Po nespočet generací se lidské bytosti dívaly na noční oblohu a přemýšlely, zda jsou ve vesmíru sami. S objevem dalších planet v naší sluneční soustavě, skutečného rozsahu galaxie Mléčné dráhy a dalších galaxií mimo naši vlastní, se tato otázka jen prohloubila a stala se hlubší.
A zatímco astronomové a vědci dlouho tušili, že jiné hvězdné systémy v naší galaxii a ve vesmíru měly vlastní planety obíhající kolem sebe, bylo to teprve během několika posledních desetiletí, kdy byly nějaké pozorovány. Postupem času se metody detekce těchto „extrasolárních planet“ zlepšily a odpovídajícím způsobem se rozrostl seznam těch, jejichž existence byla potvrzena ( přes 4000 a počítání!)
Definice:
Extrasolární planeta (aka. exoplaneta) je planeta, která obíhá kolem hvězdy (tj. je součástí sluneční soustavy) jiné než naše vlastní. Naše sluneční soustava je pouze jednou z miliard a mnoho z nich má s největší pravděpodobností svůj vlastní systém planet. Již v šestnáctém století existovali astronomové, kteří předpokládali existenci extrasolárních planet.
Seznam potenciálně obyvatelných exoplanet dosud objevených v našem vesmíru. Kredit: phl.upl.edu
První zaznamenanou zmínku učinil italský filozof Giordano Bruno, raný zastánce koperníkovské teorie. Kromě toho, že podpořil myšlenku, že Země a další planety obíhají kolem Slunce (heliocentrismus), předložil názor, že stálice jsou podobné Slunci a jsou rovněž doprovázeny planetami.
V osmnáctém století učinil Isaac Newton podobný návrh v části „General Scholium“, která uzavírá jeho Zásady . Při srovnání s planetami Slunce napsal: „A pokud jsou stálice středy podobných systémů, budou všechny postaveny podle podobného návrhu a budou podléhat vláděJeden.'
Od dob Newtona byla učiněna různá tvrzení o objevech, ale všechny byly vědeckou komunitou odmítnuty jako falešně pozitivní. V 80. letech 20. století skupina astronomů tvrdila, že identifikovala nějaké extrasolární planety v blízkých hvězdných systémech, ale jejich existenci se jim podařilo potvrdit až o několik let později.
První objevy:
Jedním z důvodů, proč je tak obtížné odhalit extrasolární planety, je to, že jsou ještě slabší než hvězdy, které obíhají. Tyto hvězdy navíc vydávají světlo, které planety „smývá“ – tedy zakrývá je před přímým pozorováním. Výsledkem bylo, že první objev učinili až v roce 1992 astronomové Aleksander Wolszczan a Dale Frail.
Pomocí observatoře Arecibo v Portoriku dvojice pozorovala několik planet zemské hmotnosti obíhajících kolem pulsaru. PSR B1257+12 . Teprve v roce 1995 bylo provedeno potvrzení první exoplanety kolem hvězdy hlavní posloupnosti. V tomto případě pozorovaná planeta byla 51 Pegasi nar , obří planeta nalezená na čtyřdenní oběžné dráze kolem hvězdy podobné Slunci 51 Pegasi (přibližně 51 světelných let od našeho Slunce).
Zpočátku byla většina detekovaných planet plynní obři podobní nebo větší než Jupiter – což vedlo k termínu „ Super-Jupiter “se razí. Daleko nenaznačuje, že by plynní obři byli běžnější než kamenití (tj. Zemi podobné “), tato zjištění byla jednoduše způsobena tím, že planety velikosti Jupitera jsou jednodušeji detekovatelné kvůli jejich velikosti.
Keplerova mise:
Pojmenována po renesančním astronomovi Johannesu Keplerovi Vesmírná observatoř Kepler zahájila NASA 7. březnačt, 2009 za účelem objevování planet podobných Zemi obíhajících kolem jiných hvězd. Jako součást NASA Discovery Program , série relativně nízkonákladových projektů zaměřených na vědecký výzkum,KeplerPosláním bylo najít důkazy o extrasolárních planetách a odhadnout, kolik hvězd v naší galaxii má planetární systémy.
