Реферат на тему "Экзопланеты"

Экзопланеты – это планеты других звездных систем. Сейчас известно около 5000 экзопланет. И существуют еще около 2500 спорных кандидатов.

В основном, речь идет о крупных планетах – газовых гигантов типа Юпитера и Сатурна. Скорее всего, не потому, что их очень много в нашей галактике. А просто их не так трудно обнаружить, как небольшие планеты. Среди этих планет есть те, которые пригодны для жизни.

Всего, в относительной близости от Солнечной системы, ученым известно, как минимум, 12 экзопланет, которые потенциально могут представлять интерес для человека. Эти планеты находятся в «зоне жизни» - на них потенциально может быть вода в жидком виде. И климатические условия, близкие к земным.

 Давайте пройдемся по пяти наиболее вероятным кандидатам, которые потенциально могут быть колонизированы. Но перед этим стоит повествовать о объекте сравнения – Земли. 

Планета Земля

 Учёные считают, что примерный возраст Земли – 4,5 – 5 млрд лет. Когда наша планета начинала свою жизнь её температура и воздух были не похоже на нынешние – она была очень высокой (около 4000 – 8000 градусов Цельсия). Постепенно остывая, начали вырисовывать первые очертания земной коры. Атмосфера тоже не была такой, какой мы её знаем. Гравитационное поле, молодой планеты, не было очень сильным, поэтому лёгкие газы очень быстро покидали атмосферу Земли.

Из-за высокой температура, вода на планете скорее всего была в газообразном состоянии. Атмосфера же имела скорее всего «восстановительный» характер. Полное же отсутствие кислорода в атмосфере говорит о том, что это было основным фактором развития живых организмов. Лабораторные эксперименты показали, что органическим веществам легче развиваться в восстановительной среде, нежели чем в кислородной.
Земли по счёту 3 в солнечной системе. Земля обращается вокруг Солнца и делает вокруг него полный оборот примерно за 365,26 солнечных суток — сидерический год. Ось вращения Земли наклонена на 23,44° относительно перпендикуляра к её орбитальной плоскости, это вызывает сезонные изменения на поверхности планеты с периодом в один тропический год — 365,24 солнечных суток. Сутки сейчас составляют примерно 24 часа.
Атмосфера Земли разделяется на слои, которые различаются между собой температурой, плотностью, химическим составом и т. д. Общая масса газов, составляющих земную атмосферу — примерно 5,15⋅10¹⁸ кг. Но не смотря на то что земля имеет не плохуя атмосферу,она всё равно подвергается падениям астероидов,но самыми малыми из возможных ведь не секрет, что основным защитником Земли от нашествия астероидов является Юпитер. Этот газовый гигант либо принимает удар на себя, либо уводит астероиды на безопасную орбиту. Но есть у Земли и защитник поменьше — Луна. Помимо того, что она может сыграть роль щита, приняв удар на себя, Луна также способна с помощью своей гравитации запустить нежданного гостя куда подальше.

 Способы нахождения экзо планет

Первое подтвержденное открытие экзо планеты произошло лишь в 1991-м году при том, что число открытых планет перевалило за тысячу — экзо планет, похожих на нашу, среди них всего несколько штук.

Не смотря на количество открытых экзо планет, подавляющее большинство из них невозможно увидеть даже в лучший телескоп существующий на данный момент. Причина состоим в том, что планеты невероятно тусклые объекты — свет, который они излучают может быть в миллионы и миллиарды раз меньше света, идущего от их звезды. А если планеты имеют огромные размеры и находятся вблизи своих звезд (так называемые «горячие Юпитеры»), то излучение от них все равно в тысячи раз меньше. Но при этом их практически невозможно увидеть, из-за того, что требуется невероятное угловое разрешение — на современных телескопах они просто сливаются со своими звездами.
Но ведь каким-то образом их находят? Действительно, есть несколько косвенных методов, которые позволяют обнаруживать экзо планеты, большинство из них основаны на регистрации влияния планеты на свою звезду.

I. Радионаблюдение пульсаров (метод периодических пульсаций)
Открытие самих пульсаров является весьма интересной историей, но в данном случае нас интересует их наблюдение. У них чрезвычайно точная частота сигналов, которая очень медленно снижается, из-за излучения связанного с их вращением. Планета, вращающаяся вокруг звезды, неизбежно вызывает и незначительные сдвиги своей звезды, а это в свою очередь — периодические изменения частоты пульсара, которые нельзя объяснить какими-то другими причинами. При этом принципиально даже направленных антенн не требуется — достаточно с высокой точностью фиксировать частоту и силу сигнала от этой нейтронной звезды. Радиосигнал хорошо проходит через атмосферу, и для таких исследований достаточно наземных радиотелескопов.

