290 (599292), страница 2
Текст из файла (страница 2)
В созвездии Пегаса у солнцеподобной звезды HD209458, которая находится от Земли на расстоянии 150 световых лет, имеется экзопланета, получившая имя Осирис в честь египетского бога плодородия. Планета массой 0.69 масс Юпитера и размером в 1.3-1.5 раза больше Юпитера, обращается на очень близкой орбите к звезде на расстоянии 7 млн. км. от нее. Поверхность планеты нагрета звездой до 1000 градусов Цельсия. С помощью телескопа «Хаббл» удалось обнаружить в верхних слоях атмосферы планеты свободные атомы углерода и кислорода.
В силу высокой температуры поверхности планета подобна огромной комете, так как имеет огромный шлейф испаряющихся газов. Как следствие, она постоянно теряет вещество, и в конце концов от нее может остаться лишь небольшое твердое ядро.
Исследование таких «горячих Юпитеров» имеет непосредственное отношение к проверке одной из моделей возникновения малых твердых планет, подобных Земле. Возможно, что наша планета в начальный момент формирования Солнечной системы также была подобием газового гиганта с размерами даже больше Юпитера, но с меньшей плотностью. «Солнечный ветер», возникший в момент, когда в ходе эволюции в ядре молодого Солнца начались интенсивные ядерные реакции, постепенно срывал внешнюю газовую оболочку с Земли и ближайших к ней планет. Земля и планеты земной группы (Меркурий, Марс, Венера) сформировались затем из остатков твердых ядер. Часть их вещества была поглощена нынешними планетами-гигантами, а из оставшегося сформировались многочисленные астероиды и кометы.
В первой трети 20-го века господствовала космологическая гипотеза Джинса. Согласно ей, планетная система Солнца образовалась в результате космической катастрофы, почти столкновения двух звезд. В силу крайней маловероятности такого события можно было полагать, что возможность существования в Галактике еще одной «планетной семьи» практически отсутствует. Теперь мы знаем, что планетных систем в Галактике – огромное множество. И Солнечная система – скорее правило, чем исключение в мире звезд. Стало также вполне ясно, что требуется от звезды для поддержания жизни в случае возникновения ее на обращающихся вокруг нее планетах.
На роль «сестры» Земли претендует планета, об обнаружении которой летом 2005 года сообщила команда астрономов из университета Санта-Круз в Калифорнии. Она вращается вокруг звезды Gliese 876 в созвездии Водолея и расположена от нас на расстоянии 15 световых лет. Планета находится к своему солнцу в 50 раз ближе, чем Земля к своему. Поэтому температура на ее поверхности составляет 200-400 градусов Цельсия, что не оставляет шансов для наличия воды в жидком состоянии. Но главное заключается в том, что хотя планета меньше Земли почти в два раза, ее масса в 5.9-7.5 раз превышает массу Земли. Прямых доказательств того, что планета твердая по составу, скалистая, пока нет. Но ее масса говорит в пользу гипотезы, что речь идет не о газовом гиганте. Она – самая маленькая из планет, обнаруженных вне Солнечной системы. В то же время планета такой массы может обладать достаточным притяжением для удержания атмосферы. Американские астрономы подчеркнули, что рассматривают это открытие как подтверждение теории существования небольших планет, пригодных для жизни. Интересно также, что обнаруженная планета – третья из семьи планет звезды Gliese 876. Первая – газовый гигант, примерно в два раза массивнее Юпитера, обнаружена была в 1998 году, вторая, тоже газовый гигант, но с массой в два раза меньшей, чем у Юпитера, в 2001 году.
Обнаружение коричневых карликов позволило пролить свет на механизмы образования звезд и планет. Звезды судя по всему, образуются посредством гравитационного коллапса межзвездного молекулярного газа, в то время как «создание» планет начинается через скопление пылевых частиц микронных размеров. Это различие в происхождении приводит в конечном счете к тому, что если планеты являются спутниками звезд, то коричневые карлики, находясь в определенной звездной системе, ведут как бы независимый образ жизни.
Согласно ряду оценок, в Галактике имеется около восьми миллиардов подходящих звезд, большинство из которых могут иметь планетные системы. Но подходящей для возникновения жизни может быть далеко не каждая планета. Необходимо выполнение трех основных условий для возникновения аналогов земной формы жизни: достаточно постоянная температура, наличие растворителя наподобие воды, атомы типа атомов углерода, которые способны образовывать сложные цепочки молекул. Вполне возможно представить и другие формы жизни на основе аммиака в океанах или на основе кремния. В этой связи стоить напомнить, что из девяти планет Солнечной системы только одна является примером «живой» планеты.
По мнению ученых, находись Земля всего на 5% ближе к Солнцу, то задолго до того момента, когда могла возникнуть жизнь, она подверглась бы в возрасте 1 миллиарда лет воздействию парникового эффекта, ставшего барьером для развития земных форм жизни. А если бы Земля находилась чуть дальше от Солнца, то как только ее атмосфера обогатилась бы кислородом, произошло бы быстрое оледенение, т.е. исчезла бы вода, наличие которой обязательно для развития жизни. Напомним также, что на Венере слишком горячо, а на Марсе – слишком холодно для возникновения жизни.
