Экзопланеты

12 лекций астрофизика Сергея Попова об исследованиях планет, обращающихся вокруг других звезд

- 15.04.2015
18 135
Алиса Сербиненко / ПостНаука

Экзопланеты — это планеты, обращающиеся вокруг других звезд. Как только возникли идеи о том, что звезды ночного неба — это далекие солнца, стали рассуждать о возможности существования планет вокруг них и жизни на этих телах.

Однако одно дело — рассуждать, а другое — обнаружить. Поскольку планеты гораздо легче звезд и излучают меньше света, открыть их очень и очень трудно. Несмотря на отдельные попытки, успех пришел только в конце XX века.

К концу 80-х годов сразу несколько методик наблюдения достигли нужной точности, и в начале 90-х экзопланеты начали открывать. Сейчас известно несколько тысяч планет, и их количество растет. Оказалось, что другие планетные системы и их члены могут существенно отличаться от того, что мы видим в нашей системе. Открылась бездна, экзопланет полна. И теперь надо разбираться, как все эти объекты устроены, как они сформировались, как они будут эволюционировать. Об этой, возможно, самой «живой» области астрофизики наш курс.

1

Методы регистрации экзопланет

Астрофизик Сергей Попов о транзитных планетах, явлении гравитационного линзирования и телескопе Gaia
Есть планеты, есть звезды, а между ними есть еще один тип объектов, который называют бурыми карликами. Они тяжелее планет, но легче звезд. В бурых карликах идут термоядерные реакции, но это не реакции превращения водорода в гелий, которые позволяют нормальным звездам излучать много энергии. Мы до сих пор не знаем, является ли открытый в 1989 году объект очень тяжелой экзопланетой или очень легким бурым карликом.

2

Многообразие планет

Астрофизик Сергей Попов о газовых и ледяных гигантах, системах двойных звезд и одиночных планетах
Самый часто встречающийся тип планет — это сверхземли, или суперземли. Это планеты, превосходящие Землю по массе примерно в 5–10 раз. Они могут иметь разный состав, могут быть каменными, могут иметь толстые газовые оболочки. Оказывается, что они очень многочисленны. В Солнечной системе ничего похожего нет. Строить модели таких планет довольно сложно, но их уже много известно.

3

Эволюция экзопланет

Астрофизик Сергей Попов об изменениях орбит планет, сверхземле в Солнечной системе и превращении звезды в красного гиганта
В конце стадии красного гиганта звезда сбрасывает внешние слои. Сброшенная оболочка по массе может составлять десятки процентов от начальной массы звезды. Планеты, которые крутятся вокруг звезды, удерживаются гравитацией, и эта гравитация постепенно становится слабее. Процесс сброса оболочки красного гиганта немгновенен с точки зрения движения планет. Если звезда резко потеряла бы половину своей массы, то все планеты стали бы гравитационно несвязанными и просто разлетелись бы в разные стороны, планетная система перестала бы существовать.

4

Спутники экзопланет

Астрофизик Сергей Попов об образовании Луны, методах регистрации спутников и потенциальной обитаемости экзолун
Как образуются спутники планет? Основных путей два. Образуется планета, вокруг нее есть протопланетный диск, в котором могут образоваться спутники. То есть с некоторыми существенными упрощениями, так же как планеты образуются вокруг звезды, спутники могут образовываться вокруг планет. Второй способ — это захватить спутник. Когда образуется какая-нибудь планетная система, в протопланетном диске образуется большое количество объектов разной массы — и большие, и маленькие, и большие объекты могут захватывать более мелкие.

5

Формирование планет и протопланетные диски

Астрофизик Сергей Попов об образовании планетных систем, снеговой линии и облаке Оорта
Здесь надо сделать важный комментарий: существует два типа дисков, которые очень часто путают. Есть протопланетные диски, в которых будут или сейчас образуются планеты, и есть так называемые остаточные диски. И те и другие видны вокруг молодых звезд, но остаточные диски — это то, что осталось после образования планетной системы.

6

Современные методы изучения экзопланет

Астрофизик Сергей Попов об открытии экзопланет, астрономическом спутнике «Кеплер» и спектральных измерениях
Чтобы искать планеты по таймингу, то есть по наблюдению каких-то периодических процессов, которые сбиваются из-за присутствия экзопланеты, можно использовать совсем маленькие телескопы, наблюдать большое количество двойных звезд, в которых, например, происходит затмение, и открывать экзопланеты. Люди делают это на небольших инструментах, которые разбросаны по всему миру.

7

Будущее экзопланетных исследований

Астрофизик Сергей Попов о поиске жизни на экзопланетах, международных космических проектах и наземных телескопах нового поколения
Астрофизика экзопланет — очень хорошая область для тех, кто только начинает работать в астрофизике. Потому что интересно не просто заниматься астрономией, изучать черные дыры, а интересно действительно получать результаты. И экзопланетные исследования в ближайшие десятилетия будут развиваться очень бурно, и некоторые направления исследований можно предсказать. Связано это с тем, что большие прорывы часто осуществляются с помощью действительно дорогих серьезных установок, которые долго проектируются, долго обсуждается, кто будет давать деньги на эти приборы, и поэтому они планируются заранее. Сейчас речь идет о планировании инструментов, которые заработают как минимум через 5–7 лет.

