у каких звезд есть планеты
У всех ли звёзд есть планеты?
Вновь отвечаем на вопрос от подписчика:
У каждой ли звёзды есть планеты? От чего это зависит?
Условия существования планет возле других звёзд сейчас являются одним из важных вопросов астрофизики, которому уделяется достаточно много внимания. В точности сказать от чего зависит наличие или отсутствие планет возле звезды пока невозможно, но существуют некоторые закономерности.
На данный момент на наличие планет исследовали лишь малую часть звёзд нашей галактики, но оказалось, что планетные системы есть у всех звёзд подобных нашему Солнцу, поэтому можно предположить что скорее всего аналогичная картина наблюдается по всей нашей галактике.
Также планеты могут вращаться и вокруг более крупных звёзд, а также — звёзд-гигантов, но пока их не удалось наблюдать возле сверхгигантов. Это может быть обусловлено либо их отсутствием, масштабы звезды просто не дали сформироваться планетам, либо несовершенством наших способов обнаружения экзопланет.
Так одним из основных методов поиска экзопланет является метод лучевых (радиальных) скоростей. При использовании данного метода планета обнаруживается по её гравитационному влиянию на движение родительской звезды. В случае со звёздами-сверхгигантами, влияние планеты на звезду, по которому их ищут, значительно меньше чувствительности современного оборудования.
У красных гигантов не ожидается наличие планетных систем. Это связано с тем, как красные гиганты возникают. В начале своего жизненного пути эти звёзды находятся на главной последовательности и вполне могут иметь планетные системы. Но с течением времени топливо для термоядерных реакций в недрах звезды истощается, из-за чего нарушается баланс между гравитацией и давлением и звезда начинает быстро расширяться. Именно поэтому у красных гигантов может не быть планетных систем: звезда поглощает все планеты на этапе расширения.
Что касается красных карликов, то исследовать их на наличие планет пока не представляется возможным: они слишком тусклые, но по современным теоретическим представлениям они тоже должны иметь планеты.
При взрыве звезды, в результате которого образуются белые карлики или нейтронные звёзды планетные системы могут быть уничтожены, исследования таких систем также крайне затруднительны в данный момент, но в теории некоторые планеты могут уцелеть и продолжить вращаться вокруг белого карлика или даже нейтронной звезды.
Планеты у других звёзд
Авг 17
Планеты у других звёзд
Экзопланета на орбите коричневого карлика 2M1207. Это первый в истории снимок экзопланеты (2004 год). Период её обращения вокруг звезды превышает 2450 лет (ESO Paranal Observatory).
Изменение блеска звезды Kepler-6, вызванное прохождением по её диску экзопланеты Kepler-6b. Год на этой планете длится всего 3,2 земных дня (Поташев Р. Е.).
Взгляд художника на закат трёх светил на предполагаемом спутнике планеты HD 188753 A b. Эта планета (размером примерно с Юпитер) обнаружена в 2005 году с помощью телескопа на вершине горы Мауна Кеа на Гавайях. Период обращения планеты вокруг главной звезды системы составляет чуть больше трёх дней.
Фотография системы Беты Живописца (63 световых года от Солнца). Это самая быстровращающаяся из известных экзопланет: один оборот вокруг звезды она делает за 8 часов (ESO/A.-M. Lagrange et al.).
Поскольку люди давно подозревали, что звёзды – это далёкие солнца, то они подозревали и о том, что у других звёзд могут быть планеты. С какого-то времени их стали называть «экзопланеты», то есть планеты, вращающиеся не вокруг Солнца, а вокруг другой звезды. Очень простое, понятное определение. Но обнаружить экзопланеты очень трудно. Они маленькие, сами они светят слабо, находятся рядом с яркой звездой, и увидеть их непросто. Экзопланеты начали открывать разными способами разные группы исследователей. Только в 90-е годы XX века, 25 лет назад, была надёжно открыта первая экзопланета. Сейчас число надёжно открытых экзопланет – на уровне 5000.
