Книга: Мир математики. т.30. Музыка сфер. Астрономия и математика

Где искать экзопланеты

Где искать экзопланеты

Считается, что Солнечная система сформировалась примерно 4,5 млрд лет назад. Из облака газа и межзвездной пыли образовались центральная звезда и диск вокруг нее. В этом диске из мелких частиц стали постепенно формироваться более крупные тела, планетезимали, затем — протопланеты и, наконец, планеты. Возможно, этот же процесс произошел во многих других уголках Вселенной.

Число известных планет за пределами Солнечной системы исчисляется сотнями.

Большинство из них принадлежат к планетным системам, состоящим из нескольких планет. Такие планеты называются экзопланетами. Как правило, все они имеют большие размеры (намного больше, чем Юпитер — крупнейшая планета Солнечной системы), поэтому массы таких планет часто сравнивают с массой Юпитера (1,9?10²⁷ кг). Лишь некоторые из них по размерам сопоставимы с Землей, однако эта точка зрения может объясняться и несовершенством наших оптических инструментов.

Принцип обозначения экзопланет прост: после названия звезды указывается строчная буква, начиная с «Ь» (например, 51 Пегаса Ь). Следующие планеты обозначаются следующими буквами алфавита: с, d, е, f… (51 Пегаса с, 51 Пегаса d, 51 Пегаса е, 51 Пегаса f и так далее).

Первая экзопланета, обнаруженная непосредственно в результате наблюдений, — 2М1207 Ь. Ее масса в 3,3 раза превышает массу Юпитера. Она вращается на расстоянии в 55 а. е. от своей центральной звезды — коричневого карлика. Вокруг центральной звезды располагается пылевой диск, в котором можно видеть, как образуются планеты.

В таблице представлены некоторые планетные системы, насчитывающие несколько планет.

Приведенные данные, за исключением данных последнего столбца, взяты из каталога экстрасолнечных планет.

* Была вычислена с помощью метода радиальных скоростей, позволяющего определить минимальную массу планеты.

** При расчете диаметров, приведенных в последнем столбце таблицы, предполагалось, что плотность планеты равна плотности Юпитера (1330 кг/м³). Если предполагалось, что планета сравнима с Землей, при расчетах диаметра использовалась плотность Земли — 5520 кг/м³.

В предыдущей таблице представлены некоторые экзопланеты, расположенные очень близко к центральным звездам своих планетных систем (планеты Глизе 876 Ь, с, d к своей звезде ближе, чем Меркурий — к Солнцу). Другие планеты расположены на большем расстоянии (в планетной системе HD 8799 три планеты находятся примерно на том же расстоянии от звезды, как и Нептун от Солнца).

Экзопланеты могут вращаться вокруг звезд различных типов: в 1992 году радиоастрономы объявили об открытии планеты вблизи пульсара PSR1257+12. Эти планеты считаются первыми экзопланетами. В 1995 году было объявлено об открытии первых экзопланет вблизи звезды типа 51 Пегаса. Позднее были обнаружены экзопланеты, вращающиеся вокруг красного карлика (Глизе 876 в 1998), звезды-гиганта (Йота Дракона, 2001), коричневого карлика (2М1207, 2004), звезды спектрального класса К (HD40307, 2008) и звезды A-класса (Фомальгаут, 2008).

Планета Фомальгаут b в облаке межпланетной пыли в звездной системе Фомальгаута.

Изображение получено с помощью космического телескопа «Хаббл».

При вычислении диаметров экзопланет используется плотность Юпитера или плотность Земли (для экзопланет земного типа). Полученный результат приведен в таблице на стр. 60. Аналогично были вычислены диаметры планет первой много планетной системы, открытой вблизи звезды главной последовательности, Ипсилон Андромеды. Эта система состоит из трех планет, подобных Юпитеру: Ипсилон Андромеды Ь, с и d. Их диаметры при р = 1330 кг/м³  (плотность Юпитера) также представлены в таблице. Учитывая представленные выше результаты и периоды обращения экзопланет, можно определить массу центральных звезд соответствующих планетных систем по третьему закону Кеплера: постоянная а³/Р² равна массе центральной звезды (см. приложение).

Многие экзопланеты находятся ближе к звездам своих планетных систем, чем Меркурий — к Солнцу. Это означает, что температура их поверхности очень высока.

Во внутренней части Солнечной системы находятся небольшие скалистые планеты, а первый газовый гигант, Юпитер, отдален от Солнца на расстояние 5,2 а. е. Внесолнечные планеты чаще всего имеют очень большие размеры и находятся намного ближе к своим звездам. Считается, что обнаруживаемые различия между планетами этих типов обусловлены методами наблюдений. Так, метод радиальных скоростей, который используется для обнаружения экзопланет, позволяет найти более мелкие и массивные планеты. Однако можно предположить, что орбиты большинства экзопланет намного больше и что в большинстве планетных систем есть одна или две планеты-гиганта, орбиты которых сравнимы с орбитами Юпитера и Сатурна.

Какова вероятность того, что на экзопланетах есть жизнь? Приблизительные расчеты показывают, что обитаемая область Солнечной системы, где возможно существование жидкой воды (иными словами, температура поверхности заключена на интервале от 0 до 100 °C), простирается от 0,56 до 1,04 а.е. Внутренняя граница этой области пролегает между орбитами Меркурия и Венеры, внешняя граница — сразу за орбитой Земли. Таким образом, внутри этой области (выделена серым цветом на иллюстрации на следующей странице) располагаются лишь две планеты, Венера и Земля. Вследствие сильного парникового эффекта температура на Венере слишком высока для зарождения жизни. Из всех известных сегодня экзопланет можно говорить только об одной экзопланете земного типа — Глизе 581 d, которая вращается в обитаемой области своей звезды и, вероятно, стала домом для внеземной цивилизации. Возможно, в обитаемой области своей планетной системы находится и Глизе 581 с. На этой планете, вероятно, находится вода, однако, согласно некоторым исследованиям, парниковый эффект там такой же сильный, как и на Венере.

Многие вопросы о свойствах и характеристиках экзопланет пока остаются без ответов. К поиску экзопланет постепенно подключаются астрономы-любители. Для решения этой задачи необходимо множество астрономических наблюдений, а профессиональные телескопы крайне загружены, и в этих условиях сотрудничество астрономов-любителей и профессионалов может дать прекрасные результаты, как это было при изучении переменных звезд.

Обитаемая зона нашей Солнечной системы и других планетных систем, где возможно существование жизни.