Что такое планетарная система
Планетные системы
Планетная система — это система, в центре которой находится мощная звезда, оказывающее воздействие на все предметы солнечной системы, включая планеты, астероиды, кометы и многое другое.
Как и когда образовались планетные системы? В то время, когда образовывались и сами звезды. Считается, что планетные системы создаются из газо-пылевого облака, которое окружает звезду. Происходит это не само собой, а благодаря воздействию разных сил, таких как электромагнитные и гравитационные, что позволяет проводить конденсацию определенных участков этого облака.
На 2010-й год учеными было обнаружено порядка 393-х планетных систем. Однако это нельзя считать точным числом, так как технологии позволяют нам обнаруживать далеко не все системы, звезды и планеты, а лишь самых заметных представителей.
Уже сейчас существует мнение, что новые технологии позволят нам открыть гораздо больше планетных систем, чем сейчас. Это интересно, так как другие планетные системы в чем-то похожи на нашу, но в чем-то отличаются. В целом, множество и вариабельность строения разных систем ставит большое количество вопросов, ответы на которые, позволят нам ответить на вопросы строения и создания собственной планетарной системы.
Взаимодействие и происходящее в космосе «большая пьеса» открывает нам двери в удивительный мир создания нашей Вселенной, солнечной системы и других систем, таких как Андромеда. Это в свою очередь указывает нам на наши промахи в гипотезах или же наоборот, на правильные ответы на вечные вопросы.
Удивительно, но даже у такой отдаленной от обыденной жизни темы в скором времени может быть и практическое применение.
Многие планеты содержат в себе удивительные минералы, которые необходимы землянам. Понимая, как создавались те или иные планетные системы и все предметы, «населяющие» их — мы, вполне возможно, откроем для себя перспективы энергетического развития и связанную с этим огромную пользу.
Изучение космоса необходимо для улучшения науки и совершенствования технологий, а так же для огромной практической пользы в будущем.
Планетная система
Планетная система — система звезды и различных незвёздообразных астрономических объектов: планет и их спутников, карликовых планет и их спутников, астероидов, метеороидов, комет и космической пыли, которые вращаются вокруг общего барицентра, то есть центра масс. Совместно одна или несколько звёзд и их планетные системы образуют звёздную систему. Наша собственная планетная система, в которую входит Земля, вместе с Солнцем образует Солнечную систему.
Содержание
Происхождение и развитие планетных систем
Планетные системы вокруг звёзд типа Солнца обычно считаются сформировавшимися в ходе того же процесса, который привёл к образованию звёзд. Некоторые ранние теории использовали предположения о другой звезде, проходящей крайне близко к планетообразующей звезде и вытягивающей из него вещество, которое сливается и образует планеты. Но теперь известно, что вероятность такого сближения или столкновения слишком мала, чтобы считать эту модель жизнеспособной. Общепринятые современные теории доказывают, что планетные системы образуются из газо-пылевого облака, окружающего звезду. Под действием притягивающих сил (гравитационных и электромагнитных) происходит конденсация отдельных участков облака. Ввиду анизотропии газо-пылевого облака по плотности, составу и другим физическим свойствам, конденсация происходит в отдельных местах облака характеризующихся наибольшей плотностью.
Согласно ряду космогонических теорий, в значительной части внесолнечных планетных систем экзопланеты также делятся на внутренние твердотельные планеты, подобные нашим планетам земной группы, и внешние планеты, подобные нашим планетам-гигантам. Рассчитаны также иные устойчивые комбинации больших и малых планет на разных расстояних от своей звезды, которые теоретически возможны в планетных системах.
Планеты у пульсара PSR 1257+12 сравнимые по плотности с Землёй. Но появление жизни на них крайне маловероятно ввиду сильного радиационного излучения пульсара.
Обнаружены формирующиеся планетные системы вокруг планемо (коричневых карликов).
Планетная система
Связанные понятия
Обита́емая зо́на, зо́на обита́емости, зона жизни (англ. habitable zone, HZ) в астрономии — условная область в космосе, определённая из расчёта, что условия на поверхности находящихся в ней планет будут близки к условиям на Земле и будут обеспечивать существование воды в жидкой фазе. Соответственно, такие планеты (или их спутники) будут благоприятны для возникновения жизни, похожей на земную. Вероятность возникновения жизни наиболее велика в обитаемой зоне в окрестностях звезды (circumstellar habitable.
