Экзопланеты - история открытия и современные достижения
Космический телескоп «Хаббл» установил, что спектры излучения трех наиболее удачных от нас квазаров показывают явное наличие большого количества железа. Для телескопов наземного базирования установление такого факта невозможно, так как инфракрасный спектр, характерный для излучения атомами железа, лежит в области длины световой волны порядка 1.6-1.7 микрон. Но именно этот диапазон электромагнит
ного излучения полностью поглощается земной атмосферой. Астрофизикам известно, что железо появляется в результате специфических звездных процессов, заканчивающихся взрывом сверхновых, которые являются поставщиками тяжелых элементов. Такой период звездной эволюции оценивается в 500-800 млн. лет. Квазары, в спектрах которых обнаружено излучение атомов железа, имеют возраст ~ 900 млн. лет. Этот результат означает, что основные компоненты для образования планет и возможной жизни на них присутствовали очень рано в истории Вселенной – намного раньше, чем возникла Земля.
Но всего лишь пять процентов звезд, подобных Солнцу, как показывают подсчеты, могут иметь планеты, аналогичные Земле.
В сентябре 2005 года были обнародованы результаты наблюдений группы американских астрономов, возглавляемой учеными из Рочестерского университета, за двумя очень молодыми звездами. Одна из них, именуемая GM Aurigal, находится от нас на расстоянии 420 световых лет в созвездии Тельца. Другая звезда DM Tauri, находится примерно в том же районе. Обе они очень похожи на наше Солнце, только отроду им пока всего лишь один миллион лет. Астрономы установили наличие «щелей» в газопылевых протопланетных дисках у этих звезд. Их наличие свидетельствует о воздействии гигантских планет-эмбрионов, «прорезавших» себе такие «щели».
Есть все основания полагать, что у подобных звезд наблюдается чрезвычайно раннее формирование планет – газовых гигантов. Данные исследования служат подтверждением теории о том, что гигантские планеты, подобные Юпитеру, формируются намного быстрее, чем предполагалось.
По существу, как отмечают исследователи, мы как бы наблюдаем формирование Солнечной системы в далеком прошлом, а звезды GM Aurigal – это, фактически, более молодая версия нашего Солнца. И промежутки, «щели» в ее протопланетном диске, по размерам соответствуют тому пространству, которое занимают гигантские планеты Солнечной системы. К сожалению, присутствие зародышей планет земной группы выявить пока не удалось.
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.
Та легкость, с которой планеты были найдены у первого пульсара, вдохновила радиоастрономов на анализ сигналов и других пульсаров (их сейчас открыто более 1000). Но поиск оказался почти безрезультатным: лишь еще у одного далекого пульсара (PSR 1620-26) обнаружилась планета-гигант в несколько раз массивнее Юпитера. До сих пор планетная система пульсара PSR 1257+12 демонстрирует нам единственный пример планет типа Земли за пределом Солнечной системы.
Скачать реферат