http://grani.ru/Society/Science/m.150264.html

Открыта планета массой в две Земли

Так художник представляет себе планетную систему Gliese 581. Изображение ESO/L.Calçada с сайта www.eso.org

Знаменитый первооткрыватель экзопланет Мишель Мейор (Michel Mayor) из Женевской обсерватории (l'Observatoire de Genève) в Швейцарии объявил во вторник об обнаружении самой легкой из всех известных планет за пределами Солнечной системы. Доклад был сделан на пресс-конференции в рамках Европейской недели астрономии и космических наук (European Week of Astronomy & Space Science), которая проходит сейчас в британском Хартфордширском университете (University of Hertfordshire). Речь в данном случае, конечно, идет лишь о планетах возле "нормальных" звезд, открытия которых способны заинтересовать даже далеких от науки людей, поскольку они могут служить местом обитания привычной нам жизни. Нужно отметить, что у "мертвых звезд" - пульсаров - зарегистрированы и более мелкие, чем наша Земля, спутники, однако с ними (по понятным причинам) никто не связывает никаких перспектив поиска внеземной жизни и разума.

Новый рекордный объект, масса которого может быть меньше двух масс Земли, находится в успевшей уже прославиться звездной системе Gliese 581 на расстоянии двадцати с половиной световых лет от нас в созвездии Весов. Название и номер звезды даются по "Каталогу ближайших звезд" (Gliese Catalogue of Nearby Stars), составленному немецким астрономом Вильгельмом Глизе (Wilhelm Gliese, 1915-1993). По своей массе эта звезда в три раза уступает нашему Солнцу. Экзопланета получила обозначение "e", поскольку это уже четвертая по счету планета в данной звездной системе. Международной научной группе, состоявшей из ученых европейских стран (Швейцарии, Франции и Португалии), удалось уточнить заодно и орбиту планеты Gliese 581d, впервые обнаруженной в 2007 году, с уверенностью "поместив" ее в пределах так называемой "зоны жизни" (или "обитаемой зоны"), где могут в открытом виде существовать океаны жидкой воды. Новые открытия явились итогом более чем четырехлетних наблюдений с использованием спектрографа HARPS, получившего признание в качестве самого успешного в мире "охотника за маломассивными планетами". Этот инструмент установлен на 3,6-метровом телескопе Южной европейской обсерватории (ESO) Ла Силла (La Silla Observatory) в Чили. Соответствующая публикация ("The HARPS search for southern extra-solar planets: XVIII. An Earth-mass planet in the GJ 581 planetary system", by Mayor et al., 2009) запланирована в журнале "Астрономия и астрофизика" (Astronomy & Astrophysics), однако с препринтом данной статьи можно ознакомиться уже сейчас, скачав его по данному адресу (PDF).

"Безусловно, "Чашей Грааля" для всех исследователей экзопланет можно считать обнаружение планеты, похожей на Землю и находящейся в пределах "пояса жизни" - то есть там, где на поверхности планеты должна существовать вода в жидком виде", - говорит Мишель Мейор. Однако планета Gliese 581e, к сожалению, расположена слишком близко к своей звезде - красному карлику спектрального класса М. Один оборот она делает всего за 3,15 суток. "При этом вес планеты может всего в 1,9 раза превышать массу Земли, что делает ее самой маломассивной экзопланетой из всех, ныне обнаруженных. Скорее всего, это твердая каменистая планета ", - поясняет соавтор Мейора из Франции - Ксавье Бонфис (Xavier Bonfils) из Гренобльской обсерватории.

За годы, прошедшее с момента открытия первой внесолнечной планеты Мишелем Мейором и Дидье Кело (А Кело также участвует в нынешних исследованиях), астрономы сумели разными методами обнаружить уже свыше трех сотен подобных объектов. Однако подавляющее большинство известных нам экзопланет сравнимо по своей массе с Юпитером или даже превосходит его. Это газовые гиганты, причем зачастую расположенные очень близко к своей звезде (так называемые "горячие юпитеры"). Только с недавнего времени астрономы стали объявлять об открытиях планет сравнительно небольшой массы и размеров (менее 10 земных масс), вероятно, силикатных по своему основному составу. Их стали называть "суперземлями" (super-Earths).

