Экзопланеты: какие бывают, как их открыли и есть ли среди них пригодные для жизни
Сегодня астрономы по всему миру заняты поиском экзопланет — миров, расположенных за пределами Солнечной системы. Темпы открытия таких небесных тел растут: на данный момент достоверно подтверждено существование более 6000 экзопланет. Pro Космос выяснил, как ищут экзопланеты и каких типов они бывают.
Когда вы смотрите на ночное небо, особенно если вам повезло жить вдали от городских огней, вы видите тысячи звезд. И это ничтожно малая часть всех существующих, только самые ближайшие и самые яркие из них. Практически все звезды во Вселенной находятся слишком далеко, чтобы их можно было разглядеть невооруженным глазом.
И закономерно возникает вопрос: а есть ли у этих звезд планеты? И если да — похожа ли хоть какая-нибудь из них на Землю? Человечество задавалось этим вопросом веками. Сегодня у нас наконец есть ответ. И он утвердительный: да.
Что такое экзопланета
Экзопланета — это планета за пределами нашей Солнечной системы, то есть не обращающаяся вокруг Солнца. Большинство из них вращаются вокруг других звезд, но есть и такие, которые вообще не связаны ни с одной звездой и блуждают в пространстве между ними.
На сегодняшний день астрономами подтверждено существование свыше 6000 экзопланет более чем в 4500 различных планетных системах. Еще несколько тысяч объектов остаются кандидатами и ждут подтверждения. Эти данные регулярно обновляются в базе архива экзопланет NASA.
За пределами Солнечной системы открыли 6000-ю планету: отчет NASA
Сам факт того, что экзопланеты обращаются вокруг других светил, означает одно: они находятся на колоссальных расстояниях от Земли. Большинство из них слишком далеко, чтобы всерьез рассчитывать отправить к ним космические зонды. Поэтому экзопланеты изучают иначе: с помощью наземных и орбитальных телескопов, которые наблюдают эти далекие миры прямо из нашей Солнечной системы.
Главное, что нужно знать об экзопланетах: они повсюду. Более того, по данным нынешних наблюдений, планет во Вселенной больше, чем звезд.
Чем экзопланеты отличаются от планет Солнечной системы
Строго говоря, экзопланеты — это такие же планеты, как и те, что обращаются вокруг Солнца. Они подчиняются тем же физическим законам и формируются похожими процессами. Но на практике большинство известных экзопланет совсем не похожи на знакомые нам планеты Солнечной системы.
Вокруг нашего Солнца, например, обращаются целых восемь планет. И все они разные: большие и маленькие, с атмосферой и без, каменистые и газовые, раскаленные и ледяные. Но среди экзопланет разнообразие еще больше: среди них есть газовые гиганты крупнее Юпитера, планеты с океанами расплавленной лавы и миры с настолько экстремальными условиями, что там идут дожди из стекла и кристаллов.
Отличаются и сами системы, в которых расположены эти планеты. Планеты могут находиться очень близко к своим звездам или, наоборот, обращаться на огромных расстояниях. Некоторые экзопланеты вращаются сразу вокруг двух или даже трех звезд. На планетах таких систем на небе светят сразу несколько солнц.
Открытие экзопланет
Астрономы долго размышляли над идеей планет у других звезд, но их поиск оказался чрезвычайно сложной задачей. Они слишком далекие, тусклые и находятся почти вплотную к своим светилам. Пытаться увидеть такую планету напрямую — все равно что пытаться разглядеть светлячка рядом с прожектором.
Поэтому астрономы стали искать планеты по косвенным признакам. Звезда удерживает планету своей гравитацией, но и планета, хоть и слабее, притягивает звезду в ответ — та начинает слегка смещаться, двигаясь вокруг общего центра масс системы. Это движение едва заметно, и долгое время чувствительности приборов просто не хватало, чтобы его зафиксировать.
А потом, в 1992 году, все резко изменилось. Астрономы Александр Вольшчан и Дейл Фрейл объявили о неожиданном открытии: они обнаружили сразу две планеты, обращающиеся вокруг пульсара — мертвого остатка взорвавшейся звезды. Это было странно: взрыв сверхновой — событие настолько разрушительное, что от планетных орбит, казалось бы, ничего не должно остаться. Так что окрестности пульсара — последнее место, где кто-то ожидал бы найти планеты. Тем не менее последующие наблюдения подтвердили существование двух, а позже была обнаружена и третья.
Что такое пульсары и как работают «маяки Вселенной»
Так были найдены первые настоящие планеты за пределами Солнечной системы — их назвали экзопланетами.
