Экзопланеты

Экзопланетами, или внесолнечными планетами, называются планеты, обращающиеся вокруг звезд, не являющихся Солнцем.

Так может выглядеть экзопланета Kepler-186 f в планетной системе красного карлика Kepler-186 в созвездии Лебедь на расстоянии 492 световых года от Земли. Она интересна тем, что ее радиус лишь на 10% больше земного. Она совершает полный оборот вокруг своей звезды за 130 дней, о ее массе, составе и плотности ничего не известно.

Основное отличие планет от звезд — отсутствие устойчивого термоядерного горения водорода в их недрах. Для разграничения планет-гигантов и коричневых карликов часто используют ориентир около 13 масс Юпитера, связанный с возможностью горения дейтерия, однако эта граница не является универсальным определением: в современной астрономии учитывают также происхождение и другие свойства объекта. Звездами становятся тела, в недрах которых могут длительно идти реакции превращения обычного водорода в гелий. У планет имеются свои нетермоядерные источники энергии, например радиоактивный распад и гравитационное сжатие. Поэтому Юпитер излучает больше энергии, чем получает от Солнца, но звездой не является.

У экзопланет нет установленной универсальной нижней границы размера в 500–1000 км. Возможность обнаружить малое тело зависит прежде всего от чувствительности метода наблюдений. Для объектов Солнечной системы Международный астрономический союз использует отдельные критерии классификации: в частности, планета должна обращаться вокруг Солнца, иметь форму, близкую к сферической, и доминировать в окрестности своей орбиты.

На экзопланетах могут плескаться моря, правда, необязательно из воды

Уже открыты планеты, близкие по размеру и массе к Земле. Многие найденные планеты-гиганты располагаются гораздо ближе к своим звездам, чем Юпитер и Сатурн к Солнцу; известны также системы с сильно вытянутыми орбитами. По данным NASA, к 2026 г. подтверждено уже более 6200 экзопланет, и число известных миров продолжает расти.

Как найти экзопланету

Больше всего затрудняют поиск иных планетных систем гигантские расстояния до них. Так, расстояние до ближайшей к Солнцу звезды в 270 тыс. раз превышает расстояние от Земли до Солнца — астрономическую единицу (а. е.). Если бы у самых близких к Солнцу звезд были такие же планеты, как в Солнечной системе, и они так же освещались бы лучами своих солнц, то даже планета величиной с Юпитер выглядела бы с Земли слабой звездочкой 22–24-й звездной величины. Наблюдения столь слабых источников доступны крупным телескопам, но в данном случае их излучение тонуло бы в свете рядом расположенной звезды, яркость которой в сотни миллионов раз выше, чем у планет. Тем не менее, разработано несколько методов поиска планет у сравнительно близких звезд.

Первый метод — астрометрический. Он основан на изменении собственного движения звезды под гравитационным воздействием планеты однако колебания звезды, вызываемые планетой, очень малы, и их трудно измерить. Первое надежное астрометрическое обнаружение экзопланеты состоялось лишь в 2009 г.

Второй метод — прямое выделение их слабого оптического излучения. Первый результат по нему был опубликован в 1995 г.

Третий метод — это слежение за переменностью блеска большого количества звезд в течение долгого времени. Планету можно обнаружить, например, по транзиту — небольшому периодическому ослаблению света звезды, когда планета проходит перед ее диском, — или по эффекту гравитационного микролинзирования. Транзитный метод стал одним из самых результативных способов поиска экзопланет.

В космосе существует огромное количество планет, и некоторые из них имеют атмосферу

Также экзопланету можно найти с помощью метода Доплера, при котором отслеживают изменение скорости звезды с точностью до нескольких метров в секунду. Притяжение планеты вызывает периодические изменения скорости звезды. Чем массивнее планета и чем ближе она к звезде, тем больше будет амплитуда этих изменений. Измерение скоростей основано на эффекте Доплера: движение источника света вызывает изменение частоты электромагнитных волн, принятых наблюдателем, т. е. приводит к сдвигу спектральных линий.

Планеты у пульсаров

Экзопланеты небольшой массы могут существовать не только у обычных звезд, а также у нейтронных, переживших стадию красного гиганта и, предположительно, взрыв сверхновой. Такие экзопланеты были найдены у нескольких нейтронных звезд, наблюдающихся как пульсирующие радиоисточники — пульсары. В спектрах этих компактных звезд нет спектральных линий, более того, за редким исключением пульсары вообще не видны в оптическом диапазоне. Но излучаемые ими радиоимпульсы имеют настолько строгую периодичность, что для них также можно использовать эффект Доплера: частота следования импульсов меняется по тому же закону, что и частота световых волн.

Планеты системы пульсара PSR 1257+12 в сравнении с Землей

Регистрируя моменты прихода радиоимпульсов, за месяцы или годы наблюдений можно отследить изменение лучевой скорости пульсара во много раз точнее, чем скорости обычной звезды оптическими методами, а следовательно, открыть планеты меньших масс, если они присутствуют в системе пульсара.

Первое подтвержденное открытие экзопланет вокруг пульсара PSR B1257+12 было опубликовано в 1992 г. Его сделали радиоастрономы Александр Вольщан и Дейл Фрейл. Две планеты системы по массе в несколько раз превосходят Землю, а еще одна имеет массу, значительно меньшую земной. Открытие показало, что планетные системы могут существовать даже у нейтронных звезд.