В 2005 году в звездной системе Gliese 581 была обнаружена планета, в 16 раз массивнее Земли ("горячий Нептун"). Она не только излишне массивна, но и находится совсем близко к звезде (чуть дальше e). А в апреле 2007 года появилось сообщение об открытии у Gliese 581 двух маломассивных и достаточно удаленных от звезды планет, масса которых оценивается в 5 и 7 масс Земли (нужно отметить, что это лишь минимальные оценки, а реальную массу каждой из экзопланет можно узнать только после нахождения угла наклона орбитальной плоскости относительно земных наблюдателей). Учитывая расстояние, отделяющее планеты от родительской звезды, Gliese 581c и Gliese 581d оказались самыми первыми кандидатами в обитаемые планеты из всех, известных человечеству.

"Поразительно, как далеко нам удалось продвинуться за последние 14 лет, отделяющих нас от открытия первой экзопланеты у нормальной звезды в 1995 году, - говорит Мейор. - Масса Gliese 581e в 80 раз меньше, чем у 51 Pegasi b. И это гигантский прогресс".

На иллюстрации:
Уточнение параметров орбиты планеты Gliese 581d, открытой в 2007 году, позволило показать, что она находится в пределах обитаемой зоны и на ее поверхности вполне могут существовать океаны жидкой воды. Эта диаграмма показывает дистанцию, отделяющую планеты в Солнечной системе (верхний ряд) и в системе Gliese 581 (нижний ряд) от своих звезд (слева). Обитаемая зона помечена синим цветом (на основе диаграммы Фрэнка Сельзи, см. ниже). Изображение с сайта www.eso.org

В том же журнале "Астрономия и астрофизика" уже был опубликован целый ряд теоретических исследований, касающихся перспектив появления жизни в планетной системе Gliese 581. Две европейско-американские группы ученых, возглавляемые французом Фрэнком Сельзи (Franck Selsis) первая и немцем Вернером фон Блохом (Werner von Bloh) вторая, изучили возможность существования жизни на двух свеженайденных "суперземлях" с разных точек зрения. Оценивалось прежде всего расположение границ обитаемой зоны у Gliese 581 - то есть насколько близко и насколько далеко от этой звезды может существовать вода в жидком виде на поверхности планеты. Если планета расположена слишком близко к своей звезде, то вся вода на ней превращается в пар, и земные формы жизни на ней существовать не могут. Это внутренняя граница обитаемой зоны. Внешняя граница соответствует расстоянию, на котором газообразный CO₂ (углекислый газ) уже не способен обеспечить проявление достаточно сильного парникового эффекта, требуемого для разогрева поверхности планеты. Вся вода там замерзнет. Основная проблема в подобном моделировании заключается в невозможности точно оценивать размеры и роль облачности (с таким же ограничением сталкиваются и земные климатологи). Для нашего Солнца внутренняя граница располагается где-то от 0,7 до 0,9 астрономической единицы (т.е. среднего расстояния от Земли до Солнца, это примерно 150 миллионов километров), а внешняя граница - это 1,7-2,4 а.е. (точнее указать ее пока не получается). На иллюстрации внизу приводятся границы обитаемой зоны вокруг Солнца в сравнении с Gliese 581 в соответствии с вычислениями групп Фрэнка Сельзи и Вернера фон Блоха.

На иллюстрации:
Границы обитаемой зоны для Gliese 581, полученные двумя группами планетологов.
В верхней части показаны современные границы обитаемой зоны у Солнца. Красная кривая в правой части очерчивает лишь самый критичный внешний предел. Фактическая внешняя граница расположена где-то между 1,7 и 2,4 а.е.
Средняя часть иллюстрации демонстрирует пределы обитаемой зоны Gliese 581, вычисленной в соответствии с моделями атмосферы от Сельзи и др.
Внизу - границы зоны возможного фотосинтеза, определенные в согласии с геофизическими моделями от фон Блоха и др. (границы были вычислены для нескольких возможных возрастов планетной системы Gliese 581 (5, 7 и 9 млрд лет), самое вероятное значение - 7 млрд лет). Фиолетовые полосы, окружающие планеты Gliese 581 c и d, иллюстрируют переменное расстояние до звезды, обусловленное вытянутостью орбит. Изображение: Astronomy & Astrophysics