Удивительно, что первая надёжно открытая планета была открыта в 1992 году у нейтронной звезды – радиопульсара. Это как у Стругацких: «Дети, запишите: «рыба сидела на дереве»». – «Учитель, но рыбы не сидят на деревьях!» – «Это была сумасшедшая рыба». Никто не думал, что планеты могут существовать вокруг нейтронных звёзд. Оказалось, что они там есть. Вот такая сумасшедшая планета. Недавно появилась статья, в которой обсуждается возможность существования жизни на таких планетах. Первая надёжная планета вокруг нормальной звезды (51 Пегаса b) была открыта в 1995 году Мишелем Майором и Дидье Кело. Но и до этого находили подобные объекты. Одна группа обнаружила в 1988 году объект, который казался планетой, и спустя 15 лет это удалось подтвердить. Это действительно планета, но «надёжной» она стала всего лишь 14 лет назад. В 1989 году открыли очень надёжный объект, но про него мы до сих пор не знаем – планета это или так называемый бурый карлик. В звёздах идут термоядерные реакции горения нормального водорода, его много, в планетах никакие термоядерные реакции не идут, а в бурых карликах идёт горение дейтерия (изотопа водорода), его мало, но, тем не менее, возникают такие «недозвёзды», которые называют бурыми карликами.
Что было неожиданного в открытии экзопланет? То, что первые открытые планетные системы оказались совершенно не похожими на нашу. Первые открытые планеты относились к классу так называемых «горячих юпитеров». Это гигантские газовые планеты, такие, как Юпитер, иногда больше раз в десять, которые находятся очень близко от своих звёзд. Они делают оборот вокруг своей звезды не за несколько лет, как наши гигантские планеты, а иногда – за несколько часов. Они едва ли не чиркают по диску звезды. Вскоре (это «вскоре» может означать миллионы лет) они упадут на свою звезду или перетекут на неё. Что удивительно, они не могли там образоваться никаким способом. Их надо было «делать» где-то далеко, а потом каким-то способом тянуть к звезде, и последние годы люди активно занимаются изучением этих процессов.
Открытие экзопланет – замечательный пример того, как было прорублено новое окно во Вселенную, появился новый тип объектов – открылась «бездна, экзопланет полна». Они очень необычные, они часто не похожи на планеты Солнечной системы, они явно имели другую историю формирования, имеют другой химический состав, и всё это очень интересно. Поэтому экзопланетная астрофизика сейчас одна из самых бурно развивающихся областей этой науки.
Это – глава из стенгазеты, выпущенной благотворительным проектом «Коротко и ясно о самом интересном». Нажмите на миниатюру газеты ниже и читайте остальные статьи по интересующей вас тематике. Спасибо!
Материал выпуска любезно предоставил Сергей Борисович Попов – астрофизик, доктор физико-математических наук, профессор Российской академии наук, ведущий научный сотрудник Государственного астрономического института им. Штернберга Московского государственного университета, лауреат нескольких престижных премий в области науки и просвещения. Надеемся, что знакомство с выпуском будет полезно и школьникам, и родителям, и учителям – особенно сейчас, когда астрономия снова вошла в список обязательных школьных предметов (приказ №506 Минобрнауки от 7 июня 2017 года).
Все стенгазеты, изданные нашим благотворительным проектом «Коротко и ясно о самом интересном», ждут вас на сайте к-я.рф. Есть также группа вконтакте и ветка на сайте Питерских родителей Литтван, где мы обсуждаем выход новых газет. Любой желающий может бесплатно получать наши газеты в местах раздачи в Петербурге.
Планеты у других звезд. Часть первая. История исследований.
Возможно, нам просто повезло. На Земле совпало несколько благоприятных для зарождения жизни обстоятельств.
Далеко не всякая звезда становится солнцем, окруженным планетами: если туманность, из которой произошла звезда, вращалась бы чуть медленнее, планеты бы не возникли.
Кроме того, орбита планеты, на которой возникла жизнь, должна быть круговой. При вытянутой эллиптической орбите, на планете, при приближении к солнцу, испарялась бы вся вода, а при удалении от него, вся вода превращалась бы в лед. Играют роль также и размеры планеты.
В нашей Галактике 100 миллиардов звезд. И уж, наверное, в ней есть планеты, похожие на Землю.
Поиски жизни в Солнечной системе.
Еще в 18 веке английский астроном В.
С выходом человека в космос появились новые возможности исследования планет, и земляне снова с надеждой обратили взор на соседние планеты.
Поиски жизни на планетах земной группы.
