Термин «экзопланета» имеет древнегреческое происхождение: приставка «экзо» означает «вне», «снаружи», а корень «планета» ― «блуждающий». Экзопланеты могут быть разных размеров и типов. Рассказываем, что известно об этих небесных телах.
Главное об экзопланетах
- Экзопланеты, аналогично планетам Солнечной системы, вращаются вокруг звезд. Но встречаются и «одиночки».
- Открытие экзопланет началось относительно недавно — с 1991 года. За это время ученым удалось обнаружить больше 5 тысяч небесных тел.
- Экзопланеты могут быть разными по составу и свойствам, что определяет их тип. Земные — размером примерно с нашу планету и с твердой оболочкой, а газовые гиганты похожи на Юпитер.
- Астрономы ищут потенциально жизнепригодные экзопланеты, но пока они не обнаружены. Тем не менее есть целый ряд кандидатов.
Что такое экзопланеты и чем они отличаются от планет
Экзопланеты — это планеты, которые расположены за пределами Солнечной системы. В отличие от Марса или Юпитера, они принадлежат другим планетным системам и находятся на расстоянии от нескольких световых лет до тысяч световых лет от Земли.
Кроме того, экзопланеты труднее изучать. Если планеты Солнечной системы можно рассмотреть в телескопы или отправить к ним космические аппараты, то экзопланеты ― за редким исключением ― требуют особых методов. Вдобавок все осложнено тем, что они излучают свет не в оптическом диапазоне и не всегда видны из-за яркого свечения звезды-хозяина.
Отличий у экзопланет от планет Солнечной системы в целом, по идее, быть не должно. А вот на практике существенно чаще открываются сравнительно массивные экзопланеты, находящиеся сравнительно близко к своим звездам. Причина этого — наблюдательная селекция; методы обнаружения экзопланет устроены так, что такие экзопланеты обнаружить намного легче, чем другие.
История открытия экзопланет
Впервые экзопланеты были обнаружены в 1991 году. Польский астроном Александр Вольщан изучал периодические изменения частоты пульсара PSR B1257+12. Позднее его открытие подтвердил канадский астроном Дейл Фрейл. В 1992 году ученые опубликовали исследование, в котором утверждалось, что поведение пульсара связано с двумя планетами на его орбите, впоследствии получившими названия PSR B1257+12 b и PSR B1257+12 c.
В 1995 швейцарцы Мишель Майор и Дидье Кело объявили о первой экзопланете, вращающейся вокруг звезды, подобной Солнцу, — 51 Пегаса. Ученые использовали метод лучевых скоростей, наблюдая небольшие колебания лучевой скорости движения звезды под действием гравитации планеты, вращающейся вокруг нее. За обнаружение газового гиганта Мишель Майор и Дидье Кело получили в 2019 году Нобелевскую премию по физике.
Доля открытых российскими учеными экзопланет невелика, рассказал Петр Тараканов. Большая часть планет сейчас открывается специализированными космическими телескопами, среди которых нет российских. Меньшая открывалась разными людьми в разных условиях, среди них есть исследователи из России, но их немного.
Проблема в том, что для этого нужно много постоянно наблюдающих телескопов умеренного размера, а с этим в России все очень плохо. Вот последующие исследования уже открытых планет — да, тут доля результатов из России заметно выше.
В 2018 году был запущен телескоп Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS). С его помощью астрофизики изучали небо в поисках экзопланет вокруг ярких звезд вблизи нашей системы. В результате 632 объекта были определены как экзопланеты, а потенциальными кандидатами остаются еще более 7500 объектов.
Типы экзопланет
Экзопланеты различаются по строению и химическому составу.
Планеты-гиганты
Планеты-гиганты — это крупные планеты, похожие на Юпитер, Сатурн, Уран или Нептун. Они состоят в основном из газов, таких как водород и гелий.
Планеты земного типа
Планеты земного типа — тела, сопоставимые по размеру с Землей. Они имеют твердую поверхность.
Методы поиска экзопланет
Благодаря сочетанию методов, которые мы опишем ниже, ученые уже подтвердили существование более 5500 экзопланет, и каждый год они находят сотни новых.
Транзитный метод
Когда экзопланета проходит перед своей звездой (с точки зрения наблюдателя на Земле), она частично «затмевает» свет звезды. Астрономы фиксируют небольшое, но регулярное падение яркости — именно так и находят планеты. Если затем такие затемнения повторяются с одинаковым интервалом, это говорит, что вокруг звезды действительно что-то вращается.
Метод лучевой скорости (доплеровский метод)
Способ основывается на притяжении звезды и планеты. Под действием гравитации звезда колеблется. Линии в спектре звезды периодически смещаются в красную и фиолетовую сторону. Это можно обнаружить при наблюдениях спектров звезд.
Первую экзопланету у звезды, похожей на Солнце, — 51 Пегаса b — открыли именно так.
Гравитационное микролинзирование
Экзопланеты находят благодаря эффекту гравитационного линзирования. Если между Землей и далекой звездой случайно проходит другая звезда с планетой, их гравитация может, как в обычной линзе, «собрать» свет далекой звезды. Это временное увеличение яркости можно заметить, что позволяет обнаружить планету по характерной кривой блеска, наблюдающейся в подобных случаях.
Прямое изображение
Самый очевидный, но самый сложный способ. Чтобы «увидеть» экзопланету, нужно заглушить свет ее звезды. Это требует особых технологий, например, коронографов, которые блокируют свет от звезды.
