Экзопланеты

Размещено на http://www.allbest.ru/

Экзопланеты

Введение

Двойники Земли или экзопланеты.

Двойник Земли  -- гипотетическая экзопланета земного типа, которая лежит в пределах обитаемой зоны звезды, и по размерам, массе и температурному режиму примерно соответствует Земле. Такие планеты представляют огромный интерес, как возможное будущее место обитания для человечества, поскольку эти планеты потенциально могут быть пригодны для жизни и по климату могут быть похожи на Землю (на них не очень жарко и не слишком холодно). Подробное изучение данных планет очень важно.

Учёные предполагают, что в нашей галактике находится более 40 млрд. планет размером с Землю. Каждая из них вращается вокруг звезды, подобной Солнцу. Точное число таких планет неизвестно, но данные про распространённость таких планет будут учитываться в формуле Дрейка, и могут сказать про возможную распространённость жизни во Вселенной. Согласно гипотезе уникальной Земли, двойники Земли -- планеты очень редкие, и ещё более редки планеты, пригодные для жизни.

Влияние температурного режима на жизнь на планете. На ряду крупных недавно открытых планет сложная жизнь сможет существовать в 50 раз дольше, чем ей осталось на Земле. Исследователи из США и Великобритании смоделировали, насколько отличаются температурные режимы землеподобных планет в зоне обитаемости на протяжении их жизни. В результате выяснилось, что чем больше планета, тем дольше на ней может поддерживаться жизнь. Если на Земле сложная жизнь закончится через, самое большое, 1,35 миллиарда лет, то на типичной крупной экзопланете у красного карлика она может существовать более 60 миллиардов лет.

Учёные рассчитали температурный режим для твёрдых планет размером от 0,5 радиуса Земли (~Марс) до 2,0 радиуса Земли (в нашей системе таких нет, но в других их много). Чем больше планета, тем дольше в ней удерживается внутреннее тепло от распада радиоактивных элементов в её ядре. Этого тепла хватает, чтобы держать активными вулканические процессы, постоянно доставляющие углекислый газ наверх, в атмосферу. [Приложения 1.1, 1.2]

1.Значение размера планеты

планета звезда температурный

На планетах важнейший парниковый газ поддерживает сравнительно высокую температуру, и чем больше планета, тем более сильный парниковый эффект он даёт ей.

Однако разные размеры планет имеют значение не только для их обитаемости в период молодости. Оказалось, что чем больше планета, тем дольше на ней может существовать жизнь. По мере старения звезды её светимость постепенно растёт. Она влияет на углеродный цикл -- чем жарче на планете, тем быстрее её горные породы связывают углекислый газ из её атмосферы. По расчётам учёных, для Земли это кончится плохо. Через 830 миллионов лет станет так мало, что все деревья погибнут. Часть из травянистых растений может жить при малом количестве , поэтому на некоторое время они переживут деревья, но через 1,35 миллиарда лет погибнут и они. За ними вымрут все животные с людьми.

2.Сравнение продолжительности жизни на земле и на крупных землеподобных планетах

Однако на более крупных планетах всё будет иначе. Там тёплые недра дольше смогут поддерживать большое количество в воздухе. Будь на месте Земли планета вдвое больше неё, деревья там протянули бы на 140 миллионов лет дольше, чем они смогут просуществовать на нашей Земле, а высшие растения в целом -- на 40 миллионов лет дольше.

Особенно повезло тем крупным планетам, что вращаются вокруг долгоживущих звёзд -- красных карликов. Поскольку планета GJ 667Cc в 1,54 раза больше Земли, то время её обитаемости должно быть не ниже 67 миллиардов лет. Для Земли в Солнечной системе общее время обитаемости не может быть более 6,23 миллиарда лет, то есть в десять с лишним раз меньше.

Работа учёных впервые детально учитывает влияние размера планеты на содержание в её атмосфере. Благодаря этому она, также впервые, показывает, что целый ряд известных экзопланет, ранее считавшихся непригодными для жизни, на самом деле могут иметь среднюю температуру, близкую к земной. Для той же GJ 667Cc средняя температура на поверхности ранее определялась не выше -30 по Цельсию -- а согласно новой работе, она примерно +10 по Цельсию. Учитывая, что средняя температура Земли сегодня всего +15 по Цельсию, GJ 667Cc с климатической точки зрения также может являться вполне обитаемой планетой.

