длинах волн. Оптическое альбедо увеличивается с возрастом, поскольку более старые планеты имеют более высокую глубину столба облаков. Оптическое альбедо уменьшается с увеличением массы, поскольку планеты-гиганты с большей массой имеют более высокую поверхностную гравитацию, что приводит к меньшей глубине столба облаков. Кроме того, эллиптические орбиты могут вызывать серьезные колебания состава атмосферы, что может иметь значительный эффект. [132]
На некоторых длинах волн, близких к инфракрасному, у массивных и/или молодых газовых гигантов теплового излучения больше, чем отражения. Таким образом, хотя оптическая яркость полностью зависит от фазы , в ближней инфракрасной области это не всегда так. [132]
Температура газовых гигантов снижается со временем и по мере удаления от их звезд. Понижение температуры увеличивает оптическое альбедо даже без облаков. При достаточно низкой температуре образуются водяные облака, которые еще больше увеличивают оптическое альбедо. При еще более низких температурах образуются облака аммиака, что приводит к самым высоким альбедо в большинстве оптических и ближних инфракрасных волн. [132]
В 2014 году магнитное поле вокруг HD 209458 b было обнаружено на основе испарения водорода с планеты. Это первое (косвенное) обнаружение магнитного поля на экзопланете. По оценкам, магнитное поле примерно в десять раз слабее магнитного поля Юпитера. [133] [134]
Магнитные поля экзопланет можно обнаружить по их авроральному радиоизлучению с помощью достаточно чувствительных радиотелескопов, таких как LOFAR . [135] [136] Радиоизлучение может позволить определить скорость вращения внутренней части экзопланеты и может дать более точный способ измерения вращения экзопланеты, чем путем изучения движения облаков. [137]
Магнитное поле Земли возникает из-за ее текучего жидко-металлического ядра, но на массивных суперземлях с высоким давлением могут образовываться различные соединения, не соответствующие тем, которые создаются в земных условиях. Могут образовываться соединения с более высокой вязкостью и высокими температурами плавления, что может предотвратить разделение недр на разные слои и, таким образом, привести к образованию недифференцированных мантий без ядра. Формы оксида магния, такие как MgSi 3 O 12, могут быть жидким металлом при давлениях и температурах, присущих суперземлям, и могут генерировать магнитное поле в мантиях суперземель. [138] [139]
горячие юпитеры Было замечено, что имеют больший радиус, чем ожидалось. Это может быть вызвано взаимодействием между звездным ветром планеты, и магнитосферой создающим электрический ток через планету, который нагревает ее ( Джоулево нагрев ), заставляя ее расширяться. Чем более магнитно активна звезда, тем сильнее звездный ветер и тем сильнее электрический ток, что приводит к большему нагреву и расширению планеты. Эта теория соответствует наблюдению о том, что звездная активность коррелирует с увеличенными радиусами планет. [140]
В 2019 году была оценена сила поверхностных магнитных полей четырех горячих Юпитеров , которая колебалась от 20 до 120 гаусс по сравнению с поверхностным магнитным полем Юпитера, равным 4,3 гаусса. [144] [145]
В 2007 году две независимые группы исследователей пришли к противоположным выводам о вероятности тектоники плит на более крупных суперземлях. [146] [147] одна команда заявила, что тектоника плит будет эпизодической или застойной. [148] а другая команда утверждает, что тектоника плит весьма вероятна на суперземлях, даже если планета сухая. [149]
Если на суперземлях будет более чем в 80 раз больше воды, чем на Земле, то они станут планетами-океанами, вся суша которых будет полностью затоплена. Однако если воды меньше этого предела, то глубоководный цикл будет перемещать достаточно воды между океанами и мантией, чтобы позволить континентам существовать. [150] [151]
Большие колебания температуры поверхности 55 Cancri e объясняются возможной вулканической активностью, высвобождающей большие облака пыли, которые покрывают планету и блокируют тепловые выбросы. [152] [153]