8

Сверхземли

Астрофизик Сергей Попов о многообразии планет Солнечной системы, свойствах сверхземель и составе экзопланет
Сверхземли — это обобщающее название для большой группы планет, которые по своим массам находятся примерно между Землей и Нептуном. Здесь нужно вспомнить важную вещь. Есть два основных метода обнаружения экзопланет: одним методом мы измеряем массу и орбитальный период, другим методом мы измеряем размер и орбитальный период. Поэтому иногда сверхземли определяют в терминах масс, иногда в терминах радиусов, но, к счастью, для части планет у нас есть и измерение массы, и измерение радиуса, и тогда мы можем сказать гораздо больше.

9

Маркеры жизни на экзопланетах

Астрофизик Сергей Попов о методах получения спектров экзопланет, признаках жизни в атмосфере и космических проектах ближайшего будущего
Сейчас известно огромное количество экзопланет, речь идет о многих тысячах. Если считать и кандидатов в экзопланеты, то их количество перевалило уже за 20 тысяч, то есть их действительно много. Мы думаем, что часть из них, даже из известных планет, потенциально являются обитаемыми. Всего в Галактике, как мы думаем, существуют десятки миллионов потенциально обитаемых планет — это довольно большое количество. Но возникает вопрос: как же мы можем убедиться в том, что на этих планетах есть или может быть жизнь?

10

Внутреннее строение экзопланет

Астрофизик Сергей Попов о веществах планетарных недр, типах экзопланет и зависимости плотности от размера
Глядя на планеты Солнечной системы, можно наивно сказать, что общим правилом является то, что маленькие планеты — это в основном планеты каменные, планеты побольше, раз в 10, скажем, тяжелее Земли, — это ледяные гиганты. И наконец, самые большие планеты с массой порядка массы Сатурна и Юпитера — это газовые гиганты. На самом деле жизнь устроена гораздо сложнее. Потому что важно, где и как планета образовывалась, как она мигрировала по своей планетной системе и что с ней происходило, когда она уже заняла достаточно стационарную орбиту.

11

Атмосферы экзопланет

Астрофизик Сергей Попов о способах изучения атмосферы, структуре внешних слоев газовой оболочки планет и горячих юпитерах
Изучение атмосфер экзопланет, с одной стороны, осложняется, а с другой стороны, делает всю задачу более интересной благодаря тому, что чаще всего мы изучаем атмосферы планет, у которых нет аналогов в Солнечной системе. В Солнечной системе у нас есть маленькие планеты с тонкими атмосферами, такие как Земля, Венера и Марс, и есть газовые гиганты и ледяные гиганты, которые находятся очень далеко от своих звезд. Изучать атмосферы таких планет в случае экзопланет мы не можем, это станет возможным, может быть, через несколько десятилетий. Пока же мы изучаем в основном горячие юпитеры, или какие-нибудь горячие сверхземли, или совсем молодые планеты.

12

Зона обитаемости

Астрофизик Сергей Попов о параметрах зоны обитаемости, парниковом эффекте и перспективах поиска жизни на экзопланетах
Многие полагают, что одна из основных задач изучения экзопланет — это все-таки найти жизнь. У нас еще остаются надежды найти жизнь в Солнечной системе в какой-то простейшей форме, может быть, на спутниках Юпитера, спутниках Сатурна, может быть, мы узнаем, что когда-то на Марсе была жизнь. Но все-таки основная надежда найти жизнь, хоть как-то похожую на земную, — искать ее на экзопланетах, причем именно на планетах. У экзопланет могут быть, могут быть свои европы, свои энцелады, но вряд ли с большого расстояния мы увидим следы существования этой жизни. Пока мы даже не знаем о существовании таких экзолун, как говорят. Кроме того, если те спутники похожи на спутники в Солнечной системе, то вряд ли там возможно существование жизни в развитой форме.

13

5 сайтов об экзопланетах

Астрофизик Сергей Попов рекомендует 5 лучших интернет-ресурсов об изучении планет у далеких звезд

доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник ГАИШ МГУ
Узнал сам? Поделись с друзьями!
  • VZ

    — при сходных условиях с планетой Земля (вода, темп. магнитное поле и пр.) будет 100% жизнь. Только вот обнаружить не удастся.
    Вспомнился фильм Г.Данелия «Кин-дза-дза» — желтые штаны у нас уже есть, осталось обнаружить планету.-))
    Прекрасный материал и цикл лекций. Спасибо С. Попову и Постнаука.

    Опубликовано материалов
    03586
    Готовятся к публикации
    +28
    Самое читаемое за неделю
  • 1
    ПостНаука
    12 408
  • 2
    ПостНаука
    3 873
  • 3
    Михаил Соколов
    2 505
  • 4
    Андрей Цатурян
    2 366
  • 5
    Татьяна Тимофеева
    2 335
  • 6
    Роман Бевзенко
    1 412
  • 7
    Сергей Афонцев
    1 367
  • Новое

  • 3 873
  • 649
  • 2 335
  • 1 367
  • 1 412
  • 2 505
  • 12 408
  • 2 366