Повышенный интерес к вопросу о возможности существования жизни у Gliese 581, кроме всего прочего, связан с тем, что эта звезда является красным карликом - то есть принадлежит к самой многочисленной когорте звезд в нашей Галактике. "Мелкие" красные карлики спектрального класса M составляют примерно 75% всех звезд. Они чрезвычайно долговечны (могут прожить десятки миллиардов лет - гораздо дольше нашего Солнца), достаточно стабильны и "работают" на привычном водородно-гелиевом цикле (расходуя свое ядерное "горючее" наиболее экономно). Находить экзопланеты у красных карликов, отслеживая колебания этих звезд при гравитационном взаимодействии с планетами по доплеровскому смещению характерных спектральных линий, значительно проще (из-за их небольшой массы). И если еще совсем недавно М-звезды рассматривались в качестве весьма сомнительных кандидатов на роль колыбели для внеземной жизни, то теперь все меняется. Конечно, то, что планеты, находящиеся в обитаемой зоне таких красных карликов, обращены к звезде всегда одной и той же стороной (результат длительного приливного взаимодействия со своим светилом), сказывается на их климате далеко не лучшим образом (перегрев с одного бока, переохраждение с другого, ураганные ветры и т.д.). Близким планетам к тому же грозят магнитные бури, потоки рентгеновского и ультрафиолетового излучения, особенно во времена затянувшейся звездной юности, когда планеты размером с Землю запросто могут лишиться своей атмосферы в момент вспышки. Однако недавние теоретические исследования показали, что на самом деле все не так уж и плохо и окружающая среда возле М-звезд все-таки не является непреодолимым препятствием для возникновения жизни.

Важно отметить, что уточненный орбитальный период для планеты d (то есть длительность местного года) теперь составил 66,8 суток, планета "приблизилась" к своей звезде. В пресс-релизе говорится о том, что там могут существовать даже обширные незамерзающие океаны. В любом случае, условия на планете d должны очень сильно отличаться от того, с чем мы сталкиваемся на Земле (в первую очередь, из-за гравитации, сила которой многократно превышает земную), но жизнь там появиться может.

Источники:
Lightest exoplanet yet discovered
The HARPS search for southern extra-solar planets: XVIII. An Earth-mass planet in the GJ 581 planetary system

Ссылки:
Легкая и мокрая, но не Земля
Найдена экзопланета почти земной массы
Есть ли жизнь на Gliese 581d?
Экзопланеты
Habitable planets around the star Gl 581? - arXiv.org
The habitability of super-Earths in Gliese 581 - arXiv.org
Dynamical evolution of the Gliese 581 planetary system - arXiv.org

22.04.2009 23:00

Максим Борисов

Полная версия

Справка

Способы обнаружения экзопланет

Для поиска экзопланет используется несколько различных способов, одни из них более востребованы в научной практике, другие - менее. Первоначально, в 1991 году, астроному польского происхождения Александру Вольшчану по вариациям в излучении пульсаров удалось обнаружить присутствие совсем небольших планет у мертвых нейтронных звезд. Масса крупнейших из этих планет примерно в четыре раза превосходила массу Земли, а самые мелкие уступали в этом смысле любой планете Солнечной системы. Все это были заведомо безжизненные миры, не представляющие никакого интереса с точки зрения поиска там какого-либо разума.

