Землеподобные планеты

Сб, 03/29/2014 - 20:28

SWEEPS-10 в представлении художника

OGLE-2005-BLG-390Lb в представлении художника

HD 149026b в представлении художника

GLIESE 581c в представлении художника


Планету GLIESE 581с художники часто изображают обитаемой с обилием воды

Художественное изображение HAT-P-7b в сравнении с Юпитером

WASP-17b в представлении художника

COROT-7b в представлении художника

Методика поиска экзопланет

Мы только что затронули метод поиска экзопланет по прямым «уликам», а значит, как можно логически предположить, нынче их ищут по косвенным признакам. На сайте «Кеплера» http: // kepler.nasa. gov/ очень подробно в мультимедиа-режиме показано, как телескоп обнаруживает экстрасолнечные планеты. Попытаемся объяснить это в текстовом формате.

1. Астрометрический метод основан на изменении собственного движения звезд под гравитационным воздействием планет. Хотя с помощью астрометрии были уточнены массы некоторых экзопланет, ни одного подтвержденного открытия сделать пока не удалось. Так что это, скорее, метод на будущее, в частности для миссии Space Interferometry Mission — совместный проект НАСА и Лаборатории реактивного движения. В ее рамках планируется вывести телескоп на гелиоцентрическую орбиту Земли в 2015-16 гг., который должен стать самым мощным экзопланетным телескопом за всю историю.

Он будет преследовать три цели соответственно с установленной «на борту» аппаратурой. Во-первых, искать планеты земной группы, вращающиеся вокруг 250 близлежащих к нам звезд. Во-вторых, искать планеты с массой, примерно равной Нептуну, вращающиеся вокруг 2000 звезд в нашей галактике. И, в-третьих, искать планеты массой с Юпитер, что поможет понять принципы формирования планетных систем.

2. Второй метод поиска экзопланет — нынче наиболее распространенный — метод спектрометрического измерения радиальной скорости звезд. Звезда, имеющая планету или звездную компоненту, испытывает колебание скорости «к нам — от нас», которое можно измерить, наблюдая доплеровское смещение спектра светил.

3. Метод транзитной фотометрии (с его помощью, к слову, ищет экзопланеты «Кеплер»). Если наблюдатель случайно окажется примерно в плоскости орбиты, масса планеты будет определена наиболее точно. И при этом можно также наблюдать такое явление, как прохождение планеты по диску звезды — ее транзиты. Конечно, различить темный кружочек на точечном диске светила пока нельзя, однако небольшое уменьшение светимости звезды измерить можно. Такие «затмения» яркости ничтожны и в случае, например, прохождения Юпитера на фоне Солнца будут составлять одну сотую, а для Земли одну десятитысячную долю от общего светового потока нашего светила. И еще: для того же Юпитера такое явление должно было бы происходить исключительно редко — один раз в 12 лет.

Именно поэтому большинство обнаруженных экзопланет — размером с Юпитер, а не Землю, а также так называемые «горячие юпитеры» — у них вероятность оказаться в плоскости наблюдения гораздо выше в связи с тем, что они находятся на низких орбитах и быстро вращаются вокруг своих звезд. С помощью транзитной фотометрии ученым удается исследовать ряд важнейших характеристик внесолнечных планет — измерить радиусы, плотность, узнать о свойствах атмосфер (если таковая присутствует).

4. Метод гравитационного линзирования. Его суть состоит в следующем. Когда одна звезда проходит на фоне другой, то, как предсказывает общая теория относительности, свет дальней звезды искривляется тяготением ближней и ее яркость увеличивается. Если у ближайшей звезды есть планеты, то это скажется на кривой изменения яркости. Для получения результатов нужно одновременно следить за блеском миллионов звезд. Этот метод наиболее чувствителен к легким планетам типа Земли, находящимся на широких орбитах. К изъянам метода следует отнести то, что провести повторное наблюдение эффекта гравитационного линзирования одной и той же звезды невозможно.

