Eksoplaneti: svetovi onkraj našega osončja

Najmlajši odkriti eksoplanet je star manj kot milijon let.

Najmlajši odkrito eksoplanet je star manj kot milijon let in kroži okoli Coku Tau 4, zvezde oddaljene 420 svetlobnih let. Astronomi so o prisotnosti planeta sklepali iz ogromne luknje v prašnem disku, ki obdaja zvezdo. Luknja je 10 -krat večja od Zemljine orbite okoli Sonca in jo verjetno povzroči planet, ki očisti prostor v prahu, ko kroži okoli zvezde. (Zasluga za sliko: NASA)



Eksoplaneti so planeti izven našega sončnega sistema. Na tisoče so odkrili v zadnjih dveh desetletjih, večinoma z vesoljskim teleskopom Kepler NASA.



Ti svetovi so različnih velikosti in orbit. Nekateri so orjaški planeti, ki se objemajo blizu svojih starševskih zvezd; drugi so ledeni, nekateri skalnati. NASA in druge agencije iščejo posebno vrsto planeta: enakega velikosti kot Zemlja, ki kroži okoli zvezde, podobne soncu, v bivalnem pasu.

Bivalno območje je obseg razdalj od zvezde, kjer temperatura planeta dopušča tekoče vodne oceane, ki so ključni za življenje na Zemlji. Najzgodnejša opredelitev območja je temeljila na preprostem toplotnem ravnovesju, vendar trenutni izračuni bivalne cone vključujejo številne druge dejavnike, vključno z učinkom tople grede na atmosfero planeta. Zaradi tega so meje bivalne cone 'mehke'.



Astronomi so avgusta 2016 napovedali, da bi morda našli takega planet, ki kroži okoli Proksime Centauri . Na novo odkriti svet, znan kot Proxima b, je približno 1,3 -krat masivnejši od Zemlje, kar nakazuje, da je eksoplanet skalnat svet, so dejali raziskovalci. Tudi planet je v zvezdi bivalno območje , le 7,5 milijona kilometrov od svoje zvezde gostiteljice. Dokonča eno orbito vsakih 11,2 zemeljskih dni. Posledično je verjetno, da je eksoplanet zaklenjen, kar pomeni, da vedno prikazuje isti obraz svoji gostiteljski zvezdi, tako kot luna kaže samo en obraz (bližnjo stran) na Zemljo.

Večino eksoplanetov je odkril vesoljski teleskop Kepler, observatorij, ki je začel z delom leta 2009 in naj bi svojo misijo končal leta 2018, ko bo zmanjkalo goriva. Od sredine marca 2018 , Je Kepler odkril 2.342 potrjenih eksoplanetov in razkril obstoj morda 2.245 drugih. Skupno število planetov, ki so jih odkrili vsi observatoriji, je 3.706.

Zgodnja odkritja

Medtem ko so bili eksoplaneti potrjeni šele v devetdesetih letih prejšnjega stoletja, so bili astronomi že leta vnaprej prepričani, da so tam zunaj. To ni bilo samo hrepenenje, ampak zaradi tega, kako počasi se vrtijo naše sonce in druge zvezde, kot je to, je za demokratija.eu povedal astrofizik Univerze v Britanski Kolumbiji Jaymie Matthews. Matthews, znanstvenik misije občasnega opazovalca eksoplanetnega teleskopa MOST (Mikro variabilnost in nihanja STars), je sodeloval pri nekaterih zgodnjih odkritjih eksoplaneta.



Astronomi so imeli zgodbo o izvoru našega sončnega sistema. Preprosto povedano, vrteči se oblak plina in prahu (imenovan protosolarna meglica) se je zrušil pod lastno težo in oblikoval sonce in planete. Ko se je oblak sesul, je ohranitev kotnega zagona pomenila, da bi se kmalu sonce vrtelo vse hitreje. Toda medtem ko sonce vsebuje 99,8 odstotka mase sončnega sistema, imajo planeti 96 odstotkov kotnega momenta. Astronomi so se vprašali, zakaj se sonce tako počasi vrti.

