Die Menschheit erkannte ziemlich früh, dass es Sterne am Himmel gibt, und es gibt viele von ihnen. Dann wurde dieser Gedanke durch das Argument ergänzt, dass die Sterne unserer Sonne ähnlich sind oder zu einer Zeit ähnlich waren. Dann wurde klar, dass sich die Erde und andere Planeten um die Sonne drehen, und es stellt sich eine vernünftige Frage: "Warum können sich Planeten nicht um andere Sterne drehen?" Die Theorie sah kein Problem in der möglichen Existenz von Planeten außerhalb des Sonnensystems, aber die Wissenschaft braucht immer Fakten. Und im Laufe der Zeit wurden die Fakten gefunden.
Exoplanet
Was ist ein Exoplanet? Alles ist einfach unverschämt - dies ist ein Planet außerhalb des Sonnensystems, der sich um einen Stern dreht. Der Begriff wurde aus der Abkürzung Extra Solar Planet, dh Extrasolar Planet, gebildet. Aber seien Sie nicht verwirrt: Nicht alles außerhalb des Sonnensystems ist ein Exoplanet, es gibt auch Himmelskörper - Waisen, die sogenannten Planeten, die sich außerhalb der Umlaufbahn des Muttersterns durch den Weltraum bewegen.
Was sind die Exoplaneten? Sie sind sehr verschieden. Das Kepler-Weltraumteleskop beobachtete 8 Jahre lang nur zwei Sternbilder - Cygnus und Lyru -, fand jedoch etwa tausend Kandidaten für Exoplaneten. Wir haben 88 Sternbilder, und diese beiden haben noch etwas zu entdecken.
Es gibt also viele Exoplaneten, und sie sind unterschiedlich. Die Nachweismethoden, über die wir später sprechen werden, erlauben es uns nicht, die Zusammensetzung, Atmosphäre und Natur der entdeckten Planeten genau zu bestimmen. Was können wir sagen, wir können den Exoplaneten nicht einmal direkt sehen. Aber auch durch indirekte Zeichen und Daten kann eine Klassifizierung vorgenommen werden.
Die beiden Hauptklassen von Exoplaneten sind kleine Gesteinsplaneten und Riesenplaneten. Wenn wir diese Klassifizierung auf unser Sonnensystem anwenden, gehen Venus, Merkur, Erde und Mars zum ersten und Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun zum zweiten.
Jede der Klassen kann in mehrere Unterklassen unterteilt werden. Lassen Sie uns die grundlegendsten analysieren.
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Chthonischer Planet
Der chthonische Planet ist ein Gasriese, der schnell auf den Mutterstern fällt. In der Mitte des Gasriesen befindet sich ein kleiner dichter Nukleolus, der riesige Mengen gasförmiger Materie umgibt. Der Gasriese nähert sich allmählich dem Mutterstern und beginnt, seine Hülle zu verdampfen, bis ein Kern übrig bleibt.
Künstlerische Darstellung des Transits des chthonischen Planeten HD 209458b vor seinem Stern. Europäische Weltraumorganisation, Alfred Vidal-Madjar (Institut d'Astrophysique de Paris, CNRS, Frankreich) und NASA / wikimedia.org (CC BY 4.0)
Supererde
Das wichtigste und einzige Kriterium, nach dem ein Planet als Supererde eingestuft werden kann, ist seine Masse. Solche Planeten sind normalerweise mehrmals schwerer als die Erde, aber gleichzeitig viel kleiner als der Gasriese. Im Gegensatz zu den chthonischen Planeten wurden viele solcher Himmelskörper entdeckt, und 2007 fanden Astronomen die Supererde Gliese 581-c in der bewohnbaren Zone.
Gliese 581c Tyrogthekreeper / wikimedia.org (CC BY-SA 3.0)
Heißer Jupiter
Der Name des bekannten Planeten wird nicht versehentlich mit einem kleinen Buchstaben geschrieben. Der heiße Jupiter ist kein bestimmter Planet, sondern eine ganze Planetenklasse. Im Gegensatz zu unserem Gasriesen befinden sich heiße Jupiter fast in der Nähe des Muttersterns, der ihre Atmosphäre auf 1500 K erwärmt. Aufgrund einer Reihe von Merkmalen, insbesondere ihrer Größe, wurden viele heiße Jupiter entdeckt.
Kalter Jupiter
Zu dieser Klasse gehören der ursprüngliche Jupiter und Saturn - der kalte Jupiter befindet sich in einer solchen Entfernung vom Stern, dass er den größten Teil seiner Wärme von internen Prozessen und nicht von Strahlung erhält.
