Мы не нашли ничего похожего на Солнечную систему. Это урод в космосе? : ScienceAlert

С момента исторического открытия в 1992 году Две планеты, вращающиеся вокруг звезды за пределами нашей Солнечной системыИ Тысячи новых миров Они были добавлены в быстро растущий список «экзопланет». в Млечном Пути.

Мы многому научились из этого Обширный каталог инопланетных миров, вращающихся вокруг инопланетных звезд. Но есть одна маленькая деталь, которая бросается в глаза. Мы не нашли ничего похожего на нашу Солнечную систему.

Это привело некоторых к заключению, что наша родительская звезда и ее недра могут быть в некотором роде аномалиями — возможно, единственной планетной системой в своем роде.

В более широком смысле это может означать, что сама жизнь является аномалией; Условия, которые сформировали Землю и ее кору из самовоспроизводящейся химии, трудно воспроизвести.

Если вы просто посмотрите на цифры, перспективы мрачные. С большим отрывом самые многочисленные экзопланеты, которые мы идентифицировали до сих пор, относятся к типу, который, как известно, не способствует жизни: гиганты и субпланеты, газовые и, возможно, ледяные.

Большинство экзопланет, которые мы до сих пор видели, очень близко вращаются вокруг своих звезд, практически обнимая их; Так близко, что испепеляющие температуры были бы намного выше их известного обитаемого диапазона.

Вполне вероятно, что по мере того, как мы продолжим поиск, статистика сбалансируется, и мы увидим больше мест, которые напоминают нам о нашем собственном заднем дворе. Но проблема гораздо сложнее, чем просто смотреть на цифры. Экзопланетная наука ограничена возможностями наших технологий. Более того, наше впечатление об истинном разнообразии инопланетных миров рискует ограничить наше воображение.

То, что на самом деле находится в Млечном Пути и за его пределами, может сильно отличаться от того, что мы видим на самом деле.

ожидания и как их обмануть

Экзопланетная наука имеет историю подрыва ожиданий с самого начала.

«Если вы вернетесь в тот мир, в котором росли ребенком, мы знаем только об одной планетной системе». Об этом ScienceAlert сообщил планетолог Джонти Хорнер из Университета Южного Квинсленда.

Так что это было своего рода неявное предположение, иногда явное предположение, что все планетные системы будут такими. Вы знаете, у вас будут каменистые планеты рядом с очень маленькой звездой, и у вас будут газовые гиганты далеко от звезды, которая была очень большой. Вот какими будут планетарные системы».

Из-за этого ученым потребовалось некоторое время, чтобы идентифицировать экзопланету, вращающуюся вокруг звезды главной последовательности, такой как наше Солнце. Если предположить, что другие солнечные системы похожи на нашу, то для выявления контрольных признаков тяжелых планет, притягивающих свои звезды, потребуются годы, точно так же, как нашим газовым гигантам требуются годы, чтобы завершить свою орбиту.

Основываясь на таких длительных периодах одного измерения, кажется нецелесообразным просеивать относительно короткую историю наблюдений за таким количеством звезд, чтобы окончательно изучить собрата Солнечной системы на главной последовательности.

Когда они, наконец, посмотрели, это было Найденная ими экзопланета совсем не похожа на нее Чего они ждали: газовый гигант Половина массы (и вдвое больше объема) Юпитер Он вращается очень близко к своей родительской звезде, его год составляет 4,2 дня, а его атмосфера горит при температуре около 1000 градусов по Цельсию (1800 градусов по Фаренгейту).

С тех пор мы узнали, что эти планеты типа «Горячий Юпитер» вовсе не экзотика. Во всяком случае, они кажутся относительно обычными.

Теперь мы знаем, что в галактике гораздо больше разнообразия, чем то, что мы видим в нашей родной системе. Однако важно не предполагать, что то, что мы в настоящее время можем обнаружить, — это все, что может предложить Млечный Путь. Если и существует что-то похожее на нашу Солнечную систему, то очень вероятно, что оно находится за пределами наших возможностей обнаружения.

«Нам очень трудно найти такие вещи, как Солнечная система, сейчас они технологически немного превосходят нас», — говорит Хорнер.

«Очень маловероятно, что планеты земной группы будут захвачены в ходе каких-либо исследований, которые мы проводили до сих пор. Очень маловероятно, что вы сможете найти МеркурийИ ВенераЗемля и Марс вокруг звезды, подобной солнцу.