Mlado sonce bi imelo zelo močno magnetno polje, katerega sile bi segale v disk z vrtinčnim plinom, iz katerega bi nastajali planeti. Te poljske črte so se povezale z nabitimi delci v plinu in delovale kot sidra, upočasnile vrtenje nastajajočega sonca in vrtele plin, ki bi se sčasoma spremenil v planete. Večina zvezd, kot je Sonce, se počasi vrti, zato so astronomi sklepali, da se je zanje zgodilo isto 'magnetno zaviranje', kar pomeni, da se je zanje moral zgoditi tudi nastanek planeta. Posledica: Planeti morajo biti skupni okoli zvezd, podobnih soncu.

Zaradi tega in drugih so astronomi sprva omejili iskanje eksoplanetov na zvezde, podobne soncu, vendar sta bili prvi dve odkritji okoli pulzarja (hitro vrtljivega trupla zvezde, ki je umrla kot supernova), imenovanega PSR 1257+12, leta 1992. Prvo potrjeno odkritje sveta, ki kroži okoli zvezde, podobne soncu, je bilo leta 1995 51 Pegasi b-planet mase Jupitra, ki je 20-krat bližje svojemu soncu, kot smo mi našemu. To je bilo presenečenje. Toda sedem let prej se je pojavila še ena nenavadnost, ki je namigovala na bogastvo prihodnjih eksoplanetov.



Kanadska ekipa je leta 1988 okoli Gama Cepheija odkrila planet velikosti Jupitra, a ker je bila njegova orbita precej manjša od Jupitrove, znanstveniki niso trdili, da je dokončno odkritje planeta. 'Takih planetov nismo pričakovali. Bil je dovolj drugačen od planeta v našem sončnem sistemu, da so bili previdni, «je dejal Matthews.

Večina prvih odkritij eksoplanetov so bili ogromni (ali večji) plinski velikani velikosti Jupitra, ki krožijo blizu svojih matičnih zvezd. To je zato, ker so se astronomi zanašali na tehniko radialne hitrosti, ki meri, koliko zvezda 'niha', ko planet ali planeti krožijo okoli nje. Ti veliki planeti, ki so blizu, proizvajajo ustrezno velik vpliv na svojo matično zvezdo, kar povzroča lažje zaznavanje nihanja.

Pred začetkom odkritja eksoplanetov so lahko instrumenti merili le gibanje zvezd do kilometra na sekundo, preveč nenatančno, da bi zaznali nihanje zaradi planeta. Zdaj lahko nekateri instrumenti merijo hitrosti do centimetra na sekundo, pravi Matthews. 'Delno zaradi boljše instrumentacije, pa tudi zato, ker so astronomi zdaj bolj izkušeni pri izkrivljanju subtilnih signalov iz podatkov.'

Kepler, TESS in drugi observatoriji

Kepler se je predstavil leta 2009 na glavni misiji opazovanja regije v ozvezdju Cygnus. Kepler je to misijo opravljal štiri leta - podvojil je njeno prvotno življenjsko dobo - dokler večina njenih reakcijskih koles (kazalnih naprav) ni odpovedala. NASA je nato Keplerja poslala na novo misijo, imenovano K2, v kateri Kepler uporablja pritisk sončnega vetra, da ohrani položaj v vesolju. Observatorij občasno preklopi vidno polje, da se izogne ​​sončnemu bleščanju. Keplerjeva hitrost odkrivanja planetov se je po prehodu na K2 upočasnila, vendar je z novo metodo še vedno najdenih na stotine eksoplanetov. Njegova zadnja objava podatkov, februarja 2018, je vsebovala 95 novih planetov.