Космический телескоп «Хаббл» установил, что спектры излучения трех наиболее удачных от нас квазаров показывают явное наличие большого количества железа. Для телескопов наземного базирования установление такого факта невозможно, так как инфракрасный спектр, характерный для излучения атомами железа, лежит в области длины световой волны порядка 1.6-1.7 микрон. Но именно этот диапазон электромагнитного излучения полностью поглощается земной атмосферой. Астрофизикам известно, что железо появляется в результате специфических звездных процессов, заканчивающихся взрывом сверхновых, которые являются поставщиками тяжелых элементов. Такой период звездной эволюции оценивается в 500-800 млн. лет. Квазары, в спектрах которых обнаружено излучение атомов железа, имеют возраст ~ 900 млн. лет. Этот результат означает, что основные компоненты для образования планет и возможной жизни на них присутствовали очень рано в истории Вселенной – намного раньше, чем возникла Земля.
Но всего лишь пять процентов звезд, подобных Солнцу, как показывают подсчеты, могут иметь планеты, аналогичные Земле.
В сентябре 2005 года были обнародованы результаты наблюдений группы американских астрономов, возглавляемой учеными из Рочестерского университета, за двумя очень молодыми звездами. Одна из них, именуемая GM Aurigal, находится от нас на расстоянии 420 световых лет в созвездии Тельца. Другая звезда DM Tauri, находится примерно в том же районе. Обе они очень похожи на наше Солнце, только отроду им пока всего лишь один миллион лет. Астрономы установили наличие «щелей» в газопылевых протопланетных дисках у этих звезд. Их наличие свидетельствует о воздействии гигантских планет-эмбрионов, «прорезавших» себе такие «щели».
Есть все основания полагать, что у подобных звезд наблюдается чрезвычайно раннее формирование планет – газовых гигантов. Данные исследования служат подтверждением теории о том, что гигантские планеты, подобные Юпитеру, формируются намного быстрее, чем предполагалось.
По существу, как отмечают исследователи, мы как бы наблюдаем формирование Солнечной системы в далеком прошлом, а звезды GM Aurigal – это, фактически, более молодая версия нашего Солнца. И промежутки, «щели» в ее протопланетном диске, по размерам соответствуют тому пространству, которое занимают гигантские планеты Солнечной системы. К сожалению, присутствие зародышей планет земной группы выявить пока не удалось.
История открытия экзопланет
Астрометрический поиск. Первые попытки обнаружить экзопланеты связаны с наблюдениями за положением близких звезд. В 1916 американский астроном Эдуард Барнард (1857–1923) обнаружил, что слабенькая красная звездочка в созвездии Змееносца быстро перемещается по небу относительно других звезд – на 10 угл. секунд в год. Астрономы назвали ее Летящей звездой Барнарда. Хотя все звезды хаотически перемещаются в пространстве со скоростями 20–50 км/с, при наблюдении с большого расстояния эти перемещения остаются практически незаметными. Звезда Барнарда – весьма заурядное светило, поэтому возникло подозрение, что причиной ее наблюдаемого «полета» служит не особенно большая скорость, а просто необычная близость к нам. Действительно, звезда Барнарда оказалась на втором месте от Солнца после системы Альфа Кентавра.
Масса звезды Барнарда почти в 7 раз меньше массы Солнца, поэтому влияние на нее соседей-планет (если они есть) должно быть весьма заметным. Более полувека, начиная с 1938, изучал движение этой звезды американский астроном Питер ван де Камп (1901–1995). Он измерил ее положение на тысячах фотопластинок и заявил, что у звезды обнаруживается волнообразная траектория с амплитудой покачиваний около 0,02 угл. сек., следовательно вокруг нее обращается невидимый спутник. Из расчетов П. ван де Кампа следовало, что масса спутника чуть больше массы Юпитера, а радиус его орбиты 4,4 а.е. В начале 1960-х годов это сообщение облетело весь мир. Но не все астрономы согласились с выводами П. ван де Кампа. Продолжая наблюдения и увеличивая точность измерений, Дж.Гейтвуд (G.Gatewood) и его коллеги к 1973 выяснили, что звезда Барнарда движется ровно, без колебаний, а значит массивных планет в качестве спутников не имеет. Однако эти же работы принесли и новую находку: были замечены зигзаги в движении пятой от Солнца звезды Лаланд-21185. Сейчас получены веские доводы, что вокруг этой звезды обращаются две планеты: одна с периодом 30 лет (масса 1,6 Мю, радиус орбиты 10 а.е.) и вторая с периодом 6 лет (0,9 Мю, 2,5 а.е.). Для подтверждения этого открытия ведутся наблюдения.
