Cilvēce diezgan agri saprata, ka debesīs ir zvaigznes, un to ir daudz. Tad šo domu papildināja arguments, ka zvaigznes ir līdzīgas mūsu Saulei vai vienā reizē bija līdzīgas. Tad kļuva skaidrs, ka Zeme un citas planētas griežas ap Sauli, un rodas pamatots jautājums: "Kāpēc planētas nevar griezties ap citām zvaigznēm?" Teorija neredzēja nekādu problēmu iespējamā planētu pastāvēšanā ārpus Saules sistēmas, taču zinātnei vienmēr nepieciešami fakti. Un laika gaitā fakti tika noskaidroti.
Exoplanet
Kas ir eksoplanete? Viss ir vienkārši briesmīgi - šī ir planēta ārpus Saules sistēmas, kas griežas ap zvaigzni. Termins tika izveidots no saīsinājuma papildu saules planēta, tas ir, no ekstrasolāru planētas. Nevajag jaukties: ne viss, kas atrodas ārpus Saules sistēmas, ir eksoplaneta, ir arī debess ķermeņi - bāreņi, tā sauktās planētas, kas ceļo pa kosmosu ārpus vecāku zvaigznes orbītas.
Kādas ir eksoplanetes? Viņi ir ļoti dažādi. Keplera kosmiskais teleskops 8 gadu laikā novēroja tikai divus zvaigznājus - Cygnus un Lyru -, bet atrada apmēram tūkstoti eksoplanetu kandidātu. Mums ir 88 zvaigznāji, un šiem diviem vēl ir ko atklāt.
Tādējādi ir daudz eksoplanetu, un tās ir atšķirīgas. Noteikšanas metodes, par kurām mēs runāsim vēlāk, neļauj precīzi noteikt atklāto planētu sastāvu, atmosfēru un raksturu. Ko mēs varam teikt, mēs pat tieši nevaram redzēt eksoplanetu. Bet pat izmantojot netiešas zīmes un datus, to var klasificēt.
Divas galvenās eksoplanetu klases ir mazas klinšu planētas un milzu planētas. Ja mēs piemērosim šo klasifikāciju mūsu Saules sistēmai, tad Venēra, Merkurs, Zeme un Marss dosies uz pirmo, bet Jupiters, Saturns, Urāns un Neptūns - uz otro.
Katru no klasēm var iedalīt vairākās apakšklasēs. Analizēsim visvienkāršākos.
Reklāmas video:
Hroniskā planēta
Hroniskā planēta ir gāzes gigants, kas strauji krīt uz vecāku zvaigznes. Gāzes giganta centrā ir mazs blīvs kodols, kas ap to satur milzīgas gāzveida vielas masas. Pakāpeniski tuvojoties vecāku zvaigznei, gāzes gigants sāk iztvaikot savu apvalku, līdz paliek viens kodols.
Hroniskās planētas HD 209458b tranzīta mākslinieciskais attēlojums tās zvaigznes priekšā. Eiropas Kosmosa aģentūra, Alfrēds Vidāls-Madžārs (Parīzes Institūts, CNRS, Francija) un NASA / wikimedia.org (CC BY 4.0)
Superzeme
Galvenais un vienīgais kritērijs, pēc kura planētu var klasificēt kā superzemi, ir tās masa. Šādas planētas parasti ir vairākas reizes smagākas nekā Zeme, bet tajā pašā laikā tās ir daudz mazākas nekā gāzes gigants. Pretstatā hroniskajām planētām, tika atklāts diezgan daudz šādu debess ķermeņu, un 2007. gadā astronomi apdzīvojamā zonā atrada virszemes zemi Gliese 581-c.
Gliese 581c Tyrogthekreeper / wikimedia.org (CC BY-SA 3.0)
Karsts jupiters
Plaši pazīstamās planētas nosaukums nav kļūdaini uzrakstīts ar nelielu burtu, karstais Jupiters nav konkrēta planēta, bet gan vesela planētu klase. Atšķirībā no mūsu gāzes giganta, karstie Jupiteri atrodas gandrīz tuvu mātes zvaigznei, kas viņu atmosfēru sasilda līdz 1500 K. Sakarā ar vairākām īpašībām, jo īpaši to lielo izmēru, ir atklāts daudz karstu Jupiteru.
Aukstais jupiters
Tieši šai klasei pieder sākotnējais Jupiters un Saturns - aukstais Jupiters atrodas tādā attālumā no zvaigznes, ka lielāko daļu siltuma saņem no iekšējiem procesiem, nevis no starojuma.
