– планеты за пределами Солнечной системы: обнаружение и характеристика, первые открытия, классификация, методы поиска, список, Кеплер и Джеймс Уэбб.

Экзопланетами называют миры, расположенные вне нашей Солнечной системы. За последние 20 лет были найдены тысячи чужих планет при помощи мощного космического телескопа Кеплер НАСА. Все они отличаются по размерам и орбитам. Некоторые – гиганты, вращающиеся очень близко, а другие – ледяные или же скалистые. Но космические агентства сосредоточены на конкретном виде. Они ищут экзопланеты размера Земли и с расположением в зоне обитаемости.

Зона обитаемости – идеальная дистанция между планетой и звездой, позволяющая поддерживать нужную температуру для образования жидкой воды. Первые наблюдения основывались только на балансе тепла, но сейчас учитываются и прочие факторы, вроде парникового эффекта. Конечно, это «размывает» границы зоны.

В августе 2016 года ученые заявили, что нашли подходящий кандидат в экзопланеты земного типа возле звезды Проксима Центавра. Новый мир назвали Проксима b. Он превосходит Землю по массивности в 1.3 раза (скалистый). Отдален от звезды на 7.5 миллионов км, а на орбиту тратит 11.2 дней. Это значит, что планета заблокирована – всегда повернута к звезде одной стороной (как в случае с земным спутником).

Ранние открытия экзопланет

Хотя официально наличие экзопланет не подтверждали до 1990-х годов, астрономы знали, что они там есть. И это не строилось на фантазиях и сильном желании. Достаточно было посмотреть на медлительность вращения нашей звезды и планет.

Ученые владели главным механизмом – история появления Солнечной системы. Они знали, что существовало газовое и пылевое облако, не выдержавшее давления собственной гравитации и рухнувшее в себя. В момент крушения появилось и . Сохранение углового момента обеспечило ускорение для будущей звезды. Солнце вмещает 99.8% массы всей системы, а у планет – 96% момента движения. Поэтому исследователи не уставали удивляться медлительности нашей звезды.

Они начали искать исключительно звезды, напоминающие нашу. Но ранние находки в 1992 году неожиданно привели к пульсару (мертвая звезда с быстрой скоростью вращения после взрыва сверхновой) – PSR 1257+12. В 1995 году обнаружился первый мир – 51 Пегаса b. По размеру напоминал , но располагался ближе к своей звезде. Это было удивительное и шокирующее открытие. Но прошло 7 лет, и мы нашли новую планету, намекающую на то, что Вселенная богата на миры.

В 1998 году команда из Канады заметила мир образца Юпитер возле Гамма Цефея. Но ее орбитальный путь был намного меньше, чем у Юпитера, и ученые не претендовали на исследование находки.

Методы регистрации экзопланет

Астрофизик Сергей Попов о транзитных планетах, явлении гравитационного линзирования и телескопе Gaia:

Бум на данные экзопланет

Первые открытые экзопланеты представляли собою газовых гигантов (как Юпитер). Тогда ученые использовали методику лучевых скоростей. Она вычисляла уровень «раскачивания» звезды. Этот эффект создавался, если рядом с ней были планеты. Крупные экземпляры имеют большую массивность, а потому их присутствие обнаружить проще.

Перед тем как вступить в активное исследование экзопланет, земные инструменты умели измерять движение звезд до км/с. Это слишком слабо, чтобы уловить колебание, вызванное планетой. Сейчас существует более тысячи найденных миров, обнаруженных космическим телескопом Кеплер. Оказался на орбите в 2009 году и охотился 4 года. Он вышел на новую методику – «транзит». То есть, измеряет уровень уменьшения яркости звезды в момент, когда перед ней появляется планета и затеняет. Ниже показана схема, где сопоставляются методы поиска и количество открытых экзопланет.

В 2014 году появилась еще одна техника – «тест на множественность», способный ускорять процесс подтверждения кандидатуры в экзопланету. Базируется на орбитальной устойчивости. Большинство звездных транзитов связаны с наличием на орбите малых планет. Но многократно затмевающие звезды могли имитировать этот эффект и выгонять друг друга гравитацией из системы.

Горячие Юпитеры Это газовые гиганты, напоминающие массу Юпитера, но совершающие обороты слишком близко к звезде-хозяину. Из-за этого происходит резкий скачок температуры (7000°C). Для ученых было настоящим сюрпризом обнаружить, что этот вид довольно распространен, так как ранее полагали, что такие планеты должны вращаться во внешней линии.

Пульсарная планета Такие объекты совершают орбитальные проходы вокруг нейтронных звезд – остаточные ядра крупных звезд, то есть, все, что сохранилось после взрыва сверхновой. Нет сомнений, что ни одна планета не переживет такое событие, поэтому они формируются уже после.