Первыми обнаруженными экзопланетами стали небольшие каменистые тела, обращающиеся вокруг пульсара PSR B1257+12: внутренняя планета b, по массе сопоставимая с Луной, и две более крупные — c и d, каждая массой около четырех Земель. Вероятно, они сформировались уже после взрыва сверхновой из вещества, оставшегося вокруг мертвой звезды.
Однако эта система была совсем не похожа на нашу. Главный вопрос оставался без ответа: существуют ли экзопланеты у звезд, похожих на Солнце?
Ответ появился быстро. В 1995 году швейцарские астрономы Мишель Майор и Дидье Кело сообщили об открытии планеты у звезды 51 Пегаса, расположенной примерно в 50 световых годах от Земли. Планету обнаружили по доплеровскому смещению света звезды: когда звезда немного движется к нам или от нас, ее спектр едва заметно сдвигается.
И эта планета, 51 Peg b, оказалась странной. Она обращается вокруг своей звезды всего за 4,23 суток и находится на расстоянии около восьми миллионов километров, по космическим меркам почти вплотную. Для сравнения: Меркурий удален от Солнца примерно на 55 миллионов километров. При этом 51 Peg b — газовый гигант, по массе больше половины Юпитера.
Позже стало ясно: планета сформировалась дальше от звезды и затем мигрировала внутрь, взаимодействуя с протопланетным диском (наш Юпитер вовремя затормозил из-за гравитации Сатурна). Так был открыт целый класс объектов — «горячие юпитеры». После 51 Peg b астрономы начали целенаправленно искать планеты с короткими периодами обращения, и вскоре нашли еще несколько подобных миров. Почти все они оказались горячими юпитерами.
Скепсис, впрочем, никуда не делся. На тот момент нельзя было исключить, что сигнал вызван чем-то другим, например, пятнами на поверхности звезды, ее пульсациями или случайными помехами от других объектов. Решающим оказался 1999 год, когда у планеты HD 209458b был зафиксирован транзит: раз за оборот она проходила прямо перед звездой, слегка приглушая ее яркость. Это стало первым независимым подтверждением существования экзопланеты.
Транзитный метод оказался очень ценным: по глубине падения яркости можно определить размер планеты, а зная массу — вычислить плотность и понять, газовый это гигант или каменистый мир.
В 2004 году был опубликован первый снимок экзопланеты — 2M1207b у коричневого карлика. Позже были получены изображения других миров, включая планету у звезды Бета Живописца. Она в семь раз больше Юпитера.
Методы поиска экзопланет
Транзитный метод — экзопланета проходит по диску своей звезды и на короткое время слегка уменьшает ее яркость. По глубине этого «провала» можно определить размер планеты, а при дополнительных наблюдениях и свойства ее атмосферы. Это самый результативный метод на сегодняшний день.
Метод радиальных скоростей — планета, обращаясь вокруг звезды, своей гравитацией немного смещает ее. Из-за этого в ее спектре появляется небольшой доплеровский сдвиг, по которому можно подтвердить существование планеты и определить ее массу.
Метод прямого наблюдения — когда планету удается сфотографировать напрямую. Обычно так находят молодые и массивные планеты, которые еще достаточно горячие и яркие в инфракрасном диапазоне.
Гравитационное микролинзирование — экзопланету обнаруживают по гравитационному искажению света далекой звезды, когда планетная система проходит точно между этой звездой и Землей. Метод работает даже для очень далеких систем.
Метод тайминга — экзопланеты выявляют по очень точным изменениям периодичности сигналов от пульсаров или транзитов других планет. Именно так были обнаружены первые экзопланеты в истории.
Типы экзопланет
Экзопланеты классифицируют в первую очередь по размерам, массе и составу. Эти параметры позволяют понять, из чего состоит планета, есть ли у нее твердая поверхность, атмосфера и насколько она похожа на знакомые нам миры Солнечной системы. Астрономы выделяют несколько основных типов экзопланет: газовые гиганты, нептунианские планеты, суперземли и планеты земного типа.
Газовые гиганты
Газовые гиганты — это самые крупные экзопланеты. По размерам и массе они сопоставимы с Юпитером или Сатурном, а иногда значительно превосходят их. Такие планеты состоят в основном из водорода и гелия и не имеют твердой поверхности.
Особенно часто среди экзопланет встречаются «горячие юпитеры», газовые гиганты, которые обращаются очень близко к своим звездам.
51 Pegasi b — первый обнаруженный экзопланетный газовый гигант. Масса не меньше половины массы Юпитера, период обращения — около 4,2 суток.
HD 209458 b — горячий юпитер с расширенной атмосферой. Один из первых случаев подтверждения экзопланеты транзитным методом.