Яркость оптических изображений Фомальгаута b может быть связана с отражением звездного света от околопланетной кольцевой системы с радиусом от 20 до 40 раз больше радиуса Юпитера, что примерно соответствует размеру орбит галилеевых спутников . [156]
Кольца газовых гигантов Солнечной системы выровнены по экватору их планеты. Однако для экзопланет, вращающихся близко к своей звезде, приливные силы звезды приведут к тому, что самые внешние кольца планеты будут выровнены с плоскостью орбиты планеты вокруг звезды. Самые внутренние кольца планеты по-прежнему будут выровнены по экватору планеты, так что, если планета имеет наклонную ось вращения , то различное расположение внутреннего и внешнего колец создаст искривленную систему колец. [157]
более пятидесяти транзитных и пять непосредственно отображенных атмосфер экзопланет. По состоянию на февраль 2014 года было обнаружено [162] что приводит к обнаружению молекулярных спектральных особенностей; наблюдение за градиентами дневной и ночной температуры; и ограничения на вертикальную структуру атмосферы. [163] Также атмосфера была обнаружена на непроходном горячем Юпитере Тау Боэтис b . [164] [165]
В мае 2017 года было обнаружено, что вспышки света с Земли , мерцающие от орбитального спутника, находящегося на расстоянии миллиона миль, являются отраженным светом от кристаллов льда в атмосфере . [166] [167] Технология, использованная для определения этого, может быть полезна при изучении атмосфер далеких миров, в том числе экзопланет.
KIC 12557548 b — небольшая каменистая планета, расположенная очень близко к своей звезде, которая испаряется и оставляет за собой хвост из облаков и пыли, похожий на комету . [168] Пыль может быть пеплом, извергающимся из вулканов и улетучившимся из-за низкой поверхностной гравитации маленькой планеты, или это может быть металлы, которые испаряются из-за высоких температур из-за близости к звезде, а пары металла затем конденсируются в пыль. [169]
В июне 2015 года ученые сообщили, что атмосфера GJ 436 b испарялась, в результате чего вокруг планеты образовалось гигантское облако, а из-за излучения родительской звезды - длинный хвост длиной 14 миллионов километров (9 миллионов миль). [170]
На планетах с приливной блокировкой, 1:1, находящихся в спин-орбитальном резонансе их звезда всегда сияла бы прямо над головой в одном месте, которое было бы горячим, а противоположное полушарие не получало бы света и было бы очень холодным. Такая планета могла бы напоминать глазное яблоко, горячей точкой которого был бы зрачок. [171] Планеты с эксцентричной орбитой могли бы попасть в другие резонансы. Резонансы 3:2 и 5:2 приведут к образованию двойного глазного яблока с горячими точками как в восточном, так и в западном полушариях. [172] Планеты как с эксцентричной орбитой, так и с наклоненной осью вращения будут иметь более сложную картину инсоляции. [173]
Особенности поверхности можно отличить от особенностей атмосферы, сравнивая спектроскопию излучения и отражения со спектроскопией пропускания . Спектроскопия экзопланет в среднем инфракрасном диапазоне может обнаружить каменистые поверхности, а ближний инфракрасный диапазон может идентифицировать океаны магмы или высокотемпературную лаву, поверхности гидратированных силикатов и водяной лед, что дает однозначный метод различения каменистых и газообразных экзопланет. [174]
Художественная иллюстрация температурной инверсии в атмосфере экзопланеты. [175]
Измерение интенсивности света, получаемого от родительской звезды, позволяет оценить температуру экзопланеты. Например, температура поверхности планеты OGLE-2005-BLG-390Lb оценивается примерно в -220 °C (50 К). планеты Однако такие оценки могут быть существенно ошибочными, поскольку они зависят от обычно неизвестного альбедо , а также потому, что такие факторы, как парниковый эффект, могут привести к неизвестным осложнениям. На некоторых планетах была измерена температура путем наблюдения за изменением инфракрасного излучения по мере того, как планета движется по своей орбите и затмевается своей родительской звездой. Например, средняя температура планеты HD 189733b составляет 1205 К (932 °C) на дневной стороне и 973 К (700 °C) на ночной стороне. [176]
