Открытие и описание характеристик экзопланет (от др.-греч. ἔξω — «вне, снаружи») [5], т. е. планет вне Солнечной системы — это одна из наиболее актуальных областей исследования современной астрономии. Ученых всегда интересовал вопрос существования жизни за пределами Земли, но только в конце ХХ века появилась возможность обнаружения внеземных планет.
В 1988 году группой канадских ученых впервые была обнаружена планета размером с Юпитер, движущаяся вокруг Гаммы Цефея. Но так как ее орбита была гораздо меньше орбиты Юпитера, ученые не заявили об окончательном обнаружении [5]. В 1992 году астрофизики А. Вольщан и Д. Фрейл обнаружили самые первые известные планеты за пределами Солнечной системы. Эти три планеты вращаются вокруг нейтронной звезды пульсара PSR B1257+12 [2]. В 1995 году астрономы М. Майор и Д. Квелоц впервые достоверно зафиксировали планету 51 в созвездии Пегаса, которая обращается около обычной звезды. Вскоре это открытие подтвердили и американские астрономы Д. Марси и П. Батлер [4].
В настоящее время появилась возможность наблюдать экзопланеты непосредственно. Для этого разработаны современные методы и приборы. Самым эффективным прибором для поиска экзопланет считается космический телескоп Kepler, запущенный в 2009 году.
Космический телескоп Kepler, названный в честь астронома Иоганна Кеплера был запущен 7 марта 2009 с мыса Канаверал. Это первая миссия NASA по обнаружению планет размером с Землю и даже меньше в очень малой области галактики «Млечный путь».
Согласно данным NASA [3], миссия Kepler: найти экзопланеты, пригодные для жизни.
Научная цель: изучить структуры и разнообразия планетарных систем.
Основные задачи:
‒ определить количество планет, похожих на Землю, находящихся в обитаемой зоне своей звезды (расстоянии от звезды, при котором на планете теоретически возможна жизнь);
‒ вычислить формы орбит и размеров этих планет;
‒ определить количество планет, которые находятся в звездных системах;
‒ определить разнообразие орбит, размеров, массы и плотности планет-гигантов;
‒ изучить звезды, в системах которых обнаружены планеты.
За все время наблюдения телескоп должен собрать информацию о тысячах звездных систем, чтобы на основе полученных данных можно было определить, какая из планет этих систем пригодна для обитания.
Основные условия обитания:
определенный температурный режим (от -50 до +50оC),
наличие воды в жидком виде,
наличие кислорода в атмосфере.
Планеты, соответствующие этим условиям, невозможно обнаружить традиционными методами. В связи с этим Kepler использует транзитный метод и самый большой на сегодняшний день телескоп-фотометр. Прибор Kepler представляет собой специально сконструированный сверхчувствительный фотометр, оснащенный телескопом системы Шмидта с апертурой 0,95 м и шириной поля зрения 12°. Измерительная часть фотометра состоит из 42 ПЗС-матриц размерами 50 х 25 мм и разрешением 2200 х 1024 p [1]. Фотометр достаточно надежен для получения фотометрической точности, необходимой для того, чтобы увидеть транзит и избежать перебоев, вызванных атмосферными явлениями, круглосуточными и сезонными циклами.
Чтобы найти планеты в обитаемой зоне звезды, как Солнце, время между транзитами должно составлять около одного года. Для того, чтобы обнаружить последовательность, нужны четыре транзита. Таким образом, продолжительность полета Kepler три с половиной года. Чтобы обнаружить множество планет, недостаточно просто смотреть на несколько звезд или даже нескольких сотен звезд для транзитов. Поэтому Kepler ведет непрерывно наблюдение и одновременно контролирует изменения в яркости более 100000 звезд [3]. Район космоса, который Kepler исследовал 3,5 года, выбран не случайно. Телескоп аппарата направлен на участок неба, расположенный между созвездиями Лебедя и Лиры, т. к. предположительно, в этой части неба находится около 4,5 миллиона звезд. Большая часть из них похожи на Солнце.
Орбита Kepler выбрана таким образом, чтобы в его поле зрения периодически не вторгались Луна и Солнце, т. е. поле зрения телескопа должно лежать вне плоскости эклиптики. В своем движении вокруг Солнца Kepler следует за Землей, постепенно удаляясь от нее. Телескоп совершает один оборот приблизительно за 372,5 дня. Дополнительным преимуществом такого положения является отсутствие вращающего момента, вызванного гравитационным воздействием Земли (так как форма нашей планеты неидеальна, спутники немного по-разному притягиваются к Земле над различными ее участками). Еще один плюс «независимой» от Земли орбиты — это стабильный уровень солнечного излучения, т. к. постоянные изменения из-за тени Земли количества попадающих на аппарат солнечных лучей могут привести к помехам в работе приборов [1].
На основании миссии, описанной выше, принимая во внимание только орбиты 4 транзитов в 3,5 года, и предполагая, что планеты вращаются вокруг других звезд, таких как Солнце, ожидались следующие результаты [3]:
‒ если размер большей части планет во Вселенной приблизительно соответствует размеру Земли, ученые рассчитывают обнаружить около 50 планет земного типа;
‒ если планеты в основном крупнее Земли (радиус примерно в 1,3 раза больше), астрономы надеются увидеть около 185 планет;
‒ если радиус типичной планеты в 2,2 раза больше радиуса Земли, на звездных картах появятся 640 новых планет земного типа.
Официально космический телескоп NASA Kepler завершил свою миссию, но все еще продолжает работать, собирая интересные факты. Так, например, в ноябре 2016, сообщалось о том, что Kepler наблюдал «космических балерин» — вращающиеся звезды скопления Плеяды. Собранная обсерваторией Kepler информация может помочь астрономам получить представление о том, где и как формируются планеты вокруг этих звезд, и как такие звезды эволюционируют [6].
Сделанные, обсерваторией Kepler, открытия выявили основные наблюдаемые параметры внесолнечных планет: большая полуось и наклонение орбиты экзопланеты к оси вращения звезды, орбитальный эксцентриситет, радиус, масса и период обращения экзопланет.
Значение открытия экзопланет, соответствующих определенным характеристикам заключается не только в увеличении количества внесолнечных планет, но и в развитии методов и технических устройств наблюдения. А самое главное, открытие экзопланет позволит выявить возможность существования жизни вне Земли.
Литература:
- Кеплер (телескоп) https://ru.wikipedia.org/wiki
- Маров М. Я., Шевченко И. И. Экзопланеты. Природа. 2014. № 6. С. 4–15
- Официальный сайт миссии Kepler https://www.kepler.arc.nasa.gov/Mission/QuickGuide/
- Поиск и исследования экзопланет http://galspace.spb.ru/indvop.file/11.html
- Экзопланета https://ru.wikipedia.org/wiki
6. Kepler Watches Stellar Dancers in the Pleiades Cluster https://www.nasa.gov/feature/jpl/kepler-watches-stellar-dancers-in-the-pleiades-cluster