Эти объекты по параметрам и химическому составу напоминают нашу и вращаются в зоне обитания (идеальная дистанция к звезде, позволяющая сохранять воду в жидком состоянии). Они ценны для обнаружения, так как могут располагать жизнью.

Суперземля Это скалистые планеты, превосходящие земную массу в 10 раз. Сама приставка «супер» намекает лишь на характеристики размера, а не какие-то планетарные особенности. Поэтому среди них встречаются и газовые карлики. Первыми найденными суперземлями были два объекта, совершающих обороты вокруг пульсара PSR B1257 + 12. Сверхземли Астрофизик Сергей Попов о многообразии планет Солнечной системы, свойствах сверхземель и составе экзопланет:

Эксцентрические планеты В нашей , планеты по большей части имеют довольно равномерные круговые орбиты. Однако, экзопланеты, найденные до сих пор, могут иметь гораздо более эксцентричные орбиты, двигаясь то близко, то в отдаление от звезды. Если идеальный круг имеет значение эксцентриситета равное ноль, то примерно половина экзопланет имеет эксцентриситет 0,25 или более. Эти эксцентричные орбиты могут привести к довольно экстремальным тепловым волнам. Например, HD 80606b, которая примерно в четыре раза больше Юпитера и находится на расстоянии примерно в 200 световых лет от Земли, имеет эксцентриситет примерно 0,93. Таким образом, орбитальное расстояние HD 80606b меняется в промежутках от орбитального расстояния Земли до орбитального расстояния Меркурия.

Газовые и ледяные гиганты К газовым относят те, что напоминают Юпитер и Сатурн. Из элементов присутствуют водород и гелий, окружающие скалистое или металлическое ядро. У ледяных, вроде Нептуна и Урана, намного меньше этих элементов, зато заметны более тяжелые. К этим типам относятся примерно 2/3 найденных экзопланет.

Планета-океан Эти объекты полностью укрыты водным слоем. Скорее всего, с самого начала это были ледяные миры, появившиеся на большой удаленности от звезды. Но что-то заставило их приблизиться. Температура поднялась и лед трансформировался воду.

Хтоническая планета Изначально были газовыми гигантами, которым не повезло подойти слишком близко к звезде. Из-за этого атмосферы выгорела, оставив лишь металлическое или скалистое ядро. На поверхности может течь лава. Суперземли и хтонические планеты похожи, поэтому их иногда путают.

Планета-сирота Их еще называют «сиротами», так как не располагают главной звездой. Находятся в изоляции, потому что по какой-то причине их выбросило из системы. Ученым удалось найти всего несколько примеров, но полагают, что этот тип распространен.

Земные приборы активно работают над поиском. У нас есть MOST и TESS НАСА, CHEOPS (Швейцария) и спектрограф HARPS. Не стоит забывать о телескопе Спитцер. Он идеален тем, что настроен на инфракрасный диапазон и способен вычислять экзопланеты по температуре и даже характеризовать атмосферные показатели. Ниже представлен список экзопланет, пригодных для жизни.

Известные экзопланеты

Мы располагаем двумя тысячами планет за пределами Солнечной системы, поэтому сложно выбрать несколько примеров. Конечно, выделяются небольшие и расположенные в зоне обитания. Но стоит вспомнить еще 5 объектов, способствующих нашему пониманию эволюционного планетарного пути.

- 51 Пегаса b – первая найденная планета, обладающая половиной массы Юпитера. Ее орбитальный путь приравнивается к маршруту Меркурия. Удаленность от звезды мала, поэтому находится в заблокированном состоянии (одна сторона всегда повернута к звезде).

- 55 Рака e – суперземля возле звезды, чья яркость позволяет наблюдать ее невооруженным глазом. Это очень хорошо, так как дает ученым возможность исследовать детали чужой системы. На один орбитальный проход уходит 17 часов и 41 минута. Объект может обладать алмазным ядром и большим количеством углерода.

- WASP-33b – интересная планета с заметной защитной оболочкой. Речь идет о стратосфере, впитывающей видимое и ультрафиолетовое свечение звезды. Ее нашли в 2011 году. Орбитальное движение противоположно звездному, что создает ощутимые вибрации.

- HD 209458 b – первая, которую удалось найти при помощи звездного транзита в 1999 году. Она также стала первой, у которой выявили атмосферную характеристику вместе с температурными показателями и отсутствием облачных формирований.

- HD 80606 b – считалась самой необычной планетой из-за странностей в орбите (будто проход кометы Галлея вокруг нашей звезды). Скорее всего, на это влияет еще одна звезда. Нашли в 2001 году. Изучите список экзопланет земного типа с указанием звезды-хозяина и расстояния от Солнца.

Список ближайших экзопланет земного типа

Посмотрите увлекательные видео про экзопланеты, чтобы исследовать их строение, внутренний состав, классификацию, особенности атмосферы и расположение в зоне обитаемости.

