De mensheid realiseerde zich al vrij vroeg dat er sterren aan de hemel zijn, en dat zijn er veel. Vervolgens werd deze gedachte aangevuld met het argument dat de sterren vergelijkbaar zijn met onze zon, of ooit vergelijkbaar waren. Toen werd duidelijk dat de aarde en andere planeten rond de zon draaien, en een redelijke vraag rijst: "Waarom kunnen planeten niet om andere sterren draaien?" De theorie zag geen enkel probleem in het mogelijke bestaan van planeten buiten het zonnestelsel, maar de wetenschap heeft altijd feiten nodig. En na verloop van tijd werden de feiten gevonden.
Exoplaneet
Wat is een exoplaneet? Alles is gewoonweg schandalig - dit is een planeet buiten het zonnestelsel die rond een ster draait. De term is gevormd uit de afkorting extra solar planet, dat wil zeggen extrasolaire planeet. Maar wees niet in de war: niet alles buiten het zonnestelsel is een exoplaneet, er zijn ook hemellichamen - wezen, de zogenaamde planemo's, die door de ruimte reizen buiten de baan van de moederster.
Wat zijn de exoplaneten? Ze zijn heel verschillend. De Kepler-ruimtetelescoop observeerde slechts twee sterrenbeelden - Cygnus en Lyru - gedurende 8 jaar, maar vond ongeveer duizend kandidaten voor exoplaneten. En we hebben 88 sterrenbeelden, en deze twee hebben nog iets te ontdekken.
Er zijn dus veel exoplaneten, en ze zijn verschillend. De detectiemethoden, waarover we later zullen praten, stellen ons niet in staat om de samenstelling, atmosfeer en aard van de ontdekte planeten nauwkeurig te bepalen. Wat kunnen we zeggen, we kunnen de exoplaneet niet eens rechtstreeks zien. Maar zelfs via indirecte tekens en gegevens kan een classificatie worden gemaakt.
De twee belangrijkste klassen van exoplaneten zijn kleine rotsplaneten en reuzenplaneten. Als we deze classificatie toepassen op ons zonnestelsel, dan gaan Venus, Mercurius, Aarde en Mars naar het eerste, en Jupiter, Saturnus, Uranus en Neptunus naar het tweede.
Elk van de klassen kan worden onderverdeeld in een aantal subklassen. Laten we de meest eenvoudige analyseren.
Promotie video:
Chthonische planeet
De chtonische planeet is een gasreus die snel op de moederster valt. In het midden van de gasreus bevindt zich een kleine, dichte nucleolus die enorme hoeveelheden gasvormige materie eromheen bevat. De gasreus nadert geleidelijk de moederster en begint zijn schaal te verdampen totdat er één kern overblijft.
Artistieke weergave van de doorgang van de chtonische planeet HD 209458b voor zijn ster. European Space Agency, Alfred Vidal-Madjar (Institut d'Astrophysique de Paris, CNRS, Frankrijk) en NASA / wikimedia.org (CC BY 4.0)
Superaarde
Het belangrijkste en enige criterium waarmee een planeet kan worden gerangschikt als een superaarde, is zijn massa. Dergelijke planeten zijn meestal meerdere malen zwaarder dan de aarde, maar tegelijkertijd veel kleiner dan de gasreus. In tegenstelling tot de chtonische planeten werden er nogal wat van dergelijke hemellichamen ontdekt, en in 2007 vonden astronomen de bovenaarde Gliese 581-c in de bewoonbare zone.
Gliese 581c Tyrogthekreeper / wikimedia.org (CC BY-SA 3.0)
Heet jupiter
De naam van de bekende planeet is niet per ongeluk met een kleine letter geschreven, hete Jupiter is geen specifieke planeet, maar een hele planetaire klasse. In tegenstelling tot onze gasreus bevinden hete Jupiters zich bijna dicht bij de moederster, die hun atmosfeer verwarmt tot 1500 K. Door een aantal kenmerken, met name hun grote formaat, zijn er veel hete Jupiters ontdekt.
Koude jupiter
Het is tot deze klasse dat de oorspronkelijke Jupiter en Saturnus behoren - koude Jupiter bevindt zich op zo'n afstand van de ster dat het de meeste warmte ontvangt van interne processen en niet van straling.
