Экзопланеты: ЧЗВ — часто задаваемые вопросы. Часть 1. Общая информация

Александр Березкин / Андрей Мил

Основатель Odyssey / Редактор Odyssey

Открытие новых экзопланет имеет колоссальное значение в истории человечества и космических исследований в целом. При помощи новейших инструментов и технологий астрономы могут идентифицировать и изучать планеты, которые находятся далеко за пределами нашей солнечной системы.
Понятие «экзопланета» было введено астрономом Джеймсом Вейсом в 1992 году. Джеймс первый использовал этот термин для описания планет, которые обращаются вокруг звезд вне солнечной системы. Само слово восходит к древнегреческому языку: от exō — «вне», «снаружи». Но обо всем по порядку.

Иллюстрация TOI-1075 b, одной из самых массивных экзопланет типа Суперземли, обнаруженных до сих пор, NASA

Что такое экзопланеты?

Экзопланеты — это планеты, которые находятся вне солнечной системы. Они могут быть как газовыми гигантами, так и планетами «Земного типа» с подходящими условиями для жизни. Открытие экзопланет и их изучение — важный шаг в понимании нашей галактики и возможностей зарождения жизни на других, иногда удивительно причудливых планетах.

Как их находят?

Экзопланеты находят с помощью различных методов и инструментов, включая:

Транзитный метод. Этот метод основан на наблюдении за прерывистыми сокращениями яркости звезды, когда экзопланета проходит перед ней.
Разложение спектра. Этот метод основан на анализе спектра звезды, когда экзопланета орбитирует вокруг нее. Изменения в спектре могут указывать на наличие экзопланеты.
Метод радиального дождливого сдвига. Этот метод основан на наблюдении за медленными, но постоянными изменениями скорости звезды, вызванными движением экзопланеты.
Метод гравитационной ленты. Этот метод основан на наблюдении за изменениями в позиции звезды, вызванными действием гравитационного поля экзопланеты.

Сколько во Вселенной экзопланет?

На данный момент человечество нашло и подтвердило более 5300 экзопланет. Некоторые из них массивны, как Юпитер, но находятся на орбите гораздо ближе к своей звезде, чем Меркурий к Солнцу. Другие экзопланеты — скалистые или ледяные, а у многих просто нет аналогов в нашей Солнечной системе.

Предположительно, существуют несколько десятков миллиардов планет, находящихся в «комфортной зоне» обитания внутри созвездий, что потенциально может означать наличие жизни. И это только в нашей галактике, ширина которой 100 тысяч световых лет!

За пределами Млечного Пути существует более двух триллионов галактик в наблюдаемой Вселенной, каждая из них с неисчислимыми миллиардами звезд и планет вращающихся вокруг них.

В настоящее время астрономы подтвердили наличие более 5000 экзопланет или планет за пределами нашей Солнечной системы. Это всего лишь часть из возможных сотен миллиардов в нашей галактике. Впереди еще много открытий, NASA

Какие бывают экзопланеты?

По большей части экзопланеты состоят из тех же самых элементов, которые составляют планеты в нашей солнечной системе, хотя с различными балансами состава, которые придают каждой экзопланете свои отличительные качества.

Для экзопланет существует две основных классификации: газовые экзопланеты и экзопланеты «Земного типа».

Газовые экзопланеты состоят в основном из газа, такого как водород и гелий, и не имеют твердой поверхности. Существует множество подклассов газовых экзопланет; некоторые из них на грани смерти и будут поглощены материнскими светилами или черными дырами; другие, с очень низкой плотностью, рассеивают облака газа в открытый космос; третьи—ледяные планеты — состоят полностью из метана и аммиака; четвертые — водные газовые гиганты, атмосфера которых состоит из парящих газовых ледяных облаков. Все эти газовые гиганты непригодны для жизни, но, вероятно, некоторые из них несут в своей орбите спутники с земной атмосферой.

Экзопланеты «Земного типа», с другой стороны, имеют твердую поверхность и способны обладать водными ресурсами. Они, в сравнении с газовыми гигантами, отмечены более низкой геологической активностью. У них также есть множество подклассов: суперземли, в десятки раз превышающие массу Земли; водные миры, со глубоководными океанам в 100 км; безъядерные планеты, состоящие полностью из магмы; железные планеты и планеты—лавы, пустынные миры со скрытыми запасами воды и вечно-зеленые тропические планеты с бушующей флорой и фауной. В точности пока что мы не можем определить состав атмосферы подобных планет, и чаще всего астрономы делают математические предположения на основе диаметра, веса планеты, спектрального анализа и того, насколько комфортно расположение планеты в пределах материнской звезды.

Проект «Кеплер».

«Кеплер» — это космический обсерваторий, запущенный в 2009 году с целью открытия экзопланет. Автономный телескоп, вращаясь вокруг Солнца, был нацелен на определенный участок неба — вдоль касательной к «нашему рукаву» Галактики, по направлению к центру Млечного пути. Телескоп непрерывно отслеживал свой участок, находя экзопланеты по изменениям интенсивности звезды.

Первые четыре года телескоп единовременно наблюдал за 150 000 звезд, отслеживая транзиты планет. Эта работа закончилась в мае 2013 года, когда второе из четырех реактивных колес «Кеплера», поддерживающих ориентацию, вышло из строя.

В 2014 году телескоп приступил к миссии К2, в ходе которой аппарат наблюдал за различными космическими объектами и явлениями в течение сменных 80-дневных «кампаний». Некоторые из этих кампаний включили в себя поиск планет. В этот период миссии К2 «Кеплер» открыл более 354 подтвержденных инопланетных миров.