Ledus gigants
Arī mūsu sistēmā ir šādas planētas: Urāns un Neptūns ir tipiski ledus gigantu pārstāvji - planētas ar lielu izmēru un attālumu no savas dzimtās zvaigznes. Sakarā ar to, ka stari vāji silda šādas planētas, gandrīz visu to virsmu saista ledus, un ne tikai ūdens, bet arī metāns un sērūdeņradis.
Voyager 2 Neptūna attēls 1989. gada augustā. NASA / wikimedia.org (CC0 1.0)
Eksoplanētu sugu sarakstu var turpināt ļoti ilgi. Ir okeānu planētas, oglekļa planētas, karsts un auksts neptūns un vēl daudz, daudz vairāk. Bet mēs runāsim par to, kā tie tiek atklāti.
Eksoplanetu noteikšanas metodes
Veiksim vienkāršu eksperimentu. Kaut kādā siltā vasaras naktī, vēlams dienvidos, netālu no ekvatora, paceliet acis uz nakts debesīm. Ko jūs redzēsit? Tieši tā, neskaitāmas zvaigznes. Dažādas zvaigznes - spilgtas un ne pārāk spilgtas, vientuļas un zvaigznājos. Bet praktiski visi, izņemot Merkura, Jupitera, Mēness un varbūt Marsa, būs zvaigznes.
Tas pats notiek ar milzu teleskopiem observatorijās. Zvaigznes to lieluma un starojuma dēļ gandrīz pilnībā nosprosto visu novērojamo kosmosa telpu, un planētas, kas mirdz ar ļoti vāju, atstarotu gaismu, vienkārši nav redzamas uz to fona. Tātad, ja kaut kur atrodas mūsu attīstības līmeņa civilizācija, tas, visticamāk, domā par Jupitera un Saturna klātbūtni Saules tuvumā, bet ne vairāk.
Bet eksoplanetes ir atrodamas, un ļoti ticami. Mums ir vairāki veidi, kā to izdarīt.
Visproduktīvākā ir tranzīta jeb tranzīta fotometrijas metode. Fakts ir tāds, ka katrai zvaigznei ir tāds indikators kā spilgtums. Aptuveni runājot, spožums ir viss zvaigznes izstarotais apgaismojums vienā laika vienībā. Bet, ja kāds debess ķermenis iziet starp novērotāja teleskopu un zvaigzni, tad caurbraukšanas laikā gaišums samazinās. Un, ja šis process tiek periodiski atkārtots, tas nozīmē, ka planēta griežas ap zvaigzni. Šai metodei ir plusi un mīnusi. Galvenais plus ir spēja noteikt eksoplanetes lielumu. Mīnuss - lai precīzi noteiktu tādas planētas klātbūtni, kurai ir ilgs orbītas periods, piemēram, piemēram, Jupiteram (12 gadi), zvaigzne būs jānovēro ļoti ilgi.
Doplera metode. Metode nosaukta pēc Austrijas matemātiķa Kristiana Doplera, un tā mēra zvaigznes spektrālo pārvietojumu planētas ietekmē. Gravitācijas likumi darbojas abos virzienos, arī mums, tāpēc ne tikai Zeme mūs piesaista, bet arī mēs - Zeme. Tāpat planētas pārī - zvaigzne. Masīvās eksoplanetes rotācija nobīdina vecākās zvaigznes radiālo radiālo ātrumu, un instrumenti rāda, kā planēta sliecas spektra sarkanajā zonā, pēc tam violetā. Doplera metode ļauj kopā ar tranzīta metodi noteikt planētas blīvumu, bet atkal - tikai tad, ja tas ir pietiekami liels.
Gravitācijas mikrolente. Šī metode ir saistīta ar citas zvaigznes klātbūtni starp astronoma teleskopu un novēroto zvaigzni, kas darbojas kā gravitācijas lēca. Bet, ja objektīva zvaigznei ir sava planēta, tad novērotās zvaigznes gaisma būs raksturīgi izkropļota.
Un visbeidzot, eksoplanetu var viegli redzēt. Pašas planētas ir ļoti vāji gaismas avoti, tāpēc, izmantojot šo metodi, ir ļoti grūti noteikt sauszemes debess ķermeņus. Visticamāk, ka atklātie objekti ir Jupitera lielāki milži, kas atrodas pietiekami tālu no zvaigznes, lai paši izstarotu infrasarkanos starus.
Līdz 2014. gadam Doplera metode jeb radiālā ātruma metode un tranzīta metode bija kopīgas vadībā atklāto eksoplanetu skaitā. 2014. gadā, pateicoties eksoplanētu - Keplera teleskopa - meklēšanas flagmanim, tranzīta metode devās tālu uz priekšu.
