Космический телескоп «Джеймс Уэбб» разворачивается в космосе и готов к исследованиям

Что такое экзопланеты и почему их необходимо изучать?

30 лет назад астрономы впервые подтвердили существование планет за пределами нашей Солнечной системы. В связи с этой годовщиной NASA готовится запустить космический телескоп «Джеймс Уэбб». Rакие открытия нас ожидают?

Существует необъятное пространство, заполненное планетами, похожими и непохожими на Землю. Бесконечное множество миров порождает бесчисленное количество астрономических объектов, и их разнообразие удивляет наше воображение.

Наша планета и Солнечная система не являются особенными, наш крошечный участок космоса не сравним с галактическими экстремальными явлениями.

Примерно в 1800 световых годах от Земли находится супер-Юпитер, проносящийся так близко к поверхности своей страшной звезды-хозяина, что его год длится 16 часов, а гравитационное притяжение, которое он испытывает, растягивает планету до формы яйца. Объект вращается вокруг звезды TOI-2109 и имеет массу в 5 раз превышающую массу "нашего" Юпитера.

Всего в 40 световых годах от нас находится планета, одна сторона которой нагревается до 3000 градусов, а на холодной температура опускается практически до абсолютного нуля.

На таком же расстоянии, в другом направлении, находится суперземля, которая, возможно, состоит из алмазов.

Есть планеты и с тремя местными звездами - околотриальные планеты, которые действительно вращаются вокруг трех светил.

Еще один вид экзопланет - "суперпухлые" образования, их плотностью не превышает сахарную вату, а также планеты, на которые льется дождь из расплавленного железа и стекла.

Наиболее уникальны планеты, которые больше звезд, вокруг которых они обращаются (не говоря уже о свободно плавающих «изгоях», блуждающих между галактиками).

Но, как ни странно, первое подтвержденное обнаружение планеты за пределами Солнечной системы было задокументировано в 1992 году.

Недавно запущенный телескоп «Джеймс Уэбб» будет в том числе охотится за экзопланетами. Наши знания о других мирах расширяются экспоненциально, - к настоящему времени известны более 5 000 экзопланет, еще больше находок ждут своего подтверждения. Только в январе обнаружено пять новых объектов.

Телескоп НАСА "Джеймс Уэбб" выходит на орбиту

На этой неделе космический телескоп НАСА "Джеймс Уэбб" прибыл в точку L2, вторую точку Лагранжа между Солнцем и Землей, в 1,5 миллионов км от Земли, где небесная механика позволяет объектам оставаться на стабильных орбитах.

Телескоп уже развернул свой солнцезащитный экран и позолоченное главное зеркало размером в 6,5 метров. Предполагается, что 5 лет своей «жизни» он потратит на наблюдение за экзопланетами.

«Джеймс Уэбб» - это одна из самых точных и сложных машин, из когда-либо созданных человеком. Что нельзя сказать о первом телескопе Алекса Вольщана.

Именно Вольщан стал первым астрономом, который в январе 1992 года доказал существование планеты вне пределов Солнечной системы.

Открытие Вольщана стало возможным благодаря миллисекундным пульсарам, первый из которых был открыт в 1982 году. Эти объекты - маленькие, но невероятно плотные нейтронные звезды — представляют собой разрушенные ядра сверхгигантов, оставшихся после взрыва сверхновых.

Они вращаются неимоверно быстро, часто один оборот за 10 миллисекунд. Однако их гравитационные и магнитные поля настолько сильны, что близлежащий материал создает сфокусированные пучки энергии, своего рода маяки, доступные для наблюдения.

Когда нейтронные звезды вращаются, эти маяки выглядят как регулярные импульсы, их и фиксируют астрономы. Но это же означает, что даже минутное отклонение указывает на присутствие постороннего объекта, чья гравитация воздействует на материнскую звезду.

В январе 1990 года крупнейший в мире радиотелескоп, расположенный в обсерватории Аресибо в Пуэрто-Рико? вышел из ремонта. Вследствие малоподвижности, он мог наблюдать только то, на что его направляло вращение Земли.

Вольщан воспользовался дополнительным временем для поиска миллисекундных пульсаров, и в феврале нашел два, один из которых был бинарным и казался более интересным, чем другой, из-за возможности проверить теорию относительности Эйнштейна.

Однако пульсар оказался загадкой. Когда Вольщан вернулся к его каталогизации, он обнаружил, что время объекта меняется аномальным образом. Со временем выяснилось, что на его орбите вращаются две экзопланеты с массой Земли. Ранее считалось, что пульсары не способны поддерживать планеты, потому что звездные взрывы, которые их формируют, уничтожают любые близлежащие объекты.

