Экзопланеты- двойники Земли

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Дуглас А.Ф. 1

---

1МБОУ г Иркутска лицей №3

Плотникова Н.Н. 1

---

1МБОУ г Иркутска лицей №3

Работа в формате PDF

109.6 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Человечество с незапамятных времен привлекал космос, и, как только оно могло начать изучение каких-либо новых космических объектов, оно без промедления начинало. Так было со звездами, с Вселенной целиком, так же вышло и с планетами.

Одиноки ли мы во Вселенной? Это вопрос, над которым человечество размышляло на протяжении многих лет, но только сейчас у нас есть технологии, чтобы начать отвечать на этот вековой вопрос. Поиск действительно продолжается, чтобы найти другой земной мир, но пока мы по-прежнему единственная известная планета во Вселенной, где существует жизнь.

Поиск новых планет — одно из самых быстроразвивающихся направлений астрономии. Изучение разных космических тел поможет лучше понять, как устроена Солнечная система, как она сформировалась, и есть ли в мире похожие группы планет. А также, существует ли планета, настолько похожая на Землю, что на нее можно переехать.

В погоне за этими ответами ученые делают новые открытия и раскрывают детали Вселенной. В частности, находят возрастные планеты и делают предположения о том, как может развиваться Солнечная система и какие у нее сроки жизни.

Основная цель направления — поиск признаков жизни во Вселенной. Небо экзопланет может содержать элементы, которые помогут ответить на этот вопрос.

Актуальность:

Новые собранные данные свидетельствуют о том, что крайне маловероятно, что Земля уникальна, по оценкам, в нашей галактике есть обитаемые планеты от 10 до 20%. Если учесть, что в Млечном Пути насчитывается не менее 200 миллиардов звезд, то он может содержать миллиарды миров, подобных нашему. Проблема с планетами размером с Землю заключается в том, что они очень малы, что делает их чрезвычайно трудными для обнаружения, даже если ученые предсказывают, что это только вопрос времени, когда у нас будет подтвержденное открытие планеты, подобной Земле, где-то в нашей галактике.

Цель работы:

Изучить информацию об экзопланетах, проанализировать и систематизировать данные о них по степени схожести

Задачи работы:

Изучить и проанализировать информацию по данной теме

Систематизировать отобранную информацию

Дать сравнительную характеристику экзопланет условно пригодных для жизни

Представить результаты исследования в виде таблицы

Что такое экзопланета

Экзопланета — это планета, находящаяся за пределами Солнечной системы.

Типы экзопланет

Классификация по массе:

Планета-гигант — массивная планета; обычно состоит из газов или льда, которые включают такие вещества, как аммиак, метан, вода и т. д.

Мезопланета — планеты, которые меньше Меркурия, но крупнее Цереры.

Мини-Нептун — планеты меньше Урана и Нептуна.

Планемо — объект планетарной массы, который не имеет никакой активности в своем ядре.

Планетар — коричневые карлики или субкоричневые карлики. Это псевдопланеты.

Суперземля — больше по массе, чем Земля, но меньше, чем Уран и Нептун.

Супер-Юпитер — планеты более массивные, чем Юпитер.

Миниземля — планеты менее массивные, чем Земля.

Классификация по орбите:

Планета с кратной орбитой — планета, вращающаяся вокруг двойных звездных систем.

Двойная планета — две планеты, вращающиеся вокруг друг друга.

Эксцентричный Юпитер — массивные планеты, имеющие высоко эксцентричные орбиты.

Внегалактическая планета — планета, которая находится за пределами Млечного Пути.

Планета зоны обитаемости (Планета Златовласки) — планета, находящаяся в зоне обитаемости своей звезды.

Горячий Юпитер — массивный газовый гигант, вращающийся вокруг своей звезды.

Горячий Нептун — менее массивный газовый гигант, вращающиеся вокруг своей звезды.

Пульсарная планета — планета, вращающаяся вокруг пульсара.

Планета-сирота — межзвездные планеты.

Классификация по составу:

Углеродная планета — планета, состоящая преимущественно из твердого аммиака, метана или воды (льда).

Железная планета — планета ядро которой насыщенно железом с последующим тонким слоем мантии.

Планета, покрытая лавой — планета, поверхность которой полностью покрыта лавой.

Планета океана — планета, значительная часть которой состоит из воды.

Силикатная планета — планета, кора которой состоит из силикатных пород.

Планеты земной группы — планеты, похожие на Землю, состоящие из камней.

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.

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.

Поиском экзопланет сейчас занято более 150 астрономов на различных обсерваториях мира, включая самую продуктивную научную группу Дж.Марси и группу М.Майора. Для выработки терминологии и координации усилий в этой области Международный астрономический союз (МАС) создал Рабочую группу по внесолнечным планетам, первым руководителем которой избран американский астроном-теоретик Алан Бос (A.Boss). Предложена временная терминология, согласно которой «планетой» следует называть тело массой менее 13 Мю, обращающееся вокруг звезды солнечного типа; такие же объекты, но свободно движущиеся в межзвездном пространстве, следует называть «коричневыми субкарликами» (sub-brown dwarfs). Сейчас этот термин употребляется в отношении нескольких десятков предельно слабых объектов, найденных в 2000–2001 в туманности Ориона и не связанных со звездами. Они излучают в основном в инфракрасном диапазоне и по массе, вероятно, лежат в промежутке между коричневыми карликами и планетами-гигантами. Ничего определенного о них пока сказать нельзя.

Методы обнаружения экзопланет

Доплеровская спектроскопия (также известная как метод радиальной скорости или в просторечии метод колебания) — это косвенный метод поиска экзопланет и коричневых карликов по измерениям радиальной скорости путем наблюдения доплеровских сдвигов в спектре родительской звезды планеты.

Транзитный метод - этот метод обнаруживает далекие экзопланеты за счет измерения затемнения звезды, когда вращающаяся планета проходит между ней и Землей. 

Астрометрический метод – метод заключается в точном измерении положения звезды на небе и определении, как это положение меняется со временем. 

Метод гравитационного микролинзирования - используется для обнаружения объектов, масса которых варьируется от массы планеты до массы звезды, независимо от того, какой свет они излучают.

Метод прямого наблюдения – это метод наблюдения за космическими объектами с помощью современной техники

Экзопланеты схожие с землёй

KOI-3010.01

KOI-3010.01 — экзопланета у звезды KOI-3010, расположенная на расстоянии около 1213,4 св. лет от Солнца. Температура на этой экзопланете предположительно составляет около 19,6 ° С, её химический состав почти такой же, как у Земли. Она имеет значение 0,84 по шкале индекса подобия Земле. Учёные предполагают, что она пригодна для жизни, потому что на ней предположительно есть умеренный климат, как на Земле. Она имеет радиус около 1,35 радиуса Земли. Атмосферный состав пока неизвестен. Масса этой экзопланеты также остаётся спорной.

Kepler-296e

Kepler-296e — подтверждённая землеподобная экзопланета в зоне обитаемости звезды Kepler-296. Период обращения планеты составляет 34 дня. Радиус экзопланеты в 1,75 раз больше радиуса Земли. Haxoдитcя в зoнe oбитaeмocти кpacнoгo кapликa, получая от него в 1.41 раз больше энергии, чем Земля от Солнца. Ее индекс подобия Земле составляет 0.85 (максимум – 1), средний температурный показатель в -6°C. Кроме того, она находится на приемлемой дистанции от кpacнoгo кapликa Kepler-296, чтобы удерживать на своей поверхности воду в жидком состоянии.

Проксима Центавра b

Проксима Центавра b — экзопланета, вращающаяся вокруг красного карлика Проксима Центавра, ближайшей к Солнцу звезды. Является ближайшей известной экзопланетой, находящейся в зоне обитаемости. Об открытии было объявлено в начале августа 2016 года сотрудниками Европейской южной обсерватории. Планета вращается на расстоянии примерно 7 млн километров от Проксимы Центавра с периодом 11,2 земных суток. Несмотря на такое близкое расстояние, ввиду слабой светимости звезды планета получает как раз такое количество тепла, чтобы вода на её поверхности могла существовать в виде жидкости и не замерзать в вечные льды. Проксима Центавра b получает примерно 65 % света от своей родительской звезды, по сравнению со светом, который Земля получает от Солнца. Планета имеет равновесную температуру (-39 °С).:

Kepler 62e

Планета с индексом ESI 0,83 была обнаружена космическим телескопом «Кеплер» в 2013 году, когда те проходили напротив своей родной звезды. Сама же звезда находится примерно в 1200 световых годах от нас и несколько холоднее Солнца. С планетарным радиусом в 1,6 раза больше земного, её орбитальный период составляет 122 дней, что говорит о том, что она находится в обитаемой зоне.

Как и большинство других планет, обнаруженных телескопом «Кеплер», масса этой экзопланет остается неизвестной, однако ученые предполагают, что она примерно в 30 раз больше земной. Температура планеты может поддерживать наличие воды в жидкой форме. Правда, все будет зависеть от состава атмосферы, которой она обладает.

Kepler 458b

Kepler-438b — экзопланета у звезды Kepler-438 в созвездии Лира, открытая орбитальным телескопом «Кеплер». Её открытие было публично объявлено НАСА 6 января 2015 года. Находится на расстоянии 470 световых лет от Солнца. Материнская звезда Kepler-438 является красным карликом массой 0,54 массы Солнца и радиусом 0,52 радиуса Солнца. Kepler-438b по размерам больше Земли на 12 %. Эта экзопланета интересна не только тем, что очень похожа по своим параметрам на Землю, но и тем, что находится в области своей звёздной системы, где условия близки к земным.

Заключение

Существуют буквально бесчисленные миры в звездных системах, помимо наших собственных, известных как экзопланеты. Число известных экзопланет растет с каждым днем ​​благодаря наблюдениям. Современным астрономам известно около трех с половиной тысяч экзопланет, которые находятся от нас на расстоянии от четырех до двадцати восьми тысяч световых лет. Некоторые из них очень похожи на Землю. Поэтому их изучение с каждым днём становится всё более актуально.

Из вышеперечисленной информации можно сделать вывод, что на данный момент наиболее похожими на Землю экзопланетами считаются Kepler 438b и Проксима Центавра b.

В ходе работы над исследовательским проектом были выполнены все задачи, а именно:

Изучить и проанализировать информацию по данной теме

Систематизировать отобранную информацию

Дать сравнительную характеристику экзопланет условно пригодных для жизни

Представить результаты исследования в виде таблицы

Была достигнута поставленная цель работы: изучить информацию об экзопланетах, проанализировать и систематизировать данные о них по степени схожести

Список литературы

Зигуненко С. Загадки Вселенной. – М.: ООО «Издательство Астрель», ООО «Издательство АСТ», 2000.

Кононович Э. В., Мороз В. И. Общий курс астрономии

Саган К. Космос: Эволюция Вселенной, жизни и цивилизации. – СПб.: Амфора. ТИД Амфора, 2006.

Планеты иных звезд [Электронный источник]: https//elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/431668/Planety_inykh_zvezd#:~:text=Первую%20экзопланету%20обнаружили%20в%201995,не%20повезло%20сделать%20открытие%20первыми

Топ 10 | Потенциально жизнепригодные планеты (pooha.net) [Электронный ресурс]: https// pooha.net/nature/space/304-viable-planets?ysclid=lac8skywx8661648976

Экзопланеты: методы обнаружения, классификация и виды [Электронный ресурс]: https// sci-news.ru/ 2019/exoplanets/?ysclid=l9guhnsesp113247176

Экзопланеты: сколько их найдено и где искать жизнь? [Электронныйресурс]: https:// hightech.fm/2020/07/24/exoplanets-review

Экзопланеты [Электронный ресурс]: https//astro-obzor.ru/obnaruzhennye-ekzoplanety/?ysclid=l9gvxee3hi529751478

Экзопланета Kepler-438 b напоминает Землю с вероятностью 90% [Электронный ресурс]: https//v-kosmose.com/ekzoplaneta-kepler-438-b-napominaet-zemlyu-s-veroyatnostyu-90/?ysclid=l9h2p01gkr221841436