Внутреннее строение экзопланет

Астрофизик Сергей Попов о веществах планетарных недр, типах экзопланет и зависимости плотности от размера:

Атмосферы экзопланет

Астрофизик Сергей Попов о способах изучения атмосферы, структуре внешних слоев газовой оболочки планет и горячих юпитерах:

Зона обитаемости

Астрофизик Сергей Попов о параметрах зоны обитаемости, парниковом эффекте и перспективах поиска жизни на экзопланетах:

Как искать экзопланеты?

Как удается найти мир, по размеру напоминающий нашу планету, если он скрывается за десятками световых лет? И насколько сложно отыскать экзопланету земного типа с потенциалом для жизни? Вся грандиозность поставленной проблемы становится понятнее, если вспомнить, что крупные звезды кажутся всего лишь небольшими яркими точками. Некоторые даже в мощные телескопы не удается разглядеть.

Планеты достигают лишь небольшой части от звездной массы. Из-за этого ядерный синтез не активируется. В таком случае миры очень крошечные и темные, что еще больше усложняет работу исследователей. Приплюсуйте к этому и тот момент, что планеты обнаруживаются рядом с яркими звездами, часто закрывающие их своим свечением.

Но для ученых нет ничего невозможного и они всегда находят обходные пути. Если планету нельзя увидеть в прямое наблюдение, то остаются приметные звезды, которые влияют на орбитальный путь планеты. В начале 20-го века астрономы выявили конкретные критерии поиска, но только в последнее время телескопы достигли нужной чувствительности, чтобы применить их на практике и не ошибаться. Какие же есть методы? Перечислим их:

С развитием техники ученым удается открывать все больше экзопланет, чье количество начинает исчисляться уже тысячами. Именно поэтому важно уметь группировать объекты, чтобы разбираться в характеристиках. Но у нас до сих пор мало информации о далеких планетах, поэтому само определение остается неточным.

Астрофизик Сергей Попов об открытии экзопланет, астрономическом спутнике «Кеплер» и спектральных измерениях

Спутники экзопланет

Астрофизик Сергей Попов об образовании Луны, методах регистрации спутников и потенциальной обитаемости экзолун:

Что собою представляет планета?

Давайте разберемся в том, что такое планета. В 2006 году вышел документ Международного астрономического союза (МАС), в котором говорилось, что объект для планетарного статуса должен соответствовать нескольким критериям:

• совершает обороты вокруг Солнца;
• обладает необходимой массой, чтобы закрепить круглую форму;
• устранил мусор и чужеродные объекты с орбиты;

Эти условия появились только после того, как Майк Браун обратил внимание на несколько миров на окраине Солнечной системы. По размеру они напоминали . Пришлось пересмотреть определение и Плутон автоматически перенесли в категорию карликовых планет.

Важно отметить, что это решение не восприняли с энтузиазмом и одобрением. За Плутон заступались не только ученые, но и простые люди. Особенно сильно протестовал Алан Стерн. Он был главным исследователем миссии «Новые горизонты», посетившей Плутон в 2015 году. Он много раз заявлял, что «устранить чужеродные объекты» – слишком расплывчатое требование. Ведь на Земной орбите есть астероиды. Да и фото продемонстрировали сложный и интересный мир, на котором видны горы, замороженные озера и прочие планетарные атрибуты.

Но в МАС отказались что-то менять и сказали, что карликовые планеты представляют такой же научный интерес. Они также упомянули такие крупные тела, как и , на которых заметно много интересных особенностей.

В 2017 году Стерн и несколько других ученых предложили более усовершенствованное определение: «Планета – субзвездный массивный объект, лишенный ядерного синтеза и обладающий достаточной собственной гравитацией, чтобы сформировать сфероид».

Первую экзопланету заметили в 1992 году недалеко от PSR B1257+12 (пульсар). А вот планету у звезды главной последовательности (51 Пегаса b) обнаружили в 1995 году. С того момента телескопу Кеплер удалось отыскать тысячи «земных» планет и проживающих в зоне обитаемости (есть необходимые условия для того, чтобы вода сохранялась в виде жидкости).

Но он также выявил широкое разнообразие планет. Например, были распространены горячие юпитеры. Некоторые были невероятно древние. Достаточно вспомнить PSR 1620-26 b, которая уступает по возрасту Вселенной всего на миллиард лет. Есть те, кому не повезло проживать чересчур близко к звезде, и их атмосфера напоминает ад на Венере. Были найдены экземпляры, которым удается совершать обороты вокруг двух или даже трех звезд сразу.

Конечно, становится понятно, что при таком планетарном разнообразии очень сложно следовать единой системе классификации. Прежде всего исследователи учитывают предрасположенность к наличию жизни. Такие числятся в списке обитаемых экзопланет.

Вот только для этого нужно знать два параметра: массу и орбиту. К сожалению, современная техника все еще не обладает необходимой мощностью, чтобы изучать чужие атмосферы, если только объект не расположен близко и недостаточно крупный. Но все может измениться с появлением в 2018 году телескопа Джеймс Уэбб.

