Урок 19. Экзопланеты Как все начиналось…




Скачать 112.88 Kb.
НазваниеУрок 19. Экзопланеты Как все начиналось…
Дата конвертации28.01.2013
Размер112.88 Kb.
ТипУрок
Урок 19. Экзопланеты

1. Как все начиналось…

2. Методы обнаружения экзопланет.

3. Наиболее интересные открытия.

4. Первые снимки экзопланет.

5. Проекты поиска экзопланет.

В последние годы ленты новостей буквально пестрят сообщениями о сенсационных открытиях астрономов. Получив в свое распоряжение высокотехнологичное оборудование и орбитальные телескопы, созерцатели неба начали давать ответы на вопросы, мучившие их на протяжении веков. И один из этих вопросов — есть ли во Вселенной еще планеты, кроме тех восьми в Солнечной системе, которые уже известны нам? Такие планеты, которые существуют рядом с другими звездами, мы называем экзопланеты. На конец 2008 года их количество составило 333 штуки.

Огромный прорыв произошел в области экзопланет именно за прошедший год, их количество увеличилось, по меньшей мере, на 50 новых членов. Из-за чего же произошел такой взрывной всплеск в количестве обнаружения этих объектов? Причин тому несколько: новые технологии, инструментальные усовершенствования уже существующих и только введенных телескопов, все это позволило существенно повысить чувствительность измерений и, следовательно, реально привести к водопаду открытий.

Конечно, на первом месте у астрономов было желание непосредственно увидеть "глазом" другую «Землю». И такие новости пришли в ноябре, когда сразу две группы исследователей сообщили, что они получили прямые изображения экзопланетных систем.

Еще можно выделить в области открытий экзопланет за этот год три события:

  1. обнаружение наименее массивной планеты, лишь в три раза превышающей по массе Землю;

  2. самая горячая планета WASP-12b, с температурой поверхности приблизительно в 2200 С;

  3. открытие трех, так называемых супер-Земель.

Ученые предсказывают, что будущий год приблизит нас еще ближе к возможности обнаружения двойника Земли. Например, миссия НАСА Кеплер, запуск которой планируется в марте 2009 года, создается с целью нахождения именно твердых планет земного типа, которые обращаются вокруг своих звезд на расстояниях возможного обитаемого пояса, т.е. там, где может быть в жидкой форме вода и возможно существование жизни. Так что, ждем-с.

1. Как все начиналось…

Поиски экзопланет, начались задолго до того, как у астрономов появились совершенные средства, позволяющие увидеть «невидимое». Обычно изучались системы, состоящие из двух объектов. Одним объектом при этом была видимая звезда, вторым объектом — невидимая. Невидимый объект оказывает влияние на движение видимой звезды и тем самым обнаруживает себя. Разными исследователями в разное время изучались более десятка двойных систем. Оказалось, что в большинстве случаев невидимыми компаньонами видимых звезд являются тоже звезды. Но все-таки у двух систем компаньонами звезд, по мнению астрономов, являлись самые настоящие планеты.

Одна из этих двух звезд — «летящая» Барнарда, которая имеет очень большую угловую скорость движения. Астроном Ван-де-Камп проанализировал информацию о положении этой звезды более чем за 60 лет, начиная с 1916 года. Тщательный анализ показал, что на 2400 фотопластинках содержатся свидетельства изменения положения звезды, которые повторяются с периодом в 25 лет. Эти изменения могли быть обусловлены только ее обращением вокруг общего центра тяжести всей системы (звезда плюс невидимые для нас планеты). Звезда находится от нас на расстоянии 1,8 парсек. Масса ее невелика и составляет 14% от массы Солнца — поэтому она легко поддается действию на нее планет, в результате чего изменяется ее скорость. Расчеты показывают, что эти изменения в движении вызываются двумя планетами, массы которых составляют 80% и 40% массы Юпитера. Периоды обращения этих планет должны быть равны 12 и 26 лет. Но открытие оказалось мнимым, Дж. Гейтвуд в 1973 году выяснил, что звезда Барнарда движется без колебаний и, значит, массивных планет не имеет.