По мере открытия новых планет область экзопланетологии продолжает перерастать в более глубокое изучение внесолнечных миров и в конечном итоге займется перспективой жизни на планетах за пределами Солнечной системы . [177] На космических расстояниях жизнь может быть обнаружена только в том случае, если она развилась в планетарном масштабе и сильно изменила планетарную среду таким образом, что эти изменения не могут быть объяснены классическими физико-химическими процессами (неравновесными процессами). [177] Например, молекулярный кислород ( O 2 ) в атмосфере Земли является результатом фотосинтеза живых растений и многих видов микроорганизмов, поэтому его можно использовать как индикатор жизни на экзопланетах, хотя небольшие количества кислорода также могут быть произведены небиологическими способами. [178] Более того, потенциально обитаемая планета должна вращаться вокруг стабильной звезды на расстоянии, в пределах которого объекты планетарной массы с достаточным атмосферным давлением могут поддерживать жидкую воду на своей поверхности. [179] [180]
Обитаемая зона вокруг звезды — это область, где температура как раз позволяет жидкой воде существовать на поверхности планеты; то есть не слишком близко к звезде, чтобы вода могла испариться, и не слишком далеко от звезды, чтобы вода замерзла. Тепло, выделяемое звездами, варьируется в зависимости от размера и возраста звезды, поэтому обитаемая зона у разных звезд может находиться на разном расстоянии. Кроме того, атмосферные условия на планете влияют на способность планеты сохранять тепло, так что расположение обитаемой зоны также специфично для каждого типа планет: на пустынных планетах (также известных как сухие планеты) с очень небольшим количеством воды будет меньше водяной пар в атмосфере, чем на Земле, и поэтому имеет меньший парниковый эффект, а это означает, что пустынная планета может содержать оазисы воды ближе к своей звезде, чем Земля к Солнцу. Недостаток воды также означает, что меньше льда, отражающего тепло в космос, поэтому внешний край обитаемой зоны пустынной планеты находится дальше. [181] [182] Скалистые планеты с толстой водородной атмосферой могут удерживать поверхностную воду намного дальше, чем расстояние между Землей и Солнцем. [183] Планеты с большей массой имеют более широкие обитаемые зоны, поскольку гравитация уменьшает глубину столба водяного облака, что уменьшает парниковый эффект водяного пара, тем самым перемещая внутренний край обитаемой зоны ближе к звезде. [184]
планет Скорость вращения является одним из основных факторов, определяющих циркуляцию атмосферы и, следовательно, структуру облаков: медленно вращающиеся планеты создают толстые облака, которые отражают больше света и поэтому могут быть обитаемы гораздо ближе к своей звезде. Земля с ее нынешней атмосферой была бы пригодна для жизни на орбите Венеры, если бы у нее было медленное вращение Венеры. Если Венера потеряла свой водный океан из-за безудержного парникового эффекта , то, вероятно, в прошлом скорость ее вращения была более высокой. С другой стороны, на Венере никогда не было океана, потому что водяной пар уходил в космос во время ее формирования. [185] и мог иметь медленное вращение на протяжении всей своей истории. [186]
Планеты с приливной блокировкой (также известные как планеты «глазного яблока»). [187] ) могут быть обитаемы ближе к своей звезде, чем считалось ранее, из-за эффекта облаков: при высоком звездном потоке сильная конвекция создает густые водяные облака вблизи субзвездной точки, которые значительно увеличивают планетарное альбедо и снижают температуру поверхности. [188]
Планеты в обитаемых зонах звезд с низкой металличностью более пригодны для жизни на суше, чем звезды с высокой металличностью, поскольку звездный спектр звезд с высокой металличностью с меньшей вероятностью вызывает образование озона, что позволяет большему количеству ультрафиолетовых лучей достигать поверхности планеты. [189] [190]