Многообразие планет

Астрофизик Сергей Попов о газовых и ледяных гигантах, системах двойных звезд и одиночных планетах:

Классификация экзопланет

Какие существуют типы экзопланет и что собою представляет классификация? Наверное, самая популярная та, которой пользовались в «Звездном Пути»: населенная планета – класс М. Следуя этой схеме, имеем:

• D – планетоид или спутник, лишенный атмосферы.
• H – непригодная для жизни.
• J – газовый гигант.
• К – есть жизнь или используются купольные камеры.
• L – есть растительность, но нет животных.
• M – наземная.
• N – серная.
• R – изгой.
• T – газовый гигант.
• Y – токсичная атмосфера и высокий температурный показатель.

Если взять научные схемы, то для распределения используют массу или разнообразие элементов. Массу получают на основе наблюдений в телескоп. Ее вычисляют по лучевой скорости, улавливаемой спектрографами. В таком случае, классификация выглядит так:

Малые планеты, спутники и кометы:

• астероид: меньше 0.00001 земной массы.
• меркурианский тип: от 0.00001 до 0.1 земной массы.

Земная группа (скалистые):

• субтерран: 0.1-0.5 земной массы.
• терран (земли): 0.5-2 земных масс.
• супертерран: 2-10 земных масс.

Газовые гиганты:

• Нептун: 10-50 земных масс.
• Юпитер: 50-5000 земных масс.

Эволюция экзопланет

Астрофизик Сергей Попов об изменениях орбит планет, сверхземле в Солнечной системе и превращении звезды в красного гиганта:

Современные методы изучения экзопланет

Астрофизик Сергей Попов об открытии экзопланет, астрономическом спутнике «Кеплер» и спектральных измерениях:

Используя телескопы ESO и другие инструменты, астрономы получили несомненные доказательства существования планеты у ближайшей к Земле звезды – Проксимы Центавра. Это давно уже разыскивавшееся небесное тело, обозначаемое Proxima b, совершает оборот вокруг своей холодной красной звезды за 11 дней. Температура на его поверхности пригодна для существования воды. Планета относится к разряду каменных и немного превосходит Землю по массе. Это самая близкая к нам экзопланета и, возможно, ближайшее к Солнечной системе небесное тело, на котором может существовать жизнь. Красная карликовая звезда Проксима Центавра (Proxima Centauri) – ближайшая к Земле звезда, находящаяся на расстоянии чуть больше четырех световых лет от Солнечной системы. Это холодное светило в созвездии Центавра слишком тусклое, чтобы его можно было видеть невооруженным глазом. Оно расположено по соседству с гораздо более яркой двойной звездой альфа Центавра AB. В первом полугодии 2016 года Проксима регулярно наблюдалась на 3,6-метровом телескопе ESO обсерватории Ла Силья в Чили. Одновременно проводился ее мониторинг и на других телескопах по всему миру. Эту масштабную наблюдательную кампанию, получившую название «Бледно-красная точка» (Pale Red Dot), проводила группа астрономов под руководством Гиллема Англада-Эскуде (Guillem Anglada-Escudé) из Университета Королевы Марии в Лондоне (Queen Mary University). “Первые признаки существования планеты были замечены еще в 2013 году, но они были не вполне убедительными. С тех пор мы много и напряженно работали над решением этой задачи в кооперации с ESO и другими институтами. Последняя стадия кампании Pale Red Dot была спланирована примерно на два года”, – говорит Гиллем Англада-Эскуде. В результате объединения данных кампании Pale Red Dot с результатами более ранних наблюдений, выполненных в обсерваториях ESO и на других телескопах, было установлено, что Проксима Центавра периодически то движется по направлению к Земле, то удаляется от нее со скоростью около 5 км/ч (то есть, со скоростью пешехода). Период цикла изменений скорости составляет 11,2 дня. Тщательный анализ позволил сделать вывод о том, что вокруг Проксимы на расстоянии около 7 миллионов километров обращается планета с массой не менее 1,3 массы Земли. Красные карлики, каким является и Проксима, – активные звезды. Их блеск и спектральные характеристики могут меняться, и эту переменность можно принять за присутствие планеты. Чтобы исключить эту возможность, наблюдатели постоянно отслеживали переменность блеска звезды. За открытием новой планеты последуют дальнейшие наблюдения: Proxima b станет первоочередной мишенью для поисков жизни во Вселенной.

Размером с Землю. Примечательно, что находится она в самой ближайшей от нас звёздной системе альфа Центавра на расстоянии 4,4 световых лет.

Первые предположения о существовании планет в этой области появились ещё в XIX веке. В наше время учёные создали компьютерные модели, которые показали, что там могут быть миры, похожие на Землю. Недавно спектрограф HARPS , установленный на 3,6-метровом телескопе в Европейской южной обсерватории (ESO) в Чили, позволил найти первую планету системы α Центавра.