5. И, наконец, последний метод называется методом визуального наблюдения. Хотя увидеть экзопланету даже мощным телескопом очень непросто (яркий свет родительской звезды затмевает ее ничтожный блеск), тем не менее для слабых звезд и коричневых карликов прямое детектирование уже стало возможным.

Зачем открывают экзопланеты?

Итак, все же остается не совсем понятным вопрос: зачем человечество ищет экзопланеты, если путешествие к ним при данном уровне развития науки и техники невозможно? У астрономов есть ответ на этот вопрос: «Если прямой полет к экзопланете может занять и миллионы лет, то связь по электромагнитной волне — это уже годы», — утверждает завотделением физики тел Солнечной системы Главной астрономической обсерватории НАН Украины Анатолий Видьмаченко.
Так что ученые все же пытаются найти разумных существ в необъятной Вселенной и выйти с ними на контакт. Идея эта не нова и берет свое начало с 1972 года, когда первые космические аппараты понесли в просторы Вселенной послание, придуманное выдающимся астрономом и популяризатором науки Карлом Саганом.

Первое такое послание было отправлено 3 марта 1972 г. с межпланетной станцией «Пионер-10» за пределы Солнечной системы. В 1973 г. такое же послание отправилось с «Пионером-11» (оба отправлялись для исследования дальнего космоса). Алюминиевые позолоченные таблички размером 6х9 дюймов (примерно 15х 23см) с гравированным рисунком были прикреплены к борту аппаратов.

Содержание рисунка, если разобраться, проще некуда. Люди изображены на фоне силуэта космического аппарата для масштаба размеров. Внизу схема Солнечной системы с траекторией полета «Пионера». Вверху слева дважды изображен атом водорода — основного элемента Вселенной. Кружок обозначает орбиту электрона, а палочка с точкой — направление спина электрона и протона.

На правом рисунке спины частиц совпадают по направлению, а на левом они противоположны. По идее, инопланетный физик должен знать то же, что и земной, а именно: что при повороте спинов атом водорода излучает радиоимпульс с частотой 1420 МГц и, соответственно, длиной волны 21 см. Эта длина и частота (т.е. мера времени) служат мерами всех других расстояний и времен, указанных на рисунке.

Самое важное сообщение зашифровано в «звездочке», что слева от центра. Это наш «обратный адрес»: в середине — Солнце, а протянувшиеся от него лучики указывают направления и относительные расстояния до естественных маяков Галактики — радиопульсаров. У каждого пульсара свой период, который в двоичном коде записан вдоль лучика.

На борту межпланетных аппаратов «Вояджер-1» и «Вояджер-2» (направлялись для изучения Дальних планет Солнечной системы, ныне движутся за ее пределы) Карл Саган и его коллеги разместили краткие энциклопедии Земли — видеодиски с рисунками, фотографиями, музыкой, речью людей, звуками живой и неживой природы.
Однако уже сейчас ученые с уверенностью говорят, что жизнь в нашей Солнечной системе если и возможна, то на Марсе (в форме простейших организмов и бактерий) да на Энцеладе, Европе и Каллисто (возможны более сложные структуры), а значит, искать жизнь нужно в других звездных системах.
К ним уже направлены земные зонды, точнее, они закончили свою миссию в пределах Солнечной системы и покинули ее пределы. Речь идет об аппаратах «Пионер-10», «Пионер-11», «Вояджер-1», «Вояджер-2». Правда, маловероятно, что они передадут для ближайших поколений землян какую-то полезную информацию. Так, например, «Пионер-10» достигнет окрестностей звезды Альдебарана примерно через 2 миллиона лет. Время, согласитесь, даже в космических масштабах немалое.

Межзвездные путешествия

Однако возможны ли будут межзвездные путешествия, например, к открытым экстрасолнечным планетам, в будущем? Услышим ли мы когда-нибудь сакральную фразу типа «Пришельцы с планеты такой-то вышли с нами на связь»? Ответ на этот вопрос никто не скажет, разве что какой-нибудь нудный ученый приведет кучу разных теорий и предположений о том, почему это невозможно.