Упоминания в литературе
Связанные понятия (продолжение)
Звезда солнечного типа, звезда-аналог Солнца и двойник Солнца — это три категории звёзд, более или менее похожих на Солнце. Изучение этих звёзд весьма важно для лучшего понимания свойств Солнца, его уникальности или, наоборот, типичности среди других звёзд, а также возможности существования обитаемых планет у других звёзд солнечного типа.
Горячие юпитеры — класс планет с массой порядка массы Юпитера (1,9⋅1027 кг). В отличие от Юпитера, который находится на расстоянии 5 а. е. от Солнца, типичный горячий юпитер находится на расстоянии порядка 0,05 а. е. от звезды, то есть на один порядок ближе, чем Меркурий от Солнца и на два порядка ближе, чем Юпитер. Все известные горячие юпитеры — инозвёздные планеты.
Спектрально-двойной — называют систему двойных звёзд, если двойственность обнаруживается при помощи спектральных наблюдений. Обычно это системы, у которых скорости компонентов достаточно велики, а расположены они настолько близко, что увидеть их раздельно с использованием современных телескопов невозможно. В результате орбитального движения звёзд вокруг центра масс одна из них приближается к нам, а другая от нас удаляется, их лучевые скорости (вдоль направления на наблюдателя) неодинаковы и, как.
Планетная система
Резюме
Исторический
В настоящее время астрономы обычно считают все старые сообщения об обнаружениях ошибочными.
С 1990-х гг.
Физические характеристики
Тренировка и развитие
Жилая площадь
Методы обнаружения
Чтобы обнаружить планетные системы, мы должны обнаружить экзопланеты, вращающиеся вокруг звезды. Сделать это простым способом очень сложно по нескольким причинам:
До конца 2000-х годов единственными методами обнаружения были «косвенные» методы, поскольку они не обнаруживали напрямую фотоны, приходящие с планеты.
По радиальной скорости
Поскольку этот метод обнаружения более эффективен для высоких радиальных скоростей, обнаруженные таким образом экзопланеты обычно очень массивны и расположены очень близко к своей звезде.
Именно этим методом было обнаружено большинство внесолнечных планет.
Транзитом
Этот метод обнаружения основан на изучении светимости звезды. В самом деле, если он периодически меняется, это может происходить из-за того, что планета проходит впереди и частично скрывает ее во время астрономического транзита. Этот метод позволяет одновременно изучать состав атмосферы транзитной планеты.
Хотя изменение светимости звезды легче идентифицировать, чем изменение ее радиальной скорости, этот метод оказывается неэффективным с точки зрения количества обнаруженных планет по сравнению с суммой наблюдаемых звезд. Действительно, его можно использовать только в том случае, когда наблюдаемая звездная система расположена почти боком по отношению к Солнечной системе. Если рассматривать случайные ориентации планетных систем, геометрическая вероятность обнаружения этим методом обратно пропорциональна расстоянию между звездой и планетой. Мы [кто?] Оцениваем, что с помощью этого метода можно обнаружить 5% звезд с экзопланетами. Кроме того, астрономический транзит может быть редким явлением. Таким образом, в Солнечной системе транзиты Венеры и Меркурия можно наблюдать лишь иногда за столетие.
По астрометрии
Метод обнаружения с помощью астрометрии основан на обнаружении угловых возмущений траектории звезды. Поскольку эти возмущения ограничены, точность приборов измерения тока еще недостаточна для обнаружения планетной системы этим методом. Установка прибора Prima для интерферометрии на Очень Большом телескопе могла бы позволить обнаружение планетных систем этим методом.
По действию гравитационной микролинзы
В случае поиска экзопланет целевая планета, вращающаяся вокруг звезды-линзы, предоставляет дополнительную информацию, позволяющую определить ее массу и расстояние от звезды. Мы говорим о микролинзе, потому что планета не излучает света или излучает очень мало света.
Этот метод позволяет наблюдать звезды даже относительно небольшой массы, поскольку наблюдения не основаны на полученном излучении.
Прямой
В настоящее время прилагаются огромные усилия для улучшения адаптивной оптики, звездной коронографии и методов обработки изображений с целью создания очень контрастных астрономических изображений, способных обнаруживать экзопланеты размером с Землю.
Список пресловутых планетных систем
По состоянию на 23 февраля 2017 года было обнаружено 2688 планетных систем, из которых 603 являются множественными планетными системами и содержат около 3583 планет.
Образование планетных систем
До середины 90-х годов такая тема, как образование планетных систем, можно сказать, не существовала. Однако существовал другой сюжет: образование планетной системы, — поскольку в то время была известна единственная такая система во всей Вселенной — наша Солнечная система. В результате все усилия, которые и теоретиками, и наблюдателями направлялись на решение этой проблемы, были ориентированы на единственный объект во Вселенной, обитателями которого мы являемся.