3.Телескоп "Кеплер" помог планетологам найти необычную звездную систему

Телескоп "Кеплер" помог планетологам найти необычную звездную систему, Kepler-223, в которой обитает сразу четыре планеты гиганта, которые кружатся в своеобразном космическом танце -- периоды их обращения вокруг звезды относятся друг к другу как натуральные числа, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature.

"Система Kepler-223 стала необычно стабильной в долгосрочном периоде времени благодаря тому, что 4 ее планеты взаимодействуют друг с другом через силу притяжения, "танцуя друг с другом и кружа вокруг звезды. Периоды орбит этих планет соотносятся как числа 3 и 4, 4 и 6, 6 и 8, что говорит об одном, единственно возможном сценарии их рождения", -- рассказывает Эрик Форд (Eric Ford) из университета Пенсильвании в Филадельфии (США).

Рис. 1. Планеты системы Kepler-90 в сравнении с планетами Солнечной системы

Планета Gliese 581 c

Планета, получившая имя Gliese 581 c, обладает массой примерно в 5 масс Земли. Её диаметр оценивается в 1,5 диаметра нашей планеты, так что сила тяжести на её поверхности составляет приблизительно 1,6 g. Из-за этих параметров астрономы окрестили её также "Суперземлёй" (super-Earth).

Учёные предполагают, что эта планета -- скалистый мир, сходный с Землёй по облику. Как возможный вариант -- это может быть ледяная планета. Но в обоих случаях на её поверхности должна быть жидкая вода. Причём, в случае с ледяным миром -- он может быть покрыт океаном полностью.

Ross 128 и Проксима b.

Ross 128 b обнаружили асторономы, работающие с приемником ESO HARPS (High Accuracy Radial velocity Planet Searcher) в Чили.

Ученые рассчитали, что температура на поверхности "новой" планеты должна находиться в диапазоне примерно между -60 и 20°C.

Однако ученые не торопятся с выводами: пока им не удалось понять, находится ли Ross 128 b внутри, снаружи или на границе зоны обитаемости (то есть на таком расстоянии от звезды, при котором на планете может находиться жидкая вода). Только выяснив это, они смогут понять, возможно ли существование жизни на экзопланете или нет.

Красные карлики относятся не только к наиболее холодным и слабым, но и самым распространенным звездам во Вселенной. Это делает их очень привлекательными объектами для поиска экзопланет, и они исследуются все чаще и подробнее. Наверно, поэтому руководитель группы Ксавье Бонфи из Института планетологии и астрофизики в Гренобле и Гренобльского университета во Франции назвал свою программу «Коротким путем к счастью»: у таких звезд легче обнаружить маленькие холодные спутники, похожие на Землю, чем у звезд типа Солнца. Планета, обращающаяся вокруг маломассивного красного карлика, оказывает на него более заметное гравитационное воздействие, чем такая же планета рядом с более массивной звездой, такой, например, как Солнце. В результате, изменения лучевой скорости красного карлика измерить легче. Однако, с другой стороны, красные карлики очень слабые, так что от них труднее собрать достаточно света для точнейших измерений лучевой скорости.

На многих красных карликах, в том числе на Проксиме Центавра, происходят нерегулярные вспышки, во время которых их планеты подвергаются жесткому ультрафиолетовому и рентгеновскому облучению. Однако, по всей видимости, Ross 128 - гораздо более спокойная звезда, и поэтому ее планеты, возможно, являются ближайшими к нам, на которых возможна жизнь.

Ближайшая на данный момент к Земле экзопланета с умеренным климатом - Проксима b, обращающаяся вокруг звезды Проксима Центавра. О ее открытии астрономы ESO объявили в августе 2016 года.

Карликовая звезда Проксима Центавра находится на расстоянии чуть более четырех световых лет от Солнечной системы. [Приложение 5]

Как утверждают специалисты ESO, звезда Ross 128 движется в сторону Земли, и "по расчетам всего-навсего через 79 000 лет - в космических масштабах это просто мгновение - именно она станет нашей ближайшей космической соседкой".

Выходит, что, согласно прогнозам ученых, планета Ross 128 b отберет у Проксимы b первенство в списке ближайших к Земле экзопланет.

"Несмотря на умеренные условия на поверхности планеты Proxima b, во время вспышек материнской звезды она может подвергаться интенсивному ультрафиолетовому и рентгеновскому облучению, гораздо более сильному, чем то, которым Солнце облучает Землю", - объясняют астрономы ESO.

В отличие от своей "соперницы", Ross 128 является гораздо более "спокойной", а значит на ней теоретически возможна жизнь.