Самый знаменитый физик современности Стивен Хокинг в своем бестселлере «Краткая история времени от большого взрыва до черных дыр» так описал невозможность межзвездных путешествий: «Идея научной фантастики заключается в том, что можно как-то сократить путь, пройдя через лишнее измерение. Эту мысль можно следующим образом пояснить на рисунке. Представьте себе, что пространство, в котором мы живем, имеет только два измерения и искривлено, как поверхность бублика, или тора. Если вы находитесь в какой-то точке на внутренней стороне тора и хотите попасть в противоположную точку, вам придется обойти тор по внутреннему кольцу. А если бы вы умели перемещаться в третьем измерении, вы могли бы срезать, пойдя напрямик.
Но почему же мы не замечаем все эти дополнительные измерения, если они действительно существуют? Почему мы видим только три пространственных и одно временное измерение?

Возможно, причина кроется в том, что другие измерения свернуты в очень малое пространство размером порядка одной миллион миллион миллион миллион миллионной доли сантиметра. Оно так мало, что мы его просто не замечаем: мы видим всего лишь одно временное и три пространственных измерения, в которых пространство-время выглядит довольно плоским.
То же самое происходит, когда мы смотрим на поверхность апельсина: вблизи она выглядит искривленной и неровной, а издали бугорки не видны и апельсин кажется гладким. Так же и пространство-время: в очень малых масштабах оно десятимерно и сильно искривлено, а в больших масштабах кривизна и дополнительные измерения не видны. Если это представление верно, то оно несет дурные вести будущим покорителям космоса: дополнительные измерения будут слишком малы для прохода космического корабля».

Может ли Хокинг ошибаться? Тут уж нельзя не вспомнить классика современной научной фантастики Артура Кларка, который говорил: «Если заслуженный, но престарелый ученый говорит, что нечто возможно, он почти наверняка прав. Если же он говорит, что нечто невозможно, он почти определенно ошибается».
Как знать, может, лет эдак через 200 изображенное в бессмертной саге Джорджа Лукаса «Звездные войны» станет реальностью и человечество каким-то образом найдет «временные порталы» (или выражаясь научным языком — червоточины), что позволит ему долететь до Альдебарана гораздо быстрее, чем «Пионер-10».

Сами ученые не отрицают, что то, что сегодня кажется нереальным, завтра может оказаться вполне обыденным явлением. Так, директор Главной астрономической обсерватории НАН Украины Ярослав Яцкив однажды в беседе с автором этих строк сказал: «Через 100 лет люди будут жить на Марсе», приведя в пример станцию «Академик Вернадский» в Антарктиде — мол, 100 лет назад никто не догадывался, что люди смогут жить в таких суровых условиях. Вот и за следующую сотню лет они научаться строить марсианские поселения.
А там, глядишь, и до GLIESE 581c недалеко.

Четыре планеты Веги совершенно безжизненны.
Ничего нет прекраснее нашей Земли.
Какое счастье будет вернуться!
(расшифрованное сообщение экипажа погибшего звездолета «Парус»)
И.Ефремов, «Туманность Андромеды»

Интересные экзопланеты

COKU TAU/4b
Планета звезды CoKu Tau/4 (созвездие Тельца), которая на текущий момент является самой молодой из известных экзопланет — возраст звезды оценивается сегодня в всего лишь в 1 млн. лет, а значит, возраст планеты и того меньше (для сравнения — возраст Солнца — 4,57 млрд. лет, Земли — 4,54 млрд. лет). Интерес астрономов именно к этому объекту понятен — с его помощью можно проследить механизм формирования планетной системы и проверить построенные гипотезы.

PSR B1620-26 b
Это полная противоположность предыдущей экзопланете. Ее возраст оценивается в 13 млрд. лет, то есть, почти втрое старше Земли. Интересно и то, что PSR B1620-26 b является частью двойной звездной системы, в которой одна из звезд является белым карликом, а вторая — быстро вращающимся пульсаром (делает около 100 оборотов в секунду вокруг своей оси).