Обитаемые зоны обычно определяются с точки зрения температуры поверхности, однако более половины биомассы Земли состоит из подповерхностных микробов. [191] а температура увеличивается с глубиной, поэтому недра могут быть благоприятными для микробной жизни, когда поверхность заморожена, и если это учитывать, обитаемая зона простирается гораздо дальше от звезды, [192] даже на планетах-изгоях может быть жидкая вода на достаточной глубине под землей. [193] В более раннюю эпоху существования Вселенной температура космического микроволнового фона позволяла любым существовавшим каменистым планетам иметь жидкую воду на своей поверхности, независимо от их расстояния от звезды. [194] Планеты, подобные Юпитеру, возможно, непригодны для жизни, но у них могут быть обитаемые спутники . [195]
Внешний край обитаемой зоны — это место, где планеты полностью заморожены, но планеты, находящиеся глубоко внутри обитаемой зоны, могут периодически замерзать. Если орбитальные колебания или другие причины вызывают охлаждение, то это создает больше льда, но лед отражает солнечный свет, вызывая еще большее охлаждение, создавая петлю обратной связи, пока планета не замерзнет полностью или почти полностью. Когда поверхность замерзает, это останавливает выветривание углекислого газа , что приводит к накоплению углекислого газа в атмосфере в результате вулканических выбросов. Это создает парниковый эффект , который снова оттаивает планету. Планеты с большим осевым наклоном [196] с меньшей вероятностью впадут в состояние снежного кома и могут удерживать жидкую воду дальше от своей звезды. Большие колебания осевого наклона могут иметь даже больший эффект потепления, чем фиксированный большой наклон. [197] [198] Парадоксально, но планеты, вращающиеся вокруг более холодных звезд, таких как красные карлики, с меньшей вероятностью войдут в состояние снежного кома, поскольку инфракрасное излучение, испускаемое более холодными звездами, в основном имеет длины волн, которые поглощаются льдом и нагревают его. [199] [200]
Если планета имеет эксцентричную орбиту, то приливный нагрев может стать еще одним источником энергии, помимо звездного излучения. Это означает, что эксцентричные планеты в радиационной обитаемой зоне могут быть слишком горячими для жидкой воды. Приливы также со временем превращают орбиты в круговые , поэтому в обитаемой зоне могут быть планеты с круговыми орбитами, на которых нет воды, потому что раньше они имели эксцентричные орбиты. [201] Эксцентричные планеты, находящиеся дальше от обитаемой зоны, по-прежнему будут иметь замерзшую поверхность, но приливное нагревание может создать подземный океан, подобный европейскому . [202] В некоторых планетных системах, например в системе Ипсилон Андромеды , эксцентриситет орбит поддерживается или даже периодически изменяется за счет возмущений со стороны других планет системы. Приливный нагрев может вызвать выделение газа из мантии, способствуя образованию и пополнению атмосферы. [203]
Обзор, проведенный в 2015 году, определил экзопланеты Kepler-62f , Kepler-186f и Kepler-442b как лучших кандидатов на роль потенциально обитаемых. [204] Они находятся на расстоянии 1200, 490 и 1120 световых лет соответственно. Из них Kepler-186f имеет размер, равный 1,2 земного радиуса, и расположен ближе к внешнему краю обитаемой зоны вокруг своего красного карлика .
Если посмотреть на ближайшую кандидатуру в экзопланеты земной группы, Проксима Центавра b находится на расстоянии около 4,2 световых лет от нас. Его равновесная температура оценивается в -39 ° C (234 К). [205]
В ноябре 2013 года было подсчитано, что 22±8% Солнцеподобных [а] Звезды в галактике Млечный Путь могут иметь размер размером с Землю. [б] планета в обитаемом состоянии [с] зона. [8] [117] Если предположить, что в Млечном Пути 200 миллиардов звезд, [д] это будет 11 миллиардов потенциально обитаемых Земель, а если красные карлики , то их число увеличится до 40 миллиардов. включить в них [10]
Kepler-186f , планета с радиусом 1,2 земного радиуса в обитаемой зоне красного карлика , была обнаружена в апреле 2014 года.
Проксима Центавра b, планета в обитаемой зоне Проксимы Центавра , ближайшей к Солнечной системе известной звезды с предполагаемой минимальной массой, в 1,27 раза превышающей массу Земли.
