Що таке екзопланети і коли людство зможе туди перебратися

Людство досить рано здогадалося, що в небі є зірки, і їх дуже багато. Потім ця думка доповнилася міркуванням, що зірки схожі на наше Сонце або колись були схожі. Потім стало зрозуміло, що Земля та інші планети обертаються навколо Сонця, і виникло резонне питання: «А чому навколо інших зірок не можуть обертатися планети? » Теорія не бачила можливе існування планет за межами Сонячної системи ніяких проблем, але науці завжди потрібні факти. І з часом факти знайшлися.

Екзопланета

Що таке екзопланета? Все просто до неподобства – це планета за межами Сонячної системи, яка обертається навколо зірки. Термін утворено від скорочення extra planet solar, тобто внесолнечная планета. Але не варто плутати: не все, що за межами Сонячної системи, – це екзопланета, є ще і небесні тіла – сироти, так звані планемо, які подорожують по космосу поза орбіти материнської зірки.

Які бувають екзопланети? Вони бувають дуже різні. Космічний телескоп Кеплер спостерігав всього два сузір’я – Лебідь та Ліру – протягом 8 років, але виявив близько тисячі кандидатів в екзопланети. А сузір’їв у нас 88, та й у цих двох ще є що відкривати.

Таким чином, екзопланет багато, і вони різні. Способи виявлення, про які ми поговоримо пізніше, не дають нам з точністю визначити склад, атмосферу і природу відкритих планет. Що вже говорити, ми не можемо навіть безпосередньо побачити екзопланету. Але навіть через непрямі ознаки і дані можна скласти класифікацію.

Два головних класи екзопланет – маленькі кам’яні планети і планети-гіганти. Якщо застосувати цю класифікацію до нашої Сонячної системи, то до перших підуть Венера, Меркурій, Земля і Марс, а до других – Юпітер, Сатурн, Уран і Нептун.

Кожен з класів можна розділити на цілий ряд підкласів. Розберемо самі основні.

Хтонічна планета

Хтонічна планета – це газовий гігант, стрімко падаючий на материнську зірку. У центрі у газового гіганта знаходиться маленьке щільне ядерце, яке утримує навколо себе величезні маси газоподібного речовини. Поступово наближаючись до материнської зірки, газовий гігант починає випаровувати свою оболонку, поки не залишається одне ядро.

Надземлі

Головний і єдиний критерій, за яким можна зарахувати планету до сверхземле, – це її маса. Такі планети зазвичай важче Землі в рази, але при цьому сильно менше газового гіганта. На відміну від хтонічних планет, таких небесних тіл виявлено досить багато, причому в 2007 році астрономи знайшли сверхземлю Глізе 581-с у зоні населеності.

Гарячий юпітер

Назва всім відомої планети написано з маленької літери не помилково, гарячий юпітер – це не конкретна планета, а цілий планетарний клас. На відміну від нашого газового гіганта, гарячі юпітери розташовуються майже впритул до материнської зірки, яка розігріває їх атмосферу до 1500 К. Із-за ряду особливостей, зокрема, великого розміру, гарячих юпітерів виявлено дуже багато.

Холодний юпітер

Саме до цього класу належить оригінальний Юпітер і Сатурн – холодний юпітер знаходиться на такій відстані від зірки, що більшу частину свого тепла він отримує від внутрішніх процесів, а не від випромінювання.

Крижаний велетень

Такі планети теж є у нас в системі: Уран і Нептун типові представники крижаних гігантів – планет з великим розміром і видаленням від рідної зірки. В силу того, що промені слабо обігрівають такі планети, майже вся їх поверхня скута кригою, причому не тільки водяними, але і метановими і сірководневими.

Список видів екзопланет можна продовжувати ще дуже довго. Є і планети-океани, і вуглецеві планети, і гарячі з холодними нептун, і багато, багато іншого. Але ми поговоримо про те, як їх виявляють.

Способи виявлення екзопланет

Проведемо простий експеримент. Як-небудь, в теплу літню ніч, бажано, на півдні, причому біля Екватора, підніміть очі до нічного неба. Що ви побачите? Все вірно, міріади зірок. Різних зірок – яскравих і не дуже, одиночних і в сузір’ях. Але практично всі, крім Меркурія, Юпітера, Місяця і, може бути, Марса, будуть зірками.

Точно так само справи йдуть і з гігантськими телескопами в обсерваторіях. Зірки, завдяки своїм розмірам і випромінювання, практично повністю забивають все осяжний простір космосу, і планети, які світяться дуже слабким, відбитим світлом, просто не видно на їх фоні. Так що якщо і є десь цивілізація нашого рівня розвитку, то вона, швидше за все, здогадується про наявність Юпітера і Сатурна біля Сонця, але не більше.

Але екзопланети знаходяться, і досить достовірно. Для цього у нас є кілька способів.

Найбільш плідний – транзитний, або метод транзитної . Справа в тому, що у кожної зірки є такий показник, як світність. Грубо кажучи, світність – це весь світло, випромінюване зіркою в одиницю часу. Але якщо між телескопом спостерігача і зіркою проходить якесь небесне тіло, то на момент проходження світність падає. І якщо цей процес повторюється періодично, то значить – навколо зірки обертається планета. У цього способу є плюси і мінуси. Головний плюс – можливість визначення розмірів екзопланети. Мінус – щоб з точністю визначити наявність планети з великим періодом обертання, наприклад, як Юпітера (12 років), доведеться спостерігати за зіркою дуже довго.