SWEEPS-10
Но зато уже планета SWEEPS-10 — самая быстрая изо всех обнаруженных землянами — год на ней (полное вращение вокруг звезды SWEEPS J175902.00-291323.7) равен всего лишь десяти земным часам. В этом случае планета находится на чрезвычайно близком расстоянии от своей звезды — 1,2 млн. километров, что лишь втрое превышает расстояние от Земли до Луны. Для того чтобы не быть поглощенной звездой SWEEPS-10 должна быть чрезвычайно массивной — и действительно, масса газового гиганта в 1,6 раза выше массы Юпитера, самой тяжелой планеты Солнечной системы. Кроме того, эта планета еще и одна из самых горячих изо всех обнаруженных — температура на ее поверхности составляет около 1650°С

OGLE-2005-BLG-390Lb
Как мы уже говорили, большинство известных экстрасолнечных планет представляют собой огромные газовые гиганты. Но среди найденных экзопланет-гигантов присутствует и необычная OGLE-2005-BLG-390Lb, представляющая собой скалистую планету, весьма подобную с Землей, пусть и в 5,5 раз превышающую ее по весу. К сожалению, жизнь на ней вряд ли существует, ведь температура на поверхности OGLE-2005-BLG-390Lb — минус 220° С, что лишь на несколько десятков градусов выше температуры абсолютного нуля.

HD 149026b
Ровно обратная ситуация на поверхности объекта HD 149026b — одной из самых тяжелых и горячих экзопланет, где температура достигает 2000°С. Это в три раза выше, нежели температура Венеры, одной из самых горячих планет Солнечной системы. Интересен и механизм нагрева HD 149026b. По мнению ученых, планета практически полностью поглощает падающий на нее свет от звезды, за счет которого и достигаются столь колоссальные температуры. Очень высока и плотность HD 149026b — при размерах сравнимых с Сатурном ядро планеты почти в сто раз тяжелее массы всей Земли.

HD 209458b и HD 189733b
На этих экзопланетах удалось обнаружить воду, метан и углекислый газ. HD 209458b относится к классу «горячих юпитеров», расположена в созвездии Пегаса на расстоянии около 150 световых лет от Солнечной системы. Ее масса — 0,69 массы Юпитера. HD 189733b — газовый гигант размером с Юпитер.
Указанные выше соединения принято считать биомаркерами — их наличие на планете сильно повышает ее шансы на обитаемость. Правда, характеристики обеих планет делают их непригодными для жизни (по крайней мере в том виде, в котором она существует на Земле).

GLIESE 581c
Эту планету еще называют Суперземлей. И неспроста, ведь она по своим параметрам и вероятным условиям очень похожа на нашу, а значит, может быть потенциально обитаемой. На данный момент точно не определен радиус планеты. Астрономы выдвигают по этому поводу два предположения. Если это скалистая планета с большим металлическим ядром, то ее радиус примерно наполовину больше земного. Если же она — ледяная или водянистая планета-океан, то ее размеры должны составлять чуть менее двух размеров Земли. Такая же неопределенность со средней температурой дальней планеты. В зависимости от значения альбедо она может составлять от 3 до 40 °С — весьма благоприятные для жизни условия. Поверхность Gliese 581c может прогреваться до температуры от 17 до 100 градусов.

Год на Gliese 581c составляет 13 земных дней. Планета удалена от звезды на расстояние около 11 млн. км, что в 13 раз меньше, чем Земля (при этом Gliese 581 втрое меньше Солнца). Наконец, эта планета находится в пределах «обитаемой зоны» (т.е. области в космосе, где существуют благоприятные для зарождения жизни условия). Развитие космической науки могло бы, безусловно, помочь в исследовании этой чрезвычайно любопытной планеты.