Планеты у нейтронных звезд. В конце 1980-х годов несколько групп астрономов в разных странах создали высокоточные оптические спектрометры и начали систематические измерения скоростей ближайших к Солнцу звезд. Эта работа специально была нацелена на поиск экзопланет и через несколько лет действительно увенчалась успехом. Но первыми открыли экзопланету радиоастрономы, причем не одну, а сразу целую планетную систему. Произошло это в ходе исследования радиопульсаров – быстро вращающихся нейтронных звезд, излучающих строго периодические радиоимпульсы. Поскольку пульсары – чрезвычайно стабильные источники, радиоастрономы могут выявлять их движение со скоростью порядка 1 см/с, а значит, обнаруживать рядом с ними планеты с массами в сотни раз меньше, чем у Юпитера. Первое сообщение в журнале «Nature» об открытии планетной системы вокруг пульсара PSR1829-10 (обозначался также PSR1828-11 и PSR B1828-10, современное обозначение PSR J1830-10) сделала в середине 1991 группа радиоастрономов Манчестерского университета (М.Бэйлес, А.Лин и С.Шемар), наблюдающих на радиотелескопе в Джодрелл-Бэнк. Они объявили, что вокруг нейтронной звезды, удаленной от Солнца на 3,6 кпк, обращается планета в 10 раз массивнее Земли по круговой орбите с периодом 6 месяцев. В 1994 в неопубликованном сообщении авторы уточнили, что планет три: с массами 3, 12 и 8 земных и периодами, соответственно, 8, 16 и 33 месяца. Однако до сих пор это открытие не подтверждено независимыми исследованиями и поэтому остается сомнительным.
Первое подтвердившееся открытие внесолнечной планеты сделал польский радиоастроном Алекс Вольцжан (A.Wolszczan), который с помощью 305-метровой антенны в Аресибо изучал радиопульсар PSR 1257+12, удаленный примерно на 1000 св. лет от Солнца и посылающий импульсы через каждые 6,2 мс. В 1991 ученый заметил периодическое изменение частоты прихода импульсов. Его американский коллега Дейл Фрейл подтвердил это открытие наблюдениями на другом радиотелескопе. К 1993 выявилось присутствие рядом с пульсаром PSR 1257+12 трех планет с массами 0,2, 4,3 и 3,6 массы Земли, обращающихся с периодами 25, 67 и 98 сут. В 1996 появилось сообщение о присутствии в этой системе четвертой планеты с массой Сатурна и периодом около 170 лет.
Та легкость, с которой планеты были найдены у первого пульсара, вдохновила радиоастрономов на анализ сигналов и других пульсаров (их сейчас открыто более 1000). Но поиск оказался почти безрезультатным: лишь еще у одного далекого пульсара (PSR 1620-26) обнаружилась планета-гигант в несколько раз массивнее Юпитера. До сих пор планетная система пульсара PSR 1257+12 демонстрирует нам единственный пример планет типа Земли за пределом Солнечной системы.
Считается весьма странным, что вообще рядом с нейтронной звездой обнаружились маломассивные спутники. Рождение нейтронной звезды должно сопровождаться взрывом сверхновой. В момент взрыва звезда сбрасывает оболочку, с которой теряет большую часть своей массы. Поэтому ее остаток – нейтронная звезда-пульсар – не может своим притяжением удержать планеты, которые до взрыва быстро обращались вокруг массивной звезды. Возможно, что обнаруженные у пульсара планеты сформировались уже после взрыва сверхновой, но из чего и как – не ясно. Пока планетные системы нейтронных звезд по причине их непонятного происхождения считают чем-то неполноценным.
Успех Доплер-эффекта: планеты у нормальных звезд. Первую «настоящую» экзопланету обнаружили в 1995 астрономы Женевской обсерватории Мишель Майор (M.Mayor) и Дидье Квелоц (D.Queloz), построившие оптический спектрометр, определяющий доплеровское смещение линий с точностью до 13 м/с. Любопытно, что американские астрономы под руководством Джеффри Марси (G.Marcy) создали подобный прибор раньше и в 1987 приступили к систематическому измерению скоростей нескольких сотен звезд; но им не повезло сделать открытие первыми. В 1994 Майор и Квелоц приступили к измерению скоростей 142 звезд из числа ближайших к нам и по своим характеристикам похожих на Солнце. Довольно быстро они обнаружили «покачивания» звезды 51 в созвездии Пегаса, удаленной от Солнца на 50 св. лет. Колебания этой звезды происходят с периодом 4,23 сут и, как заключили астрономы, вызваны влиянием планеты с массой 0,47 Мю (для нее уже предложено имя – Эпикур).
Это удивительное соседство озадачило ученых: совсем рядом со звездой как две капли воды похожей на Солнце бешено мчится планета-гигант, обегая ее всего за четыре дня; расстояние между ними в 20 раз меньше, чем от Земли до Солнца. Астрономы не сразу поверили в это открытие. Ведь обнаруженная планета-гигант из-за ее близости к звезде должна быть нагрета до 1000 К. Горячий юпитер? Такого сочетания астрономы не ожидали. Быть может, за колебания звезды была принята пульсация ее атмосферы? Однако дальнейшие наблюдения подтвердили открытие планеты у звезды 51 Пегаса. Затем обнаружились и другие системы, в которых планета-гигант обращается очень близко к своей звезде; термин «горячий юпитер» прочно вошел в обиход.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