Рис.2

Землеподобные планеты системы TRAPPIST-1 .

Данные новых исследований говорят о том, что планеты системы TRAPPIST-1 состоят преимущественно из каменных пород, а воды на некоторых из них может быть даже больше, чем на Земле.

Об обнаружении системы TRAPPIST-1 было объявлено в начале 2017 года. В состав группы входят не менее семи землеподобных планет. Центром системы является холодная красная карликовая звезда, очень маленькое светило с массой всего около 8 % от солнечной. Звезда располагается в 40 световых годах в созвездии Водолея.

Обнаруженные планеты получили обозначения TRAPPIST-1 b, c, d, e, f, g и h -- в порядке увеличения их расстояния от центральной звезды.

Землеподобные планеты у холодного красного карлика находится в 40 световых годах от нас в созвездии Водолея. Целых семь планет, похожих на планеты земной группы Солнечной системы!

Все они витают вокруг своей звезды ближе, чем Меркурий обращается вокруг Солнца. У самой близкой к TRAPPIST-1 планеты год равен всего 1,5 наших с вами суток. Причем местные сутки на всех семи планетах, вероятно, длятся столько же, сколько и личный год каждой из них, - оборот вокруг оси равен обороту вокруг звезды, потому что из-за приливного захвата со стороны карлика они повернуты к нему все время одной стороной, как Луна к Земле.

Рис. 3 Планеты системы TRAPPIST-1 в сравнении с планетами земной группы Солнечной системы

Рис.4

4.Пригодны ли данные планеты для жизни?

На вечно освещенной стороне должно быть очень жарко: звезда хоть и тусклая, но близко. Тем не менее, на некоторых из них могут быть условия для того, чтобы вода пребывала в жидком состоянии. Правда, карлик регулярно мощно вспыхивает, а еще разогревает внутренности планет своим магнитным полем, что приводит к расплавлению их мантий или по меньшей мере жуткому вулканизму. Так что надежда на возможность жизни, пожалуй, сохраняется лишь для самых дальних планет системы. Но выводы ученых еще могут поменяться.

Чтобы планета была пригодна для жизни, она должна соответствовать определённым критериям:

• 1) Находиться не слишком близко и не слишком далеко от своей звезды;

• 2) Быть твердотельной, а не газовой и содержать внутри себя ядро;

• 3) Наклон оси планеты по отношению к орбите вокруг звезды. Чем сильнее наклон, тем меньше шансов для жизни;

• 4) Иметь магнитное поле;

• 5) Орбита не должна быть слишком вытянутой, чтобы расстояние от планеты до звезды не менялось в широких пределах: это приводит к большим колебаниям температуры на поверхности планеты;

• 6) На планете должны присутствовать четыре биологически значимых элемента: углерод, водород, кислород и азот;

• 7) Орбита не должна быть слишком вытянутой;

• 8) Жидкая вода

Подобные планеты важны не только потому, что на них может зародиться собственная жизнь, но и как возможные места обитания для человечества, если нам когда-либо придётся покинуть Землю.

5.Создание макета

Оборудование: бумага, клей ПВА, воздушный шар, художественные краски, кисти, баночка с водой.

Ход работы:

1. Надула шарик нужного размера.

2. Мелкие кусочки бумаги наклеила на шарик (папье-маше), а когда он высох, покрасила в нужный цвет.

3. С остальными планетами аналогично.

4. С помощью PhotoDirector сделала космический фон.

Рис.5

· Изучила некоторые экзопланеты. Выявила по критериям, какие планеты наиболее пригодны для жизни: TRAPPIST-1d, TRAPPIST-1e, Gliese, Кеплер-62 f, Кеплер-186f, Кеплер-442b. Но, выводы ещё не окончательные и неизвестно, точно ли данные планеты соответствуют всем критериям, о которых говорилось выше. Экзопланеты находятся достаточно далеко от Солнечной системы, и говорить об их точных характеристиках ещё рано.

· Сделала своими руками макет системы TRAPPIST-1.

Рис.6

Источники

1.https://life.ru/t/%D0%BD%D0%B0%D1%83%D0%BA%D0%B0/1118842/bolshiie_ziemliepodobnyie_planiety_tieplieie_otnosiatsia_k_zhizni

2.Космос: 4D Энциклопедия в дополненной реальности / сост. В. В. Аверьянов.

3.https://3dnews.ru/965179

4.http://batrachospermum.ru/2018/01/exoplanets-2017/

5.https://www.bbc.com/russian/news-41998492

Размещено на Allbest.ru