WASP-17b и HAT-P-7b
На планете HAT-P-7b, открытой с помощью телескопа «Кеплер», удалось обнаружить атмосферу. HAT-P-7b относится к классу «горячих Юпитеров», ее размер примерно равен размеру самого Юпитера, а период обращения составляет всего 2,2 дня. Светило настолько разогревает HAT-P-7b, что она испускает собственное излучение.
Эти планеты знаменательны тем, что движутся в противоположном направлении по отношению к своим звездам.
Они обращаются вокруг звезд WASP-17 и HAT-P-7, соответственно, находятся примерно на одинаковом от Земли расстоянии — 1000 световых лет. Они, как и большинство их «собратьев», являются планетами-гигантами, в 2 и 1,5 раза большими Юпитера по размеру, и по массе примерно равны 1,5 масс Сатурна и 1,8 — Юпитера. WASP-17b, к слову, самая большая из известных человечеству планет.

COROT-7b и HD156668b
Это самые маленькие экзопланеты. Первое место в рейтинге крошечных экзопланет остается за первой (Corot-7b). Радиус этой планеты составляет 1,68 земных радиусов. Масса планеты точно неизвестна.
Небесное тело HD156668b в четыре раза тяжелее Земли, удалено от нее на расстояние около 80 световых лет и обращается вокруг звезды в направлении созвездия Геркулеса. Планета совершает один оборот вокруг звезды за четыре дня.

Другие материалы рубрики


  • ...Среди прочих лептонов в 1936 году, среди продуктов взаимодействий космических лучей, был открыт мюон. Он оказался одной из первых известных нестабильных субатомных частиц, которая во всех отношениях, кроме стабильности, напоминает электрон, то есть имеет тот же заряд и спин и участвует в тех же взаимодействиях, но имеет бóльшую массу. Примерно за две миллионные доли секунды мюон распадается на электрон и два нейтрино. На долю мюона приходится значительная часть фонового космического излучения, которое регистрируется на поверхности Земли счетчиком Г. Гейгера...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6


  • ...И тут внимание исследователей привлекла давняя и очень любопытная гипотеза космических струн. Постичь ее трудно, представить наглядно просто невозможно: струны можно только описать сложными математическими формулами. Эти загадочные одномерные образования не излучают света и обладают огромной плотностью — один метр такой "ниточки" весит больше Солнца. А если их масса так велика, то и гравитационное поле, пусть даже растянутое в линию, должно значительно отклонять световые лучи. Однако линзы уже сфотографированы, а космические струны и "черные дыры" пока существуют лишь в уравнениях математиков. Из этих уравнений следует, что возникшая сразу после Большого взрыва космическая струна должна быть "замкнута" на границы Вселенной. Но границы эти так далеки, что середина струны их "не чувствует" и ведет себя, как кусок упругой проволоки в свободном полете или как леска в бурном потоке. Струны изгибаются, перехлестываются и рвутся. Оборванные концы струн тут же соединяются, образуя замкнутые куски. И сами струны, и отдельные их фрагменты летят сквозь Вселенную со скоростью, близкой к скорости света.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • Галактика, в которой мы живем, — Млечный Путь — настоящий исполин по галактическим меркам. Среди галактик местной группы лишь Туманность Андромеды может тягаться с нашим домом по количеству звезд, размерам и массе. Однако сферы влияния гигантов давно поделены, и нашу галактику окружают десятки, а может, и сотни галактик-спутников.
    Сейчас известны по крайней мере 23 спутника нашей галактики. Некоторые из них светятся, как миллиарды солнц, и жителям Южного полушария нашей планеты отлично знакомы Магеллановы облака — крупнейшие спутники нашей Галактики, не заметить которые на ночном небе невозможно даже невооруженным глазом.



  • Этот взрыв потряс не только часть Вселенной, но и земную астрономию! Громадная звезда вдруг стала сверхновой, и ее разорвало на куски с таким шиком, что даже бывалые астрономы заявили, что никогда такого не видали. А ведь должна была вести себя тихо-тихо. Ученые подозревают, что такое разрушительное событие может в любой момент повториться у нас прямо под боком. Возможно, даже завтра. Или прямо сейчас.



  • Космические фонтаны из водяного льда, пара и смеси других веществ, поднимающиеся над равнинами луны Сатурна, давно интригуют специалистов. Не хотят сходиться уравнения, описывающие энергетику этого мира, столь удаленного от Солнца. Однако все встает на свои места, если учесть новое открытие: волнующая активность Энцелада по геологическим меркам — мимолетный эпизод.