Затем с помощью сверхточной доплеровской спектроскопии ученые научились измерять небольшие смещения характерных спектральных линий различных элементов в спектрах звезд, вызванные воздействием гравитации вращающихся вокруг них планет-гигантов. Первая такая планета была обнаружена в 1995 году у 51 Пегаса швейцарско-французской группой астрономов из обсерватории Женевского университета во главе с Мишелем Мейором и Дидье Кело (это открытие, несомненно, достойно Нобелевской премии). "Рывки" звезд приводят к тому, что спектральные линии немного сдвигаются то в красную, то в фиолетовую область спектра. Моделирование позволяет при необходимости выявлять присутствие сразу нескольких планет, заставляющих родительскую звезду выписывать замысловатые "кренделя" в пространстве, высчитать их удаленность от светила, периоды обращения и другие параметры орбит. Этот метод регистрации экзопланет до сих пор остается едва ли не самым востребованным, однако он не лишен серьезных недостатков: так, неясно, как плоскость орбиты системы повернута к земному наблюдателю, поэтому обычно получают лишь нижнюю оценку масс. К тому же метод более чувствителен к крупным объектам и планетам, имеющим чрезвычайно короткие периоды обращения ("горячим юпитерам").

Третий путь открылся вместе с точными астрометрическими наблюдениями. Принцип во многом схож с доплеровской спектроскопией, однако при этом ведется уже поиск периодических колебаний в позиции родительской звезды на небесной сфере, а не радиальной скорости. Этот метод, вообще говоря, обладает еще меньшей чувствительностью и большинством недостатков, присущих способу номер два, однако позволяет при этом регистрировать весьма удаленные спутники звезд и замечать колебания светил в системах, наблюдаемых не "с ребра", а "с макушки" (т.е. обойденных при использовании второго метода). К сожалению, новых подтвержденных открытий планет этот метод еще не принес, но зато удалось уточнить массу некоторых обнаруженных ранее экзопланет.

Сравнительно недавно в ход пошел четвертый способ, набирающий теперь популярность не только среди астрономов-профессионалов, но и среди любителей: фотометрические измерения прохождений искомых планет по диску звезды (при удачном стечении обстоятельств он позволяет обойтись даже весьма скромными инструментами). Транзитные "мини-затмения" позволяют получить записи кривых интенсивности звездного излучения и таким образом восстановить информацию не только о массе, но и о размерах затмевающего тела (и даже о его форме). А зная массу и диаметр планеты, можно оценить ее среднюю плотность и таким образом высказывать обоснованные предположения об общем составе. Специфика транзитного метода - в периодическом отслеживании поведения большого числа звезд. У некоторых из этих звезд могут найтись близкие и достаточно крупные планеты, причем с подходящими орбитами, повернутыми к нам "ребром".

Еще один метод - метод гравитационного микролинзирования - связан с известными предсказаниями теории относительности. Массивный гравитирующий объект искажает пространство и искривляет проходящие рядом с ним световые лучи (например, от фоновой звезды), тем самым "выдает" себя. Данный метод применим даже в случае сравнительно небольших объектов, однако он также требует непрерывного слежения за многочисленными звездами-кандидатами, да к тому же сами события линзирования в принципе не повторяются (т.е. возникают сложности при необходимости подтвердить открытие и уточнить параметры планетной орбиты). Наличие планеты, собственно, выявляют по кривой блеска - на ней в "час X" наблюдается дополнительный "пик". Методом микролинзирования были открыты, в частности, самые мелкие планеты, так называемые "суперземли", чья масса отличается от земной менее чем на порядок.

Наконец, несколько лет назад (с появлением орбитальных и крупнейших наземных телескопов, снабженных адаптивной оптикой) открылась и еще одна возможность - улавливать свет (инфракрасное излучение) от инозвездной планеты самым непосредственным образом. Можно либо обнаружить специфическую "примесь" в спектре звезды, либо даже разрешить саму планету. К сожалению, планеты эти зачастую столь гигантские, что мало чем отличаются от маленьких "неудавшихся" звезд - коричневых (иначе говоря, бурых) карликов. Их родительские звезды тоже довольно скромны по размерам (ведь только в лучах совсем небольшого светила планета имеет шанс "не потеряться"). Сами такие открытия оставались спорными - за планету могли принять и коричневого карлика, и фоновую звезду... Тем не менее, ситуация постепенно меняется к лучшему. А в конце 2008 года случился настоящий прорыв в этих исследованиях. Удалось сфотографировать сравнительно небольшую планету у вполне "нормальной" звезды, да еще и в оптическом, а не в инфракрасном диапазоне.

04.04.2009