"Наши четырёхлетние наблюдения позволили, наконец, выявить слабый, но достоверный сигнал от планеты, период обращения которой вокруг звезды α Центавра B составляет 3,2 дня, — говорит ведущий автор исследования Ксавье Дюмюск (Xavier Dumusque) из университета Порту (Universidade do Porto) — Это чрезвычайное важное открытие, которое было сделано на пределе точности существующей техники!"

Чтобы обнаружить планету, международная команда на протяжении нескольких лет измеряла небольшие колебания в движении α Центавра B, вызванные гравитацией вращающегося по её орбите тела. Из-за небольших размеров планеты эти изменения крайне незначительны. Звезда периодически смещается то в одну, то в другую сторону со скоростью 51 сантиметр в секунду или 1,8 километра в час. Столь слабые колебания впервые удалось зафиксировать с Земли, что является абсолютным рекордом точности при подобных измерениях.

К сожалению, уже сейчас можно точно сказать, что никаких форм жизни на открытой экзопланете нет - слишком уж высока температура на поверхности, около 1200 градусов по Цельсию.

Всё из-за того, что орбита планеты проходит всего в 6 миллионах километров от звезды α Центавра В, пишут учёные в статье в журнале Nature. Эта дистанция в семь раз меньше, чем расстояние от Солнца до Меркурия.

Несмотря на непригодность для жизни, находка очень важна для астрономов. Так как наличие планеты в этом регионе свидетельствует о том, что поблизости могут располагаться и другие менее разогретые миры.

"Это первая планета с массой, близкой к массе Земли, обнаруженная у звезды, похожей на Солнце. Она обращается очень близко к своей звезде и слишком горяча, чтобы на ней возникла жизнь, но возможно, это лишь одна планета из нескольких, которые могут существовать в этой системе", — говорит соавтор исследования Стефан Адри (Stephane Udry) из университета Женевы (Université de Genève).

За два последних десятилетия новейшие инструменты, в том числе упомянутый "охотник за планетами" HARPS и орбитальный телескоп Kepler , помогли астрономам открыть огромное количество экзопланет.

Около 800 из них вращаются вокруг звёзд, относящихся к тому же классу, что и Солнце. При этом подавляющее большинство открытых миров принадлежит к классу газовых гигантов , которые сходны по строению с Юпитером.

Как правило, небольшие планеты, похожие на Землю, образуют системы, в которых собираются от двух до семи таких планет. Теперь у исследователей космоса есть все основания рассчитывать на обнаружение ещё как минимум одной подобной планеты в обитаемой зоне звёзд системы α Центавра, то есть на таком удалении от светила, где возможно существование жидкой формы воды.

К сожалению, существующая технология поиска позволяет обнаружить небольшие планеты, когда они расположены очень близко к своим звёздам. Но учёные не сомневаются, что новые методы появятся в самое ближайшее время.

Действительно ли мы одиноки во Вселенной? Над этим вопросом человечество ломает голову уже много веков. Ещё не так давно считалось, что Земля является единственной планетой во вселенной, где существует жизнь, но теперь учёные уже не так твёрдо в этом убеждены.

Новые технологии спектрометрического измерения лучевой скорости звёзд позволили учёным взглянуть далеко за пределы нашей Солнечной системы и полученные данные подтвердили их мысли о том, что Земля далеко не так уникальна, как считалось раньше. Согласно последним подсчётам NASA в пределах Млечного Пути насчитывается минимум 200 миллиардов звёзд и по меньшей мере от 10 до 20% из них могут быть обитаемыми мирами.

Когда впервые были найдены экзопланеты

Первые предположения о существовании землеподобных тел, которые вращаются вокруг других небесных светил были сделаны ещё средневековыми учёными Коперником и Джордано Бруно. Но до 1995 года официальная наука считала существование похожих на Землю экзопланет чистой воды спекуляцией. Теперь же учёные убедились, что почти возле каждой звезды есть одна или несколько планет, а это уже сотни миллионов потенциально обитаемых миров только в пределах одной лишь нашей галактики.

К сожалению, технологии обнаружения экзопланет сегодня находятся в зачаточном состоянии, но в NASA надеются совершить огромный прорыв уже в ближайшее десятилетие. Строительство мощных орбитальных телескопов должно увеличить знания во многих областях астрономии и в первую очередь в поиске обитаемых миров.

Что такое экзопланеты и какие есть типы экзопланет

Экзопланетой называется любая планета, которая находится вне солнечной системы. Они могут иметь самый разный размер и состав - от маленьких скалистых планет до огромных газовых гигантов. Всего в настоящее время открыто 3,583 экзопланеты в 2688 планетарных системах. Существует разные способы классификации экзопланет, но по стандарту NASA они разделяются на следующие типы

Экзо Земли. Это планеты земной группы, которые имеют сходные с нашей массу, состав, радиус, атмосферу и орбиту в обитаемой зоне своей звезд. В основном они состоят из тяжёлых элементов, таких как силикатные породы и металлы. В них присутствует металлическое ядро, силикатная мантия и кора. Также они обладают достаточным магнитным полем, для сохранения атмосферы и защиты поверхности от избытка радиации и звёздных ветров. Поэтому среди первых кандидатов на роль новой родины для землян рассматриваются именно такие экзопланеты, похожие на Землю по всем основным параметрам.