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • ...Теперь вы должны быть предельно внимательны. Следующие несколько секунд окажутся решающими, поэтому вы включаете высокоскоростную регистрирующую систему для детальной записи всех приходящих сведений. Через 61 с R3D3 сообщает, что все системы пока функционируют нормально, горизонт - на расстоянии 8000 км и приближается со скоростью 15 тыс. км/с. Проходит 61,6 с. Еще все в порядке, до горизонта осталось 2000 км, скорость - 30 тыс. км/с (или 0,1 скорости света, так что цвет излучения начинает меняться все заметнее). А затем, в течение следующей 0,1 с вы с изумлением замечаете, что излучение из зеленого становится красным, инфракрасным, микроволновым, затем приходят радиоволны и наконец все исчезает. Через 61,7 с все кончено - лазерный луч пропал. R3D3 достиг скорости света и исчез за горизонтом.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6


  • О спонтанном возникновении вещества из пустого пространства говорят как о рождении “из ничего”, которое близко по духу рождению ex nihilo в христианской доктрине. Для физики пустое пространство совсем не “ничего”, а весьма существенная часть Вселенной, а мысль о рождении самого пространства может показаться вообще странной. Однако в каком-то смысле это все время происходит вокруг нас. Расширение Вселенной есть не что иное, как непрерывное “разбухание” пространства. С каждым днем доступная современным телескопам область Вселенной возрастает на 1018 кубических световых лет. Здесь полезна аналогия с резиной. Если упругий резиновый жгут вытянуть, его “становится больше”. Пространство напоминает суперэластик тем, что оно, насколько известно физикам, может неограниченно долго растягиваться не разрываясь. Растяжение и искривление пространства напоминает деформацию упругого тела тем, что “движение” пространства происходит по законам механики точно так же, как и движение обычного вещества. В данном случае это законы гравитации. Квантовая теория в равной мере применима как к веществу, так и к пространству и к времени.
    Действительно, благодаря собственной физической природе Вселенная возбуждает в себе всю энергию, необходимую для “создания” материи — это есть космический бутстрэп (bootstrap — в переводе “зашнуровка”, в переносном смысле — отсутствие иерархии в системе элементарных частиц).



  • ...Итак, согласно полученным результатам, в конце первой секунды температура достигла 1010 К — это слишком много для того, чтобы могли существовать сложные ядра. Все пространство Вселенной было тогда заполнено хаотически движущимися протонами и нейтронами, вперемешку с электронами, нейтрино и фотонами (тепловым излучением). Ранняя Вселенная расширялась чрезвычайно быстро, так что по прошествии минуты температура упала до 108 К, а спустя еще несколько минут — ниже уровня, при котором возможны ядерные реакции...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • ...Несмотря на то, что идея коллапса кажется простой (при сжатии ядра выделяется энергия гравитационной связи, за счет которой выбрасываются внешние слои вещества), трудно понять процесс в деталях. В конце жизни у звезды с массой более 10 масс Солнца образуется слоеная структура, с глубиной появляются слои все более тяжелых элементов.
    Ядро состоит в основном из железа, а равновесие звезды поддерживается квантовым отталкиванием электронов.
    Но в конце концов масса звезды подавляет электроны, которые вжимаются в атомные ядра, где начинают реагировать с протонами и образовывать нейтроны и электронные нейтрино. В свою очередь, нейтроны и оставшиеся протоны прижимаются друг к другу все сильнее, пока их собственная сила отталкивания не начнет действовать и не остановит коллапс.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • Эксперты ООН в ежегодных докладах публикуют данные, говорящие, что Землю в перспективе ждет катастрофическое глобальное потепление, обусловленное возрастающими выбросами углекислого газа в атмосферу. Однако наблюдение за Солнцем позволяет утверждать, что в повышении температуры углекислый газ «не виноват» и в ближайшие десятилетия нас ждет не катастрофическое потепление, а глобальное, и очень длительное, похолодание.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5