Infografika tujih svetov 20

Infografska slika Alien Worlds 20'x60 'Plakat. Kupite tukaj (Zasluga za sliko: Trgovina demokratija.eu)

Kepler je razkril rog izobilja različnih vrst planetov. Poleg plinskih velikanov in kopenskih planetov je pomagal opredeliti povsem nov razred, znan kot super-Zemlje ': planeti med velikostjo Zemlje in Neptuna. Nekatere od teh so v bivalnih območjih svojih zvezd, vendar se astrobiologi vračajo na risalno desko, da bi razmislili, kako bi se lahko življenje razvilo v takšnih svetovih. Keplerjeva opazovanja so pokazala, da je v našem vesolju veliko super-Zemlje. (Nenavadno se zdi, da naš sončni sistem ne vsebuje planeta te velikosti, čeprav nekateri verjamejo, da se velik planet z vzdevkom 'Planet devet' skriva v zunanjih delih sončnega sistema.)

Keplerjeva primarna metoda iskanja planetov je 'tranzitna' metoda. Kepler spremlja luč zvezde. Če svetloba v rednih in predvidljivih časovnih presledkih zatemni, to pomeni, da planet prehaja čez obraz zvezde. Leta 2014 so astronomi Keplerja (vključno z Matthewsovim nekdanjim študentom Jasonom Rowejem) predstavili novo metodo preverjanja po množici, ki je povečala hitrost, s katero astronomi promovirajo planete kandidate na potrjene planete. Tehnika temelji na orbitalni stabilnosti - številni prehodi zvezde, ki se pojavljajo s kratkimi obdobji, so lahko le posledica planetov na majhnih orbitah, saj bi se pomnožene zvezde, ki bi lahko posnemale, gravitacijsko izstrelile iz sistema v samo nekaj milijonih letih.

Ko bo Kepler zaključil svoje poslanstvo, naj bi novi observatorij, imenovan Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), izstrelil spomladi 2018. TESS bo krožil okoli Zemlje vsakih 13,7 dni in bo v dveh letih opravljal raziskavo po vsem nebu. V prvem letu bo pregledal južno poloblo, v drugem pa severno poloblo (ki vključuje prvotno polje Kepler). Pričakuje se, da bo observatorij odkril še veliko eksoplanetov, vključno z najmanj 50, ki so približno velikosti Zemlje.

Drugi vidni observatoriji za lov na planete (preteklost in sedanjost) vključujejo:

  • Spektograf HARPS na 3,6-metrskem teleskopu La Silla evropskega južnega observatorija v Čilu, katerega prva svetloba je bila leta 2003. Instrument je zasnovan tako, da gleda na nihanja, ki jih planet povzroči pri vrtenju zvezde. HARPS je odkril več kot 100 eksoplanetov in se redno uporablja za potrditev opazovanj iz Keplerja in drugih observatorijev.
  • Kanadski teleskop za mikro spremenljivost in nihanja STars (MOST), ki je začel opazovati leta 2003. MOST je zasnovan za opazovanje astroseizmologije zvezde ali zvezdnih potresov. Sodeloval pa je tudi pri odkritjih eksoplaneta, na primer pri iskanju eksoplaneta 55 Cancri e.
  • Francoska vesoljska agencija CoRoT (COnvection ROtation and planetar Transits), ki je delovala med letoma 2006 in 2012. Odkrila je nekaj deset potrjenih planetov, vključno s COROT-7b-prvim eksoplanetom, ki je imel pretežno kamnito ali kovinsko sestavo.
  • Vesoljska teleskopa NASA/Evropska vesoljska agencija Hubble in NASA Spitzer, ki občasno opazujeta planete v vidni oziroma infrardeči valovni dolžini. (Več informacij o atmosferi planeta je na voljo v infrardeči povezavi.)
  • Evropski značilen satelit ExOPlanets (CHEOPS), ki bo predvidoma pripravljen za izstrelitev leta 2018. Misija je namenjena natančnemu izračunu premerov planetov, zlasti tistih planetov, ki padejo med maso super-Zemlje in Neptuna.
  • Vesoljski teleskop NASA James Webb, ki bo predvidoma izstreljen leta 2020. Specializiran je za opazovanje v infrardečih valovnih dolžinah. Močan observatorij naj bi razkril več o bivanju v atmosferah nekaterih eksoplanetov.
  • Teleskop PLAnetarni tranziti in nihanja zvezd (PLATO) Evropske vesoljske agencije, ki bo predvidoma izstreljen leta 2024. Zasnovan je tako, da se nauči, kako nastanejo planeti in kateri pogoji bi lahko bili ugodni za življenje.
  • Misija ESA ARIEL (Atmosfersko daljinsko zaznavanje infrardečega eksoplaneta z veliko raziskavo), ki se bo začela sredi leta 2028. Pričakuje se, da bo opazoval 1.000 eksoplanetov in opravil tudi raziskavo kemijske sestave njihove atmosfere.