Первые идеи о том, как могла сформироваться Солнечная система, были высказаны еще в XVII-XVIII веке. До сих пор эта общая идеология формирования планетной системы часто называется теорией Канта-Лапласа, по имени тех ученых, которые впервые более или менее её четко сформулировали. Это представление о том, что Солнечная система образовалась из газо-пылевого диска, который вращался вокруг Солнца. И в результате того, что этот диск становился все более плоским, он постепенно разбивался на фрагментики, которые в свою очередь превращались в планеты. В таком виде образование Солнечной системы представлялось до 50-х годов. В 50-е годы оно из образной фазы перешло в фазу более точного, более численного научного исследования.
Согласно идеям, высказанным Сафроновым, в газо-пылевом диске, который окружает молодую звезду, пылинки начинают постепенно слипаться между собой, превращаться во все более и более крупные тела, которые достигают сначала метровых, а потом километровых размеров. На этом этапе они приобретают специальное имя — планетезимали. Дальнейшая агломерация планетезималей приводит к тому, что в планетной системе образуются гигантские тела — планеты. При этом протосолнечная система по температурному режиму оказывается разделена на две области: ближе к звезде, там, где достаточно горячо из-за ее излучения, не могут конденсироваться льды, не могут конденсироваться в твердое вещество вода, аммиак, другие газы, поэтому там возможно образование только каменных планет. И, соответственно, эти планеты получаются менее массивными, потому что для их образования доступно меньше вещества. За снеговой линией возможна конденсация льдов, возможно образование более массивных тел, и там мы имеем массивные планеты — планеты-гиганты. Эта картина очень красиво описывает Солнечную систему. Мало того, что она объясняет, почему у нас 4 каменных планеты и 4 планеты-гиганта, она объясняет еще и химический состав пояса астероидов. Эта граница называется снеговой линией и в Солнечной системе проходит по поясу астероидов. И оказывается, что те астероиды, которые находятся внутри снеговой линии, действительно, менее богаты водой, водяным льдом, чем астероиды, которые находятся за снеговой линией, дальше от Солнца, чем это нужно для конденсации водяного льда.
Очень логичная и стройная картина существовала до 90-х годов, однако именно в этот период было сделано несколько открытий, которые прямо или косвенно затрагивали наше представление об образовании планет. Во-первых, это открытие пояса Койпера, во-вторых, открытие первых коричневых карликов, в-третьих, начало первых прямых наблюдений протопланетных дисков у других звезд, и, конечно, самое главное — это открытие внесолнечных планет.
Первая внесолнечная планета была открыта в 1995 году. Сейчас их число уверенно приближается к тысяче. И именно с открытием внесолнечных планетных систем мы начали понимать, что Солнечная система далеко не типична среди планетных систем в нашейГалактике. Нельзя сказать, что она имеет совершенно уникальные характеристики, но она, как минимум, представляет собой не единственный возможный вариант. Соответственно, теории, которые разрабатывались для объяснения существования Солнечной системы, нуждаются в каких-то поправках, поскольку они не способны объяснить все многообразие планетных систем, которые нам сейчас известны. Поэтому, начиная с середины 90-х годов, наши представления об образовании планет претерпели довольно-таки существенную эволюцию.
Основные новшества, которые пришлось ввести в уже существующие к 90-ым годам теории, связаны с тем, что среди внесолнечных планет оказалось очень большое количество так называемых горячих юпитеров. Это планеты-гиганты, массы которых иногда значительно превышают массу Юпитера и которые обращаются на очень небольшом расстоянии от своих звезд. У многих из них орбиты находятся ближе к их звездам, чем в Солнечной системе орбита Меркурия находится к Солнцу. Согласно прежним объяснениям, Юпитер должен образоваться далеко от Солнца, за снеговой линией. В новой ситуации мы имеем те же самые массивные планеты, но на расстояниях в сотые доли астрономической единицы от звезды. Традиционные представления объяснить данное явление были не в состоянии. Еще одна проблема, с которой пришлось столкнуться людям, которые занимаются изучением образования планет, — это обнаруженное с тех пор очень короткое время жизни протопланетных дисков. Благодаря тому, что мы умеем измерять возраст звезд, мы можем измерять возраст и протопланетных дисков у этих звезд. И оказывается, что протопланетные диски живут не более 10 миллионов лет. Тогда как в стандартном варианте, в варианте Сафронова, для образования планет требуются сотни миллионов лет. Такого времени у молодой планетной системы нет: планету нужно образовать за несколько млн. лет, потом диск просто прекращает существовать, рассеивается вещество протопланетного диска.