Солнце – раскаленный плазменный шар с температурой у поверхности около 6000 градусов по шкале Кельвина и температурой ядра 14–15 млн. градусов Кельвина. Поэтому жизнь на Солнце не возможна. Следует сразу оговориться, что мы будем вести речь только о жизни, подобной земной. Потому что об этой форме жизни мы знаем больше всего, а главное, знаем каковы должны быть условия, чтобы такая жизнь могла возникнуть. Если нам повезет, и мы встретим в наших исследованиях небесное тело, аналогичное нашей планете и такой же звезды как наше Солнце, то именно там, прежде всего, следует искать жизнь.
На Луне почти нет атмосферы. Луна не может удержать густую атмосферу у своей поверхности, так как мала сила ее тяготения. До сих пор не известно есть ли на Луне вода. В 1969 г. на Луну высадился человек. И тогда стало окончательно ясно, что Луна – безжизненный мир.
Венера долго была кандидатом на обитаемость. Гравитация на Венере такая же, как и на Земле, а высокое давление вовсе не препятствует развитию жизни на планете. Жизнь на Венере могла бы существовать на высотах около 55 км, где давление и температура близки к нормальным земным величинам. Гораздо хуже обстоят дела с составом атмосферы Венеры. Большей частью в ней содержится углекислый газ. Но и на Земле первоначально атмосфера состояла из углекислого газа, который в большом количестве выпадал на поверхность в виде соединений. Жизнь зародилась именно в таких условиях. Позже, под влиянием жизнедеятельности бактерий, состав атмосферы полностью сменился на современный. Таким образом, Венеру не стоит полностью исключать из рассмотрения.
Марс издавна привлекал ученых и являлся предметом бесконечных споров по поводу жизни на его поверхности.
На Марсе есть вода. Она содержится в атмосфере в виде пара и в некотором количестве в полярных шапках, как примесь обыкновенного льда к замерзшей углекислоте. На поверхности планеты воды нет. Но достаточно большое количество ее содержится в виде вечной мерзлоты. Рассматривая возможность развития жизни на Марсе надо, однако, принять во внимание, что атмосфера на этой планете очень разрежена.
В 1975 г. на поверхность Марса опустились аппараты «Викинг-1» и Атмосфера Марса видна над поверхностью. «Викинг-2». На их снимках видны плотные облака вблизи вершин гор или вулканов и туман, осевший в долинах между горами. Вершины поднимались над облаками. Дул слабый восточный ветер.
Однако все эксперименты не дали определенных результатов. Анализ органического вещества в грунте Марса показал, что микроорганизмов там нет. Однако, существует некая повышенная активность марсианского грунта, поскольку в результате химических реакций наблюдается выделение кислорода.
Из планет земной группы остался только Меркурий. Что увидел бы космонавт, высадившись на его поверхность? Черное небо, на котором пылает огромное Солнце. Суровая черно-рыжая поверхность, покрытая острыми обломками скал и слоем пыли. Мир безмолвия, мертвый мир, застывший мир далекого прошлого Солнечной системы. Нестерпимая жара от огромного Солнца, которое застыло надолго в одной точке небосвода и очень медленно, в течение многих земных суток, смещается с востока на запад. Но вот наступает ночь, и космический холод охватывает районы, где еще недавно была жара. Вследствие таких условий на Меркурии жизнь также маловероятна.
1.2. Поиски жизни на спутниках планет-гигантов.
Простейшие микробы могли бы существовать и на спутнике Сатурна Титане. Он имеет густую атмосферу из азота. В ней присутствуют элементы, из которых развилась жизнь на Земле.
Уран и Нептун также имеют плотную водородно-гелиевую атмосферу и оболочки из обычного льда.
Еще более вероятным кандидатом является один из галилеевых спутников Юпитера Европа. Ее поверхность покрыта льдом, под которым, по всей видимости, находится океан жидкой воды.
Планеты у других звезд.
Еще в IV веке до н. э. Эпикур высказал смелое предположение о бесконечной множественности миров, что как он считал, логично проистекает из факта бесчисленности «атомов». Его современник Аристотель имел иное мнение: он видел Землю уникальным центром безупречного кристаллического неба.
Для доказательства правоты Эпикура человечеству потребовалось более двух тысяч лет.
Открытие планетных систем у ближайших звезд.
В конце 1995 г. произошло долгожданное событие: была обнаружена первая экзопланета, т.е. внешняя по отношению к Солнечной системе планета, обращающаяся вокруг другой звезды. В настоящее время известно в общей сложности более двухсот планет у других звезд.