Преимущества: не зависит от дистанции до наблюдателя, достаточно простой аппаратуры (по меркам астрономии)

Недостатки: позволяет обнаруживать только те планеты, которые вращаются по орбитам параллельным наблюдению (или приближенным к ним); нейтронных звезд в общем их количестве мало, ещё меньше среди них пульсаров, поэтому общее количество открытых этим методом звезд невелико.

II. Доплеровский метод

Основной способ изучения звезд — это спектральный анализ её света, он меняется от типа к типу звезды, но имеет и общие параметры — например зоны поглощения водорода и гелия, которых в любой звезде большинство.

Если у звезды есть своя планетная система — то она вместе с планетой вращается возле общего центра масс, и планета таким образом, как бы «раскачивают» звезду. От сюда и ограничения — слишком легкие планеты практически не влияют на движение своих звезд, а при больших радиусах обращения — и эффект от вращения тяжелой планеты тонет в шумах самой звезды.

Преимущества: не зависит от дистанции до наблюдения, достаточным условием является возможность накопить свет для спектрального анализа за разумное время.
Недостатки: позволяет обнаруживать только те планеты, которые вращаются по орбитам параллельным наблюдению (или приближенным к ним); имеет ограничение на соотношение масса звезды / масса планеты.

III. Транзитный метод

Основывается на том, что планета, вращаясь, проходит перед своей звездой частично её закрывая. Размеры планеты значительно меньше своих звезд — для Земли этот показатель около 10 000, для экзо планет может отличаться на порядок как в большую сторону для планет размерами с Юпитер, так и в меньшую сторону крупные планеты у белых карликов.

На данный момент он является самым «плодотворным» по числу открытых планет, в основном — за счет космического телескопа «Кеплер», который работал, используя этот метод.

Преимущества: зависит только от видимой звездной величины — для ярких звезд имеет большую дальность обнаружения; позволяет обнаруживать планеты с периодами обращения в несколько лет.

Недостатки: позволяет обнаруживать планеты, которые вращаются параллельно наблюдателю и проходят по звездному диску своей звезды (угол намного меньше доплеровского метода); имеет ограничение на соотношение диаметр звезды / диаметр планеты.

IV. Астрометрический метод

Как и доплеровский метод, основан на движении звезды под действием вращающейся возле неё планеты. Превышает по сложности предыдущие, ведь нам приходится определять незначительные смещения звезды на небе (центр масс планетной системы часто находится «внутри» самой звезды), хотя даже смещения от вращения Земли вокруг Солнца, используемые для измерения параллаксов звезд позволяют сколько-нибудь точно измерять только расстояния, до звезд в пределах нашей галактики.
Преимущества: позволяет обнаруживать планеты, которые находятся далеко от своих звезд (чем дальше от центра масс вращается планета — тем дальше от этого центра будет и звезда, тем самым она будет «колебаться» с большей амплитудой, хотя и значительно медленнее); наряду с прямым наблюдением позволяет обнаруживать планеты, орбиты вращения которых перпендикулярны наблюдателю.

Недостатки: позволяет обнаруживать планеты, которые вращаются по орбитам перпендикулярным наблюдателю (или приближенным к ним); дальность ограничена возможность обнаружения углового вращения звезды.

V. Метод гравитационного микролинзирования

Изначально этот метод был предложен для поиска черных дыр — которые невозможно обнаружить прямыми наблюдениями, если на черную дыру не падает значительных объемов вещества, или если черная дыра не находится на последней стадии испарения (что для черных дыр слишком долгий процесс — счет идет на десятки миллиардов лет). Сейчас этот метод в основном используется для поиска следов темной материи, но также позволяет попутно открывать и планеты.
Преимущества: позволяет открывать планеты у очень слабых звезд, вплоть до отдельно взятых планет, оказавшихся далеко от звезд.

Недостатки: как и транзитный метод, требует точного выстраивания трех тел в линию — далекая звезда — звезда с планетной системой — Земля, и по этой причине не позволяет открывать значительного количества планет.