Eisriese
Wir haben auch solche Planeten in unserem System: Uranus und Neptun sind typische Vertreter von Eisriesen - Planeten mit einer großen Größe und Entfernung von ihrem einheimischen Stern. Aufgrund der Tatsache, dass die Strahlen solche Planeten schwach erwärmen, ist fast ihre gesamte Oberfläche von Eis gebunden, nicht nur von Wassereis, sondern auch von Methan und Schwefelwasserstoff.
Voyager 2 Bild von Neptun im August 1989. NASA / wikimedia.org (CC0 1.0)
Die Liste der Exoplanetenarten kann sehr lange fortgesetzt werden. Es gibt Ozeane Planeten, Kohlenstoff Planeten, heißer und kalter Neptun und vieles mehr. Aber wir werden darüber sprechen, wie sie entdeckt werden.
Methoden zum Nachweis von Exoplaneten
Lassen Sie uns ein einfaches Experiment machen. Irgendwie erheben Sie in einer warmen Sommernacht, vorzugsweise im Süden, in der Nähe des Äquators, den Blick zum Nachthimmel. Was wirst du sehen? Das stimmt, unzählige Sterne. Verschiedene Sterne - hell und nicht sehr hell, einsam und in Sternbildern. Aber praktisch jeder außer Merkur, Jupiter, dem Mond und vielleicht dem Mars wird Sterne sein.
Gleiches gilt für die Riesenteleskope in Observatorien. Die Sterne verstopfen aufgrund ihrer Größe und Strahlung fast vollständig den gesamten beobachtbaren Raum, und die Planeten, die mit sehr schwachem, reflektiertem Licht leuchten, sind vor ihrem Hintergrund einfach nicht sichtbar. Wenn es also irgendwo eine Zivilisation unseres Entwicklungsniveaus gibt, wird höchstwahrscheinlich die Anwesenheit von Jupiter und Saturn in der Nähe der Sonne vermutet, aber nicht mehr.
Aber Exoplaneten werden gefunden und sehr zuverlässig. Wir haben verschiedene Möglichkeiten, dies zu tun.
Am produktivsten ist die Transit- oder Transitphotometrie-Methode. Tatsache ist, dass jeder Stern einen Indikator wie Leuchtkraft hat. Grob gesagt ist Leuchtkraft das gesamte Licht, das ein Stern pro Zeiteinheit emittiert. Wenn jedoch ein Himmelskörper zwischen dem Teleskop des Beobachters und dem Stern verläuft, fällt die Leuchtkraft zum Zeitpunkt des Durchgangs ab. Und wenn dieser Vorgang regelmäßig wiederholt wird, bedeutet dies, dass sich der Planet um den Stern dreht. Diese Methode hat Vor- und Nachteile. Das Hauptplus ist die Fähigkeit, die Größe eines Exoplaneten zu bestimmen. Minus - um die Anwesenheit eines Planeten mit einer langen Umlaufzeit, wie z. B. Jupiter (12 Jahre), genau zu bestimmen, müssen Sie den Stern sehr lange beobachten.
Doppler-Methode. Die nach dem österreichischen Mathematiker Christian Doppler benannte Methode misst die spektrale Verschiebung eines Sterns unter dem Einfluss eines Planeten. Die Gesetze der Schwerkraft wirken in beide Richtungen, auch für uns, daher zieht uns nicht nur die Erde an, sondern auch die Erde. Ebenso in einem Paar Planetenstern. Die Rotation des massiven Exoplaneten verschiebt die radiale Radialgeschwindigkeit des Muttersterns, und die Instrumente zeigen, wie der Planet im roten Bereich des Spektrums und dann im Violett schwankt. Die Doppler-Methode ermöglicht es, zusammen mit der Transit-Methode die Dichte des Planeten zu bestimmen, aber auch hier - nur wenn er groß genug ist.
Gravitationsmikrolinse. Diese Methode ist an das Vorhandensein eines weiteren Sterns zwischen dem Teleskop des Astronomen und dem beobachteten Stern gebunden, der als Gravitationslinse fungiert. Wenn der Linsenstern jedoch einen eigenen Planeten hat, wird das Licht des beobachteten Sterns charakteristisch verzerrt.
Und schließlich ist der Exoplanet leicht zu sehen. Die Planeten selbst sind sehr schwache Lichtquellen, daher ist es mit dieser Methode sehr schwierig, terrestrische Himmelskörper zu erkennen. Die am wahrscheinlichsten zu erkennenden Objekte sind Riesen, die größer als Jupiter sind und weit genug vom Stern entfernt sind, um selbst Infrarotstrahlen zu emittieren.
Bis 2014 waren die Doppler-Methode oder die Radialgeschwindigkeitsmethode und die Transitmethode bei der Anzahl der entdeckten Exoplaneten führend. Dank des Flaggschiffs der Suche nach Exoplaneten - dem Kepler-Teleskop - ging die Transitmethode 2014 weit voran.