IJsreus
We hebben ook dergelijke planeten in ons systeem: Uranus en Neptunus zijn typische vertegenwoordigers van ijsreuzen - planeten met een grote afmeting en afstand tot hun eigen ster. Vanwege het feit dat de stralen dergelijke planeten zwak verwarmen, wordt bijna hun hele oppervlak gebonden door ijs, niet alleen waterijs, maar ook methaan en waterstofsulfide-ijs.
Voyager 2-afbeelding van Neptunus in augustus 1989. NASA / wikimedia.org (CC0 1.0)
De lijst van exoplaneetsoorten kan heel lang worden voortgezet. Er zijn oceanenplaneten, koolstofplaneten, hete en koude neptunus en nog veel, veel meer. Maar we zullen praten over hoe ze worden ontdekt.
Methoden voor het detecteren van exoplaneten
Laten we een eenvoudig experiment doen. Op een of andere manier, op een warme zomeravond, bij voorkeur in het zuiden, nabij de evenaar, kijk je naar de nachtelijke hemel. Wat zal je zien? Dat klopt, talloze sterren. Verschillende sterren - helder en niet erg helder, solitair en in sterrenbeelden. Maar praktisch iedereen, behalve Mercurius, Jupiter, de maan en misschien Mars, zullen sterren zijn.
Hetzelfde is het geval met de reuzentelescopen in observatoria. De sterren verstoppen vanwege hun grootte en straling de gehele waarneembare ruimte van de ruimte bijna volledig, en de planeten die gloeien met zeer zwak, gereflecteerd licht zijn simpelweg niet zichtbaar tegen hun achtergrond. Dus als er ergens een beschaving is van ons ontwikkelingsniveau, dan vermoedt het hoogstwaarschijnlijk de aanwezigheid van Jupiter en Saturnus nabij de zon, maar niet meer.
Maar exoplaneten worden gevonden, en zeer betrouwbaar. We hebben verschillende manieren om dit te doen.
De meest productieve is de doorvoer- of doorvoerfotometriemethode. Feit is dat elke ster zo'n indicator heeft als helderheid. Globaal gesproken is helderheid al het licht dat een ster per tijdseenheid uitstraalt. Maar als er een hemellichaam passeert tussen de telescoop van de waarnemer en de ster, dan daalt de helderheid op het moment van passage. En als dit proces zich periodiek herhaalt, betekent dit dat de planeet rond de ster draait. Er zijn voor- en nadelen aan deze methode. Het belangrijkste pluspunt is het vermogen om de grootte van een exoplaneet te bepalen. Minus - om nauwkeurig de aanwezigheid van een planeet met een lange omlooptijd te bepalen, zoals Jupiter (12 jaar), moet je de ster heel lang observeren.
Doppler-methode. De methode is vernoemd naar de Oostenrijkse wiskundige Christian Doppler en meet de spectrale verplaatsing van een ster onder invloed van een planeet. De wetten van de zwaartekracht werken in beide richtingen, ook voor ons, dus niet alleen de aarde trekt ons aan, maar wij ook de aarde. Evenzo in een paar planeet - ster. De rotatie van de massieve exoplaneet verschuift de radiale radiale snelheid van de moederster en de instrumenten laten zien hoe de planeet zwaait in het rode gebied van het spectrum en vervolgens in het violet. De Doppler-methode maakt het, samen met de doorvoer, mogelijk om de dichtheid van de planeet te bepalen, maar nogmaals - alleen als deze groot genoeg is.
Gravitationele microlensing. Deze methode is gekoppeld aan de aanwezigheid van een andere ster tussen de telescoop van de astronoom en de waargenomen ster, die als zwaartekrachtlens fungeert. Maar als de lensster zijn eigen planeet heeft, zal het licht van de waargenomen ster karakteristiek vervormd zijn.
En tot slot kan de exoplaneet gemakkelijk worden gezien. De planeten zelf zijn erg zwakke lichtbronnen, dus het is erg moeilijk om met deze methode aardse hemellichamen te detecteren. De meest waarschijnlijke objecten om te detecteren zijn reuzen groter dan Jupiter, die ver genoeg van de ster verwijderd zijn om zelf infraroodstralen uit te zenden.
Tot 2014 deelden de Doppler-methode, of de radiale snelheidsmethode, en de transitmethode het leiderschap in het aantal ontdekte exoplaneten. In 2014, dankzij het vlaggenschip van de zoektocht naar exoplaneten - de Kepler-telescoop, ging de transitmethode ver vooruit.