Spoléháním se na způsob detekce tranzitu (viz níže),KeplerPodrážka používala fotometr k neustálému sledování jasnosti více než 145 000 hvězd hlavní sekvence v pevném zorném poli. Tato data byla poté přenesena zpět na Zemi, kde byla analyzována vědci, aby hledali jakékoli známky periodického stmívání způsobeného extrasolárními planetami, které tranzitují (procházejí) před jejich hostitelskou hvězdou.
Počáteční plánovaná životnostKeplermise trvala 3,5 roku, ale výsledky přesahující očekávání vedly k prodloužení mise. V roce 2012 se očekávalo, že mise bude trvat do roku 2016, ale to se změnilo kvůli selhání dvou reakčních kol kosmické lodi, která se používají k nasměrování kosmické lodi. To znemožnilo sběr vědeckých dat a ohrozilo pokračování mise.
15. srpnačt, 2013, NASA oznámila že se vzdali pokusu opravit dvě neúspěšná reakční kola a podle toho upravili misi. Spíše než šrotKeplerNASA navrhla změnu mise na využitíKeplerk detekci obyvatelných planet kolem menších, slabších červených trpaslíků. Tento návrh, který se stal známým jakoK2' Druhé světlo “, byla schválena 16. květnačt, 2014.
TheK2mise (která trvala do ) se zaměřila spíše na jasnější hvězdy (např. hvězdy třídy G a K). Od 6. únoračt, 2021, astronomové potvrdili přítomnost 4 341 exoplanet ve 3 216 planetárních systémech, z nichž většina byla nalezena pomocí dat zKepler. Celkově vzato, kosmická sonda pozorovala přes 530 506 hvězd v průběhu své primární aK2misí.
V listopadu 2013 astronomové ohlásili (na základěKeplerdata vesmírné mise), že 1 z 5 hvězd Mléčné dráhy by mohly mít planety velikosti Země obíhající v jejich obyvatelných zónách – mezi 40 a 80 miliard . Dále odhadli, že 7 až 15 % těchto planet (průměrně 5,6 miliardy) obíhá kolem hvězd podobných Slunci – alias. hlavní sekvence žlutí trpaslíci typu G.
Diagram zobrazující obyvatelnou zónu Sluneční soustavy (horní řada) a v systému Gliese 581 (dolní řada), založený na práci Francka Selsis, Univ. z Bordeaux. Kredit: ESO
Obyvatelné planety:
První exoplaneta potvrzenaKeplermít průměrnou oběžnou vzdálenost, která ho umístila do obyvatelné zóny jeho hvězdy Kepler-22b . Tato planeta se nachází asi 600 světelných let od Země v souhvězdí Labutě a byla poprvé pozorována 12. května 2009 a poté potvrzena 5. prosince 2011. Na základě všech získaných údajů se vědci domnívají, že tento svět je zhruba 2,4 krát poloměr Země a má buď oceány, nebo vodnatý vnější obal.
Objev exoplanet také zintenzivnil zájem o hledání mimozemského života, zejména těch, které obíhají v obyvatelné zóně hostitelské hvězdy. Také známý jako „ zóna zlatovláska “, toto je oblast sluneční soustavy, kde jsou podmínky dostatečně teplé (ale ne příliš teplé), takže na povrchu planety může existovat kapalná voda (a tedy život).
Před nasazenímKepler, naprostá většina potvrzených exoplanet spadala do kategorie velikosti Jupiteru nebo větší. V průběhu svých misí všakKeplerpodařilo identifikovat přes 6000 potenciálních kandidátů , mnoho z nich spadá do kategorií velikosti Země nebo velikosti „Super-Země“. Mnohé z nich se nacházejí v obyvatelné zóně svých mateřských hvězd a některé dokonce kolem hvězd podobných Slunci.