Diagram, ki prikazuje relativne velikosti novih tujih planetov, ki jih je odkril Kepler, v primerjavi z Zemljo in Jupitrom.

Diagram, ki prikazuje relativne velikosti novih tujih planetov, ki jih je odkril Kepler, v primerjavi z Zemljo in Jupitrom.(Zasluga za sliko: NASA/Tim Pyle)

Pomembni eksoplaneti

Ker jih je na izbiro na tisoče, jih je težko omejiti. Majhni trdni planeti v bivalnem območju so samodejno izstopajoči, vendar je Matthews izpostavil pet drugih eksoplanetov, ki so razširili naš pogled na to, kako se planeti oblikujejo in razvijajo:

  • 51 Pegasi b:Kot smo že omenili, je bil to prvi planet, ki je bil potrjen okoli zvezde, podobne soncu. Polovica mase Jupitra kroži okoli sonca na približno razdalji Merkurja od našega Sonca. 51 Pegasi b je tako blizu svoji matični zvezdi, da je verjetno zaklenjena, kar pomeni, da je ena stran vedno obrnjena proti zvezdi.
  • HD 209458 b:To je bil prvi planet (leta 1999), ki je prestopil svojo zvezdo (čeprav je bil odkrit s tehniko Dopplerjevega nihanja), v naslednjih letih pa se je nabralo več odkritij. To je bil prvi planet zunaj sončnega sistema, za katerega smo lahko določili vidike njegove atmosfere, vključno s temperaturnim profilom in pomanjkanjem oblakov. (Matthews je pri nekaterih opazovanjih sodeloval z uporabo MOST -a.)
  • 55 Rak iz:Ta super-Zemlja kroži okoli zvezde, ki je dovolj svetla, da jo lahko vidite na oko, kar pomeni, da lahko astronomi preučijo sistem podrobneje kot skoraj vse druge. Njegovo 'leto' traja le 17 ur in 41 minut (prepoznano, ko je večina leta 2011 dva tedna gledala v sistem). Teoretiki ugibajo, da je planet morda bogat z ogljikom, z diamantnim jedrom.
  • HD 80606 b:V času odkritja leta 2001 je imel rekord kot najbolj ekscentričen eksoplanet, kar so jih kdaj odkrili. Možno je, da je njegova liha orbita (ki je podobna Halleyjevemu kometu okoli sonca) posledica vpliva druge zvezde. Zaradi njegove skrajne orbite bi bilo okolje planeta izjemno spremenljivo.
  • WASP-33b:Ta planet je bil odkrit leta 2011 in ima nekakšno 'zaščito pred soncem' - stratosfero -, ki absorbira del vidne in ultravijolične svetlobe iz svoje matične zvezde. Ne samo, da ta planet kroži okoli zvezde 'nazaj', ampak tudi sproži vibracije v zvezdi, ki jih vidi satelit MOST.