VI. Прямое наблюдение

Метод собственно говорит сам за себя. Для его реализации в фокус телескопа помещается небольшой диск, заслоняющий саму звезду, при этом становятся видны планеты, окружающую данную звезду. Если получается достаточно хорошо вычленить свет, идущий от самой планеты, то приложив к этому знания о свете, идущем от самой звезды, можно судить о веществе, из которого состоит эта планета. Другие методы позволяют судить о составе планеты лишь косвенно, по её плотности, и имеют высокую погрешность предсказаний.

Преимущества: по блеску позволяет определить соотношение альбедо / площадь освещаемой поверхности, по спектральному анализу — состав атмосферы и поверхности (другие методы не позволяют измерять данные параметры).
Недостатки: требует телескопов больших размеров, чем другие методы (для наблюдения требуется телескоп «видящий» звезды на несколько звездных величин меньше); для близких к своим светилам планетам ограничением становится разрешающая способность (которая решается использованием разнесенных в пространстве телескопов), для наземных телескопов прямой поиск планет является ещё большей проблемой, чем для космических (частично решается адаптивной оптикой).                                                                  

Экзо планеты

Проксима Центавра b

В 2016 году была открыта планета Проксима b, которую неофициально называли близняшкой нашей Земли. (Прил 1. Рис 1.)

Прохладная планета со средней температурой минус 39 градусов по Цельсию. С другой стороны – просто как обычная суровая российская зима. Зато это полностью компенсируется другими ее плюсами.

Примерно такой пейзаж может быть на экзопланете Проксима Центавра b

Планета находится очень близко – всего в 4,2 световых годах от нас. Планета на 10% больше нашей Земли – вполне терпимая гравитация.

Родная звезда у планеты – красный карлик. И несмотря на то, что Проксима Центавра b в 20 раз ближе к своей звезде, чем наша Земля – к Солнцу, здесь так холодно. Планета получает от своей звезды около 65 % света, который Земля получает от Солнца

Теоретически, на этой планете вполне могла бы быть жизнь. Но если такое и было, то в 2017 году все живое здесь было уничтожено. Родная звезда планеты Проксима b устроила катастрофу. На ней произошла мощная вспышка, которая выжгла все живое, если оно было на этой планете. По яркости, эта вспышка превосходила в 1000 раз обычный свет звезды Проксимы Центавра. На планете уровень радиации был в 4000 раз больше максимума, при котором живые организмы могут выстоять перед лучами.

Сила вспышки была такой, что вся вода на Проксима b в секунду превратилась в пар. Выжить при такой вспышке можно, только если спрятаться глубоко под землей. У некоторых видов бактерий был небольшой шанс на спасение.

Изучить планету стоит. Но с помощью роботов. И вряд ли есть смысл создавать здесь колонию. Потому что катастрофическая вспышка в любой момент может повториться.

Росс 128 b

Этот кандидат уже гораздо более привлекателен.

Росс 128 b — экзопланета в системе звезды Росс 128, которая расположена в созвездии Девы. Расстояние от нас до этой звезды примерно 11 световых лет.

Родительская звезда – как у и предыдущей экзопланеты – красный карлик. Это весьма распространенный тип звезд в нашей галактике.

Звезда чуть старше нашего Солнца, а вот по массе в пять раз уступает нашему светилу.

Планета потенциально подходит для жизни. Один минус – ее масса почти в полтора раза больше земной. Терпимо, но для земной жизни лучше, если сила притяжения чуть ниже или такая же, как на нашей родной планете.

Находится Росс 128 b чуточку ближе к родной звезде, чем предыдущая экзопланета. Полный оборот – соответственно, год – планета совершает всего за 10 дней.

Температура здесь, по предварительным оценкам, может колебаться от 0 до + 21 °С.

Открыли экзопланету в 2017 году. Сделала это группа ученых, проанализировав данные из обсерватории La Silla в Чили. В своей статье, опубликованной в научном журнале Astronomy and Astrophysics, ученые пишут: «Росс 128 b, пожалуй, самая умеренная планета, известная на данный момент». Так как ее масса и температура на поверхности должны быть довольно близки к земным.

Интересный факт. Знаете, как на самом деле выглядят с Земли все экзопланеты? Вот так:

Это изображение - падение в светимости звезды, когда ее планета проходит между нами и своей звездой, перекрывая ее. Так мы понимаем, что там далеко есть планета, какая она примерно по размеру и другие ее физические параметры.