Светясь отраженным светом, планеты в миллиард раз более тусклы, чем их центральные звезды. Однако, обнаружить их можно благодаря методу сверхточных спектроскопических наблюдений, разработанному в начале 90-х годов нашего столетия. Не видя самих планет, можно обнаружить их по гравитационному влиянию на центральную звезду, проявляющуюся в периодическом колебании линий в ее спектре.
Кривая изменения лучевой скорости звезды изменяется подобно синусоиде. Звезда и планета начинают двигаться по орбите вокруг общего центра масс (барицентра).
Оказалось, что орбиты некоторых планет представляют собой довольно сильно вытянутые эллипсы. Так, например, эксцентриситеты орбит планет у звезд 16 Лебедя В, Глизе 3021 и HD 210277 составляют 0.57, 0.51 и 0.45 соответственно. Для сравнения, в нашей системе наибольшие эксцентриситеты у Меркурия и Плутона (около 0.2), а у всех остальных планет орбиты почти круговые с эксцентриситетом меньше 0.1.
Характеристики экзопланет.
С открытием «внесолнечных» планет у астрономов появилась возможность провести некоторое сопоставление их характеристик с характеристиками планет, которые мы считаем «своими». Из этого сопоставления явствует, что вполне возможно наша Солнечная система не является «нормой». Покрытая кратерами поверхность Луны и других тел, сильный наклон оси вращения Урана к плоскости его орбиты, многие другие явления говорят о том, что в начальный период существования нашей системы они пережили множество яростных ударов. Согласно оценкам, в течение первых 100 млн. лет в небе над Землей появлялось по одной яркой комете еженедельно!
Возможно, что в течение первых 500 млн. лет в нашей системе было 10 или 11 планет. Это большое везение, что такие планеты, как Земля, не были вышвырнуты гигантами на сильно вытянутые орбиты, подобно планете у 16 Лебедя В.
Открытие первых планет у других звезд, вместе с доказательством множественности планетных систем, предложило исследователям ряд новых головоломок.
Какая доля звезд обладает собственными планетами? Существуют ли планетные системы сходные с нашей? Обычно ли местонахождение небольших, землеподобных планет в зоне возможного обитания, где температуры позволяют жизни возникнуть? Ответов на эти вопросы пока нет.
Понравилась статья? Подпишитесь на канал, чтобы быть в курсе самых интересных материалов
Астрономы говорят, что вокруг всех звезд есть планеты
Количество известных людям экзопланет быстро увеличивается
Международная группа астрономов заключила, что около каждой из звезд, видных на ночном небе, обращается по меньшей мере одна экзопланета.
Это означает, что только в нашей галактике есть около 10 миллиардов планет, по размеру соответствующих Земле.
Для наблюдения за далекими звездами ученые использовали явление, известное как гравитационная линза, то есть искривление светового луча под влиянием гравитации массивного небесного тела.
Это гравитационное поле способно вести себя подобно увеличительному стеклу и усиливать свет от более удаленных звезд, вокруг которых могут обращаться планеты.
Группа астрономов, использующих относительно небольшие телескопы, объединились в сеть по поиску новых землеподобных планет под названием Mindstep.
Они пытались засечь довольно редкое явление, когда при наблюдении с Земли одна из звезд оказывается непосредственно перед другой, более удаленной звездой. В таком случае и возникает эффект микролинзирования, позволяющий находить новые экзопланеты.
В результате сети Mindstep удалось зафиксировать 40 таких явлений, и в трех случаях были найдены планеты, находящиеся на орбите более далеких звезд.
Хотя количество найденных планет оказалось относительно небольшим, на основании этих открытий исследовательская группа сумела подсчитать общее количество экзопланет.
Как «мигают» планеты
В последние годы большинство новых экзопланет было открыто при помощи телескопа «Кеплер» – астрономического спутника НАСА, предназначенного для поиска небесных тел, похожих на Землю.
«Кеплер» пытается найти экзопланеты, засекая мигание, то есть изменение яркости той или иной звезды в момент, когда планета проходит между ней и телескопом.
Этот метод более эффективен при поиске больших планет, расположенных поблизости от своих звезд.
Эффект гравитационной линзы использовать труднее, однако он позволяет находить планеты всех размеров и на больших расстояниях.