В феврале 2013 года исследователи предположили, что до 6% маленьких красных карликов могут иметь планеты размером с Землю. Это говорит о том, что ближайший к Солнечной системе объект может находиться на расстоянии 13 световых лет. 95% предполагаемое расстояние увеличивается до 21 светового года . доверительного интервала При использовании [206] В марте 2013 года пересмотренная оценка показала, что вероятность появления планет земного размера в обитаемой зоне красных карликов составляет 50%. [207]
Экзопланеты часто являются членами планетных систем, состоящих из нескольких планет вокруг звезды. Планеты взаимодействуют друг с другом гравитационно и иногда образуют резонансные системы, в которых периоды обращения планет находятся в целых отношениях. Система Кеплер-223 содержит четыре планеты в орбитальном резонансе 8:6:4:3 . [209]
CoRoT – космический телескоп, обнаруживший первую транзитную каменистую планету. [212]
Кеплер – Миссия по поиску большого количества экзопланет транзитным методом.
TESS – Для поиска новых экзопланет; вращается так, что к концу своей двухлетней миссии он сможет наблюдать звезды со всего неба. Ожидается, что будет обнаружено не менее 3000 новых экзопланет.
ЭСПРЕССО – Скальный спектрограф для поиска планет и стабильных спектроскопических наблюдений, установленный на телескопе VLT ESO размером 4 на 8,2 м , расположенный на выровненной вершине Серро Параналь в пустыне Атакама на севере Чили.
ANDES – Эшелле-спектрограф с высокой дисперсией ArmazoNes, спектрограф для поиска и определения характеристик планет, как ожидается, будет установлен на 39,3-метровом телескопе ELT ESO . Формально ANDES был известен как HIRES, который сам был создан после слияния консорциумов, стоящих за более ранними концепциями спектрографов CODEX (оптический с высоким разрешением) и SIMPLE (ближний инфракрасный с высоким разрешением).
↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Для целей этой статистики 1 из 5 «обитаемая зона» означает область с потоком звезд в 0,25–4 раза превышающим земной (что соответствует 0,5–2 а.е. для Солнца).
↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Около 1/4 звезд — это звезды типа GK Солнца. Число звезд в галактике точно неизвестно, но если предположить, что в общей сложности звезд будет 200 миллиардов, то в Млечном Пути будет около 50 миллиардов звезд типа Солнца (GK), из которых примерно 1 из 5 (22%) или 11 миллиардов будет имеют планеты размером с Землю в обитаемой зоне. Включение красных карликов увеличило бы это число до 40 миллиардов.
^ Ньютон, Исаак; И. Бернард Коэн; Энн Уитмен (1999) [1713]. Принципы: новый перевод и руководство . Издательство Калифорнийского университета. п. 940. ИСБН 978-0-520-08816-0 .
^ Струве, Отто (1952). «Предложение по проекту высокоточного исследования лучевых скоростей звезд». Обсерватория . 72 : 199–200. Бибкод : 1952Обс....72..199С .
^ Родригес Бакеро, Оскар Аугусто (2017). Присутствие человека за пределами солнечной системы [ Человеческое присутствие за пределами солнечной системы ] (на испанском языке). РБА. п. 29. ISBN 978-84-473-9090-8 .
Джаявардхана, Рэй (2011). Странные новые миры: поиск чужих планет и жизни за пределами нашей Солнечной системы . Принстон, Нью-Джерси: Издательство Принстонского университета. ISBN 978-0-691-14254-8 (твердый переплет).
Перриман, Майкл (2011). Справочник по экзопланетам . Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-0-521-76559-6 .
Сигер, Сара, изд. (2011). Экзопланеты . Издательство Университета Аризоны. ISBN 978-0-8165-2945-2 .
Якуб, Тахир (2011). Экзопланеты и инопланетные солнечные системы . Лаборатории Новой Земли (образование и информационно-просветительская работа). ISBN 978-0-9741689-2-0 (мягкая обложка).
Arc.Ask3.Ru Номер скриншота №: b46bcfe2dc1673be824f000af4b05627__1719938220 URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/b4/27/b46bcfe2dc1673be824f000af4b05627.html Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1: Exoplanet - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)