Суперземли . Это планеты с массой 1–10 Земной. Данный термин не делает упор на обитаемости и поверхностных условиях небесного тела. Им обозначаются все новые экзопланеты масса которых превышает Земную, но не дотягивает до газовых гигантов. Они могут быть как полностью непригодными для обитания, так и обладать всеми условиями для жизни.

Планеты-океаны и планеты-пустыни . Это экзопланеты, являющиеся либо на 100% покрытыми водой в жидком виде, либо, наоборот, представляющие собой абсолютно сухую пустыню без малейших следов воды в любом её виде.

Учёные полагают, что шансы зарождения жизни в пределах водных миров, которые находятся на стабильной орбите, достаточно высоки. Планеты-пустыни, в свою очередь, абсолютно мертвы и вряд ли могут послужить новым пристанищем для человека в будущем.

Газовые гиганты . Газовыми гигантами называют все планеты с массами, превышающими земную в 10 раз и составом, состоящим из небольшой каменистой сердцевины, окружённой водородом и гелием. Почти все открытые экзопланеты, обнаруженные с самого начала являются именно газовыми гигантами, поскольку обнаружить их гораздо легче, чем небольшие скалистые планеты земного типа.

Горячие Юпитеры . Это газовые гиганты, которые вращаются очень близко вокруг своей звезды. Это своего рода высокотемпературный вариант обычного газового гиганта.

На первых порах они стали полной неожиданностью для учёных, поскольку такие тела могут образовываться только в значительной удалённости от звезды где водородные соединения могут смерзаться в твёрдые куски льда. Позже было доказано, что Горячие Юпитеры являются обычными газовыми гигантами, которые мигрируют к центру своей солнечной системы, будучи захваченные гравитацией звезды.

Кочевые планеты . Планеты без звезды, свободно плавающие по всей галактике. По оценкам, учёных количество планет-изгоев в нашей галактике очень высоко и исчисляется сотнями миллиардов, но обнаружить их трудно. Шансы, что на такой планете может существовать жизнь очень малы. К тому же они могут представлять опасность для других более гостеприимных миров.

Существуют ещё и гипотетические типы планет, как например, хтонические и пульсарные планеты. Первые представляют собой бывшие газовые гиганты, обожжённые до полной потери газовой оболочки, а вторые - мёртвые небесные тела, которые обращаются вокруг пульсаров.

Первые изученные экзопланеты, пригодные для жизни

Kepler-62 f

По мнению многих учёных, эта планета является одной из самых похожих на Землю. Она в 1,4 раза больше Земли и относится к классу тёплых суперземель. Её солнце - одиночный оранжевый карлик в созвездии Лира Kepler-62 возрастом от 4 до 7 млрд лет. Считается, что с большой долей вероятности там есть жидкая вода и атмосфера с преобладанием углекислого газа, поэтому планета находится в целевом списке SETI. Единственный минус - расстояние. Kepler-62 f находится в 1200 световых лет от нас, поэтому подробно изучить её в обозримом будущем не представляется возможным.

Gliese 667 C c

Если и существуют экзопланеты, пригодные для жизни, то Gliese 667 C c обязательно попадёт в этот список. Её плюсы - это температурный режим, на 90% схожий с земным, наличие достаточно плотной атмосферы с высоким содержанием CO2 и относительная близость к Земле (22 световых года). В качестве основного минуса можно считать массу, превышающую земную минимум втрое. Поэтому будущим колонистам придётся существовать при повышенной гравитации. Планета вращается вокруг красного карлика Глизе 667. Его возраст оценивается в 4–7 млрд лет, а масса составляет всего 31% от массы Солнца.

Kepler-62 e

Перспективная суперземля, которая вращается вокруг звезды Kepler-62. Астрономы уверены, что её масса лишь в 1,6 раз превышает земную, а 90% её поверхности покрыты тёплым океаном. Настоящая планета-курорт, которая имеет все шансы стать уютным домом для различных водных организмов (по подсчётам NASA вероятность этого составляет до 70–80%).

Gliese 581 g

Ещё одна планета со спорным статусом, существование которой то подтверждается, то снова опровергается. Предположительно она расположена возле звезды Глизе 581 в созвездии Весов, в 20,4 световых годах от Земли. Учёные, которые не сомневаются в её существовании, уверяют, что по уровню пригодности для населения она является одной из самых привлекательных. Красный карлик должен давать достаточно тепла, чтобы на этой каменистой планете могли существовать свои реки, озёра и моря. Поэтому исследования вокруг Gliese 581 g ведутся до сих пор.