A podle studie provedené společností Ames Research Center NASA , analýzaKeplerúdaje z mise naznačovaly, že asi 24 % hvězd třídy M může obsahovat potenciálně obyvatelné planety velikosti Země (tj. ty, které jsou menší než 1,6násobek poloměru Země). Na základě počtu hvězd třídy M v galaxii to samo o sobě představuje asi 10 miliard potenciálně obyvatelných světů podobných Zemi.
Mezitím analýzyK2fáze naznačují, že asi jedna čtvrtina větších zkoumaných hvězd může mít také planetu velikosti Země obíhající v jejich obyvatelných zónách. Dohromady pozorované hvězdyKeplertvoří asi 70 % těch, které se nacházejí v Mléčné dráze. Dá se tedy odhadnout, že jen v naší galaxii jsou doslova desítky miliard potenciálně obyvatelných planet.
Metody detekce:
Zatímco některé exoplanety byly pozorovány přímo pomocí dalekohledů (proces známý jako „ Přímé zobrazování “), naprostá většina byla detekována nepřímými metodami, jako je tranzitní metoda a metoda radiální rychlosti. V případě Tranzitní metoda (aka. Transit Photometry), planeta je pozorována při křižování cesty (tj. tranzitu) před diskem své mateřské hvězdy.
Když k tomu dojde, pozorovaná jasnost hvězdy o malé množství klesne. To může být použito k určení poloměru planety a někdy může umožnit zkoumání atmosféry planety pomocí spektroskopie. Trpí však také značnou mírou falešných poplachů a vyžaduje, aby se část oběžné dráhy planety protínala s přímkou viditelnosti mezi hostitelskou hvězdou a Zemí.
V důsledku toho se obvykle považuje za nutné potvrzení jinou metodou. Přesto zůstává nejpoužívanější metodou a je zodpovědná za více objevů exoplanet než všechny ostatní metody dohromady. ObaKeplerův vesmírný dalekohledaTESSbyly speciálně navrženy pro provádění tohoto druhu fotometrie (viz výše).
The Radiální rychlost (nebo Dopplerova metoda) zahrnuje měření radiální rychlosti hvězdy – tedy rychlosti, s jakou se pohybuje směrem k Zemi nebo od ní. Je to způsob detekce planet, protože když planety obíhají kolem hvězdy, mají gravitační vliv, který způsobuje, že se samotná hvězda pohybuje po své vlastní malé oběžné dráze kolem těžiště systému. Tato metoda má tu výhodu, že je použitelná pro hvězdy s širokým rozsahem charakteristik.
Jednou z jeho nevýhod však je, že nemůže určit skutečnou hmotnost planety, ale může pouze stanovit spodní limit této hmotnosti. Zůstává druhou nejúčinnější technikou používanou lovci exoplanet. Mezi další metody patří Variace načasování tranzitu (TTV) a Gravitační mikročočka . První se spoléhá na měření změn v časech tranzitu jedné planety, aby určil existenci ostatních.
Tato metoda je účinná při určování existence více tranzitujících planet v jednom systému, ale vyžaduje, aby existence alespoň jedné již byla potvrzena. V jiné formě metody může načasování zatmění v zákrytové dvojhvězdě odhalit vnější planetu, která obíhá obě hvězdy. Od února 2020 21 planet byly nalezeny touto metodou, zatímco mnohé další byly potvrzeny.
V případě gravitační mikročočky se to týká účinku, který může mít gravitační pole hvězdy, které působí jako čočka ke zvětšení světla vzdálené hvězdy v pozadí. Planety obíhající kolem této hvězdy mohou v průběhu času způsobit zjistitelné anomálie ve zvětšení, což naznačuje jejich přítomnost. Tato technika je účinná při detekci hvězd, které mají širší oběžné dráhy (1-10 AU) od hvězd podobných Slunci.
Existují i další metody, které – samostatně nebo v kombinaci – umožnily detekci a potvrzení více než čtyř tisíc exoplanet, zatímco dalších 5 742 kandidátů čeká na potvrzení. Z nich 1473 (34 %) byli plynní obři srovnatelní s Neptunem (podobný Neptunu), zatímco 1359 (31 %) byli plynní obři srovnatelní s Jupiterem (podobní Jupiteru).