Interesants fakts: Keplera iegūtā informācija ir tik plaša, ka tā ir brīvi pieejama visiem studijām. Tādējādi Planētas mednieku projekts jau ir palīdzējis atklāt trīs eksoplanetes.
Dzīves iespēja un kolonizācijas izredzes
Dabiski, ka parastos cilvēkus mazāk interesē karstie neptūni un eksoplanetu noteikšanas metodes. Sabiedrības galvenā interese ir tālu debess ķermeņu dzīves un kolonizācijas iespēja.
Forplayday / bigstock.com
Kopumā 2017. gada jūnijā tika atklāti 3614 eksoplaneti. No tiem tie atgādina Zemi - 216. Ir daudz, no kuriem izvēlēties. Bet domājamo kolonizāciju un dzīvības pastāvēšanas iespēju ierobežo vairāki parametri.
Apdzīvojamā zona
Pieraduši visu izmērīt paši, zemes astronomi ir atvasinājuši apdzīvojamās zonas jēdzienu. Koncepcijas būtība ir tāda, ka katrai zvaigznei jābūt noteiktai zonai, kurā planētas var apdzīvot.
Apdzīvojamās zonas galvenais nosacījums ir šķidra ūdens esamība. Tāpēc planētai jābūt pietiekami tuvu zvaigznei, lai ūdens nesasaltu, un pietiekami tālu, lai tā neiztvaiko. Lai aprēķinātu apdzīvojamās zonas centru, pat tika iegūts vienādojums, kas izskatās šādi: dAU = √Lstar / Lsun, kur d ir apdzīvojamās zonas vidējais rādiuss, Lstar ir zvaigznes spožums, bet Lsun ir Saules spilgtums.
Saskaņā ar Puertoriko universitātes datiem apdzīvojamo eksoplanetu sarakstā ir 52 planētas. Viena no tām ir mini-Zeme TRAPPIST - 1d, 21 planēta, kas salīdzināma ar Zemi, un 30 superzemes.
Galvenie kritēriji ir planētas sastāvs, virsmas temperatūra, lielums un atmosfēra. Planētas novērtē pēc līdzības pakāpes ar Zemi, un ir iegūts pat īpašs skaitlisks kritērijs, kas sastāv no visiem iepriekšminētajiem. Ja Zemes līdzības indeksā planēta iegūst no 0,8 līdz 1, tad to var droši ievadīt potenciālo koloniju sarakstā. Tātad, izvēlies, kungi kolonisti!
Kepler-438b
Līdz 2016. gadam viņš bija līdzības ar Zemi rekordists. Tā ESI (Zemes līdzības indekss) ir 0,88. Pati planēta atrodas 470 gaismas gadu attālumā no Zemes zvaigznājā Lyra, un Kepler-438b vecāku zvaigzne ir tikai puse no Saules lieluma. Pati planēta atrodas zvaigznes apdzīvojamā zonā, tās lielums pārsniedz Zemi par 12%.
Proxima Centauri b
Šīs planētas mājas zvaigzne ir Proxima Centauri, kas ir vistuvāk Saulei. Pati planēta, tāpat kā gaismeklis, atrodas 4,22 gaismas gadu attālumā no mums. Saskaņā ar līdzības indeksu Proxima Centauri iegūst 0,85 un pārliecinoši paliek topā.
TRAPPIST-1 d
Šobrīd ar teleskopa palīdzību atklātā planēta TRAPPIST ir vislīdzīgākā mūsu mājas Zemei. Tas ir arī trešais no savas vecākās zvaigznes, nedaudz zemāks par Zemes izmēru un pēc sastāva ļoti līdzīgs. Paredzamā virsmas temperatūra ir +15 grādi pēc Celsija.
Diemžēl kolonizācijai piemērotu planētu pieejamība ir tālu no vissvarīgākā šķēršļa Visuma cilvēku kolonizācijas ceļā. Pat uz Proxima Centauri b, izmantojot pašreizējās tehnoloģijas, potenciālajiem kolonistiem ir ļoti, ļoti ilgs lidojuma laiks. Un kamēr mēs nemācīsimies efektīvi veikt vismaz 10 gaismas gadu attālumus, ir pāragri runāt par eksoplanetu iekarošanu.
Joprojām ir daudz eksoplanetu variantu. Bet lielākie atklājumi mūs sagaida priekšā - uz Zemes jau tiek gatavoti vērienīgi starptautiski projekti, lai izveidotu milzu teleskopus un kosmosa observatorijas, kas spēs redzēt to, ko mēs šobrīd nevaram atrast. Bet es vēl neesmu pieminējis, ka eksoplanetām ir satelīti.