Kepler-22 b

Пожалуй, самая знаменитая и хорошо изученная экзопланета. По оценке учёных, даже в случае самых худших их опасений эта планета окажется пригодной для относительно комфортной жизни. Её радиус больше земного в 2,4 раза, поэтому сила гравитации в любом случае должна быть приемлемой. Ещё предполагается наличие атмосферы с высоким содержанием CO2 и наличие большого количества воды, которая покрывает всё за исключением полярных шапок.

Солнце планеты - Kepler-22 находится между созвездиями Лебедя и Лиры. Оно аналогично земному солнцу по спектральному классу, а его радиус и масса равны 0,979 и 0,970 от солнечных. В общем, почти как дома. Правда, лететь придётся далековато - 619 световых лет.

Новые экзопланеты

Самым новым открытием астрономов является одиночная звезда в созвездии Водолея TRAPPIST-1, вокруг которой вращается семь экзопланет. Эта планетарная система удалена от Земли на 40 световых лет и по единогласному мнению учёных из NASA, её открытие является грандиозной удачей. Ведь по предварительным оценкам все семь экзопланет похожи по размеру на Землю и по меньшей мере на поверхности трёх из них есть жидкая вода. Сама звезда является красным карликом возраст которого оценивается примерно в 500 млн лет. И хотя планеты расположены довольно близко к светилу, его активность является сравнительно невысокой, поэтому планеты вряд ли будут представлять собой аналоги нашей Венеры.

Почему открытие TRAPPIST-1 является столь важным? Учёные называют несколько основных преимуществ этой планетарной системы перед остальными. Первое - молодость и стабильность солнца. М-карлики живут долго, а значит, если человек туда когда-нибудь доберётся, он гарантированно застанет на месте все семь экзопланет. Второе - гостеприимность. В атмосфере трёх из семи планет есть кислород, углекислый газ и озон, что предполагает надёжную защиту от солнечной радиации. Третье - 40 световых лет является сравнительно небольшим расстоянием. Поэтому открытие экзопланет в системе TRAPPIST-1 действительно является крайне важным событием, значимость которого трудно переоценить.

Проксима Центавра b - ближайшая экзопланета земного типа

Проксима Центавра b является ближайшей к Земле экзопланетой (4,22 световых года), находящейся в так называемой зоне обитаемости. Этот фактор очень важен, поскольку остальные экзопланеты, похожие на Землю расположены в десятках и сотнях световых лет от нас. Не исключено, что первые попытки экспедиции в дальний космос будут направлены именно в эту сторону.

Но не так всё радужно, как кажется на первый взгляд. Исходя из имеющихся данных NASA, Проксима Центавра b - это холодная каменистая суперземля, которая получает колоссальное количество радиационного излучения от своего светила. Поэтому первым людям, которые там побывают, вряд ли можно надеяться на гостеприимный приём. Впрочем, человечество пока всё равно не располагает эффективными средствами для дальних космических путешествий. Это даёт надежду, что к моменту изобретения первых межзвёздных кораблей неподалёку от нас будут найдены новые и более перспективные экзопланеты.

Когда станет возможной колонизация ближайших экзопланет и какие существуют препятствия

Открытие экзопланет - на 100% пригодных для заселения является лишь половиной дела. Даже если неподалёку от Земли (1-10 световых лет) будут найдены экзопланеты подходящие по всем параметрам, от них нас всё равно отделяют такие гигантские расстояния, что космические экспедиции пока кажутся совершенно нереальными.

В настоящий момент уже существуют проекты космических парусников и термоядерных ракет, способных покинуть пределы Солнечной системы, однако, их испытания столкнулись с несколькими серьёзными трудностями. Основная - низкий КПД. Даже если корабли достигнут запланированной скорости, полёт к ближайшей звезде займёт минимум 10 лет в один конец. Вторая - неизбежное повреждение корпуса космической пылью при достижении высоких скоростей. Третья - разрушительные нагрузки на человеческое тело во время ускорения или торможения.

И это уже не говоря за такие опасности, как риск радиационного облучения экипажа во время полёта или возможные психологические проблемы связанные со столь длительным нахождением в закрытом пространстве.

На что можно рассчитывать в ближайшем будущем

Другие перспективные разработки, как, например, фотонный двигатель на магнитных монополях, ионный двигатель, Двигатель Бассарда или аннигиляционные двигатели в теории могут быть реализованы в ближайшие десятилетия и способны обеспечить достаточную производительность для сокращения длительности полёта к тем же Альфа Центавра или Звезде Барнарда до 2–5 лет. Но при этом вторая и третья проблема всё равно остаются открытыми.

