Екзопланети: як та для чого людство шукає світи схожі на Землю

Виявити об'єкти в інших зоряних системах складно, але реально. Можна із впевненістю сказати, що людство знає, що біля інших зірок утворюються астероїди та комети. Це нам відомо завдяки прямим спостереженням, адже ці об'єкти уже відвідали нашу систему.

Цікаво Коли та що зруйнує Землю: думка астрофізика

Оумуамуа в уявленні художника / Фото Wikipedia

У 2017 році до Сонячної системи завітав перший міжзоряний мандрівник, якого вдалося виявити – 1l/Oumuamua або Оумуамуа. Астероїд це, чи комета, чи космічний корабель прибульців – достеменно невідомо. Суперечки щодо природи об'єкта йдуть досі.

Слідом за цим, у 2019 році, ми виявили другого міжзоряного гостя – 2I/Borisov або міжзоряна комета Борисова.

Цікаво Астрономи вперше виявили астероїд з-поза меж Сонячної системи

Міжзоряна комета Борисова / Фото Hubblesite

Але ж планети до нас не прилітають. Як їх знайти? 

На щастя, методи є. Завдяки ним ми відшукали більше ніж 4700 планет у 3 500 зоряних системах. Майже 6 тисяч об'єктів чекають на підтвердження або спростування статусу "планети біля іншої зорі".

До речі, планети біля чужих Сонць називаються екзопланетами.

Цікаво Міжгалактична комета Борисова почала розпадатися

Основні методи виявлення екзопланет

​Транзитний метод

За допомогою цього методу виявлення відкрито близько 72% усіх екзопланет.

Полягає метод у наступному: якщо спостерігати за певною зіркою, довкола якої обертається планета, то ми будемо помічати спад яскравості зірки, коли планета буде опинятися між нами та зіркою (фактично, сонячне затемнення). Таким методом неможливо користуватися, якщо зоряна система повернута до нас площиною.

Транзитний метод пошуку екзопланет: дивитись відео онлайн

Читайте на сайті Який найвіддаленіший об'єкт ми можемо побачити неозброєним оком

Метод радіальних швидкостей або метод Доплера

За допомогою цього методу відкрили близько 19,4% екзопланет.

У нас є уявлення, що всі планети обертаються довкола Сонця. Проте, це не зовсім точно. Планети обертаються довкола спільного з Сонцем центру мас, який називається барицентр. Цей барицентр розташований у середині Сонця, але не чітко в його центрі.

Таким чином Сонце обертається не тільки довкола власної осі, а ще й довкола барицентру. Саме цей рух ми фіксуємо, використовуючи ефект Доплера, що дає нам знати про існування екзопланети. Метод дієвий лише за умови, що планетарна система зорі повернута до нас ребром.

Метод радіальних швидкостей: дивитись відео онлайн

Метод гравітаційного мікролінзування

За допомогою цього методу відкрито близько 3,5% екзопланет.

Якщо між зіркою з планетами та нами є ще одна зоря, то гравітація цієї другої зорі грає роль лінзи (гравітаційне лінзування) та фокусує світло, що допомагає нам роздивитись далеку екзопланету.

Метод гравітаційного мікролінзування: дивитись відео онлайн

Цікаве на сайті Чорна діра пожирає плакат: NASA опублікувала новий постер

Метод прямого спостереження

За допомогою прямого спостереження відкрито близько 3,9% усіх відомих екзопланет.

Суть метода полягає в тому, щоб заблокувати світло зорі за допомогою спеціального пристрою – коронографа. Це дає змогу в деяких випадках напряму сфотографувати екзопланету біля далекої зорі.

Метод фотографування: дивитись відео онлайн 

Метод астрометрії

Цей метод не такий успішний, як попередні. За його допомогою відкрили близько 14 екзопланет, що складає 0,3%.

Під дією планети або планет зірка коливається. Вона обертається довкола спільного центру мас – барицентру. Якщо зоряна система повернута до нас площиною, то можемо зафіксувати коливання зорі відносно інших зірок.

Суть полягає у постійному фотографуванню ділянки неба, де є цільова зоря та опорні зірки. Якщо цільова зоря змінила положення відносно опорних, то можна говорити про наявність у неї планетарної системи. Цей метод доволі складний та потребує дуже точної оптики. 

Метод астрометрії: дивитись відео онлайн

Цікаво Телескопу Hubble вдалося спостерігати формування екзопланети

Метод періодичних пульсацій

За допомогою цього методу виявлено 0,93% екзопланет.