В настоящее время есть два подхода к образованию планетных систем. Один из них — это развитие подхода Сафронова, так называемая модель аккреции на ядро. Согласно этой модели, сначала образуется некая заготовка планеты, зародыш, каменное ядро, на которое потом аккрецирует газ, и образуется уже планета-гигант наподобие Юпитера, Сатурна или внесолнечных планет-гигантов. В этом случае существует проблема возраста, и люди, которые разрабатывают эту модель, сейчас пытаются каким-то образом ускорить этот модельный процесс, понять, как он может идти не сотни миллионов лет, а всего несколько миллионов лет.
Второй вариант связан с попытками объяснить образование планет в протопланетном диске тем же механизмом, который приводит и к образованию звезд — гравитационной неустойчивостью. Другими словами, если диск достаточно массивен и в нем достаточно много вещества, в нем могут образовываться какие-то неоднородности, которые будут сжиматься под действием собственной тяжести. Если они будут достаточно массивны, они будут падать внутрь себя, коллапсировать и превращаться в массивные планеты. У такого процесса нет проблемы возраста: гравитационная неустойчивость может приводить к тому, что планеты типа Юпитера будут образовываться за тысячу лет, за десять тысяч лет. Такое время образования планеты — мгновение даже по сравнению с небольшими возрастами протопланетных дисков. Но пока создателям этой модели не удается объяснить, каким образом сжимающееся вещество успевает остыть. Дело в том, что при сжатии вещество разогревается и эту избыточную энергию необходимо куда-то сбрасывать. Однако пока неизвестно, как этот сброс энергии может происходить так быстро. Именно поэтому в научной среде преимущество сейчас имеет первая, сафроновская теория образования планет, согласно которой образование планеты происходит в два этапа: образование каменного ядра, которое потом либо становится либо самостоятельной планетой земного типа, либо затравкой для планеты-гиганта: потом на него уже выпадает вещество из протопланетного диска и образуется планета-гигант.
Слипание пылинок на самом раннем этапе происходит под воздействием физических и химических сил, то есть, они просто прилипают друг к другу. На этом раннем этапе пылинки слишком малы, чтобы они могли гравитационно воздействовать друг на друга. Здесь есть такой интересный момент: на пылинках в межзвездной среде образуется ледяная мантия, которая состоит, в основном, из оксида углерода, воды и аммиака. Под воздействием излучения звезды в этой ледяной мантии могут происходить химические реакции, которые приводят к образованию более сложных органических соединении, которые имеют «липкие» свойства. То есть, пылинки могут обрастать такими органическими мантиями, благодаря чему они будут очень хорошо прилипать друг к другу, и это облегчит образование будущей планеты. Когда эти мега-пылинки вырастают до размеров порядка одного километра, между ними начинает действовать гравитация. Далее пылинки (планетезимали) начинают объединяться друг с другом за счет взаимного притяжения.
Исследования Солнечной системы: состояние и перспективы. Зеленый Л.М., Захаров А.В., Ксанфомалити Л.В. Успехи физических наук, том 179, стр. 1118–1140 (2009)
Изучение образования планетных систем связано с двумя трудностями. Во-первых, планетная система, которую мы знаем очень хорошо, — наша Солнечная система — существует уже четыре с половиной миллиарда лет. Мы не знаем, какие её свойства являются врожденными, а какие благоприобретенными. Другими словами, мы не знаем, что именно нам надо образовать, что сначала появилось, а что добавилось в Солнечную систему потом. Вторая трудность состоит в том, что нам пока очень сложно наблюдать другие планетные системы. Сегодня в этой сфере существуют очень значительные наблюдательные продвижения. Запускаются специальные космические телескопы, телескоп «COROT», телескоп «Кеплер», которые специально нацелены на поиск других планетных систем и, в первую очередь, на поиск планет, которые по своим свойствам были бы похожи на Землю. Второе продвижение связано с тем, что осенью 2011 года в Чили начал работать телескоп субмиллиметрового диапазона «ALMA», интерферометр, обладающий очень высоким угловым разрешением. С его помощью мы впервые получим возможность исследовать детальную структуру протопланетных дисков, тех объектов, из которых потом формируются планетные системы. Есть надежда, что благодаря «Альме» мы сможем впервые наблюдать в подробностях начало процесса образования планет, начиная от слипания пылинок и заканчивая образованием планетезималей. До этого мы не имели возможности детального изучения протопланетных дисков: смотрели на них только как на целое, но не знали, что происходит внутри, и вынуждены были догадываться об этом.