Цикл статей о экзопланетах


Карта сайта

            
Астрономия
древнейшая из наук
 Античная астрономия
 Хронология астрономии
 Современная астрономия
Основы астрономии
 Начала астрономии
 Время и небесная сфера
 Созвездия
 Движение небесных тел
 Астроприборы
 Астрофизика
 Обзоры астрооборудования
 Астрономические наблюдения

Общая астрономия
 Солнечная система
 Звезды
 Наша Галактика
 Внегалактическая астрономия
 Внеземные цивилизации
 Астрономы мира и знаменательные даты

Дополнительно
 Форумы Astrogalaxy.ru
 Астрономия для детей
 Планетарии России
 Это интересно
 Новости астрономии
 О проекте






Методы поиска экзопланет. Научно-популярная статья

Учеными придумано несколько методов выявления планет около звезд. Коротко остановимся на основных.

Астрометрический метод.

Основан на изменении собственного движения звезд под гравитационным воздействием планет. Хотя с помощью астрометрии были уточнены массы некоторых экзопланет, ни одного подтвержденного открытия сделать, пока, не удалось.

Спектрометрическое измерение радиальной скорости звезд.

Самый распространенный метод. Звезда, имеющая планету или звездную компоненту, испытывает колебание скорости «к нам — от нас», которое можно измерить, наблюдая доплеровское смещение спектра светил. На первый взгляд это очень сложно. Под действием Земли скорость Солнца изменяется с периодом год на сантиметры в секунду. Под действием Юпитера — на метры в секунду. При этом тепловое уширение спектральных линий звезды соответствует разбросу скоростей порядка 1 км/с. То есть даже в случае такой массивной планеты как Юпитер, надо измерять смещение спектральных линий на тысячную и боле долю от их ширины. Метод основан на наложении спектра звезды на сильно изрезанный линиями калибровочный спектр. Небольшое смещение спектра звезды приводит к изменению суперпозиции на всех частотах, что значительно увеличивает точность измерений. Правда, потом нужно еще учесть суточное движение Земли (это порядка 1 км/с), движение нашей планеты вокруг Солнца (приблизительно 30 км/с), влияние Луны и других тел Солнечной системы. После значительного усовершенствования техники, сейчас ученым удается получить точность до 1 м/с. Именно этот метод обеспечил начальный прорыв в поисках планет возле иных солнц.

Метод транзитной фотометрии

Если наблюдатель случайно окажется приблизительно в плоскости орбиты, масса планеты будет определена наиболее точно. И, при этом, можно также наблюдать такое явление, как прохождение планеты по диску звезды — ее транзиты. Конечно, различить темный кружочек на точечном диске светила пока нельзя, однако небольшое уменьшение светимости звезды измерить можно. Такие «затмения» яркости ничтожны и в случае, например, прохождения Юпитера на фоне Солнца будут становить одну сотую, а для Земли одну десятитысячную долю от общего светового потока нашего светила. И, еще, для того же Юпитера такое явление должно было бы происходить исключительно редко — один раз на 12 лет.

Тем не менее, природа воистину неисчерпаема в многообразии форм движения материи и подарила астрономам возможность использовать метод транзитов: было открыто многие экзопланеты, находящиеся на низких орбитах и быстро вращающиеся вокруг своих звезд — так называемые «горячие юпитеры». А у них вероятность оказаться в плоскости наблюдения гораздо выше. Только с помощью транзитов ученым удается исследовать ряд важнейших характеристик внесолнечных планет — измерить радиусы, плотность, узнать о свойствах атмосфер.

Гравитационное линзирование

Когда одна звезда проходит на фоне другой, то, как предсказывает общая теория относительности, свет дальней звезды искривляется тяготением ближней и ее яркость увеличивается. Если у ближайшей звезды есть планеты, то это скажется на кривой изменения яркости. Для получения результатов нужно одновременно следить за блеском миллионов звезд. Так что, хотя эффект был предсказан А. Бялко в 60-х годах ХХ века, реализация стала возможна после появления мощных компьютеров и хороших ПЗС матриц. Этот метод наиболее чувствителен к легким планетам типа Земли, находящимся на широких орбитах. К изъянам метода следует отнести то, что провести повторное наблюдение эффекта гравитационного линзирования одной и той же звезды невозможно.

Визуальное наблюдение

Увидеть экзопланету даже мощным телескопом очень непросто. Яркий свет родительской планеты затмевает ее ничтожный блеск. Тем не менее, для слабых звезд и бурых карликов прямое детектирование уже стало возможным.


Основные черты открытых экзопланет и их систем. Научно-популярная статья

Большинство экзопланет найдено астрономами около звезд по спектральному классу близких к солнечному. Преимущественно, это светила G-класса и поздних F-подклассов. Дело в том, что у звезд ранних F-подклассов более неспокойная фотосфера, что накладывает известные ограничения в применении метода лучевых скоростей, хотя совсем не доказывает отсутствия у них планет. А у звезд поздних К-подклассов спектр очень перенасыщен спектральными линиями, что тоже затрудняет идентификацию.

Ряд последних научных работ доказывает, что планеты могут формироваться около звезд любого типа, начиная от коричневых карликов и заканчивая нейтронными звездами, оставшимися после взрыва сверхновой. Просто выявить их всех пока что достаточно сложно.