Хорошей альтернативой могли бы стать мгновенные перемещения с помощью так называемых «кротовых нор» или варп-двигателей, но на текущий момент всё это относится больше к разряду научной фантастики. Возможность существования первых сегодня вообще находится под вопросом, а вторые хоть и имеют под собой теоретическое обоснование (благодаря труду физика Мигеля Алькубьерре), но как реализовать эти принципы на практике пока никто даже не представляет. Поэтому по оценке NASA в ближайшее столетие о пилотируемых экспедициях за пределы солнечной системы можно даже не мечтать, а основная программа колонизации будет направлена в сторону Марса и спутников Юпитера.

Есть ли шанс обнаружить жизнь на известных экзопланетах? На этот счёт учёные не осмеливаются делать никаких точных предположений. С помощью изучения таких экстремальных организмов, как гималайские пауки-скакуны, морские глубоководные кольчатые и дьявольские черви, различные глубоководные бактерии, коловратки Bdelloidea или тихоходки, биологи пытаются симулировать развитие жизненных форм на других планетах, но это пока похоже на движение вслепую. Единственное, что пока можно утверждать точно - никаких встреч с представителями высокоразвитых цивилизаций в ближайшее время можно не опасаться. Ведь несмотря на все усилия, за всю историю наблюдения не было обнаружено никаких искусственных сигналов, способных указать на инопланетный разум. А значит и вероятность пересечься с другими космическими путешественниками стремится к нулю.

GJ 1132b в представлении художника

Max Planck Society

Астрономы из Великобритании, Швеции, Германии и Италии впервые обнаружили следы атмосферы у экзопланеты земного типа. Хотя установить ее состав точно не удается, по словам авторов, ее спектральные характеристики хорошо описываются смесью воды и метана. Ранее астрономы наблюдали атмосферы лишь у значительно более крупных объектов - горячих юпитеров. GJ 1132b обладает массой в 1,6 раз больше земной, а ее радиус превышает радиус Земли в 1,4 раза. Исследование опубликовано в The Astronomical Journal , кратко о нем пресс-релиз Общества Макса Планка.

На сегодняшний день открыто около трех тысяч экзопланет. Большая их часть - гигантские объекты с массами, порядка массы Юпитера и более. Но с точки зрения возможности существования жизни перспективными являются планеты земного типа, которые гораздо сложнее обнаружить.

Существуют два основных метода поиска экзопланет - по доплеровскому сдвигу и транзитный метод. Первый из них основан на том, что гравитация экзопланеты заставляет звезду изменять свою скорость при вращении, с точки зрения земного наблюдателя она движется то быстрее, то медленнее. Это сказывается на положении спектральных линий светила. Второй метод основан на том, что когда экзопланета проходит перед диском звезды, ее светимость снижается. Лишь второй метод позволяет определить характерные размеры планеты и узнать что-то о ее атмосфере.

В случае небольших планет исследования атмосферы ограничены разрешением телескопа. Наблюдения с помощью «Хаббла» до сих пор не надежно обнаружить какие-либо выраженные спектральные особенности у атмосфер экзопланет земного типа.

Авторы новой работы выбрали в качестве объекта исследования транзитную экзопланету земного типа, расположенную сравнительно недалеко - в 39 световых годах от Земли. Она обращается около красного карлика GJ 1132, расположенного в созвездии Паруса. Планета была открыта сравнительно недавно - два года назад, и, по мнению первооткрывателей, может обладать атмосферой. Вместе с тем, равновесная температура ее поверхности составляет 600 кельвинов, поэтому она не пригодна для жизни.

Видимый радиус экзопланеты в разных спектральных диапазонах

John Southworth et al. / The Astronomical Journal, 2017

Исследователи провели детальные наблюдения девяти транзитов экзопланеты перед диском звезды с помощью 2,2-метрового телескопа в Южной европейской обсерватории (Чили). Каждый транзит астрономы анализировали сразу в семи различных спектральных диапазонах: четырех оптических и трех инфракрасных. Для каждого диапазона исследователи оценили видимый диаметр экзопланеты.

Оказалось, что видимый диаметр в одном из инфракрасных диапазонов со статистической значимостью четыре сигма превышает диаметр, полученный из оптических наблюдений. По словам авторов, это говорит об уверенном детектировании атмосферы экзопланеты. Астрономы отмечают, что непрозрачность атмосферы для инфракрасного излучения может объясняться наличием в ней воды, метана или других веществ.

Астрономы отмечают, что обнаружение атмосферы у красного карлика - важный результат. Многие исследования , что красные карлики слишком активны и вспышки на их поверхности могут полностью сметать атмосферу экзопланет, делая их непригодными для жизни. GJ 1132b выступает в роли контрпримера для таких утверждений. Планета располагается всего в двух миллионах километров от звезды, а ее период обращения составляет 1,6 дня.

К красным карликам относятся звезды и , в обитаемых зонах которых недавно были обнаружены экзопланеты земного типа. Возможность существования жизни на них учеными.

Владимир Королёв