Dalších 1340 (31 %) byly terestrické planety, které jsou několikrát hmotnější než Země (Super-Země), zatímco 163 bylo srovnatelných se Zemí, pokud jde o velikost a hmotnost (4 %). Bylo detekováno a potvrzeno dalších 6 exoplanet, které zůstávají neklasifikovány.
Nejblíže Zemi
Na 24. srpnačt, 2016 ESO potvrdila existenci kamenné exoplanety velikosti Země obíhající kolem Proximy Centauri, hvězdy typu M (červený trpaslík) nacházející se 4,25 světelných let daleko. Díky tomu je tato konkrétní exoplaneta, známá jako Proxima b, nejbližší exoplanetou k Zemi. Neméně důležitá je skutečnost, že se předpokládá, že obíhá v obyvatelné zóně Proximy Centauri.
Objev učinil Bledě červená tečka kampaň a tým astronomů pod vedením Dr. Guillem Anglada-Escudé z Queen Mary University of London. Na základě pozorování provedeného pomocí Vysoce přesný vyhledávač planet radiální rychlosti (HARPS) a Ultrafialové a vizuální Echelle (UVE) spektrografy v ESO Předseda observatoře a Velmi velký dalekohled .
Na základě údajů získaných kampaní Pale Red Dot a následných pozorování se odhaduje, že Proxima b je 1,2krát hmotnější než Země a mezi 1 až 1,3krát větší. Svou mateřskou hvězdu obíhá ve vzdálenosti zhruba 0,05 AU (7,5 milionu km; 4,6 milionu) a jeden oběh mu trvá pouhých 11,2 dne. Stejně jako mnoho kamenných planet obíhajících kolem hvězd typu M se má za to, že Proxima b je slapově uzamčena.
Vzhledem k chabé povaze hvězd typu M a jejich tendenci produkovat silné vzplanutí není jasné, zda by Proxima b mohla udržet atmosféru a kapalnou vodu na svém povrchu v průběhu času. Bylo provedeno mnoho studií a klimatických modelů, aby se určila pravděpodobnost, že Proxima b bude schopna podporovat život, ale žádný vědecký konsenzus se neobjevil.
Na jedné straně k tomu dospělo několik studií aktivita sluneční erupce od své hostitelské hvězdy by nevyhnutelně zbavit Proximu b její atmosféry a ozářit povrch. Mezitím další výzkum a modelování zjistily, že pokud má Proxima b a magnetické pole , do hustá atmosféra a spousta povrchová voda a oblačnost , šance, že to bude obyvatelné, jsou povzbudivé.
v ledna 2020 , tým astronomů pod vedením INAF oznámil možnou detekci druhé planety kolem Proximy Centauri (pomocí měření radiální rychlosti). Podle papír výzkumného týmu jejich měření ukázala přítomnost mini-Neptunu (Proxima c) obíhajícího kolem své mateřské hvězdy ve vzdálenosti 1,5 AU (~224,4 milionů km; ~139,4 milionů mil).
Podle června 2020 , tým astronomů z Texaské univerzity McDonaldova observatoř použitá měření radiální rychlosti shromážděnáHubble(před 25 lety) k potvrzení přítomnosti Proxima c. Jejich výzkum také zavedl přísnější omezení na hmotnost planety a oběžnou dobu, které se nyní odhadují na 0,8 hmotnosti Jupitera a ~ 1900 dní, v tomto pořadí.
v prosince 2020 , astronomové na Parkesův radioteleskop v Austrálii oznámili detekci „dráždivého“ rádiového signálu přicházejícího ze směru od Proximy Centauri. Signál byl zachycen mezi dubnem a květnem 2019 v rámci a Průlom Poslouchejte pozorovací kampaň. Tento signál, Průlomový kandidát na poslech 1 (BLC1), trvala 30 hodin a vykazovala řadu kuriózních rysů.