Есть мнение, что более массивные звезды должны быть окружены большим количеством планетообразуещего материала, а, значит, они наверняка продуктивнее в планетном отношении, чем звезды менее массивные.

Ученые обнаружили также определенную корреляцию плотности планет с содержанием металлов в их звездах. Планеты, сформированные вокруг звезд, столь же богатых металлом, как Солнце — вероятно, имеют маленькие ядра, а сформировавшиеся у звезд, с содержанием металлов в 2-3 раза больше солнечного — большие ядра.

По мере открытия все новых и новых экзопланет, а потом и целых экзопланетных семейств около одной и той же звезды, астрономы обретали все большую уверенность в широком распространении планетарных систем. Со временем наметилась хорошая закономерность: чем меньше масса экзопланеты, тем большее количество таких планет детектировалось учеными. Конечно, наиболее легко обнаружить самые массивные внесолнечные тела массами с Юпитер и больше. Их и обнаруживали первыми. А потом находились планеты по массе ближе к Нептуну и, в последнее время, к Земле.

Поскольку, почти одновременно с открытием экзопланет астрономы обнаружили звездообразные объекты сверхмалой массы — коричневые или инфракрасные карлики — возникла необходимость провести четкую границу между звездами и планетами. Сейчас считается общепринятым, что планета — это объект, в котором за всю его историю реакции ядерного синтеза не происходили ни в каком виде. Как показывают расчеты, при формировании космических объектов, близких по химическому составу к солнцу, с массой более 13 масс Юпитера в конце этапа их гравитационного сжатия температура в центре достигает несколько миллионов градусов. Это приводит к возникновению термоядерной реакции с участием дейтерия — тяжелого изотопа водорода, наиболее легко вступающего в реакцию ядерного синтеза. Термоядерная реакция на основе дейтерия действует кратковременно и дает сравнительно мало энергии.

При меньших массах объектов ядерные реакции совсем не происходят. Поэтому массу в 13 масс Юпитера считают максимальной массой планеты. Объекты с массами 13-70 масс Юпитера — коричневыми карликами, еще более массивные тела — звездами. А вот по размерам коричневые карлики не больше Юпитера. Причем более массивные имеют меньшие размеры. Это, кстати, касается и самых тяжелых планет. Правда, если внешние слои разогреты светом близкой звезды, тогда размер планеты может увеличиваться. Продолжительность жизни инфракрасных карликов очень велика, не меньше миллиарда лет. Впервые коричневые карлики были найдены Д.Латамом еще в 1989 году около звезды HD 114762. Эти, темно-красные, медленно тлеющие объекты и сами могут иметь планеты или даже целые планетные системы.

Итак, верхний предел масс для планет находится на уровне 13 масс Юпитера. Нижний же придел в принципе пока не определен. Разве что нужно оглядываться на тот факт, что тела малой массы могут испытывать трудности с принятием сферической формы под действием собственно гравитации. Однако, как показали расчеты, предел этот достаточно низок и зависит от того, из какого материала состоит объект. Так, например, для железокаменных тел предел соответствует диаметру приблизительно 800 километров, а для ледяных объектов и того ниже.

Если бы астрономы пользовались понятием сферичности, то в число планет Солнечной системы нужно было принимать много так называемых малых планет и тем более не исключать Плутон. Так что ученым нужно еще много времени, чтобы придумать новую классификацию планет на основе собранного материала и первые попытки в этой области уже делаются (например, классификация планет по двум признакам — массе и уровне получаемой от родительской звезды инсоляции).

По орбитальным признакам установлено, что экзопланеты делятся на две большие группы:

  • 1)«горячие Юпитера» — на низких практически круговых орбитах с радиусом не более 0,15 а.о. и периодом вращения не более 10 суток. Им свойственный, как правило, узкий предел масс (0.6-0.7 масс Юпитера). Приливные силы, очевидно, сильно замедлили или остановили осевое вращение и планета обращена к звезде одной стороной. Угловые размеры родительского светила с поверхности таких миров могут достигать 4-24 градусов (для сравнения, у солнца 0.5). Так что температура на освещенной стороне доходит до тысячи градусов и более, в то время как на ночной царит холод.
  • 2)Другие планеты, различающиеся по массе значительно. Здесь есть и гиганты и сравнительно небольшие тела. Они находятся на высоких орбитах, примерно от 0.15-0.16 а.о. и выше, с периодом обращения от 30 суток — до несколько десятков и более лет. Орбиты дальних планет в основном образуют вытянутый эллипс, то есть имеют значительный эксцентриситет, вплоть до 0.9. Этим орбитальным свойством они больше похожи на кометы Солнечной системы. Соответственно температурный режим у них более холодный со значительным колебанием на протяжении года.

Обнаружение планет по массам подобных Земли, еще является значительной проблемой. Но уже в ближайшем будущем готовятся миссии по выведению на орбиту космических аппаратов с высокой чувствительностью, на которые возлагаются программы по обследованию сотен тысяч звезд и обнаружению планетных тел соразмерных нашей. Нам же остается надеяться, что таких планет много, а значить есть значительные шансы для существования жизни, похожей на земную.




Авторство и публикация:
  1. Автор Николай Диянчук
  2. Подготовка и выпуск проект 'Астрогалактика' 13.10.2007


Copyright © 2004 - 2016, Проект 'Астрогалактика' • выпущен 12.07.2004
Top.Mail.Ru