Метод Доплера. Названий на честь австрійського математика Крістіана Доплера, цей метод полягає у вимірюванні спектрального зміщення зірки під впливом планети. Закони тяжіння працюють у обидві сторони, і нас в тому числі, тому не тільки Земля притягує нас, але ми Землю. Так само і в парі планета – зірка. Обертання масивної екзопланети зміщує променеву радіальну швидкість материнської зірки, і на приладах видно, як планета розкачується в червону область спектру, то у фіолетову. Метод Доплера дозволяє, разом з транзитним, визначити щільність планети, але знову ж – тільки якщо вона досить велика.

Гравітаційне мікролінзування. Цей спосіб зав’язаний на наявність між телескопом астронома і спостерігається зіркою ще однієї зірки, яка працює як гравітаційна лінза. Але якщо у зірки-лінзи є власна планета, то світло спостерігається зірки буде характерно спотворений.

Ну і нарешті, екзопланету можна просто побачити. Самі по собі планети – дуже слабкі джерела світла, так що небесні тіла земного типу виявити таким методом дуже складно. Найбільш вірогідні об’єкти, які можна виявити, – гіганти, розмірами більше Юпітера, які досить віддалені від зірки, і самі по собі випускають промені інфрачервоного спектру.

До 2014 року лідерство за кількістю відкритих екзопланет ділили між собою метод Доплера, або метод радіальних швидкостей, і транзитний метод. В 2014 році, завдяки флагману пошуку екзопланет – телескопа Кеплер, транзитний метод пішов далеко вперед.

Цікавий факт: інформація, отримана Кеплером, настільки велика, що її у вільному доступі надають для вивчення всім бажаючим. Так, проект Planet Hunters допоміг виявити вже три екзопланети.

Можливість життя та перспективи колонізації

Природно, обивателів меншою мірою цікавлять гарячі нептун і методи виявлення екзопланет. Головний інтерес публіки – можливість життя і колонізації далеких небесних тел.

Всього на червень 2017 року відкрито 3614 екзопланет. З них нагадують Землю – 216. Є з чого вибрати. Але можлива колонізація та можливість існування життя обмежена цілим рядом параметрів.

Зона населеності

Звикли все міряти по собі, земні астрономи вивели концепцію зони населеності. Суть концепції в тому, що у кожної зірки повинна бути певна зона, планети в якій можуть бути заселені.

Головна умова зони населеності – існування води в рідкому вигляді. Тому планета повинна бути досить близько до зірки, щоб вода не замерзала, і досить далеко, щоб не випаровувалася. Для обчислення центру жилої зони навіть виведено рівняння, яке виглядає як dAU=√Lstar/Lsun, де d – середній радіус жилої зони, Lstar – світність зірки, а Lsun – світність Сонця.

Всього в списку придатних для життя екзопланет, за рейтингом Університету Пуерто-Ріко, 52 планети. Одна з них – миниземля TRAPPIST – 1d, 21 планета, порівнянна з Землею, і 30 суперземель.

Основні критерії – склад планети, температура поверхні, розміри і атмосфера. Планети оцінюються за мірою схожості з Землею, і навіть виведений спеціальний числовий критерій, який складається з всього вищезазначеного. Якщо планета набирає від 0,8 до 1 за індексом подібності Землі, то її сміливо можна заносити в список потенційних колоній. Отже, обирайте собі за смаком, панове колоністи!

Kepler-438b

Був рекордсменом по схожості з Землею до 2016 року. Його ESI (Earth Similarity Index)– 0. 88. Сама планета знаходиться в 470 світлових роках від Землі в сузір’ї Ліри, батьківська зірка у Kepler-438b всього лише в два рази менше Сонця. Небесне тіло обертається в зоні зірки, а за розмірами перевищує Землю лише на 12%.

Проксима Центавра b

Рідна зірка цієї планети – Проксима Центавра, найближча до Сонця. Планета, як і світило, розташована в 4,22 світлових роки від нас. За індексом подібності Проксима Центавра набирає 0. 85 і впевнено тримається в топі.

Trappist -1 d

На даний момент планета Trappist, виявлена телескопом, більше всіх інших схожа на нашу рідну Землю. Вона також третя від своєї материнської зірки, трохи поступається Землі за розмірами і дуже близька за складом. Можлива температура поверхні – +15 градусів за Цельсієм.

На жаль, наявність придатних для колонізації планет – далеко не самий головний бар’єр на шляху заселення людиною Всесвіту. Навіть до Проксіма Центаври b при нинішніх технологіях потенційним колоністам летіти дуже і дуже довго. І поки ми не навчимося ефективно долати відстані хоча б в 10 світлових років, про підкорення екзопланет говорити рано.

Варіацій екзопланет ще дуже багато. Але найбільші відкриття чекають нас попереду – на Землі вже зараз готуються амбітні міжнародні проекти створення гігантських телескопів та космічних обсерваторій, які будуть здатні бачити те, що ми не можемо виявити зараз. А ведьеще у екзопланет є супутники. Але про це іншим разом.