Například signálem byla extrémně ostrá úzkopásmová emise – na 982 megahertz (MHz) – která vypadala, že prochází posunem frekvence (aka. Dopplerův posun ). Podle různých astrofyziků je to v souladu s pohybujícím se zdrojem (tj. planetou obíhající kolem své hvězdy). Vědecká komunita však mezitím oznámila, že signál pravděpodobně nebude ničím jiným než výsledkem přírodních jevů.
Aktuální mise
Dne 18. dubnačt, 2018, NASA spustila Satelit pro průzkum tranzitujících exoplanet (TESS) do vesmíru. Tato mise účinně zachytila proraženou stezkuKepler, používající stejnou metodu, ale lepší přístroje k současnému sledování tisíců hvězd. Vybaven čtyřmi širokoúhlými dalekohledy a souvisejícími nabíjecí zařízení (CCD) detektory, TESS v současné době provádí první vesmírný průzkum tranzitujících exoplanet přes celou oblohu.
Primární mise TESS trvala dva roky – oficiálně skončila 5. červencečt2020 – následuje NASA ohlášením prodloužení o 27 měsíců 12. srpna . Během prvního roku své rozšířené mise bude TESS znovu pozorovat jižní ekliptickou polokouli (kterou sledovala během své primární mise) a dalších 15 měsíců monitorovat umění severní ekliptické polokoule a ~60 % ekliptiky.
Během své primární mise TESS naskenoval asi 75 % oblohy a prozkoumal 200 000 nejjasnějších hvězd v blízkosti Slunce, zda nevykazují známky tranzitujících exoplanet. K 6. únoru 2021 mise TESS detekovala celkem 2 487 exoplanet a potvrzeno 107 , od pozemských kandidátů po super-Jupitery.
Kromě toho Evropská kosmická agentura (ESA) Observatoř Gaia pokračovalo v monitorování přesných pozic, správných pohybů a drah více než 1 miliardy hvězd, planet, komet, asteroidů a kvasarů. Tato mise zahájila provoz v roce 2013 (stejný rok jako ESA Herschelův vesmírný dalekohled v důchodu) a jeho hlavním posláním bylo trvat pět let.
V současné době,Gaiaje v an rozšířila část svého poslání která potrvá do 31. prosinceSvatý2022, ačkoli se očekává další prodloužení do 31. prosinceSvatý, 2025. K dnešnímu dni je mise v nepřetržitém provozu 7 let, 1 měsíc a 18 dní a bude pokračovat v mapování vesmíru za účelem vytvoření největšího a nejpřesnějšího 3D vesmírného katalogu, jaký byl kdy vytvořen.
Hubbleův vesmírný dalekohled na oběžné dráze kolem Země. Kredit: NASA
Další misí na lov exoplanet, na kterou dohlíží ESA, je charakterizující ExOPlanets Satellite (CHEOPS), která odstartovala 18. prosince 2019 a je první misí malé třídy v ESA Kosmická vize vědecký program. Od nynějška do konce své primární mise (plánované na polovinu roku 2023) bude CHEOPS studovat známé exoplanety, aby získala přesnější odhady o jejich hmotnosti, hustotě, složení a formaci.
A samozřejmě je tu ctihodný Hubbleův vesmírný dalekohled , který je v provozu přes 30 let! Kromě hlubokých objevů, které změnily naše vnímání vesmíru kolem nás (jako je měření rychlosti kosmické expanze, vedoucí k teorii temné energie),Hubbletaké hrál zásadní roli při detekci a charakterizaci exoplanet.
Například na začátku své miseHubbledetekovali disky trosek kolem vzdálených hvězd (ze kterých se formují planety) a také planetární systémy, které byly v procesu formování. Mezitím archivy oHubbleůvminulá pozorování umožnila astronomům vrátit se zpět a najít důkazy o planetách procházejících před svými hvězdami a také poskytnout spektra, která umožnila charakterizaci atmosféry exoplanet.