Результаты работы группы астрономов были представлены на 219-й встрече Американского астрономического общества, они также опубликованы в журнале Nature.
Планеты у звезд — это скорее правило, чем исключение
В среднем у каждой звезды в галактике Млечный Путь есть как минимум одна планета
За последние 16 лет астрономы обнаружили и подтвердили существование порядка тысячи экзопланет (планет вне Солнечной системы), а также начали изучение их спектра и атмосфер. Хотя изучение свойств отдельных экзопланет представляет неоспоримую ценность, существует и более общий вопрос: насколько планеты типичны для Млечного Пути?
Большая часть известных на сегодня экзопланет были либо найдены по гравитационным эффектам, оказываемым планетой на «свою» звезду, либо «пойманы» так называемым методом транзитов (который использует, в частности, телескоп Kepler) — по отбрасываемой тени при прохождении непосредственно перед звездой. Обе методики более чувствительны к планетам, которые либо имеют большую массу, либо располагаются на близких к звезде орбитах (еще лучше, когда у них есть и то и другое). Не подходящие под эти критерии планеты вряд ли будут обнаружены этими методами.
Масштабные поиски, о которых рассказывает новая статья, опубликованная в последнем номере журнала Nature, проводились совершенно другим методом — гравитационным микролинзированием.
Этот метод позволяет искать планеты всего диапазона масс, а также находящиеся очень далеко от звезд.
Астрономы использовали наблюдения, сделанные проектами PLANET и OGLE. Гравитационное поле звезд-хозяек в сочетании с возможным гравитационным полем планет работает как линза, увеличивающая свет «фоновой» звезды. Если вокруг звезды, служащей линзой, вращается планета, последняя вносит заметный вклад в увеличение яркости фоновой звезды.
Впрочем, хотя микролинзирование и представляет собой очень мощный метод, потенциально позволяющий регистрировать экзопланеты, которые нельзя «видеть» никаким другим путем, шанс застать нужную ориентацию фоновой и линзирующей звезды не так велик, а без него искомый эффект не возникает. Кроме того, необходимо, чтобы совпала и особая ориентация планеты. В результате находка планеты с помощью микролинзирования оказывается непростой задачей.
За шесть лет в выборке из 500 звезд методами PLANET и OGLE удалось зафиксировать десять событий, свидетельствующих о наличии планет у этих звезд. Несмотря на такое маленькое число, для микролинзирования это впечатляющий успех.
Это означает одно из двух: или астрономам сопутствовала невероятная удача, или планеты в Млечном Пути так многочисленны, что где-нибудь да окажется удачное стечение обстоятельств для их наблюдения.
Обобщив полученные данные с вероятностью наблюдения событий микролинзирования, астрономы установили, что в среднем каждая шестая звезда имеет планету размером с Юпитер; половина звезд имеют планету с массой Нептуна и две трети звезд обладают «суперземлями». В исследовании «участвовали» планеты, находящиеся в 75 млн — 1,5 млрд км от своих звезд (в Солнечной системе этим условиям отвечают планеты от Венеры до Сатурна) и с массами от пяти масс Земли до десяти масс Юпитера. Полученные данные позволяют достаточно уверенно утверждать, что среднее число планет, вращающихся вокруг любой звезды, составляет больше единицы (в работе приводится коэффициент 1,6).
То есть планеты у звезд — это скорее правило, чем исключение.
«Мы привыкли считать, что Земля может быть единственной и неповторимой во всей нашей Галактике. Однако теперь мы видим, что в Млечном Пути вокруг звезд могут вращаться миллиарды сходных планет», — заключает Даниэль Кубас, соавтор работы.
«Мы искали свидетельства существования экзопланет в течение шести лет с помощью микролинзирующих наблюдений, — объясняет Арно Кассан, ведущий автор работы из Парижского института астрофизики. — Интересно, что наши данные показывают, что планеты — более многочисленное «население» нашей Галактики, чем звезды.
Мы также обнаружили, что более легкие планеты — так называемые «суперземли» — более распространены, чем их более тяжелые собратья».
Жан-Филипп Болю из того же института, лидер коллаборации PLANET, добавил, что она была создана для «исследований событий микролинзирования, зарегистрированных телескопами, расположенными в южном полушарии Земли от Австралии и Южной Африки до Чили». Он также отметил, что огромный вклад в эти наблюдения внесли телескопы Европейской южной обсерватории (ESO).