Экзопланеты: открытие и изучение¶

Экзопланета — это планета, обращающаяся вокруг звезды, не являющейся Солнцем, и потому не входящая в состав Солнечной системы. Термин «экзопланета» (от греч. έξω — «вне», «снаружи») образован по аналогии с термином «внесолнечная планета». Объекты планетарной массы, не связанные гравитационно с какой-либо звездой, называются свободно плавающими планетами и, как правило, рассматриваются отдельно.

¶История открытия

Первые научные гипотезы о существовании планет у других звёзд высказывались ещё в XVIII–XIX веках (Исаак Ньютон, Джордано Бруно). Однако прямых подтверждений не существовало до конца XX века. В 1992 году польский астроном Александр Вольщан и канадец Дейл Фрейл обнаружили две планеты у пульсара PSR B1257+12. Это открытие, сделанное методом анализа вариаций времени прихода радиоимпульсов, стало первым достоверным подтверждением существования экзопланет.

Первая экзопланета у звезды, подобной Солнцу, была открыта в 1995 году швейцарскими астрономами Мишелем Майором и Дидье Кело. Ими оказалась планета 51 Пегаса b (позже названная «Беллерофонт»), относящаяся к классу горячих юпитеров. За это открытие учёные в 2019 году получили Нобелевскую премию по физике.

¶Методы обнаружения

По состоянию на начало 2020-х годов подтверждено существование более 5000 экзопланет. Основные методы их обнаружения:

• Метод лучевых скоростей (доплеровская спектроскопия) — регистрация периодических колебаний звезды под гравитационным влиянием планеты. Первый исторический метод, наиболее эффективный для поиска массивных планет на близких орбитах.
• Транзитный метод — фиксация периодического ослабления блеска звезды при прохождении планеты по её диску. Позволяет определять радиус планеты и анализировать состав её атмосферы. Наиболее продуктивный метод: с его помощью работает космический телескоп «Кеплер» (запущен в 2009 году).
• Метод гравитационного микролинзирования — регистрация кратковременного усиления блеска далёкой звезды под действием гравитационного поля планеты.
• Метод прямого наблюдения — получение изображений планет в инфракрасном диапазоне с помощью адаптивной оптики и коронографов (например, система SPHERE на телескопе VLT).

¶Классификация и характеристики

Экзопланеты классифицируют по массе, составу и температуре. Выделяют несколько основных типов:

• Горячие юпитеры — газовые гиганты с массой порядка массы Юпитера, находящиеся на очень близких орбитах к звезде (период обращения — несколько суток). Температура их атмосфер может превышать 1000 °C.
• Суперземли — планеты с массой от 1 до 10 масс Земли, не имеющие аналогов в Солнечной системе. Могут быть как каменистыми, так и ледяными.
• Мини-нептуны — планеты с массой от 2 до 10 масс Земли с толстой водородно-гелиевой атмосферой.
• Ледяные гиганты — аналоги Урана и Нептуна.
• Землеподобные планеты — каменистые миры, находящиеся в обитаемой зоне своей звезды.

Важным параметром является обитаемая зона (зона Златовласки) — область вокруг звезды, в которой на поверхности планеты возможно существование жидкой воды. Первая экзопланета в обитаемой зоне, Kepler-186f, была открыта в 2014 году.

¶Современные исследования

Основные научные программы по поиску экзопланет реализуются с помощью космических обсерваторий. Телескоп «Кеплер» обнаружил более 2700 подтверждённых экзопланет. Его преемник, телескоп TESS (запущен в 2018 году), ведёт обзор всего неба в поисках транзитных планет у ярких звёзд. Европейский спутник CHEOPS (2019) уточняет параметры уже известных планет.

Особое значение имеет изучение атмосфер экзопланет методом трансмиссионной спектроскопии. С помощью телескопа «Джеймс Уэбб» (запущен в 2021 году) в 2022–2023 годах удалось обнаружить в атмосферах нескольких планет водяной пар, углекислый газ и даже возможные биомаркеры (например, диметилсульфид у планеты K2-18b).

¶Значение

Изучение экзопланет позволяет понять механизмы формирования планетных систем, распространённость планет во Вселенной и вероятность существования внеземной жизни. Считается, что в среднем у каждой звезды в галактике Млечный Путь есть хотя бы одна планета. Дальнейшие исследования направлены на поиск планет, пригодных для жизни, и прямую спектроскопию их атмосфер.