За весь период девятилетней работы «Кеплер» нашел более 2708 экзопланет, существование которых полностью подтверждено. Перед тем как выйти из строя телескоп успел отправить данные еще 2054 «планет-кандидатов», которые ожидают подтверждения астрономов земли в ходе последующего анализа и наблюдения за небесными телами.

Миссия «Кеплер» внесла существенный вклад в изучение галактики Млечного Пути и стала важным шагом в поисках жизни за пределами нашей солнечной системы.

Существует ли «Двойник Земли»?

«Двойник Земли» найти достаточно сложно, так как основой углеродной жизни на нашей планете являются обширные источники воды. Астрономы ищут экзопланеты с характеристиками, подобными Земле.

То, что мы видим вокруг нас, на планете Земля, удивляет своей сложностью: огромное количество видов, подвидов животных и растений, цикличная экосистема, которая полностью обеспечивает себя и каждый организм всем необходимым. Для того чтобы возникла жизнь, потребовалось три важных фактора:

Первое, что нужно для возникновения жизни, — это энергия, излучаемая яркой звездой. Причем энергии должно быть не много и не мало, а в самый раз для возникновения жизни.
Второе: в прямом доступе нужно большое количество химических элементов, которые могли бы смешиваться вместе, включая углерод, кислород, серу и многое другие.
Третье и основное — это жидкость, например вода. Именно благодаря жидкости атомы могут путешествовать, переплетаться и создавать новые экзотические связи, становясь молекулами.

«Кандидат» в экзопланеты должен вращаться вокруг материнской звезды не так близко, как Меркурий, и не так далеко, как Плутон. Иначе вода может испариться или замерзнуть на поверхности быстрее, чем образуется жизнь. Термин комфортного диапазона расположения экзопланеты от звезды, где вода может оставаться в жидкой форме, называется «Зона обитаемости».

За весь период наблюдения за экзопланетами было найдено большое количество потенциально пригодных для жизни миров, но из-за огромных расстояний в сотни и тысячи световых лет и ограниченных возможностей обсерваторий стопроцентный близнец Земли еще не найден.

Зато уже подтверждено несколько крайне интересных кандидатов, которые могут оказаться водными мирами: Kepler-62F в созвездии Лиры, Teegarden-B в созвездии Овна, Trappist-1D в созвездии Водолея и K2-18B в созвездии Льва.

Быть может, в скором времени астрономы и астрофизики найдут настоящего близнеца Земли в ближайших созвездиях Альфа Центавра, Сириуса и Пояса Ориона, где жизнь создает удивительные формы и ,вероятно, весьма разумна.

Будущее в исследовании экзопланет.

Поиск жизни. Исследование экзопланет дает возможность наконец-то ответить на фундаментальный вопрос: существует ли внеземная жизнь за пределами нашей Солнечной системы? Насколько причудлива может быть эта жизнь в зависимости от изменений климатических условий, состава атмосферы, магнитных и гравитационных полей, размера небесных тел?
В скором будущем, благодаря тестовым программам по колонизации Луны, Марса и Венеры, человечество вновь поднимет свои головы к звездам и отработает методы обустройства, терраформирования небольших площадей на безжизненных планетах и способы высадки людей в весьма суровых условиях.
Колонизация экзопланет. Получив полный анализ экзопланет из ближайших звездных систем, мы сможем отправлять зонды и автономные орбитальные станции для прямого изучения состава атмосферы потенциально пригодных для жизни экзопланет и в дальнейшем отправлять космонавтов в новые, удивительные исследовательские миссии.
Понимание генезиса и эволюции планет. Исследование экзопланет позволит нам узнать, как планеты формируются и эволюционируют, как внешние процессы влияют на появление или уничтожение жизни, и как препятствовать вымиранию нашей родной планеты, пока мы осваиваем другие уголки Млечного Пути.
Интеграция Искусственного Интеллекта и квантовых компьютеров позволит производить расчеты огромных массивов данных; таким образом мы сможем гораздо быстрее обрисовывать четкие очертания Млечного Пути и, быть может, других ближайших галактик.
Развитие новых технологий. Исследование экзопланет и колонизация требует высокотехнологичных инструментов и методов, что способствует развитию новых технологий в области эффективного производства и циркуляции новых видов энергии, созданию полимеров с новыми физическими свойствами, развитию квантовой механики, литейной промышленности новых сплавов, 3D моделированию и печати новых форм из новых материалов под контролем ИИ. Эти и многие другие начинания повлияют на всю тяжелую и легкую промышленность человечества, тем самым фундаментально видоизменяя качество жизни и культурный код человечества; космос снова станет частью повседневной жизни человека — благодаря новому витку научно-фантастических романов и кинофильмов, открытиям жизнепригодных планет, а также серьезному набору кадров в Космические НИИ.
Колонизация космоса позволит разным слоям населения Земли обрести совершенно другой смысл жизни и профессии: кто-то станет космическим шахтером на астероидном поле Сатурна, кто-то начнет изучать микробиологию и новые формы жизни, а кто-то, наконец-то войдя в контакт с внеземной расой, изучит филологические аспекты формирования внеземных языков. Но, конечно, самыми важными во всех этих авантюрах будут пилоты и капитаны кораблей, которые своей верой поведут человечество к звездам.

В этом видео экзопланеты представлены музыкальными нотами, проигрываемыми на протяжении десятилетий открытий. Кружки показывают местоположение и размер орбиты, а их цвет указывает на метод обнаружения. Нижние ноты означают более длинные орбиты, более высокие ноты — более короткие орбиты, NASA

Вернуться в журнал ↵