WASP-12b — сверхгорячий газовый гигант, атмосфера которого частично испаряется под действием излучения звезды.
Нептунианские экзопланеты
Нептунианские экзопланеты — это планеты среднего размера: больше Земли, но меньше Юпитера. У них есть плотное ядро и газовая оболочка из водорода и гелия. Среди них выделяют мини-нептуны — планеты поменьше Нептуна, но все еще заметно крупнее Земли. В Солнечной системе аналогов таким мирам нет.
GJ 436 b — теплая планета с плотной атмосферой.
HAT-P-11 b — мир с выраженной атмосферой, где обнаружены водяной пар, водород и гелий.
K2-18 b — экзопланета промежуточного размера, находящаяся в зоне обитаемости красного карлика.
Суперземли
Суперземли — это экзопланеты, которые больше Земли, но легче Нептуна. Чаще всего предполагается, что они являются каменистыми, хотя некоторые из них могут иметь плотные атмосферы или толстые газовые оболочки.
Важно, что название «суперземля» не означает, что планета похожа на Землю по условиям. Речь идет только о размере и массе. Тем не менее именно среди суперземель часто ищут потенциально обитаемые миры.
55 Cancri e — горячая суперземля с температурой поверхности выше 2000 °C.
Kepler-10 b — одна из первых подтвержденных каменистых суперземель.
LHS 1140 b — плотная суперземля, рассматриваемая как потенциально обитаемая.
Планеты земного типа
Планеты земного типа — это экзопланеты размером с Землю или меньше, состоящие преимущественно из твердых пород: силикатов, металлов, воды или углеродных соединений. У них может быть твердая поверхность, а в некоторых случаях — и атмосфера.
Именно такие экзопланеты представляют наибольший интерес в контексте поиска жизни. Пока мы знаем о них меньше, чем о газовых гигантах, но с развитием наблюдательных технологий именно этот класс планет выходит на первый план.
Kepler-186 f — первая обнаруженная экзопланета земного размера в зоне обитаемости.
TRAPPIST-1 e — каменистая планета в компактной системе красного карлика.
Proxima Centauri b — ближайшая к Земле известная экзопланета земного типа.
Экзопланеты, пригодные для жизни
Мы пока не знаем, существуют ли обитаемые экзопланеты. На сегодняшний день не доказано, что за пределами Солнечной системы есть планеты с жизнью. Но известно другое: экзопланеты, потенциально пригодные для жизни, действительно существуют, и их немало.
Обычно под «пригодностью для жизни» понимают не саму жизнь, а набор базовых условий, при которых она теоретически может возникнуть. В первую очередь это: твердая поверхность, наличие атмосферы, температура, при которой возможна жидкая вода, стабильная звезда, вокруг которой обращается планета.
Жизнь на других планетах: сколько потенциально обитаемых миров в нашей Галактике
Такие планеты ищут в так называемой зоне обитаемости — на расстоянии от звезды, где поверхность не слишком горячая и не слишком холодная. Важно понимать: даже если экзопланета находится в зоне обитаемости, это не значит, что на ней есть жизнь. Атмосфера может оказаться токсичной, вода отсутствовать, а звезда быть слишком активной. Тем не менее астрономы уже обнаружили несколько интересных кандидатов.
Примеры потенциально обитаемых экзопланет:
Proxima Centauri b — ближайшая к Земле экзопланета, находится в зоне обитаемости у красного карлика Проксима Центавра. Условия на поверхности остаются предметом споров.
TRAPPIST-1e — одна из семи планет системы TRAPPIST-1; по размерам близка к Земле и считается одним из лучших кандидатов.
Kepler-186f — первая экзопланета земного размера, обнаруженная в зоне обитаемости другой звезды.
LHS 1140 b — массивная каменистая планета, которая может удерживать плотную атмосферу и воду.
Большинство таких планет находятся у красных карликов, небольших и холодных звезд, которые живут очень долго. Их удобно наблюдать, но проблемы остаются: вспышки и излучение таких звезд могут разрушать атмосферы планет.
Планеты у красных карликов вряд ли подходят для сложной жизни: исследование
Ближайшая к Земле экзопланета
Ближайшая к Земле известная экзопланета — Proxima Centauri b. Она обращается вокруг звезды Проксима Центавра, ближайшей к Солнцу, на расстоянии около 4,24 светового года.
Proxima Centauri b была открыта в 2016 году методом радиальных скоростей. По своим параметрам она похожа на Землю: ее масса составляет не менее 1,2 массы Земли, а орбитальный период — около 11,2 суток. Планета находится в зоне обитаемости своей звезды, то есть получает примерно столько же энергии, сколько Земля от Солнца.