Большинство изображений экзопланет, которые вы когда-либо видели - вымышлены. Их рисуют художники на основе данных, предоставленных астрофизиками.

Глизе 581 c

И снова планета, которая вращается вокруг красного карлика. Ее родная звезда расположена на расстоянии 20 световых лет от Солнца в созвездии Весов.

Светимость родной звезды достигает чуть более 1% от светимости Солнца. Звезда старая – ей уже около 10 миллиардов лет.

В отличие от Проксима Центавра, эта звезда довольно массивная и не склонная к внезапным вспышкам, так опасным для всего живого.

Планета находится в 14 раз ближе к своей звезде, чем Земля к Солнцу. Год здесь длится 13 дней. Планета довольно массивная – сила тяжести здесь примерно в 1,6 раз больше земной.

Глизе 581 c крупнее Земли

С одной стороны – планета находится в «зоне жизни» и выглядит потенциально пригодной для человека. С другой – изучить ее с помощью спектрального анализа трудно и ученым приходится моделировать ситуацию на этой планете, исходя из ее физических параметров.

Средняя температура на планете зависит от того, какая на ней атмосфера. А это ученым пока узнать не удалось. Если атмосфера близка к земной, то климат здесь очень комфортный – средняя температура составляет + 17 °С. Однако если атмосфера здесь плотная, как на Венере, то температура может превышать + 100 °С.

Главный риск – планета расположена слишком близко к своей звезде. А значит, из-за действия приливных сил, она может быть повернута к своей звезде одной стороной. И это делает климат на планете крайне неудобным для жизни. Примерно, как на Луне – на одной стороне слишком жарко, на другой – слишком холодно.

Последние два участника нашего списка находятся дальше других кандидатов. Но именно они - самые привлекательные для колонизации, ведь условия здесь близки к земным.

Глизе 667 C c

На данный момент, ученые полагают эту экзопланету наиболее комфортной для жизни из ближайших к Солнцу звезд.

В созвездии Скорпиона есть система тройных звезд. К одной из них и принадлежит эта планета. Находится она на расстоянии 23 световых лет от Солнца.

Система тройных звезд Глизе 667 включает двух оранжевых и одного красного карлика. И интересующая нас экзопланета вращается вокруг красного карлика. Но в ее небе видны сразу три звезды! (Прил 1. Рис 5.)

Местная "Сахара" на Глизе 667 C c может выглядеть примерно так

Средняя температура здесь, по оценкам ученых, составляет +27 °C. Рай, да и только!

Планета всем хороша, кроме одного (всегда есть это что-то «одно»!). Ее масса, как минимум, в 3,8 раз превосходит земную.

На этой планете вполне может существовать жизнь, считают ученые. Скорее всего – в примитивном виде. Но если там есть разумная жизнь – возможно, она ищет способы, как отсюда выбраться. Ведь улететь с массивной планеты с высокой гравитацией очень трудно. Требуются куда более мощные двигатели и много топлива.

HD 85512 b вращается вокруг оранжевого карлика – так называют звезды, которые находятся между желтыми карликами, как наше Солнце, и прохладными красными карликами. (Прил 1. Рис 6.)

Сила тяжести тут в 1,4 раза выше, чем на нашей планете. А вот вероятность существования воды в жидком виде – максимальна.

Однако, если тут есть атмосфера земного типа, то температура на этой экзопланете достигает +78 °C. Жарковато, но терпимо – это вам не Венера!

Это хорошие, но не лучшие для жизни планеты из тех, которые мы знаем. Но большинство из них находятся гораздо дальше от Солнца. И их потенциальная колонизация может затянуться на тысячелетия.

Заключение

В заключении хотелось бы сказать, что конечно все экзо планеты разные, со своими особенности как хорошими, так и плохими со своими светилами и температурами. В нашей галактике неисчислимое количество самых разных планет, и это нам ещё не известно практически ничего о космическом оазисе планет.

Чтобы хотя бы представить переезд человечества на другую планету, что скорее всего будет в далёком-далёком будущем нужен сверхмощный космический корабль, с приемлемой скоростью, с нынешними технологиями полёт даже на другие планеты солнечной системы – та ещё проблема, даже говорить трудно о заселении экзо планеты за пределами солнечной системы.

Нынешним технологиям в астрономии есть куда расти, да и опыт в изучении планет ещё слишком скуп, так что всему своё время.