Hubble 'Dlouholeté pozorování také pomohlo astronomům dozvědět se o rozmanitosti exoplanet a vytvořit současnou metodu pro jejich klasifikaci. K tomu všemu,Hubblenaučil astronomy hodně o rozmanitosti mateřských hvězd a o tom, jak mohou jejich vlastnosti ovlivnit obyvatelnost planety.
Budoucí mise
V nadcházejících letech bude do vesmíru vysláno několik vesmírných dalekohledů nové generace, které budou pomáhat při probíhajícím hledání obyvatelných exoplanet. Dne 31. říjnaSvatý, 2021, dlouho očekávaný NASA Vesmírný dalekohled Jamese Webba (JWST) bude vypuštěna do své pozice na Slunci-Zemi L2 Lagrangeův bod . Tato mise bude dosud největším a nejsofistikovanějším vesmírným teleskopem a jakmile bude na místě, bude muset projít složitou fází nasazení.
Pomocí své vysoce sofistikované infračervené (IR) sady a koronografů blokujících světloJWSTbude schopen detekovat exoplanety s nižší hmotností, které obíhají blíže ke svým hvězdám. Zde se očekává, že se najde většina kamenných planet podobných Zemi, které obíhají v obyvatelné zóně hvězdy (a jsou proto považovány za „potenciálně obyvatelné“).
Doposud existující vesmírné teleskopy nemají rozlišení nebo citlivost pro studium těchto planet pomocí přímého zobrazování. Stávající dalekohledy také nebyly schopny získat spektra z menších kamenných planet, když procházejí před svými hvězdami. Nicméně,JWSTpřístroje budou schopny určit chemické složení atmosfér exoplanet zkoumáním, které IR vlnové délky jsou absorbovány a/nebo vyzařovány.
K dispozici je také Římský vesmírný dalekohled Nancy Grace , nástupnická mise přezdívaná „Matka Hubblea“. Sloučení 2,4 metru (ft) primárního zrcadla s Širokoúhlý nástroj IR kamera, koronograf, spektrometr a velké zorné poleřímskývesmírný dalekohled bude schopen přinést stejnou ostrost obrazu jakoHubblena plochu oblohy 100krát větší.
ESA také připravuje řadu observatoří nové generace, jako je např PLAnetární tranzity a oscilace hvězd (PLATO) vesmírný dalekohled. Tato mise bude pozorovat až jeden milion hvězd pro přechody planet, pokusí se charakterizovat jejich atmosféry a charakterizovat hvězdy měřením jejich oscilací. Půjde o třetí misi střední třídy v programu Cosmic Vision ESA a její start je naplánován někdy v roce 2022.
Poté bude následovat čtvrtá střední mise Kosmické vize, známá jako Velký průzkum infračervené exoplanety s dálkovým průzkumem atmosféry (ARIEL). Tato mise, která odstartuje někdy v roce 2029, bude pozorovat nejméně 1 000 známých exoplanet, jak přecházejí před svými hvězdami, aby studovaly a charakterizovaly složení a tepelné struktury jejich atmosfér.
Existuje celý vesmír světů k objevování a my jsme sotva poškrábali povrch!
Universe Today má mnoho zajímavých článků o exoplanetách. Zde je Co vůbec znamená „jako na Zemi“ a mělo by to platit pro Proxima Centauri b? , Zaměření na kandidáty „Druhé Země“ v katalogu Kepler , Nová technika k nalezení exoplanet podobných Zemi , Potenciálně obyvatelná exoplaneta potvrzena kolem nejbližší hvězdy! , Planetární index obyvatelnosti nabízí méně „pozemský“ pohled při hledání života , Obyvatelné exoplanety podobné Zemi mohou být blíž, než si myslíme .
Pro více informací se podívejte Keplerdomovskou stránku v NASA. Stránka Planetární společnosti Exoplanety je také zajímavé, stejně jako Archiv exoplanet NASA – která je udržována pomocí Caltechu.
Astronomy Cast má epizodu na toto téma – Epizoda 2: Hledání jiných světů .
Prameny:
