Экзопланеты

Экзопланета – это планета, которая находится за пределами солнечной системы. Впервые такие планеты были обнаружены  в 1990-х  годах по слабому "покачиванию" траекторий звёзд, вокруг которых они обращаются. На сегодняшний день (начало ноября, 2010) открыто 496 экзопланет, и их количество постоянно растет. Поскольку наиболее  легко обнаруживаются самые массивные экзопланеты, сильно «раскачивающие звезду», вокруг которой они обращаются, большинство из найденных экзопланет напоминают Юпитер (также огромны и состоят из водорода).

Примерно в одно время с открытием экзопланет ученые обнаружили и коричневые карлики. В связи с этим возникла необходимость научиться четко отличать эти два космических объекта. Планета – космический объект, в котором никогда за всю историю его существования не происходили термоядерные реакции.

Существует несколько способов открытия экзопланет:

Замечено, что планеты-гиганты наблюдаются, в основном, возле звезд типа Солнца (K5-K7), в то время как у красных карликов их значительно меньше. Это говорит о связи между наличием и количеством тяжелых элементов (металлов) в недрах звезды.

Наиболее близкой по условиям к Земле экзопланетой, известной на 2009 год, является Глизе 581 c, температура на которой, по предварительным оценкам, находится в диапазоне 0—40 °C. Также теоретически на этой планете возможно существуют запасы жидкой воды (что подразумевает возможность существования жизни).

Инструменты исследования планетарных систем.

В марте 2009 года на солнечную орбиту выведен Кеплер – телескоп, целью которого является открытие экзопланет земного типа. К октябрю 2010 года Кеплер открыл 7 экзопланет.

В будущем планируются запуски еще нескольких телескопов, которые будут изучать экзопланеты.

Классы экзопланет:

Сверхземля  - планета, размеры которой превышает массу Земли, но значительно уступает в размерах газовым гигантам. Первая планета, обнаруженная в этом классе - Глизе 581. Она находится в «зоне жизни» своей звезды, то есть температура на ее планете сопоставима с земной температурой. Однако, предполагается, что эта планета имеет плотную атмосферу, что значительно может повысить температуру на поверхности (как, например, на Венере).

В сентябре 2010 года была открыта планета Глизе 581 g, по соседству с Глизе 581 c. Большая полуось - 0,146 а.е. Средняя температура на поверхности планеты оценивается (в зависимости от альбедо) от -31 до -12 °C, что близко к земному значению (-18 °C). Учитывая парниковый эффект, который сильно поднимает температуру на Земле, предпологается, что погодные условия на планете могут быть близкие к земным, там не очень холодно и не очень жарко.

Двойник Земли - гипотетическая экзопланета земного типа, которая лежит в пределах «зоны жизни» звезды, и по размерам и массе примерно равна массе Земли. Такие планеты представляют огромный интерес, как возможное будущее место обитания для человечества, поскольку эти планеты потенциально могут быть пригодны для жизни и по климату могут быть похожи на Землю (на них не очень жарко и не слишком холодно).  Некоторый сверхземли можно считать двойниками Земли (например, Глизе 581 g, открытая совсем недавно – 30 сентября 2010 года).

Железная планета — теоретическая разновидность экзопланет земного типа, которая состоит, прежде всего, из богатого железом ядра с последующим тонким слоем мантии, либо без мантии. Текущие модели формирования планет предсказывают, что богатые железом планеты формируются на ближних орбитах или в окрестностях массивных звезд, чей протопланетный диск состоит, по-видимому, из материала богатого железом.

Углеродная планета— теоретическая разновидность экзопланет земного типа, которая была предсказана американским астрофизиком Марком Кюхнером. Условием для формирования планет такого типа является большое содержание углерода в протопланетном диске и малое содержание кислорода. По химическому свойству такая планета будет довольно сильно отличаться от планет земного типа, таких как Земля, Марс и Венера, которые построены преимущественно на базе кремния и кислорода, и углерода в их составе содержится не так много. Планета предположительно будет иметь железосодержащее ядро, подобно другим планетам земной группы.  На таких планетах возможно существование областей, сплошь покрытых алмазами. Жизнь на таких планетах возможна, если на ней присутствует достаточное количество воды, однако она будет сильно отличаться от земной, из-за малого количества кислорода.

Планета-океан — разновидность планет, состоящих преимущественно изо льда и камней и возможно целиком покрытых океаном жидкой воды глубиной около 100 километров. Планетой-океаном могла стать только планета массой в 6-8 масс Земли. Если бы масса была бы больше, то она превратилась бы в газового гиганта, а если меньше – в сверхземлю.