Een interessant feit: de informatie die Kepler verkrijgt, is zo uitgebreid dat deze voor iedereen vrij beschikbaar is om te studeren. Zo heeft het Planet Hunters-project al geholpen om drie exoplaneten te ontdekken.
De mogelijkheid van leven en de vooruitzichten op kolonisatie
Gewone mensen zijn natuurlijk minder geïnteresseerd in hete neptunen en methoden om exoplaneten te detecteren. Het belangrijkste belang van het publiek is de mogelijkheid van leven en kolonisatie van verre hemellichamen.
Forplayday / bigstock.com
In totaal werden in juni 2017 3.614 exoplaneten ontdekt. Hiervan lijken ze op de aarde - 216. Er is genoeg om uit te kiezen. Maar de veronderstelde kolonisatie en de mogelijkheid van het bestaan van leven worden beperkt door een aantal parameters.
Bewoonbare zone
Gewend om alles zelf te meten, hebben aardse astronomen het concept van een bewoonbare zone afgeleid. De essentie van het concept is dat elke ster een bepaalde zone moet hebben waarin de planeten kunnen worden bewoond.
De belangrijkste voorwaarde van de bewoonbare zone is de aanwezigheid van vloeibaar water. Daarom moet de planeet zich dicht genoeg bij de ster bevinden zodat het water niet bevriest, en ver genoeg zodat het niet verdampt. Om het midden van de bewoonbare zone te berekenen, werd zelfs een vergelijking afgeleid die eruitziet als dAU = √Lstar / Lsun, waarbij d de gemiddelde straal van de bewoonbare zone is, Lstar de helderheid van de ster en Lsun de helderheid van de zon.
Volgens de Universiteit van Puerto Rico staan er 52 planeten op de lijst van bewoonbare exoplaneten. Een daarvan is de mini-aarde TRAPPIST - 1d, 21 planeten vergelijkbaar met de aarde, en 30 superaarde.
De belangrijkste criteria zijn de samenstelling van de planeet, de oppervlaktetemperatuur, de grootte en de atmosfeer. De planeten worden geëvalueerd volgens de mate van gelijkenis met de aarde, en er is zelfs een speciaal numeriek criterium afgeleid, dat uit al het bovenstaande bestaat. Als een planeet van 0,8 naar 1 wint in de gelijkenisindex van de aarde, kan deze veilig worden opgenomen in de lijst met potentiële kolonies. Dus, maak uw keuze, heren kolonisten!
Kepler-438b
Hij was de recordhouder voor gelijkenis met de aarde tot 2016. De ESI (Earth Similarity Index) is 0,88. De planeet zelf bevindt zich op 470 lichtjaar van de aarde in het sterrenbeeld Lyra, en de moederster van Kepler-438b is slechts half zo groot als de zon. De planeet zelf bevindt zich in de bewoonbare zone van de ster en is 12% groter dan de aarde.
Proxima Centauri b
De thuisster van deze planeet is Proxima Centauri, het dichtst bij de zon. De planeet zelf bevindt zich, net als het licht, 4,22 lichtjaar van ons verwijderd. Volgens de gelijkenisindex wint Proxima Centauri 0,85 en blijft hij vol vertrouwen aan de top.
TRAPPIST-1 d
Op dit moment lijkt de planeet TRAPPIST, ontdekt door de telescoop, het meest op onze thuisaarde. Het is ook de derde ster van zijn moederster, iets kleiner dan de aarde in grootte en zeer vergelijkbaar qua samenstelling. De geschatte oppervlaktetemperatuur is +15 graden Celsius.
Helaas is de beschikbaarheid van geschikte planeten voor kolonisatie verre van de belangrijkste barrière op de weg naar menselijke kolonisatie van het heelal. Zelfs voor Proxima Centauri b hebben potentiële kolonisten met de huidige technologieën een zeer, zeer lange vliegtijd. En totdat we leren om effectief afstanden van minstens 10 lichtjaar af te leggen, is het te vroeg om te praten over de verovering van exoplaneten.
Er zijn nog veel variaties op exoplaneten. Maar de grootste ontdekkingen wachten op ons - ambitieuze internationale projecten worden al op aarde voorbereid om gigantische telescopen en ruimteobservatoria te creëren die kunnen zien wat we nu niet kunnen vinden. Maar ik heb nog niet gezegd dat exoplaneten satellieten hebben.