Как найти планету?

Давайте внесем полную ясность: стили Это мы используем для обнаружения невероятно умных экзопланет. В настоящее время существует два рабочих блока комплекта для обнаружения экзопланет: метод транзита и метод лучевой скорости.

В любом случае вам нужен телескоп, чувствительный к очень тонким изменениям в свете звезды. Однако сигналы, которые ищет каждый человек, не могут быть более разными.

Для метода транзита вам понадобится телескоп, который может удерживать звезду неподвижной в поле зрения в течение длительного периода времени. Вот почему такие инструменты, как спутник НАСА для исследования транзитных экзопланет (TESS), являются такой мощной электростанцией, способной зафиксировать часть неба для более 27 дней не прерываясь вращением Земли.

Вторжение в астрономию gif по одной экзопланете за раз! На этот раз с анимацией, показывающей метод транзита для обнаружения экзопланет. pic.twitter.com/2ZHv24DRTH

— Алисса Убертас (пародия) (AstroAlysa) 1 сентября 2021 г.

Цель этих типов телескопов — идентифицировать транзитный сигнал — когда экзопланета проходит между нами и ее звездой-хозяином, как небольшое облако, блокирующее часть солнечных лучей. Эти провалы в свете небольшие, как вы можете себе представить. Одной вспышки недостаточно, чтобы с уверенностью сделать вывод о существовании экзопланеты; Есть много вещей, которые могут приглушить свет звезды, и многие из них — одноразовые события. Многократные транзиты, особенно те, которые показывают регулярную периодичность, считаются золотым стандартом.

Поэтому в данных предпочтение отдается более крупным экзопланетам, расположенным с более короткими орбитальными периодами, ближе к своим звездам, чем Меркурий к Солнцу (некоторые намного ближе, на орбитах менее одной земной недели).

Если вы пропустили, моя гифка, показывающая, как обнаруживать экзопланеты с помощью метода радиальной скорости, теперь доступна в темном режиме! pic.twitter.com/P4yvXQVSUt

— Алисса Убертас (пародия) (AstroAlysa) 15 августа 2022 г.

Метод лучевой скорости обнаруживает колебания звезды, вызванные гравитацией экзопланеты, когда она колеблется на своей орбите. Видите ли, планетарная система на самом деле не вращается вокруг звезды, а скорее танцует в скоординированном перетасовывании. Звезда и планеты вращаются вокруг общего центра тяжести, известного как центр тяжести. для Солнечной системыЭто точка очень-очень близко к поверхности Солнца или сразу за его пределами, в основном из-за влияния Солнца ЮпитерКоторый более чем в два раза Масса всех остальных планет вместе взятых.

В отличие от транзитной вспышки, смещение положения звезды представляет собой непрерывное изменение, которое не требует постоянного наблюдения, чтобы его заметить. Благодаря этому движению мы можем обнаружить движение далеких звезд, вращающихся вокруг своих барионных центров. меняет свой свет Из-за так называемого эффекта Доплера.

По мере того, как звезда движется к нам, световые волны, идущие в нашем направлении, слегка сжимаются, приближаясь к более синему концу спектра; По мере удаления волны тянутся к красному концу. Регулярное «колебание» в свете звезды указывает на присутствие орбитального компаньона.

Опять же, данные имеют тенденцию отдавать предпочтение более крупным планетам, которые имеют более сильное гравитационное влияние, на более коротких орбитах и ​​ближе к своей звезде.

Помимо этих двух примечательных методов, иногда можно напрямую сфотографировать экзопланету, когда она вращается вокруг своей звезды. Хотя это очень трудно сделать, это может стать более распространенным В эпоху JWST.

По словам астронома Дэниела Бейлиса из Уорикского университета в Великобритании, такой подход позволил бы выявить почти противоположный класс От экзопланеты к разновидности короткой орбиты. Чтобы увидеть экзопланету, не будучи пораженным сиянием ее родительской звезды, два объекта должны были бы находиться на очень большом расстоянии друг от друга. Это означает, что метод прямой визуализации отдает предпочтение планетам на относительно длинных орбитах.

Тем не менее, более крупные экзопланеты все еще можно легко обнаружить с помощью этого метода по очевидным причинам.

