Exoplanéty: svety mimo našej slnečnej sústavy

Najmladšia doposiaľ objavená exoplanéta má menej ako 1 milión rokov.

Najmladšia doposiaľ objavená exoplanéta má menej ako 1 milión rokov a obieha okolo Coku Tau 4, hviezdy vzdialenej 420 svetelných rokov. Astronómovia odvodili prítomnosť planéty z obrovskej diery v prašnom disku, ktorá opása hviezdu. Diera je 10 -krát väčšia ako obežná dráha Zeme okolo Slnka a je to pravdepodobne spôsobené tým, že planéta pri obehu hviezdy vyčistí priestor v prachu. (Obrazový kredit: NASA)



Exoplanéty sú planéty mimo našej vlastnej slnečnej sústavy. Za posledné dve desaťročia boli objavené tisíce, väčšinou pomocou Keplerovho vesmírneho teleskopu NASA.



Tieto svety majú obrovskú škálu veľkostí a dráh. Niektoré sú obrovské planéty objímajúce sa blízko svojich materských hviezd; iné sú ľadové, niektoré skalnaté. NASA a ďalšie agentúry hľadajú špeciálny druh planéty: planétu rovnakej veľkosti ako Zem, obiehajúcu okolo hviezdy podobnej slnku v obývateľnej zóne.

Obývateľná zóna je rozsah vzdialeností od hviezdy, kde teplota planéty umožňuje kvapalné vodné oceány, kritické pre život na Zemi. Najstaršia definícia zóny bola založená na jednoduchej tepelnej rovnováhe, ale súčasné výpočty obývateľnej zóny zahŕňajú mnoho ďalších faktorov vrátane skleníkového efektu atmosféry planéty. Vďaka tomu sú hranice obytnej zóny „nejasné“.



Astronómovia v auguste 2016 oznámili, že mohli nájsť taký planéta obiehajúca okolo Proxima Centauri . Novoobjavený svet, známy ako Proxima b, je asi 1,3 -krát hmotnejší ako Zem, čo naznačuje, že exoplanéta je skalnatý svet, uviedli vedci. Planéta je tiež v hviezde obytná zóna , iba 4,7 milióna míľ (7,5 milióna kilometrov) od svojej hostiteľskej hviezdy. Dokončí jednu obežnú dráhu každých 11,2 pozemských dní. V dôsledku toho je pravdepodobné, že exoplanéta je prílivovo uzamknutá, čo znamená, že svojej hostiteľskej hviezde ukazuje vždy rovnakú tvár, rovnako ako mesiac ukazuje Zemi iba jednu tvár (blízku stranu).

Väčšinu exoplanét objavil vesmírny teleskop Kepler, observatórium, ktoré začalo pracovať v roku 2009 a očakáva sa, že svoju misiu dokončí v roku 2018, akonáhle mu dôjde palivo. Od polovice marca 2018 , Kepler objavil 2 342 potvrdených exoplanét a odhalil existenciu asi 2 245 ďalších. Celkový počet planét objavených všetkými observatóriami je 3 706.

Prvé objavy

Zatiaľ čo exoplanéty boli potvrdené až v 90. rokoch minulého storočia, astronómovia boli roky predtým presvedčení, že sú tam. Nebolo to len zbožné želanie, ale kvôli tomu, ako pomaly sa točí naše vlastné slnko a ďalšie podobné hviezdy, uviedla pre demokratija.eu astrofyzička Univerzity Britskej Kolumbie Jaymie Matthewsová. Matthews, vedec misie príležitostných pozorovateľov teleskopov exoplanét MOST (Mikrovariabilita a oscilácie hviezdnych hviezd), sa podieľal na niektorých z prvých objavov exoplanéty.



Astronómovia majú príbeh o pôvode našej slnečnej sústavy. Jednoducho povedané, rotujúci oblak plynu a prachu (nazývaný protosolárna hmlovina) sa zrútil pod vlastnou gravitáciou a vytvoril slnko a planéty. Keď sa mrak zrútil, zachovanie momentu hybnosti znamenalo, že čoskoro sa slnko malo otáčať rýchlejšie a rýchlejšie. Ale zatiaľ čo slnko obsahuje 99,8 percent hmotnosti slnečnej sústavy, planéty majú 96 percent momentu hybnosti. Astronómovia si položili otázku, prečo sa slnko otáča tak pomaly.

Mladé slnko by malo veľmi silné magnetické pole, ktorého siločiary siahali do kotúča vírivého plynu, z ktorého by vznikali planéty. Tieto siločiary spojené s nabitými časticami v plyne a pôsobili ako kotvy, spomaľovali otáčanie formujúceho sa slnka a točili plyn, ktorý sa nakoniec zmenil na planéty. Väčšina hviezd ako slnko sa otáča pomaly, takže astronómovia usúdili, že pre nich došlo k rovnakému „magnetickému brzdeniu“, čo znamená, že pre nich muselo dôjsť k vzniku planéty. Implikácia: Planéty musia byť bežné okolo hviezd podobných slnku.

Z tohto a ďalších dôvodov astronómovia najskôr obmedzili vyhľadávanie exoplanét na hviezdy podobné slnku, ale prvé dva objavy boli okolo pulzaru (rýchlo sa točiaca mŕtvola hviezdy, ktorá zomrela ako supernova) s názvom PSR 1257+12, v r. 1992. Prvý potvrdený objav sveta obiehajúceho okolo hviezdy podobnej slnku, v roku 1995, bol 51 Pegasi b-planéta s hmotnosťou Jupitera, ktorá je 20-krát bližšie k svojmu slnku ako my k nášmu. To bolo prekvapenie. Pred siedmimi rokmi sa však objavila ďalšia zvláštnosť, ktorá naznačovala bohatstvo exoplanét, ktoré prídu.



Kanadský tím objavil planétu veľkosti Jupiter okolo Gamma Cephei v roku 1988, ale pretože jej obežná dráha bola oveľa menšia ako Jupiterova, vedci netvrdili definitívnu detekciu planéty. „Také planéty sme nečakali. Líšilo sa to dosť od planéty v našej vlastnej slnečnej sústave, že boli opatrní, “povedal Matthews.

Väčšina prvých objavov exoplanét boli obrovské plynové obry veľkosti Jupitera (alebo väčšie) obiehajúce blízko svojich materských hviezd. Je to preto, že astronómovia sa spoliehali na techniku ​​radiálnej rýchlosti, ktorá meria, ako sa hviezda „chveje“, keď okolo nej obieha planéta alebo planéty. Tieto veľké planéty, ktoré sa zavierajú dovnútra, majú zodpovedajúci veľký vplyv na ich materskú hviezdu, čo spôsobuje ľahšie rozpoznateľné chvenie.

Pred érou objavov exoplanét mohli prístroje merať iba hviezdne pohyby až na kilometer za sekundu, príliš nepresné na to, aby zistili kolísanie v dôsledku planéty. Podľa Matthewsa niektoré nástroje môžu teraz merať rýchlosti až centimeter za sekundu. 'Čiastočne kvôli lepšiemu prístrojovému vybaveniu, ale aj kvôli tomu, že astronómovia majú v súčasnosti viac skúseností s vyberaním jemných signálov z údajov.'

Kepler, TESS a ďalšie observatóriá

Kepler bol uvedený na trh v roku 2009 na hlavnej misii pozorovať región v súhvezdí Cygnus. Kepler vykonával túto misiu štyri roky - čo je dvojnásobok jej pôvodnej životnosti - kým väčšina jeho reakčných kolies (polohovacie zariadenia) nesklamala. NASA potom nasadila Keplera na novú misiu s názvom K2, v ktorej Kepler využíva tlak slnečného vetra na udržanie polohy vo vesmíre. Hvezdáreň pravidelne mení svoje zorné pole, aby sa vyhla oslneniu slnka. Keplerovo tempo planetárnych objavov sa po prechode na K2 spomalilo, ale napriek tomu sa pomocou novej metódy našli stovky exoplanét. Jeho najnovšie vydanie údajov z februára 2018 obsahovalo 95 nových planét.

Infografika Alien Worlds 20

Informačný plagát Alien Worlds 20'x60 '. Kúpte tu (Obrazový kredit: demokratija.eu Store)

Kepler odhalil roh hojnosti rôznych typov planét. Okrem plynových obrov a pozemských planét pomohla definovať aj úplne novú triedu známu ako „ super-zeme “: planéty, ktoré majú veľkosť medzi Zemou a Neptúnom. Niektoré z nich sú v obývateľných zónach svojich hviezd, ale astrobiológovia sa vracajú k rysovacej doske, aby zvážili, ako by sa v týchto svetoch mohol vyvinúť život. Keplerove pozorovania ukázali, že superzeme sú v našom vesmíre hojné. (Zvláštne je, že naša slnečná sústava neobsahuje planétu takej veľkosti, aj keď niektorí veria, že vo vonkajších častiach slnečnej sústavy sa môže skrývať veľká planéta prezývaná „planéta deväť“.)

Keplerovou primárnou metódou hľadania planét je metóda „tranzitu“. Kepler monitoruje svetlo hviezdy. Ak svetlo v pravidelných a predvídateľných intervaloch tlmí, naznačuje to, že planéta prechádza cez tvár hviezdy. V roku 2014 astronómovia Keplera (vrátane Matthewsovho bývalého študenta Jasona Rowea) predstavili novú metódu „overovania multiplicitou“, ktorá zvýšila mieru, ktorou astronómovia propagujú kandidátske planéty na potvrdené planéty. Táto technika je založená na orbitálnej stabilite - mnoho tranzitov hviezdy, ku ktorým dochádza v krátkych periódach, môže byť len kvôli planétam na malých obežných dráhach, pretože viacnásobné zatmenie hviezd, ktoré by mohli napodobňovať, by sa gravitačne navzájom vysunuli zo systému za niekoľko miliónov rokov.

Ako Kepler končí svoju misiu, nové observatórium s názvom Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) by malo byť vypustené na jar 2018. TESS bude obiehať Zem každých 13,7 dní a počas dvoch rokov vykoná prieskum oblohy. Bude skúmať južnú pologuľu v prvom roku a severnú pologuľu (ktorá zahŕňa pôvodné Keplerovo pole) v druhom roku. Očakáva sa, že observatórium odhalí oveľa viac exoplanét, vrátane najmenej 50, ktoré majú veľkosť približne ako Zem.

Medzi ďalšie významné observatóriá na lov planét (minulé a súčasné) patria:

  • Spektrograf HARPS na 3,6-metrovom teleskope La Silla Európskej južnej observatória v Čile, ktorého prvé svetlo bolo v roku 2003. Prístroj je navrhnutý tak, aby sa pozeral na chvenie, ktoré planéta vyvoláva pri rotácii hviezdy. HARPS sám našiel viac ako 100 exoplanét a pravidelne sa používa na potvrdenie pozorovaní z Keplera a ďalších observatórií.
  • Kanadský teleskop mikrovariability a oscilácií STars (MOST), ktorý začal pozorovania v roku 2003. MOST je navrhnutý tak, aby pozoroval astroseizmológiu hviezdy alebo zemetrasenia. Zúčastnila sa však aj objavov exoplanét, ako napríklad nájdenia exoplanéty 55 Cancri e.
  • CoRoT (COnvection ROtation and planetary Transits) Francúzskej vesmírnej agentúry, ktorá fungovala v rokoch 2006 až 2012. Našla niekoľko desiatok potvrdených planét vrátane COROT-7b-prvej exoplanéty, ktorá mala prevažne rockové alebo kovové zloženie.
  • Vesmírne teleskopy NASA/Európska vesmírna agentúra Hubble a NASA Spitzer, ktoré periodicky pozorujú planéty vo viditeľných alebo infračervených vlnových dĺžkach. (Viac informácií o atmosfére planéty je k dispozícii v infračervenom žiarení.)
  • Európsky satelit ExOPlanets (CHEOPS), ktorý by mal byť podľa plánu pripravený na štart v roku 2018. Cieľom tejto misie je presne vypočítať priemery planét, najmä planét, ktoré spadajú medzi hmotnosti Zeme a Neptúna.
  • Vesmírny teleskop NASA James Webb, ktorého spustenie sa očakáva v roku 2020. Je špecializovaný na pozorovanie v infračervených vlnových dĺžkach. Očakáva sa, že silné observatórium odhalí viac o obývateľnosti atmosféry niektorých exoplanét.
  • Teleskop PLAnetary Transits and Oscillations of stars (PLATO) Európskej vesmírnej agentúry, ktorého spustenie sa očakáva v roku 2024. Je navrhnutý tak, aby sa dozvedel, ako sa planéty formujú a aké podmienky (ak nejaké) môžu byť priaznivé pre život.
  • Misia ESA ARIEL (Atmosphere Remote-sensing Infrared Exoplanet Large-survey), ktorá sa začne v polovici roku 2028. Očakáva sa, že pozoruje 1 000 exoplanét a tiež vykoná prieskum chemického zloženia ich atmosféry.

Diagram zobrazujúci relatívne veľkosti nových mimozemských planét objavených Keplerom v porovnaní so Zemou a Jupiterom.

Diagram zobrazujúci relatívne veľkosti nových mimozemských planét objavených Keplerom v porovnaní so Zemou a Jupiterom.(Obrazový kredit: NASA/Tim Pyle)

Pozoruhodné exoplanéty

Keďže máte na výber tisíce, je ťažké zúžiť niekoľko. Malé pevné planéty v obývateľnej zóne sú automaticky vynikajúce, ale Matthews vybral päť ďalších exoplanét, ktoré rozšírili náš pohľad na to, ako sa planéty formujú a vyvíjajú:

  • 51 Pegasi b:Ako už bolo spomenuté, bola to prvá planéta, ktorá bola potvrdená okolo hviezdy podobnej slnku. Polovica hmotnosti Jupitera obieha okolo svojho Slnka zhruba vo vzdialenosti Merkúra od nášho Slnka. 51 Pegasi b je tak blízko svojej materskej hviezdy, že je pravdepodobne prílivovo zablokovaný, čo znamená, že jedna strana je vždy obrátená k hviezde.
  • HD 209458 b:Toto bola prvá planéta, ktorá (v roku 1999) našla tranzit svojej hviezdy (aj keď bola objavená technikou Dopplerovho kolísania) a v nasledujúcich rokoch sa hromadili ďalšie objavy. Bola to prvá planéta mimo slnečnej sústavy, pre ktorú sme mohli určiť aspekty jej atmosféry, vrátane teplotného profilu a nedostatku oblakov. (Matthews sa zúčastnil niektorých pozorovaní väčšinou.)
  • 55 Rakovina z:Táto super Zem obieha okolo hviezdy, ktorá je dostatočne jasná na to, aby sme ju videli okom, čo znamená, že astronómovia môžu študovať systém podrobnejšie ako takmer všetky ostatné. Jeho „rok“ má iba 17 hodín a 41 minút (zistené vtedy, keď sa NAJViac väčšina systému v roku 2011 pozerala na systém). Teoretici špekulujú, že planéta môže byť bohatá na uhlík s diamantovým jadrom.
  • HD 80606 b:V čase svojho objavu v roku 2001 držala rekord ako najexcentrickejšia exoplanéta, aká bola kedy objavená. Je možné, že jeho nepárna obežná dráha (ktorá je podobná Halleyovej kométe okolo Slnka) môže byť dôsledkom vplyvu inej hviezdy. Jeho extrémna obežná dráha by urobila prostredie planéty extrémne variabilným.
  • WASP-33b:Táto planéta bola objavená v roku 2011 a má akúsi vrstvu „opaľovacích krémov“ - stratosféru -, ktorá absorbuje časť viditeľného a ultrafialového svetla od svojej materskej hviezdy. Táto planéta nielenže obieha okolo svojej hviezdy „dozadu“, ale tiež vyvoláva vibrácie v hviezde, ktoré vidí NAJVÄČŠÍ satelit.