Астрометрия
Метод измерения «покачиваний» звезды на небе из-за влияния планеты. Сложный для реализации, так как требует очень точных измерений положения звезды на небе.
Список ближайших к Солнечной системе экзопланет: их состав и свойства
На относительном небольшом расстоянии от Солнечной системы (30−40 световых лет) ученые нашли 106 экзопланет. 60 из них входят в планетные системы, а у соответствующих звезд известно более одной планеты.
Проксима Центавра b
Тип: суперземля
Свойства: примерный радиус 1,03 от размера Земли, масса — 1,07 Земли, средняя температура поверхности — −39°C.
Проксима Центавра b — экзопланета, вращающаяся вокруг звезды Проксима Центавра. Она находится в около 4,2 световых годах от Земли. Планету обнаружили в 2016-м методом лучевых скоростей.
Планета у звезды Барнарда
Тип: планеты земного типа
Свойства: радиус 0,72 от размера Земли, масса 0,299 Земли, средняя температура планеты +165°C.
Звезда Барнарда и ее планеты находится на расстоянии около 6 световых лет от Земли в созвездии Змееносца. Вокруг нее вращается четыре планеты, обнаруженные в 2024-2025 годах. Больше всего изучена вторая по отдалению от звезды Барнард b.
GJ 411 b
Тип: суперземля
Свойства: радиус 1,45 размера Земли, масса — 2,69 Земли, средняя температура — около +100°C.
У звезды Лаланд 21185 в созвездии Большой Медведицы есть две планеты на орбите. Находится примерно в 8 световых годах от Земли. GJ 411 b обнаружена в 2019 году методом лучевых скоростей.
Самые большие экзопланеты во Вселенной
В Солнечной системе самой большой планетой считается Юпитер. Его радиус равен 69 911 километров. Сравниваем самые большие экзопланеты во Вселенной.
Proplyd 133‑353
Размер: примерно 7,4−8 радиусов Юпитера
Очень молодая (примерно 0,5 миллиона лет) экзопланета в туманности Ориона находится в газопылевом диске, постепенно испаряющимся из-за излучения звезды. Масса планеты, наоборот, небольшая — вероятно, менее 13 масс Юпитера.
KPNO‑Tau 4
Размер: примерно 4,2 радиуса Юпитера
Молодой объект в области звездообразования в созвездиях Тельца и Возничего. Масса KPNO‑Tau 4 примерно 20−25 масс Юпитера.
HD 100546 b
Размер: 6,9 Юпитера
Экзопланета или, возможно, еще только формирующаяся планета в огромной системе вокруг молодой звезды HD 100546. Считается одним из самых крупных известных объектов.
DH Tauri b
Размер: 2,7 Юпитера
DH Tauri b составляет 11 масс Юпитера и находится в созвездии Тельца.
HAT‑P‑67 b
Размер: примерно 2 Юпитера
Этот газовый гигант имеет очень низкую плотность и имеет массу примерно в 3 раза меньше, чем у Юпитера.
Найдены ли экзопланеты, пригодные для жизни
Ученые ищут потенциально обитаемые планеты по следующим признакам: они находятся в зоне обитаемости — то есть на таком расстоянии от своей звезды, где температура позволяет существовать жидкой воде. Также планета похожа по размерам и массе на Землю, а значит, может иметь каменистую поверхность, признаки атмосферы, возможно, с кислородом или другими газами.
Тут опять есть дилемма: по-видимому, нужно, например, заметное количество воды на планете (причем в жидком состоянии), однако обнаружить это при наблюдениях проблематично и проще зарегистрировать так называемые «биомаркеры» в атмосфере — вещества, присутствие которых с достаточно большой вероятностью должно быть обусловлено какими-то биологическими процессами, — отмечает Петр Тараканов. — Например, для Земли самым заметным таким биомаркером является наличие молекулярного кислорода в атмосфере в больших количествах.
Пока не найдены экзопланеты с подтвержденной пригодностью для жизни, но есть несколько кандидатов, которые, по условиям, могут напоминать Землю.
Kepler-442b
Планета находится примерно в 1200 световых годах от нас и примерно в 1,3 раза больше Земли. Она вращается вокруг тусклой и холодной звезды, но при этом получает достаточно тепла, чтобы поддерживать условия, схожие с земными. Kepler-442b считается одной из самых подходящих кандидатов на обитаемость.
TRAPPIST-1e
Расположена в 39 световых годах в системе, в которую входят 7 планет. TRAPPIST-1e по размеру почти идентична Земле и вращается вокруг холодной звезды — красного карлика. Она находится в обитаемой зоне и может иметь плотную атмосферу и воду на поверхности.
LHS 1140b
Находится на расстоянии около 49 световых лет от Земли. По размеру эта планета примерно в 1,7 раза больше Земли и обращается вокруг холодной звезды. Есть вероятность, что у нее сохранилась атмосфера, а поверхность каменистая или, возможно, покрытая льдом.
Proxima Centauri b
Ближайшая к Земле экзопланета удалена всего на 4,2 световых лет. Примерно сравнима по размерам с нашей планетой и находится в зоне обитаемости звезды Проксимы Центавра. Однако высокая активность звезды может разрушать атмосферу планеты, что ставит под сомнение ее пригодность для жизни.
Gliese 667Cc
Расположена в 23 световых годах и примерно в четыре раза массивнее Земли. Обращается вокруг одной из звезд в тройной системе и получает количество энергии, схожее за единицу времени с земным. Об атмосфере пока известно мало.