«У каждого метода обнаружения есть свои предубеждения, — объясняет Бейлисс.

Он добавляет, что Земля с годовым кольцом вокруг Солнца расположена между двумя концами орбитальной орбиты, которую предпочитают различные методы обнаружения, поэтому «по-прежнему очень трудно найти планеты с годовой орбитой».

Что там?

До нынешнего момента, Самая многочисленная группа Из внешних планет есть класс, даже не представленный в Солнечной системе. Это Малый Нептун — покрытые газом экзопланеты меньше Нептуна и больше Земли.

Большинство подтвержденных экзопланет находятся на орбитах, намного короче земных; Фактически, более половины из них имеют период обращения менее 20 дней.

Мы обнаружили, что большинство экзопланет вращаются вокруг одиночных звезд, таких как наше Солнце. Менее 10 процентов в многозвездных системах. после мБольшинство звезд Млечного Пути являются членами множественных звездных систем, по оценкам, до 80 процентов находятся в партнерстве, вращаясь вокруг по крайней мере еще одной звезды.

Подумайте об этом на мгновение. Означает ли это, что экзопланеты чаще встречаются вокруг одиночных звезд или что экзопланеты вокруг нескольких звезд обнаружить труднее? Наличие более чем одного источника света может искажать или маскировать очень похожие (но гораздо меньшие) сигналы, которые мы пытаемся обнаружить от экзопланет, но это также может быть причиной, по которой мультизвездные системы каким-то образом усложняют формирование планет.

И это снова возвращает нас домой, в нашу Солнечную систему. Как бы странно ни звучал этот дом в контексте всего, что мы нашли, он может быть вовсе не необычным.

«Я думаю, будет справедливо сказать, что на самом деле в нашей Солнечной системе отсутствуют очень распространенные типы планет», — говорит Бейлисс.

«Суперпланеты, которые немного похожи на Землю, но в два раза больше по радиусу, и у нас нет ничего подобного. У нас нет этих маленьких Нептунов. Поэтому я думаю, будет справедливо сказать, что есть некоторые очень распространенные планеты, которых мы не знаем. т увидеть в нашей Солнечной системе.

«Теперь, независимо от того, делает ли это нашу солнечную систему редкой, я думаю, я бы не стал заходить так далеко. Потому что там может быть много других звезд, у которых есть куча планет типа солнечной системы, которых мы не видели. пока что.»

О том, чтобы узнать

Первые экзопланеты были обнаружены всего 30 лет назад и вращаются вокруг точки A. пульсар, звезда совершенно не похожая на нашу. С тех пор технологии улучшились незаметно. Теперь, когда ученые знают, что искать, они могут изобретать все более и более совершенные способы находить это вокруг большего количества звезд.

И по мере развития технологий растет и наша способность находить все меньшие и меньшие миры.

Это означает, что экзопланетная наука может оказаться на грани открытия тысяч миров, скрытых от нашего нынешнего взгляда. Как указывает Хорнер, в астрономии больше мелких вещей, чем больших.

Красные карлики — прекрасный тому пример. Это самый распространенный тип звезд в Млечном Пути, и они очень маленькие, их масса составляет примерно половину массы Солнца. Оно такое маленькое и слабое, что мы не можем увидеть его невооруженным глазом, но оно ответственно за до 75 процентов из всех звезд галактики.

Прямо сейчас, когда дело доходит до статистического понимания экзопланет, мы работаем с неполной информацией, потому что есть типы миров, которые мы не можем видеть.

Это обязательно изменится.

«У меня непреодолимое чувство, что если бы вы вернулись на 20 лет назад, вы бы посмотрели на эти заявления о том, что мини-Нептуны являются наиболее распространенным типом планет, с таким же скептицизмом, как если бы вы оглянулись на заявления начала 1990-х годов, которые она сказала вам. Вы получите каменистые планеты только рядом со звездой», — сказал Хорнер ScienceAlert.

«Теперь я могу оказаться неправым. Так работает наука. Но я думаю, что когда мы дойдем до точки, где мы сможем открывать вещи размером с Землю и меньше, мы обнаружим, что есть больше вещей размером с Землю». Земли и меньше, чем есть вещи размером с Нептун».

И, возможно, мы обнаружим, что наша причудливая маленькая планетная система со всеми ее причудами и чудесами не единственная во Вселенной.