Настоящая революция в деле поиска планет у иных звезд произошла в начале 1990-х годов. В 1992 году американские астрономы с помощью 300-метрового радиотелескопа, расположенного в местечке Аресибо (Пуэрто-Рико) обнаружили в созвездии Девы новый пульсар, получивший в звездном каталоге обозначение RSR 1257+12. Скоро вы узнаете, что пульсарами, называются сверхплотные нейтронные звезды, от которых исходит излучение в виде серии последовательных и очень четких радиоимпульсов. В данном конкретном случае ученые обнаружили довольно старую (возраст ее около миллиарда лет) нейтронную звезду. Вращается она очень быстро, делая 161 оборот в секунду. Причем в серии излучаемых импульсов время от времени наблюдались какие-то сбои. Проанализировав их, астрономы обнаружили двойную периодичность — 66,5 и 98,2 дня. Причиной периодического сбоя радиоимпульсов, по мнению исследователей, являются две планеты, обращающиеся вокруг пульсара и время от времени перекрывающие поток радиосигналов собственными телами.

Интересное открытие в 2007 году сделано на орбитальном телескопе «Хаббл». Обнаружена газообразная и довольно массивная планета у пульсара PSR B1620-26, который находится на расстоянии 1717 парсек от Земли, в звездном скоплении М4. Особенность этой планеты в том, что ее возраст составляет 12,7 миллиардов лет, а значит, она сформировалась почти сразу после Большого Взрыва, в юной Вселенной. Не удивительно поэтому, что и назвали эту невероятную планету по имени библейского патриарха, деда Ноя — Мафусаил, прожившего 969 лет.

В 1988 году был обнаружен сам пульсар и вскоре рядом с ним белый карлик. Эта двойная система вращалась вокруг общего центра масс с периодом в один земной год. Однако потом обнаружилось, что на пульсар воздействует ещё один космический объект. Кто-то выдвинул идею о планете. На него замахали руками, поскольку речь шла о шарообразном скоплении, в котором считалось, что планет существовать не может. Но так как найденная масса планеты составляла всего 2,5 масс Юпитера — это слишком мало и для звезды, и даже для бурого карлика. Соответственно, планета — единственный оставшийся вариант. Теперь учёные предполагают, что это газовый гигант, в котором тяжёлые элементы присутствуют в очень незначительных количествах.

Каким-то образом эта планета пережила всё, что сопровождало процессы гибели старых и образования новых звёзд в том, что впоследствии будет названо шаровым скоплением М4. Планета и её звезда в один прекрасный миг приблизились к пульсару и оказались у него в ловушке. Звезда, вокруг которой вращался Мафусаил, со временем раздулась, превратившись в красного гиганта, затем сжалась до состояния белого карлика. А Мафусаил все продолжал мерно вращаться вокруг обеих звёзд на расстоянии, приблизительно равном расстоянию от Солнца до Урана.

Большую часть своего года Мафусаил нагревается излучением белого карлика, суммарным излучением звезд М4 и имеет температуру 60-80К. При таких температурах планета будет окутана легкими облаками из замерзшего метана, которые придадут ей глубокий темно-голубой цвет. Однако дважды за орбитальный период, иначе говоря, каждые 50 лет, Мафусаил на несколько месяцев попадает под яростный пульсарный луч. Метановые облака испаряются и рассеиваются. Температура атмосферы повышается в несколько раз. Верхняя атмосфера Мафусаила будет люминесцировать, как экран телевизора, окрашивая небо в призрачный розовый цвет.

В 1995 г. произошло поистине историческое событие - открытие первой экзопланеты у 51Пегаса, т.е. у нормальной звезды очень похожей на наше светило и находящейся от нас на расстоянии 14,7 парсек. Расчеты показали, что периодические изменения радиальной скорости движения звезды, вызваны планетой, имеющей массу, вдвое меньшую, чем Юпитер. Вращается эта планета очень близко от своей звезды — на расстоянии всего 0,05 астрономической единицы (в двадцать раз ближе, чем Земля от Солнца).

2. Методы обнаружения экзопланет.

На сегодняшний день существует четыре метода обнаружения экзопланет.

  • Первым (исторически) является астрометрический метод.

  • Другой метод, связан с прохождением планеты на фоне звезды. Этот метод называют методом переходной фотометрии.

  • Третий метод - гравитационное линзирование.

  • Четвертый, самый распространенный на сегодняшний день метод - спектрометрическое измерение радиальной скорости звезд.