Планета-пустыня — класс планет, на которых в основном преобладает очень жаркий климат. Такие планеты обычно находятся рядом со своей звездой. Температура на поверхности может достигать нескольких сотен градусов. Планеты такого типа имеют предположительно железосодержащее ядро, подобно другим планетам земной группы.

Экзолуна — термин, применяемый к естественным спутникам, вращающимся вокруг экзопланет. В настоящее время не открыто ни одной экзолуны, но они, несомненно, существуют вокруг многих экзопланет. Несмотря на большие успехи поисков планет с помощью спектроскопии звёзд, экзолуны не могут быть найдены этим методом, поскольку сдвиг звездного спектра принимается за одно тело, вращающееся вокруг звезды - планета плюс её луна (или несколько её лун).

Водный гигант - класс экзопланет. Это газовый гигант, вращающийся по земной орбите. Состоит в основном из водорода. Наличие других веществ зависит от содержания тяжелых элементов. Атмосфера может содержать инертные газы, кислород, воду, органические вещества (помимо метана). В атмосфере вероятны облака из водяного льда. Вероятен слой с давлением 1 атм. и комфортной температурой.

Под атмосферой находится океан из жидкой воды и/или аммиака и метана и т. п. Под океаном — силикатное ядро.

В комфортном слое атмосферы возможна жизнь — там есть вода и органические вещества

Горячий нептун — класс экзопланет. К нему относятся экзопланеты с массой около массы Урана или Нептуна, которые расположены близко к своей звезде (на расстоянии меньше 1 а.е.). Масса горячего Нептуна состоит из ядра и окружающей плотной атмосферы, которая занимает большую часть размера планеты.

Горячий юпитер – класс экзопланет. Представители этого класса имеют строение похожее на строение Юпитера (основную массу планеты содержит газ водород или гелий), однако в отличие от этого гиганта находятся очень близко к звезде.

Считается, что возле самой звезды недостаточно материала для образования планет. Все планеты этого типа образовались во внешней части системы, а потом мигрировали к центру из-за торможения в газопылевом диске.

Возможно превращение горячего юпитера в хитоническую планету. Когда газовый гигант находится близко к звезде, то происходит испарение его газовой оболочки. Постепенно планета уменьшается в размерах, и, в конце концов, от нее остается лишь тяжелое ядро.

Рыхлые планеты – класс газовых гигантов. При очень малом расстоянии до звезды и не очень большой массе планеты (меньше 2 масс Юпитера) планета не удерживается своей гравитацией от разогрева, что приводит к её сильному термическому расширению и падению плотности до экстремально низких значений. Такая планета скорее представляет собой газовое облако, нежели полноценную планету и называется рыхлой планетой.

Планета с кратной орбитой — экзопланета, которая вращается вокруг двух или (очень редко) — большего числа звёзд. Путь планеты в таком случае формируется в зависимости от орбиты вокруг всех звёзд. В настоящий момент известно 3 планеты данного типа и 2 звездные системы.

Пульсарные планеты – класс планет, которые обращаются вокруг пульсаров. Могут быть обнаружены методом радионаблюдения пульсаров (см. табл.): так как период пульсара весьма стабилен, то даже небольшие возмущения, вызванные планетой, могут быть зафиксированы. В 2006 году была найдена первая пульсарная планета с помощью телескопа Спитцер. На сегодняшний день считается, что на пульсарных планетах наличие жизни невозможно из-за значительного электромагнитного потока, идущего от пульсара.

Субкоричневый карлик – это холодный космический объект. Схема его формирования схожа со схемой формирования звезд, однако ученые классифицируют эти формирования как планеты. Масса их равна меньше чем 13 массам Юпитера, о нижнем пороге ученые и сейчас ведут дискуссии.

Холодный Юпитер — класс экзопланет-гигантов с массой около массы Юпитера и находящихся на таком расстоянии от своей звезды, что большую часть тепла планета получает в результате внутренних процессов, а не от звезды, а орбита такой планеты находится на большом расстоянии от звезды. Иногда этот класс экзопланет называют двойниками Юпитера.

Юпитер, обращающийся по вытянутой эллиптической орбите — разновидность газовых гигантов, вращающихся вокруг звезды по сильно вытянутой орбите, имеющей большой эксцентриситет. Примерно такой же эксцентристет имеют кометы.

Существование каких-либо землеподобных планет в такой системе, которые бы вращались в пределах орбиты такого юпитера невозможно вследствие мощной гравитации такой планеты, которая притянет все подобные планеты на своём пути. Вокруг самой же планеты могут вращаться многие другие планеты массой поменьше, в том числе и планеты земной группы. Такой планетой признаётся такая планета-гигант, эксцентриситет которой более 0,1.