Как выглядит Proxima Centauri b, мы пока не знаем — прямых снимков у нас нет. По массе она близка к Земле, поэтому, скорее всего, это каменистая планета. Но условия на ее поверхности напрямую зависят от звезды, вокруг которой она обращается.
Проксима Центавра — красный карлик, а такие звезды часто вспыхивают и излучают гораздо активнее Солнца. Это излучение может постепенно сдувать атмосферу планеты и сильно менять условия на поверхности. С другой стороны, если у Proxima Centauri b есть плотная атмосфера или магнитное поле, они могли бы частично защитить ее. Некоторые модели допускают, что жидкая вода там могла существовать, по крайней мере в прошлом.
Хоть она и ближайшая к нам, расстояние до нее все равно огромно. Современным космическим аппаратам понадобились бы десятки тысяч лет, чтобы туда добраться. Существуют разные идеи, как сократить это время, но все они пока остаются теоретическими. Один из самых известных проектов — Breakthrough Starshot. Он предлагает отправить к Проксиме Центавра миниатюрные зонды с парусами, которые будет разгонять мощный наземный лазер. Если все сработает, такие зонды смогут достичь скорости до 20% от световой, и доберутся до цели примерно за 20 лет. Но пока ни лазера, ни самих аппаратов у нас нет.
До Проксимы Центавра за полвека: в США работают над межзвездным двигателем
Частые вопросы
Как ученые определяют состав атмосферы экзопланет, находящихся на расстоянии световых лет?
Это делают с помощью спектроскопии. Когда экзопланета проходит перед своей звездой, часть света проходит через ее атмосферу, и газы оставляют в спектре характерные следы. По ним можно определить наличие водяного пара, углекислого газа и других веществ, даже находясь на расстоянии в десятки и сотни световых лет [1].
Почему экзопланеты земного типа сложнее обнаружить, чем газовые гиганты?
Потому что они меньше и легче. Они слабее влияют на свою звезду и почти не затемняют ее свет. Газовые гиганты, наоборот, очень большие, из-за чего их сигналы заметно сильнее и легче фиксируются телескопами [2].
Можно ли увидеть экзопланету напрямую?
В большинстве случаев — нет. Экзопланеты слишком тусклые и теряются в свете своих звезд. Прямые изображения получены только для нескольких крупных и горячих планет на большом расстоянии от своего светила телескопам с коронографами и адаптивной оптикой, специально подавляющими свет звезды [4].
Почему большинство известных экзопланет находятся у красных карликов?
Красные карлики — самые распространенные звезды во Вселенной, так что, во-первых, найти возле них планету просто статистически вероятнее. Во-вторых, они маленькие и тусклые, поэтому влияние планет на них заметнее. Зоны обитаемости красных карликов расположены близко к звезде, поэтому их проще обнаружить транзитным методом [5].
Сколько времени потребуется, чтобы долететь до ближайшей экзопланеты?
Даже до ближайшей из них — Proxima Centauri b — современным космическим аппаратам потребовались бы десятки тысяч лет. Например, Voyager 1 с его скоростью добирался бы 70–80 тысяч лет. Теоретические зонды, способные разгоняться до 20 % скорости света, могли бы преодолеть расстояние за пару десятков лет, но пока таких аппаратов не существует [6].
Посланники Земли: лекция о межпланетных зондах
Главное об экзопланетах
Экзопланета — это планета за пределами Солнечной системы, то есть не обращающаяся вокруг нашего Солнца.
На начало 2026 года подтверждено более 6000 экзопланет, и их число продолжает расти.
Экзопланеты чрезвычайно разнообразны: среди них есть газовые гиганты, суперземли, планеты земного типа и миры с экстремальными условиями.
Большинство экзопланет находят косвенными методами, прежде всего транзитным методом и методом радиальных скоростей.
Часть экзопланет находится в зоне обитаемости своих звезд, но наличие жизни на них пока не доказано.
Ближайшая к Земле экзопланета — Proxima Centauri b, расположенная в 4,24 светового года от нас.
Экзопланеты встречаются почти у всех типов звезд, особенно часто — у красных карликов.
Современные телескопы, включая «Джеймс Уэбб», уже позволяют изучать атмосферы экзопланет и искать в них воду и другие молекулы.
Ранее мы рассказывали о ретроградных планетах — что это такое и какие небесные тела Солнечной системы будут ретроградными в 2026.
Читайте также:
Планета Венера: как выглядит, какого цвета, температура, интересные факты
Планета Марс: спутники, расстояние до Земли, сколько лететь до Марса, фото
Планета Сатурн: как выглядит, из чего состоят кольца, фото, особенности
На обложке генерация Pro Космос