Цей метод відноситься виключно до екзопланет, які обертаються довкола пульсарів. Пульсар – це нейтронна зоря, яка є джерелом імпульсного електромагнітного випромінювання. Ці пульсації мають регулярну частоту. І якщо ми фіксуємо якесь мінімальне відхилення у силі сигналу пульсара, або відхилення від графіка пульсацій – це може свідчити про наявність екзопланети.

Що таке пульсар: дивитись відео онлайн

Метод варіації часу транзиту

Цей метод напряму пов'язаний із транзитним методом виявлення екзопланет. За його допомогою відкрили близько 0,49% екзопланет.

Метод полягає у тому, що якщо поблизу зорі була виявлена екзопланета за допомогою транзитного методу, то відхилення від розрахованого затемнення зірки цією планетою свідчитимуть про ще одну або декілька екзопланет у системі.

Метод варіації часу транзиту: дивитись відео онлайн

Цікаво Астрономи виявили планету, яка відновила свою атмосферу завдяки вулканічній активності

Окрім цих основних методів є ще багато інших. За допомогою одних не відкрили жодної планети. За допомогою інших – одну або декілька.

В будь-якому випадку кількість відкритих екзопланет постійно зростає. Тому потрібно розуміти які вони – екзопланети.

Типи екзопланет

Існують чотири основні типи:

1. Нептуноподібні – екзопланети, які розмірами та хімічним складом близькі до Урана або Нептуна. Цей тип складає більшість відкритих екзопланет. Атмосфера таких планет, як правило, складається з водню та гелію. Присутній аміак, вода та метан. Маса таких екзопланет коливається від 7 до 60 мас Землі.
2. Газові гіганти – екзопланети, які схожі на Юпітер та Сатурн. Такі планети не мають твердої поверхні та складаються переважно з водню та гелію. Маса таких екзопланет коливається від 0,19 до 13 мас Юпітера.
3. Супер-Земля – проміжний клас. У Сонячній системі немає аналогів цьому типу екзопланет. Вони більші за Землю та менші за нептуноподібні планети. Складатися можуть з газів, кам'яних порід або одночасно з обох компонентів. Маса таких екзопланет може сягати 10 мас Землі.
4. Планети земного типу – таких планет, звісно, відкрили найменше. Вони доволі маленькі та не масивні, тому спостерігати їх досить тяжко. Маса такої екзопланети може сягати двох мас Землі. Розміри коливаються від половини до двох радіусів Землі. Ці кам'янисті планети можуть мати придатні до дихання атмосфери. Вони схожі на Меркурій, Марс, Венеру або Землю.

Цікаво Вчені знайшли зручну для дослідження суперземлю у сузір'ї Діви

Окрім цих чотирьох типів, існують безліч варіацій. Наприклад, планети-океани, гарячі Нептуни і так далі.

Типи екзопланет / Фото NASA

Для чого нам шукати та досліджувати екзопланети?

Можна виділити три "потреби", через які ми шукаємо та вивчаємо далекі планети біля чужих Сонць.

Фундаментальні дослідження

Знання заради знань. Нам просто цікаво, як виглядають, з чого складаються та як еволюціонують планети в інших зоряних системах. Окрім цього, це дає нам змогу краще зрозуміти, як сформувалася Сонячна система та її планети, адже ми спостерігаємо екзопланети на різних стадіях еволюції: від газопилової хмари до сформованої планети.

Читайте за темою Атмосфера гарячого газового гіганта Осіріс підтвердила механізм планетарної міграції

Рух екзопланет довкола зорі HR 8799: дивитись відео онлайн

Можливість колонізації

Поки що ми не спроможні швидко покинути навіть Сонячну систему. Але у майбутньому розвиток технологій може дозволити нам літати до далеких планет. І цілком можливо, що людство захоче їх колонізувати. А для цього бажано мати сформовану базу даних з максимальною кількістю інформації про екзопланети.

Екзопланета TRAPPIST-1 f в уяві художника; планета розташована в зоні, придатній для життя / Фото Wikipedia

Пошук життя

На інших планетах може бути примітивне життя. Зробити таке відкриття – це неймовірно. Але навряд чи це станеться раніше, ніж ми фізично побуваємо там.

А от знайти розумне життя – це реальніше. Адже розвинена цивілізація, теоретично, залишає слід довкола: це може бути електромагнітне випромінювання; або характерне затемнення зорі, якби там була Сфера Дайсона; або ж викиди в атмосферу специфічних хімічних елементів, які ми можемо зафіксувати.

Пошук іншого життя – це ціль для багатьох астрономів. Адже цікаво, яке воно може бути. А ще стає страшно від думки, що ми одні в цьому безмежному Всесвіті.