Что такое экзопланеты?

Проблема в том, что миллисекундные пульсары встречаются очень редко. Поэтому экзопланет данного класса найдено не так уж много. К тому же было принято считать, что наиболее распространенным типом экзопланет будут массивные газовые гиганты, наподобие Юпитера, вращающиеся на большом расстоянии от своих звезд.

Да, такие экзопланеты легче обнаружить. Действительно, из известных объектов только 13% меньше или равны 1,25-кратному размеру Земли . По массе они на 5% меньше или равны 3-кратному размеру Земли. Причем только 59 известных экзопланет считаются потенциально пригодными для жизни.

Но, к удивлению большинства астрономов, многие экзопланеты оказались "горячими юпитерами", которые постепенно мигрируют к своим звездам. Первой такой находкой стал 51 Pegasi b, который вращается вокруг звезды, похожей на Солнце, на расстоянии около 50 световых лет от нас.

В нашей Солнечной системе нет горячего Юпитера (хотя сам Юпитер мог бы им стать), что говорит об опасности экстраполяции на основе одного образца. Ибо лишь небольшая часть экзопланет ведет собой подобным образом, а их количество настолько мизерно, что делать какие-либо обобщающие выводы, по крайней мере, глупо.

Почти 20% подтвержденных экзопланет были обнаружены методом радиальных скоростей, который доминировал до запуска "Кеплера". Этот метод основан на измерении минутных изменений в скорости, с которой звезда движется к планете или от нее в результате взаимного гравитационного притяжения.

Для пополнения библиотеки экзопланет было использовано множество других методов, включая гравитационное микролинзирование, при котором гравитационные поля звезды и ее планеты случайно увеличивают свет еще более далекой звезды таким образом, что можно обнаружить присутствие планеты.

Прямая визуализация экзопланет также становится все более актуальной, хотя их расстояние и тусклость относительно звезд затрудняют наблюдение.

"Джеймс Уэбб" в поисках новых экзопланет

Уэбб, который полностью развернул свое зеркало и солнечный щит размером с телескоп, в настоящее время охлаждается до температуры, подходящей для инфракрасных наблюдений, и проведет ближайшие месяцы, выравнивая и калибруя свои инструменты в рамках подготовки к первому габлюдению.

Ожидается, что телескоп не откроет огромное количество новых экзопланет, хотя некоторые из них он, безусловно, обнаружит.

Его основной вклад заключаться в использовании спектрографа для изучения света, проходящего через атмосферы экзопланет, на предмет наличия в нем маркеров интересных элементов, таких как вода, кислород, углекислый газ или метан, которые могут указывать на жизнь или возможные побочные продукты жизни. Но уверенности в этом нет: биосигнатуры, которые мы ищем, могут не соответствовать нашему представлению о том, что такое жизнь.

Например, "Уэбб" сможет изучить TRAPPIST-1, красную карликовую звезду на расстоянии 39 световых лет от нас, вокруг которой вращается семь планетами, три или четыре из которых находятся в обитаемой зоне. То есть в области, где вода пребывает в жидком состоянии.

Если следующее поколение телескопов будет превосходить нынешние передовые разработки, то можно задаться вопросом, почему астрономы просто не покрутят пальцами, пока технология не улучшится.

Но люди хотят знать ответы на вопросы и не ждать, когда у них появятся новые технологии. Наука развивается, и более современное оборудование наново задает более сложные вопросы. На которые ищутся свои ответы.

Изучаем экзопланеты: как и зачем мы это делаем?

Высокая стоимость и сложность изучения экзопланет подводит нас к проблеме: зачем мы это делаем?

Ближайшая подтвержденная экзопланета, Проксима b, находится, как и другие возможные экзопланеты, на расстоянии более четырех световых лет от Солнца. Для сравнения, долететь до Нептуна можно всего лишь за четыре световых часа.

Зачем посвящать столько времени, денег и усилий наблюдению за местами, которые мы не можем посетить или заселить, не можем добывать ресурсы, даже теоретически общаться с ними? Ради чего?

Одна из причин — самопознание. Изучая экзопланеты, мы пытаемся понять, как появляются обитаемые миры. Если мы найдем там еще одну пригодную для жизни планету, мы наконец-то разберемся в истории нашей Солнечной системы. А заодно поймем, каково ее будущее.