Eine interessante Tatsache: Die von Kepler erhaltenen Informationen sind so umfangreich, dass sie für jedermann frei zugänglich sind. So hat das Planet Hunters-Projekt bereits dazu beigetragen, drei Exoplaneten zu entdecken.
Die Möglichkeit des Lebens und die Aussichten auf Kolonialisierung
Natürlich interessieren sich normale Menschen weniger für heiße Neptune und Methoden zum Nachweis von Exoplaneten. Das Hauptinteresse der Öffentlichkeit ist die Möglichkeit des Lebens und der Besiedlung entfernter Himmelskörper.
Forplayday / bigstock.com
Insgesamt wurden im Juni 2017 3.614 Exoplaneten entdeckt. Von diesen ähneln sie der Erde - 216. Es gibt eine große Auswahl. Die vermeintliche Besiedlung und die Möglichkeit der Existenz von Leben sind jedoch durch eine Reihe von Parametern begrenzt.
Bewohnbare Zone
Irdische Astronomen sind es gewohnt, alles selbst zu messen, und haben das Konzept einer bewohnbaren Zone abgeleitet. Das Wesentliche des Konzepts ist, dass jeder Stern eine bestimmte Zone haben muss, in der die Planeten bewohnt werden können.
Die Hauptbedingung der bewohnbaren Zone ist das Vorhandensein von flüssigem Wasser. Daher muss der Planet nahe genug am Stern sein, damit das Wasser nicht gefriert, und weit genug, damit es nicht verdunstet. Um das Zentrum der bewohnbaren Zone zu berechnen, wurde sogar eine Gleichung abgeleitet, die wie folgt aussieht: dAU = √Lstar / Lsun, wobei d der durchschnittliche Radius der bewohnbaren Zone, Lstar die Leuchtkraft des Sterns und Lsun die Leuchtkraft der Sonne ist.
Laut der Universität von Puerto Rico gibt es 52 Planeten in der Liste der bewohnbaren Exoplaneten. Einer von ihnen ist der Mini-Erde-TRAPPIST - 1d, 21 mit der Erde vergleichbare Planeten und 30 Supererden.
Die Hauptkriterien sind Planetenzusammensetzung, Oberflächentemperatur, Größe und Atmosphäre. Die Planeten werden nach dem Grad der Ähnlichkeit mit der Erde bewertet, und es wurde sogar ein spezielles numerisches Kriterium abgeleitet, das aus allen oben genannten besteht. Wenn ein Planet im Ähnlichkeitsindex der Erde von 0,8 auf 1 steigt, kann er sicher in die Liste der potenziellen Kolonien aufgenommen werden. Treffen Sie also Ihre Wahl, meine Kolonisten!
Kepler-438b
Bis 2016 war er Rekordhalter für Ähnlichkeit mit der Erde. Sein ESI (Earth Similarity Index) beträgt 0,88. Der Planet selbst befindet sich 470 Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Lyra, und der Mutterstern von Kepler-438b ist nur halb so groß wie die Sonne. Der Planet selbst befindet sich in der bewohnbaren Zone des Sterns und übersteigt die Größe der Erde um 12%.
Proxima Centauri b
Der Heimatstern dieses Planeten ist Proxima Centauri, der der Sonne am nächsten liegt. Der Planet selbst befindet sich wie die Leuchte 4,22 Lichtjahre von uns entfernt. Laut dem Ähnlichkeitsindex gewinnt Proxima Centauri 0,85 und bleibt zuversichtlich an der Spitze.
TRAPPIST-1 d
Im Moment ist der vom Teleskop entdeckte Planet TRAPPIST unserer Heimat Erde am ähnlichsten. Es ist auch das dritte von seinem Mutterstern, das der Erde etwas unterlegen und in seiner Zusammensetzung sehr ähnlich ist. Die geschätzte Oberflächentemperatur beträgt +15 Grad Celsius.
Leider ist die Verfügbarkeit geeigneter Planeten für die Kolonisierung weit entfernt von der wichtigsten Barriere auf dem Weg der menschlichen Kolonisierung des Universums. Selbst nach Proxima Centauri b haben potenzielle Kolonisten mit aktuellen Technologien eine sehr, sehr lange Flugzeit. Und bis wir lernen, Entfernungen von mindestens 10 Lichtjahren effektiv zurückzulegen, ist es zu früh, um über die Eroberung von Exoplaneten zu sprechen.
Es gibt immer noch viele Variationen von Exoplaneten. Die größten Entdeckungen liegen jedoch noch vor uns - auf der Erde werden bereits ehrgeizige internationale Projekte vorbereitet, um riesige Teleskope und Weltraumobservatorien zu schaffen, die sehen können, was wir jetzt nicht finden können. Aber ich habe noch nicht erwähnt, dass Exoplaneten Satelliten haben.