Астрометрический метод основан на изменении собственного движения звезды под гравитационным воздействием планеты. Работы Гейтвуда, которые поставили крест на летящей Барнарда, с другой стороны, 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 и массой 1,6 Мю и вторая с периодом 6 лет и массой 0,9 Мю. С помощью астрометрии были уточнены массы некоторых экзопланет, и открыта планета (Эпсилон Эридана b). Будущее этого метода связано с орбитальными миссиями, такими, как SIM, запланированной на 2009 г.

Метод транзитной фотометрии, связан с прохождением планеты на фоне звезды. Позволяет определить размеры, а в сочетании с методом Доплера — плотности планет. В настоящее время (ноябрь 2007) обнаружено более 30 транзитных планет.

Гравитационное линзирование. Гравитацио́нная ли́нза — массивное тело (планета, звезда) или система тел (галактика, скопление галактик), искривляющая своим гравитационным полем направление распространения излучения, подобно тому, как искривляет световой луч обычная линза. Метод чувствителен к планетам с малой массой, вплоть до земной. На май 2007 года открыты 4 планеты.

Спектрометрическое измерение радиальной скорости звёзд (метод Доплера). Это самый распространённый метод с его помощью открыто около 270 планет. Он позволяет обнаружить планеты с массой не меньше нескольких масс Земли, расположенные в непосредственной близости от звезды и планеты-гиганты с периодами до ~10 лет. Планета, обращаясь вокруг звезды, как бы раскачивает её, и мы можем наблюдать доплеровское смещение спектра звезды. Сейчас точность инструментов уже приближается к 1 м/с — то есть к скорости идущего человека.


3. Наиболее интересные открытия.

Именно этим методом воспользовались швейцарские астрономы Мишель Майор и Диди Килоз, обнаружив изменение спектра у звезды 51 Пегаса.

Э́псилон Эрида́на —это третья из ближайших звёзд, видимых без телескопа. В 1988 вокруг звезды был обнаружен пылевой диск на расстоянии, близком к расстоянию Пояса Койпера от нашего Солнца. Высокая активность и переменчивость звезды долгое время затрудняла обнаружение планет. В 2000 году было заявлено об обнаружении юпитероподобной планеты Эпсилон Эридана b с массой 1,2 массы Юпитера, вращающейся вокруг звезды на среднем расстоянии 3,3 а.е. по сильно вытянутой орбите. Предположение о наличии планеты Эпсилон Эридана c было высказано в 2002 году на основании анализа пылевого диска звезды. Наличие неоднородностей в диске может быть объяснено эффектом резонанса, вызванным наличием планеты массой около 0,1 массы Юпитера, вращающейся по орбите с большой полуосью около 40 а.е. и эксцентриситетом около 0,3. Период обращения такой планеты должен составлять около 280 лет. До настоящего времени существование этой планеты не подтверждено.

На расстоянии в 41 световой год от Земли у звезды 55 Рака открыто пять планет, что делает данное солнце рекордсменом. Одна из газовых планет этой системы находится в зоне жизни, если у этой планеты есть спутники, то на них вполне возможно наличие жидкой воды, а следовательно, и жизни. Вообще же, система 55 Рака очень похожа на нашу. Звезда эта имеет примерно тот же возраст и массу, что и Солнце. Все планеты и в той, и в нашей системе движутся по орбитам, близким к круговым.

Тройная звёздная система в созвездии Лебедь. Расстояние от Солнечной системы составляет примерно 149 световых лет. Предположительно, в системе находится экзопланета. Неофициально ее называют Татуином, по аналогии с родным миром персонажа «Звёздных войн» Люка Скайуокера. На каждые миллион одиночных, двойных и тройных систем в нашей Галактике должно приходиться около 120 тройных звезд с планетами. Это не слишком много, но всё же обнаружить такие системы вполне возможно.

Глизе 581 c — вторая экзопланета в планетной системе звезды Глизе 581 была обнаружена в апреле 2007 года. Из всех известных в настоящее время экзопланет Глизе 581 c очевидно наиболее похожа по своим параметрам и вероятным условиям на Землю из-за чего её неофициально прозвали «Суперземлёй», ускорение силы тяжести равно 1,6 g. Планетная система Глизе 581 состоит из трех планет. Орбитальный период Глизе 581 c составляет 13 земных дней. Планета удалена от звезды на расстояние около 11 миллионов км. (тогда как Земля, для сравнения, на расстоянии 150 миллионов км. от Солнца). В результате, несмотря на то, что звезда Глизе 581 почти в три раза меньше нашего Солнца, на небе планеты её родное солнце выглядит в 20 раз больше нашего светила. Глизе 581 c находится в пределах так называемой «зоны жизни», то есть на ней вполне могла бы существовать жидкая вода.


4. Первые снимки экзопланет.

14 ноября 2008 года былапоказана первая инфракрасная фотография высокой контрастности звезды HR 8799 расположенной на расстоянии 140 световых лет от Земли в созвездии Пегаса. Три красные точки вокруг - предполагаемые экзопланеты. Планеты удалены от своей звезды на расстояние 24, 38 и 68 астрономических единиц Массы планет находятся в пределах от 7 до 13 масс Юпитера.

В тот же день было объявлено об открытие планеты у звезды Фомальгаута. Исследовав "рот кита" (именно так переводится название звезды), ученые увидели планету, вероятно ответственную за внешний вид пылевого пояса, окружающего Фомальгаут. Фотографии были сделаны на космическом телескопе Хаббла. Видно, что за 1.73 года наблюдений планета сместилась. Соответственно, можно определить ее примерную орбиту. Ее большая полуось составила примерно 115 а.е. Период обращения около 872 лет. Сама планета довольно массивна, ее масса составляет несколько юпитерианских.

Фомальгаут - относительно молодая звезда (100-300 миллионов лет), поэтому вокруг нее еще сохранился мощный пылевой диск. Изначально ученые предполагали, что форма диска определяется влиянием планет, находящихся в нем. А поскольку планеты очень молоды, то они еще должны быть горячими, поэтому можно было надеяться на их прямую регистрацию. Проблема лишь в том, что Фомальгаут - очень яркая звезда. Поэтому понадобился Космический телескоп и коронографические наблюдения.


4. Проекты поиска экзопланет.

Открытие экзопланет позволило астрономам сделать вывод: планетные системы — явление в космосе распространённое. Большинство обнаруженных систем сильно отличается от Солнечной — скорее всего это объясняется селективностью применяемых методов. В большинстве случаев планеты, подобные Земле, современными методами в таких планетных системах обнаружить пока невозможно. Но проекты, которые готовятся в настоящий момент должны ответить на этот вопрос.

Корот (COROT) — специализированный 30-сантиметровый орбитальный космический телескоп, снимающий кривые блеска многих звёзд в момент прохождения перед ними планет. Запущен 27 декабря 2006 г. Предполагается с его помощью обнаружить десятки планет земного типа. В мае 2007 г. уже открыл свою первую экзопланету Corot-exo-1b.

Кеплер — Запуск состоялся 6 марта 2009 года. Телескопа Шмидта 0,95 м, способен одновременно отслеживать 100 000 звёзд. Целью этой миссии является открытие планет типа Земли около звезд типа Солнца по изменению светового потока. Планируется обнаружить порядка 50 планет, подобных Земле, или же порядка 600 планет, в 2,2 раза превосходящих Землю по размеру.

«Darwin» - уникальная система — шесть одновременно работающих телескопов, данные с которых объединяются и передаются на Землю. Чтобы увеличить вероятность обнаружения этих планет, система «Darwin» будет наблюдать звезды в инфракрасном диапазоне. Чтобы регистрировать слабые излучения от землеподобных планет, «Darwin» должен иметь телескоп с диаметром около 30 метров. Разумеется, это нереально поэтому и задумана система из шести аппаратов с диаметром зеркала 1,5 м. «Darwin» достигнет пункта назначения — точки либрации L2 системы Солнце-Земля в 2014.

Космическое агентство NASA запланировало на 2009 год отправку на орбиту нового космического телескопа Space Interferometry Mission (SIM), который будет специализироваться на поиске планет у не очень далеких от нас звезд. Предполагается, что телескоп SIM достаточно подробно исследует около сотни ближайших звезд и проведет более поверхностный обзор нескольких тысяч более далеких звезд. Телескоп SIM будет искать планеты косвенным методом "астрометрических колебаний". По характеристикам "колебаний" звезд, астрономы смогут определить характеристики их планет (массу, параметры орбиты, температуру поверхности).

TPF это будет два различных спутника. Первый из них — Terrestrial Planet Finder-C — телескоп, работающий в видимом диапазоне волн, размером 4-6 метров. Он будет оснащён коронографом для блокирования света звезды. На орбиту его запустят, по последним данным, примерно в 2014 году. Второй — Terrestrial Planet Finder-I — инфракрасный мультителескоп-интерферометр, составленный из нескольких телескопов, по 3-4 метра каждый, летящих "плотным строем". Он подключится к своему напарнику не позднее 2020 года.

Косми́ческий телескóп «Гершель» Запуск состоялся 14 мая 2009 года, с космодрома Куру с помощью ракеты-носителя «Ариан-5». Миссия названа в честь сэра Уильяма Гершеля, первого исследователя инфракрасного спектра.

Спутник размещен на гелиоцентрической орбите вблизи второй точки Лагранжа системы Земля — Солнце, то есть постоянно закрыт от Солнца Землёй. Телескоп «Гершель» — первая космическая обсерватория для полномасштабного изучения инфракрасного излучения в космосе. Телескоп с зеркалом диаметром 3,5 метра — самый крупный космический телескоп из когда-либо запущенных. Материалом для зеркала послужил карбид кремния.

Космический телескоп имени Джеймса Вебба — орбитальная инфракрасная обсерватория, которая предположительно заменит космический телескоп Хаббл. Назван в честь второго руководителя НАСА Джеймса Е. Уэбба. JWST будет обладать огромным зеркалом 6,5 метров в диаметре (диаметр Хаббла — 2,4 метра) и солнечным щитом размером с теннисный корт. Будет размещён в точке Лагранжа L2. Текущие планы предусматривают, что телескоп будет запущен с помощью ракеты «Ариан-5», не ранее июня 2013 года.

Вопросы экспресс-опроса

1. Какие вы знаете методы обнаружения экзопланет?

2. Сколько примерно открыто экзопланет?

3. Как называется самая древняя из открытых планет?

4. В каком году была открыта первая экзопланеты у нормальной звезды?

5. Как называется единственная экзопланета схожая с Землей?

6. В каком году были получены первые фотографии экзопланет?


Похожие:

Урок 19. Экзопланеты Как все начиналось… iconАстрономы впервые увидели отраженный от экзопланеты свет 28. 12 [12: 36]
Международный коллектив астрономов под руководством Светланы Бердюгиной из Цюрихского технологического университета впервые смог...
Урок 19. Экзопланеты Как все начиналось… icon"Ты помнишь, как все начиналось? "
Корреспонденты "Тектоники" встретились с ним, и в ходе продолжительной беседы попытались восстановить историю возникновения в городе...
Урок 19. Экзопланеты Как все начиналось… iconКак все начиналось
Биометрия, биометрические технологии — вот что выводит нас на качественно иную систему контроля безопасности и учета рабочего времени...
Урок 19. Экзопланеты Как все начиналось… iconТезисы к работе по астрономии на тему «экзопланеты» ученика 9-в класса дош І ііі ст. №20 Петренко Никиты
Поэтому долгое время задача обнаружения планет возле других звёзд была неразрешимой, первые экзопланеты были обнаружены в конце 1980-х...
Урок 19. Экзопланеты Как все начиналось… iconНло. Экзопланеты
Экзопланеты — это планеты в других солнечных системах. То есть, вращающиеся вокруг других звёзд. Обнаруживают их очень просто: наводят...
Урок 19. Экзопланеты Как все начиналось… iconКонкурс «Отчизна Дон Кихотов»
С чего все начиналось?
Урок 19. Экзопланеты Как все начиналось… icon01: Жизнь Авраама. Структура и
Однако есть у нас и общее: у каждого народа – свои истоки и своя история о том, как все начиналось. Многие из нас любят слушать о...
Урок 19. Экзопланеты Как все начиналось… iconС чего всё начиналось?
Слово «реклама» происходит от латинских слов reclamo (выкрикивать) и reklamare ( откликаться, требовать)
Урок 19. Экзопланеты Как все начиналось… iconТайны северной венеции
Обзорная экскурсия по городу «Петровский Парадиз – с чего все начиналось» с посещением Кунсткамеры
Урок 19. Экзопланеты Как все начиналось… iconВсе начиналось с пристани
История этого города неразрывно связана с открытием залежей каменного угля в районе озера Экибастуз
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©tnu.podelise.ru 2013
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница