VIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Экзо планеты. Реальность и перспективы.
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Ещё великий Циолковский говорил, что человек не будет вечно жить на Земле, а станет осваивать космическое пространство. Начало этому положили первые космонавты. Я решил, что надо обратить внимание на экзо планеты, расположенные вокруг других звёзд, подобных нашему Солнцу, и они стали объектом моего исследования.
Эти планеты обращаются вокруг звёзд, удалённых от Солнечной системы на расстояние от 500 до 3 тысяч световых лет. Открытие экзо планет позволило астрономам сделать вывод, что планетные системы - распространённое явление в космосе.
Было бы здорово обойти вдоль и поперёк горы, каньоны, кратеры, поиграть в футбол на другой планете. Но жить там было бы намного труднее, чем на вершине Эвереста или на Северном полюсе.
Определение
Поиски планет (экзо планет) у иных звезд начались задолго до того, как у астрономов появились совершенные средства, позволяющие увидеть «невидимое». Первые попытки найти планеты вне солнечной системы были связаны с наблюдениями за положением близких звёзд.
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 есть системы, компаньонами которых являются самые настоящие планеты.
Ещё в 1916 году Эдуард Барнард обнаружил красную звёздочку, которая “быстро” смещалась по небу относительно других звёзд. Астрономы назвали её Летящей звездой Барнарда, Она 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 1,81 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 11,7 и 26 лет. Впрочем, интерпретация этих данных до сих пор вызывает споры. Создана модель, при которой аналогичное смещение звезды Бернарда могут вызывать три планеты, но с другими характеристиками.
Экзо планета (др.-греч. εξω, exo — вне, снаружи) – это планета, обращающаяся вокруг звезды за пределами Солнечной системы. По сравнению со звёздами эти планеты меньше по размеру и не такие яркие. Ближайшая подобная звезда находится далеко от Солнца (самая ближняя располагается на расстоянии 4,22 световых года). Именно поэтому задача обнаружения планет возле других звёзд была долгое время неразрешимой. Первые экзо планеты были обнаружены в конце 1980-х годов. В настоящее время подобные планеты открываются благодаря современным научным методам и очень часто на пределе их возможностей.
У истоков открытий
И сторически первым заявлением о возможности существования планетной системы у другой звезды было сообщение капитана Вильяма Стивена Джейкоба (W.S. Jacob), астронома Мадрасской обсерватории (East India Company’s Madras Observatory), сделанное в 1855 году. В нём сообщалось о “высокой вероятности” существования “планетарного тела” в двойной системе 70 Змееносца.
Мадрасская обсерватория (Индия), 1880 год
З адолго до появления на свет Солнца и Земли около одного из похожих на Солнце светил нашей Галактики родилась планета-гигант. Спустя 13 миллиардов лет после этих событий Космическому телескопу имени Хаббла удалось точно измерить массу этой древнейшей экзо планеты - к тому же еще и самой удаленной от нас из известных сегодня.
Созвездие "Змееносец"
П ланета оказалась в 2,5 раза тяжелее Юпитера. Само ее существование служит красноречивым свидетельством того, что рождение первых планет началось во Вселенной очень скоро после ее рождения - уже в первый миллиард лет после Большого Взрыва. Это открытие подталкивает астрономов к выводу о том, что планеты могут оказаться очень распространенным явлением в К осмосе.
И стория открытия этой планеты началась в 1988 году, когда в шаровом скоплении М4 был открыт пульсар, получивший обозначение PSR B1620-26. Это был очень быстрый пульсар - нейтронная звезда вращалась почти 100 раз в секунду, излучая строго периодические импульсы в радиодиапазоне.
Шаровое скопление
47 Тукана
Пейзажи планеты у пульсара PSR B1620-26
Почти сразу после открытия у пульсара был найден компаньон - белый карлик, про явивший себя периодическим нарушением точности периода импульсов пульсара. Он успевал обернуться вокруг нейтронной звезды всего за 191 сутки. Спустя некоторое время астрономы заметили, что даже с учетом влияния белого карлика с точностью хода у пульсара что-то не так. Так было обнаружено существование третьего компаньона, который обращается на некотором удалении от этой необычной пары. Им могла быть планета. Это и вызвало жаркие споры о природе загадочного третьего компаньона в системе пульсара PSR B1620-26, которые не утихали на протяжении 90-х годов прошлого века.
Стейнн Сигурдссон и другие соавторы открытия смогли наконец разрешить этот спор, выполнив измерения истинной массы планеты весьма изобретательным способом. Они взяли лучшие снимки Хаббла середины 90-х годов, полученные в целях изучения белых карликов в М4. На них они смогли найти тот самый белый карлик, что вращается вокруг пульсара PSR B1620-26, и оценить его цвет и температуру. Объект оказался слишком миниатюрным, чтобы быть не только звездой, но даже коричневым карликом. Значит, планета! За ее плечами 13 млрд. лет. В самом начале своего развития она, должно быть, вращалась вокруг своего молодого желтого солнца по орбите, подобной юпитерианской. Она пережила эпоху обжигающей ультрафиолетовой радиации, вспышек сверхновых и вызываемых ими ударных волн, которые неистово прокатывались по молодому шаровому скоплению огненным смерчем в дни его становления - в период бурного звездообразования. Около того времени, когда на Земле появились первые многоклеточные организмы, планета и ее родительская звезда вплыли в самую гущу околоядерной области М4. По-видимому, где-то здесь они подошли очень близко к старому-старому пульсару, который остался после вспышки какой-нибудь сверхновой еще с ранних дней жизни скопления и у которого тоже был свой компаньон. Во время сближения произошел гравитационный маневр (обмен механической энергией), в результате которого пульсар навсегда потерял свою пару, зато захватил на свою орбиту нашу звезду вместе с ее планетой. Так и родилась эта необычная троица, получившая в новой конфигурации ощутимый импульс отдачи, который устремил ее в менее населенные внешние части скопления. Вскоре, по мере старения, материнское светило планеты раздулось в красного гиганта и стало сбрасывать материю на пульсар. Вместе с ней пульсару передавался вращательный момент, который снова раскрутил успокоившуюся было нейтронную звезду до очень высокой скорости, превратив ее в так называемый миллисекундный пульсар. А планета тем временем продолжала свой неспешный бег по орбите на расстоянии около 23 астрономических единиц от этой сцепившейся пары (приблизительно орбита Урана).
Какая она? Скорее всего, это газовый гигант без твердой поверхности, как у Земли. Появившись на свет очень рано в истории Вселенной, он, по-видимому, почти лишен таких элементов, как углерод и кислород. По этой причине очень маловероятно, чтобы на нем когда-нибудь была жизнь. Даже если жизнь возникла, к примеру, где-нибудь на одной из его твердых лун, она бы едва ли пережила мощнейшие вспышки рентгена, сопровождавшие эпоху раскручивания пульсара, когда потоки нагревающегося газа перетекали от красного гиганта к нейтронной звезде. Как это ни печально, но трудно представить, чтобы какая-нибудь цивилизация стала свидетелем и соучастником длинной и драматической истории этой планеты, которая началась почти тогда же, когда и само время.
Современные открытия
Изучение свойств земле подобной планеты, обращающейся вокруг звезды, похожей на Солнце, — это очень заманчивая перспектива.
E-ELT (European Extremely Large Telescope, Европейский Чрезвычайно Большой Телескоп) – самый зоркий глаз, направленный в небо. Его зеркало, диаметром почти 39 м, в 4 раза больше зеркал крупнейших из действующих телескопов. Он должен не только обнаружить до сих пор незамеченные планеты по характерным “покачиваниям” звёзд под влиянием гравитации планет, но и сделает доступным изучение свойств ближайших к нам экзо планет по анализу отражённого ими света. Так можно узнать какие газы находятся в атмосфере планеты, есть ли там океаны и есть ли на них жизнь.
Примеры открытых экзо планет:
K epler – 22B. Эта планета была провозглашена “новой Землёй”. Открыта телескопом “Кеплер” в декабре 2011 года. Это первая найденная транзитная планета, чья орбита находится в зоне обитаемости и похожей на Солнце звезды. Расположена в 600 световых лет от Земли, её диаметр – 2,4 земного. Предположительно она покрыта водой.
G liese 5816 находится в 22 световых годах от Земли. Она в 3-4 раза тяжелее Земли и находится точно в середине зоны обитаемости. Её родительская звезда – красный карлик.
Gliese 667 Сс – вторая планета делает оборот по орбите за 4 недели. Планета – “супер земля” с массой в 4-5 раз превышающей массу Земли.
Созвездие Центавра. По данным, опубликованным изданием “Nature”, диаметр планеты Проксима немного больше нашей Земли. Её масса составляет 1,3 массы Земли. Она расположена значительно ближе к своей звезде, чем Земля к Солнцу и делает оборот за 11,2 дня. Казалось бы, из-за близости к светилу на её поверхности должно быть очень жарко, но Проксима В-красный карлик и на планете Проксима В вполне может быть и вода в жидком состоянии и кислородно-азотная атмосфера с водяным паром. Температура на поверхности вполне комфортная, около 30°С.
Методы поиска экзо планет
Планеты, вращающиеся около других звёзд, являются источниками очень слабого света в сравнении с родительской звездой, поэтому прямое наблюдение и обнаружение экзо планет является довольно сложной задачей. Кроме значительной сложности обнаружения такого слабого источника света возникает дополнительная проблема, связанная с тем, что яркость родительской звезды в разы превышает яркость планеты и тем самым перекрывает её. Именно поэтому только около 5% от всех обнаруженных экзо планет, можно наблюдать напрямую. Все остальные планеты найдены косвенными методами, заключающимися в обнаружении влияния планеты на окружающие тела.
Наиболее часто применяются следующие методы обнаружения:
Метод Доплера. Это самый распространённый метод. С его помощью можно обнаружить планеты с массой не меньше нескольких масс Земли, расположенные в непосредственной близости от звезды, и планеты-гиганты с периодами обращения примерно до 10 лет. Планета, обращаясь вокруг звезды, как бы раскачивает её, что позволяет наблюдать доплеровское смещение спектра звезды. Этот метод позволяет определить амплитуду колебаний радиальной скорости для пары “звезда – одиночная планета”, массу планеты, период обращения, самую большую и нижнюю границу значения массы экзо планеты. Используя данный метод было зарегистрировано около 700 планет.
Транзитный метод связан с прохождением планеты на фоне звезды. В этот момент светимость звезды уменьшается. Метод позволяет определить размеры планеты. Если комбинировать транзитный метод с методом Доплера, то можно определить ещё и плотность планет. Этим методом можно обнаружить только те планеты, орбита которых лежит в одной плоскости с точкой наблюдения. Транзитным методом было обнаружено около 200 планет.
Метод гравитационного микролинзирования. Между наблюдаемым объектом (звездой, галактикой) и наблюдателем на Земле должна быть другая звезда (она выступает в роли линзы), фокусирующая своим гравитационным полем свет наблюдаемой звёздной системы. Если у звезды – линзы есть планеты, то появляется асимметричная кривая блеска. У этого метода крайне ограниченное применение. Метод чувствителен к планетам с малой массой, вплоть до земной. С его помощью было зарегистрировано около 20 планет.
Астрометрический метод основан на изменении собственного движения звезды под гравитационным воздействием планеты.
Взгляд художника на планету HD 189733 b
П рямое наблюдение. На сегодняшний день ни один современный телескоп не позволяет напрямую наблюдать экзо планету. Это связано с тем, что свет от планеты в миллиарды раз слабее, чем свет от звезды. На данный момент существует мощнейший телескоп им. Джеймса Вебба. Благодаря огромному зеркалу 6,5 м и высокой разрешающей способности в ближайшем будущем, станет возможным напрямую обнаруживать экзо планеты, а также подробно изучать состав их атмосфер.
Метод Доплера
Джеф Марси
Именно этим методом воспользовались швейцарские астрономы Мишель Майор и Диди Килоз, обнаружив изменение спектра у звезды 51 Пегаса, очень похожей на наше светило. Расчеты показали, что периодические изменения радиальной скорости имеют амплитуду 120 м/с и, скорее всего, вызваны планетой, имеющей массу, вдвое меньшую, чем Юпитер.
Почти сразу после швейцарцев, открытие подтвердила группа из Сан-Франциско, которая впоследствии вырвалась в лидеры по числу открытых планет.
Джеф Марси (Geoffrey William Marcy), лидер группы из Сан-Франциско, рассказывал про впечатление, которые произвела на них первая из этих асимметричных кривых.
Спутник планеты-гиганта у звезды 47 Большой Медведицы
К стати, именно группе Марси принадлежит честь открытия планетной системы у звезды 47 Большой Медведицы. Наблюдения и последующие расчеты показывают, что у этой звезды, находящейся от нас на расстоянии 13,5 парсек, имеются две планеты: первая из них по своим размерам более, чем вдвое превышает Юпитер и отстоит от звезды на 2,1 астрономических единицы, а вторая, чуть меньше Юпитера, — на 3,73 астрономических единицы. Столь большие планеты, скорее всего, являются газовыми гигантами и на них невозможны формы жизни, похожие на земные. Однако у таких планет должны быть многочисленные спутники, на которых вполне может существовать вода в жидком виде, а значит, и основа для возникновения жизни.
Пейзажи землеподобной планеты у звезды 70 Девы
Е ще одну систему из того же ряда группа Марси открыла у звезды 70 Девы, отстоящей от нас на 22 парсека. Там имеется планета, масса которой в 6,6 раз больше, чем у Юпитера, а радиус орбиты — 0,43 астрономических единицы. Ученые уверены, что такая планета просто обязана иметь спутники размером с Марс или Землю — эти спутники получают достаточно тепла от своего центрального светила и от планеты-гиганта для того, чтобы вода на их поверхности никогда не замерзала и могла зародиться жизнь.
А вообще на сегодняшний день официально объявлено об открытии 3,5 тысяч экзо планет у 105 звезд!
Планета в созвездии Тельца - ошибка интерпретации
Д оказательное выявление экзо планет вызвало вздох облегчения у теоретиков: наконец-то найдены системы, хоть чем-то похожие на Солнечную. Теперь можно утверждать, что в окрестностях вышеуказанных звезд есть и более мелкие планеты, которые астрономам еще предстоит обнаружить. Сформулирована и главная задача — отыскать «сестру» Земли. Уже сейчас утверждается, что кандидатов на подобную роль может оказаться чрезвычайно много. Об этом свидетельствует компьютерное моделирование. Создав 44 компьютерных модели строения системы планет вокруг звезды, похожей на Солнце, ученые обнаружили, что в каждом случае формировалось от одной до четырех планет, подобных Земле. В 11 случаях эти планеты оказывались на том же расстоянии от своей звезды, что и Земля от Солнца.
Исследования в виртуальном пространстве компьютерного эксперимента показали, что количество воды на земле подобных экзо планетах в значительной мере зависят от орбитальных характеристик газовых планет -гигантов типа Юпитера. Более сложная орбита гигантской планеты обуславливает малое количество воды на земле подобной планете. И наоборот, чем ближе орбита гиганта к простой окружности, тем больше воды окажется на планете класса Земли.
Теперь ученые пытаются установить, можно ли определить параметры земле подобной экзо планеты в конкретной системе, зная характеристики ее гигантской соседки. Подавляющее большинство из обнаруженных гигантов находятся очень близко к своим звездам, что совсем не похоже на строение нашей системы, но прорыв в методах наблюдения произошел совсем недавно, и можно быть уверенным, прогресс в этой области будет продолжаться.
Исследовательские проекты будущего
Самый простой способ увидеть экзо планеты своими глазами — это создать космический телескоп, более совершенный, чем «Хаббл», и отправить его на орбиту, где ничто не помешает тончайшим наблюдениям.
Задуман и в настоящее время реализуется целый ряд проектов по поиску экзо планет. Вот только некоторые из них.
Европейский проект «COROT», запущенный в апреле 2006 года специализированным космическим телескопом, способен снимать кривые блеска многих звезд на предмет прохождения планет. С его помощью ученые надеются выявить десятки планет земного типа.
В рамках американского проекта «Kepler» вывел на орбиту космический телескоп Шмидта, способный одновременно отслеживать до 100 000 звезд. Задача проекта состояла в обнаружении экзо планет и в определении параметров их орбит путем регистрации периодических ослаблений света звезд при прохождении планет по их дискам.
Естьещеипроекты «SIM», «Eddington», «TPF» и «Optical Very Large Array». Однако наибольший интерес представляет европейский проект «Darwin».
Известно, что в оптическом диапазоне звезда затмевает своим светом отраженный свет окружающих планет, превосходит их по яркости в миллиард раз. Чтобы увеличить вероятность обнаружения этих планет, система «Darwin» будет наблюдать звезды в инфракрасном диапазоне, где соотношение яркостей составит один к миллиону.
Чтобы регистрировать слабые излучения от земле подобных планет, «Darwin» должен иметь телескоп с диаметром около 30 метров. Разумеется, это нереально ни с технологической, ни с финансовой точки зрения, поэтому была разработана уникальная система — шесть одновременно работающих телескопов, данные с которых объединяются и передаются на Землю.
П ри работе системы использован принцип «обнуляющей интерферометрии». Суть ее состоит в том, что сигнал с нескольких телескопов комбинируется таким образом, чтобы яркая звезда была удалена с изображения, на котором остаётся лишь тусклая планета.
"Darwin"
Кстати, «Darwin» позволит не только выявить земле подобные экзо планеты, но и обнаружить на них признаки биосферы. Ведь все живые организмы производят газы, которые затем смешиваются с атмосферой. Так, растения выделяют кислород, а животные — углекислый газ и метан. Эти газы и водяной пар могут быть обнаружены в спектре, поглощая определенные длины волн инфракрасного света. Приходящий от таких планет свет будет разложен спектрометром, после чего ученые проанализируют данные и смогут сделать соответствующие выводы...
“Зона жизни”
На Земле обитают миллионы видов живых существ, но их размеры и форма имеют определённые ограничения. Самые крупные животные живут в воде, а если бы жизнь существовала и на других планетах, то её проявления были бы ещё разнообразнее. Там, где сила притяжения слабее, животные были бы крупнее, и у существ, размером с нас, могли бы быть тоненькие ножки, как у насекомых.
Везде на Земле, где есть жизнь, есть и вода. Земля находится в “зоне жизни” – у нас не слишком жарко и не слишком холодно. Будь на Земле чересчур жарко, не выжили бы даже самые живучие организмы. Самое раннее определение “зоны жизни” было основано на простом тепловом равновесии, но современные расчёты включают множество других факторов и парниковый эффект атмосферы планеты.
Как же обстоит ситуация на других планетах, вне “зоны жизни”? Меркурий и Венера ближе к Солнцу, чем Земля, и на обеих этих планетах очень жарко. На Марсе холодновато, но всё же это не тот лютый холод, при котором всё вымерзает. На других планетах гораздо холоднее. На Марсе есть вода, так что там вполне могла возникнуть жизнь. Если бы на Марсе существовали разумные формы жизни, мы бы наверняка об этом знали. Тем не менее пилотируемые базы на Луне и Марсе давно живут в мечтах и проектах многих учёных.
Сравнение Солнечной системы с системой 55 Рака
Т еперь давайте выглянем за пределы нашей Солнечной системы и посмотрим, как обстоят дела вокруг других звёзд. В нашей Галактике десятки миллионов “солнц”. Даже ближайшее из них настолько далеко, что современной космической ракете пришлось бы лететь туда миллионы лет. И если бы на какой-нибудь планете, обращающейся вокруг одной из этих звёзд, жили инопланетяне, им было бы точно так же трудно добраться до нас.
Планеты обнаружены приблизительно у 10% звёзд, включённых в программы поисков. Их доля растёт по мере накопления данных и совершенствования техники наблюдения. В самом начале исследований большинством открытых экзо планет были планеты-гиганты, так как их было легче обнаружить, но в настоящее время уже открыто множество планет с массами порядка массы Нептуна и ниже. Из двух с половиной тысяч кандидатов, обнаруженных телескопом Кеплер, около 200 имеют примерно земной размер, 700 имеет размеры супер земли, 1200 сравнимы с Нептуном, 250- с Юпитером и около 100 больше, чем у Юпитера.
Наблюдается зависимость количества планет-гигантов от содержания металлов в звёздах. Системы с планетами-гигантами встречаются также преимущественно у звёзд солнечного типа, в то время как у красных карликов их доля значительно меньше. Последние открытия, сделанные методом гравитационного микролинзирования, говорят о широкой распространённости систем с планетами средней массы (типа Урана и Нептуна) вместо газовых гигантов. Учёные строят предположения, что планеты, сформированные вокруг звёзд, являющихся столь же богатыми металлом, как наше Солнце, имеют маленькие ядра, в то время как планеты, звёзды которых содержат в 2-3 раза больше металлов, имеют намного большие ядра.
Наиболее близкой по условиям к Земле экзо планетой, является Gliese 581 C, температура на которой, по предварительным оценкам, находится в диапазоне 0 – 40 °С. Также теоретически на этой планете существуют запасы жидкой воды, что подразумевает возможность существования жизни.
Ипсилон Андромеды d. Газовый гигант, содержащий водные облака.
Н а протяжении нескольких лет Европейское Космическое Агентство (ESA) вело разработку космического телескопа Cheops, предназначенного для поиска планет, похожих на нашу. Cheops также называют «охотником за экзопланетами» и возлагают на него большие надежды.
Cheops (Characterising Exoplanet Satellite) должен прийти на смену телескопу «Кеплер». Сборка и первые тесты космического аппарата были завершены в апреле 2018 года на базе исследовательского центра Airbus Defence and Space. Cheops будет работать по технологии отслеживания колебания яркости звезд или, так называемого, транзитного метода. Телескоп должен будет искать экзо планеты, массы которых находятся между массами Земли и Нептуна. При этом Cheops нацелен не только на поиск новых небесных тел, но и на более детальное изучение уже открытых планет, а в частности химического состава их атмосфер. Телескоп имеет возможность одновременного наблюдения сразу за несколькими транзитами каждой планеты, что необходимо для более точного определения свойств планет малого размера.
Cheops предназначен для работы на низкой околоземной орбите на высоте в 700 километров. Последние испытания телескопа должны завершиться в начале следующего года. Запуск космического аппарата запланирован на период с 15 октября по 14 ноября 2019 года с космодрома Куру во Французской Гвиане. Доставку телескопа Cheops совершит ракета «Союз».
В нашей Галактике миллиарды планет, а сама она – лишь одна из миллиардов других галактик. Мы всё ещё слишком мало знаем о том, как возникла жизнь и как она развивалась, поэтому не можем судить о том, насколько распространены простые формы жизни. Ещё более трудно разобраться, могли ли эти простые формы пройти такой же эволюционный путь, как здесь, на Земле. Простых форм жизни в космосе очень много, а вот разумные формы встречаются гораздо реже.
Наша Солнечная система ещё не достигла даже среднего возраста – ей будет всего 6 миллиардов лет к тому моменту, как Солнце раздуется, поглотит внутренние планеты и испарит последние остатки жизни на Земле. После этого земная жизнь распространится по всей Галактике и эволюционным путём достигнет такой сложности, какую мы просто не можем себе представить.
Взгляд художника на закат трёх светил на предполагаемом спутнике планеты HD 188753 Ab
Д ля каждой звезды существует определённое расстояние, на котором планета получает ровно столько же света, сколько отдаёт тепла. Этот энергетический баланс служит термостатом и поддерживает как раз такую температуру, которая позволяет воде в озёрах и океанах оставаться жидкой. В этой “зоне жизни” вокруг звезды планеты могут оставаться в тепле миллионы лет, омываемые водой и, возможно, на них есть живые существа.
Что нам нужно знать, чтобы повысить вероятность нахождения жизни на далёкой экзо планете? Во-первых, нам нужно знать о наличии у планеты атмосферы; знать её состав и как на температуру поверхности влияет парниковый эффект. Например, средняя температура Земли +15 градусов Цельсия. Это с парниковым эффектом, без него же, температура составляла бы только -17 градусов Цельсия, а этого для возникновения и развития жизни на планете могло бы быть недостаточно. Во-вторых, важно знать и о магнитном поле экзо планеты. Ведь без его наличия или же при его низких показателях планета не сможет противостоять звёздному ветру, а, как следствие, жизни на планете может и не зародиться.
Жизнепригодность планеты определяется на основании различных факторов, основными из которых являются её масса, орбита и вращение, а также геохимический состав. Жизнепригодными называют планеты земной группы, которые имеют близкую к земной массу, а также сложены первоначально из силикатных горных пород. В связи с этим газовые гиганты являются полностью непригодными для жизни из-за слишком большой гравитации и отсутствия твёрдой поверхности. Именно поэтому мы их и не рассматриваем.
Итак, самой главной характеристикой планеты является её масса. Таким образом, планеты с очень маленькой массой меньше всего пригодны для жизни. Многие учёные считают, что минимальная масса Жизнепригодными планеты 0,3 земной массы. На планетах меньшей массы гравитация слишком мала, чтобы удерживать атмосферу. Отсутствие плотной атмосферы сказывается на плохой теплоотдаче, слабой изоляции, а также практически полном отсутствии защиты от излучения звезд и падения метеоритов. Кроме того, планеты с небольшой массой очень быстро теряют накопленную за счёт звезды энергию, в результате этого прекращается вулканическая и сейсмическая активность, необходимая для поддержания температуры и для круговорота вещества на планете. В противном случае, будут преобладать только процессы выветривания и вся планета быстро превратится в безжизненную пустыню. Кроме этого, планета потеряет необходимое для жизни магнитное поле, планета очень быстро станет холодной и мёртвой.
Важную роль в жизни планеты играет стабильность её орбитальных и вращательных характеристик. Жизнепригодная планета должна иметь достаточно мягкую смену сезонных температур. Важно, чтобы вращение планеты вокруг своей оси происходило достаточно быстро, для быстрой смены дня и ночи. Также важен химический состав планеты, наличие углерода, водорода, кислорода и азота. Учёные предполагают, что на нашей планете вода и аминокислоты появились из-за столкновения с кометами.
Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что планета должна находиться в “зоне жизни”- на оптимальном удалении от своей звезды, обладать гравитацией, не превышающей земную, чтобы человек и другие живые существа могли нормально передвигаться. Сейчас человек разрабатывает способы терраформирования, т.е. изменения климатических условий планеты или спутника для приведения атмосферы, температуры и экологических условий в состояние, пригодное для обитания земных животных и растений. Рассматриваются такие варианты, как Луна и Марс. Когда теория будет отработана, её можно будет использовать и на далёких экзо планетах.
Творческая работа
С самого раннего детства я восхищаюсь великим космонавтом А. А. Леоновым. Кроме астрономии я ещё увлекаюсь рисованием и, вдохновившись рисунками Алексея Архиповича, я решил изобразить свою фантазийную экзо планету.
Выводы
Проведя исследования по данной теме, я узнал очень много нового. На основе полученных знаний я создал макет экзо планеты. По размеру “моя планета” схожа с Землёй и имеет два спутника, которые помогают стабилизировать орбиту. Ближайший к планете спутник схож со спутником Земли Луной.
Интересно, доведётся ли мне когда-нибудь побывать на другой планете? Я на это искренне надеюсь и почти уверен, что так и произойдёт. Поиски пока не дали результатов, но это не повод прекращать исследования. Наша Земля – самый поразительный уголок во Вселенной.
Приложение 1
Характеристики, которым должна соответствовать планета-двойник Земли:
нахождение в зоне обитаемости;
почти круговая орбита, чтобы получать примерно одинаковое количество световой энергии от своей звезды, так как от этого зависит большая часть живых организмов;
стабильность звезды или её равновесие;
схожесть звезды с Солнцем;
масса, близкая к массе Земли, чтобы иметь гравитацию, достаточную для удержания газов, пригодных для дыхания;
тектоническая активность, т.к. земная кора обновляется в ходе смены геологических эпох благодаря движению литосферных плит. Это позволяет вернуть в атмосферу необходимый для жизни углерод, который был связан в породах;
наличие одного или нескольких крупных спутников. Гравитационное взаимодействие с Луной стабилизирует ось вращения Земли. В отсутствии Луны ось Земли “гуляла” бы в больших пределах, что приводило бы к постоянным климатическим катастрофам. Но в последнее время последователи стали присматриваться и к “суперземлям” – планетам, которые в разы превосходят нашу Землю и содержат в атмосфере значительно больше водорода, чем Земля. Такие планеты обладают значительно большей гравитацией и могут удерживать этот летучий газ. Водород в атмосфере планет создаёт мощный парниковый эффект и помогает сохранять тепло на планете. Поэтому зона обитаемости для “суперземель” может простираться значительно дальше от родительской звезды.
Приложение 2.
Список использованных материалов.
Бурба Г.А. “Оазисы экзопланет”, Вокруг света – М, 2006 - №9, с.38-45
Леонов А.А. “Ждите нас, звёзды”, издательство ЦК ВЛКСМ “Молодая гвардия”, 1967 г.
Ликсо В.В., Кошевар Д.В. “Вселенноведение и планетология”, АСТ, 2016 г.
Научно-популярный фильм “Как устроена Вселенная: В поисках ещё одной Земли” (DiscoveryScience, 2005)
Соколова Л.А. “Планеты солнечной системы”, Проф-Пресс,2019 г.
Сурдин В.Г. “Разведка далёких планет”, Физматлит, 2017 г.
Феданова Ю.В., Скиба Т.В. “Вселенная и планета Земля”, Владис, 2017 г.
С.Хокинг, Л. Хокинг “Джордж и сокровища Вселенной”/ Перевод с английского Е.Д. Канищевой. – М.: Розовый жираф, 2016. – 352 стр.
Википедия “Методы обнаружения экзопланет” https://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/1829640
Журнал “Телескоп”, “Жизнь на экзопланетах”, выпуск №49, 2015 год, стр.15
Журнал “Телескоп”, “Экзопланеты”, выпуск №36, 2015 год, стр.15