L'umanità si è resa conto abbastanza presto che ci sono stelle nel cielo e ce ne sono molte. Quindi questo pensiero è stato integrato dall'argomento che le stelle sono simili al nostro Sole, o che un tempo erano simili. Poi è diventato chiaro che la Terra e altri pianeti ruotano attorno al Sole, e sorge una domanda ragionevole: "Perché i pianeti non possono ruotare attorno ad altre stelle?" La teoria non vedeva alcun problema nella possibile esistenza di pianeti al di fuori del sistema solare, ma la scienza ha sempre bisogno dei fatti. E nel tempo i fatti sono stati accertati.
Pianeta extrasolare
Cos'è un esopianeta? Tutto è semplicemente oltraggioso: questo è un pianeta al di fuori del sistema solare che ruota attorno a una stella. Il termine è stato formato dall'abbreviazione extra solar planet, cioè pianeta extrasolare. Ma non essere confuso: non tutto ciò che è al di fuori del sistema solare è un esopianeta, ci sono anche corpi celesti - orfani, i cosiddetti planemos, che viaggiano nello spazio al di fuori dell'orbita della stella madre.
Quali sono gli esopianeti? Sono molto diversi. Il telescopio spaziale Kepler ha osservato solo due costellazioni - Cygnus e Lyru - per 8 anni, ma ha trovato circa mille candidati per esopianeti. E abbiamo 88 costellazioni, e queste due hanno ancora qualcosa da scoprire.
Quindi, ci sono molti esopianeti e sono diversi. I metodi di rilevamento, di cui parleremo più avanti, non ci consentono di determinare con precisione la composizione, l'atmosfera e la natura dei pianeti scoperti. Cosa possiamo dire, non possiamo nemmeno vedere direttamente l'esopianeta. Ma anche attraverso segni e dati indiretti si può fare una classificazione.
Le due classi principali di esopianeti sono piccoli pianeti rupestri e pianeti giganti. Se applichiamo questa classificazione al nostro sistema solare, Venere, Mercurio, Terra e Marte andranno al primo e Giove, Saturno, Urano e Nettuno andranno al secondo.
Ciascuna delle classi può essere suddivisa in un numero di sottoclassi. Analizziamo quelli più elementari.
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Pianeta ctonio
Il pianeta ctonio è un gigante gassoso che sta rapidamente cadendo sulla stella madre. Al centro del gigante gassoso c'è un piccolo nucleolo denso che contiene enormi masse di materia gassosa attorno ad esso. Avvicinandosi gradualmente alla stella madre, il gigante gassoso inizia ad evaporare il suo guscio finché non rimane un nucleo.
Rappresentazione artistica del transito del pianeta ctonio HD 209458b davanti alla sua stella. Agenzia spaziale europea, Alfred Vidal-Madjar (Institut d'Astrophysique de Paris, CNRS, Francia) e NASA / wikimedia.org (CC BY 4.0)
Super-terra
Il principale e unico criterio in base al quale un pianeta può essere classificato come una super-Terra è la sua massa. Tali pianeti sono solitamente molte volte più pesanti della Terra, ma allo stesso tempo sono molto più piccoli del gigante gassoso. In contrasto con i pianeti ctonici, sono stati scoperti molti di questi corpi celesti e nel 2007 gli astronomi hanno trovato la super-terra Gliese 581-c nella zona abitabile.
Gliese 581c Tyrogthekreeper / wikimedia.org (CC BY-SA 3.0)
Giove caldo
Il nome del noto pianeta è scritto con una piccola lettera non a caso, il caldo Giove non è un pianeta specifico, ma un'intera classe planetaria. A differenza del nostro gigante gassoso, i Giove caldi si trovano quasi vicino alla stella madre, che riscalda la loro atmosfera a 1500 K. A causa di una serie di caratteristiche, in particolare delle loro grandi dimensioni, sono stati scoperti molti Giove caldi.
Giove freddo
È a questa classe che appartengono Giove e Saturno originali: Giove freddo si trova a una tale distanza dalla stella che riceve la maggior parte del suo calore dai processi interni e non dalla radiazione.
Gigante di ghiaccio
Abbiamo anche tali pianeti nel nostro sistema: Urano e Nettuno sono rappresentanti tipici dei giganti di ghiaccio - pianeti di grandi dimensioni e distanza dalla loro stella nativa. A causa del fatto che i raggi riscaldano debolmente tali pianeti, quasi tutta la loro superficie è limitata dal ghiaccio, non solo acqua ghiacciata, ma anche metano e ghiaccio di idrogeno solforato.
Immagine di Nettuno della Voyager 2 nell'agosto 1989. NASA / wikimedia.org (CC0 1.0)
L'elenco delle specie di esopianeti può essere continuato per molto tempo. Ci sono pianeti oceani, pianeti di carbonio, nettuno caldo e freddo e molto, molto altro ancora. Ma parleremo di come vengono scoperti.
Metodi per rilevare esopianeti
Facciamo un semplice esperimento. In qualche modo, in una calda notte estiva, preferibilmente a sud, vicino all'Equatore, alza gli occhi al cielo notturno. Cosa vedrai? Esatto, miriadi di stelle. Stelle diverse: luminose e non molto luminose, solitarie e in costellazioni. Ma praticamente tutti, tranne Mercurio, Giove, la Luna e forse Marte, saranno stelle.
Lo stesso è il caso dei telescopi giganti negli osservatori. Le stelle, a causa delle loro dimensioni e radiazioni, intasano quasi completamente l'intero spazio osservabile dello spazio, ei pianeti che brillano di luce riflessa molto debole semplicemente non sono visibili sullo sfondo. Quindi, se da qualche parte c'è una civiltà del nostro livello di sviluppo, molto probabilmente ipotizza la presenza di Giove e Saturno vicino al Sole, ma non di più.
Ma gli esopianeti vengono trovati e in modo molto affidabile. Abbiamo diversi modi per farlo.
Il più prolifico è il metodo di fotometria di transito o transito. Il fatto è che ogni stella ha un indicatore come la luminosità. In parole povere, la luminosità è tutta la luce emessa da una stella per unità di tempo. Ma se qualche corpo celeste passa tra il telescopio dell'osservatore e la stella, allora al momento del passaggio la luminosità diminuisce. E se questo processo viene ripetuto periodicamente, significa che il pianeta ruota attorno alla stella. Ci sono pro e contro di questo metodo. Il vantaggio principale è la capacità di determinare le dimensioni di un esopianeta. Meno - per determinare con precisione la presenza di un pianeta con un lungo periodo orbitale, ad esempio, come Giove (12 anni), dovrai osservare la stella per un tempo molto lungo.
Metodo Doppler. Prende il nome dal matematico austriaco Christian Doppler, il metodo misura lo spostamento spettrale di una stella sotto l'influenza di un pianeta. Le leggi di gravità funzionano in entrambe le direzioni, anche per noi, quindi non solo la Terra ci attrae, ma anche noi la Terra. Allo stesso modo, in una coppia di pianeta - stella. La rotazione di un enorme esopianeta sposta la velocità radiale radiale della stella madre e gli strumenti mostrano come il pianeta oscilla nella regione rossa dello spettro, quindi nel viola. Il metodo Doppler consente, insieme a quello di transito, di determinare la densità del pianeta, ma ancora una volta - solo se è abbastanza grande.
Microlensing gravitazionale. Questo metodo è legato alla presenza di un'altra stella tra il telescopio dell'astronomo e la stella osservata, che funge da lente gravitazionale. Ma se la stella dell'obiettivo ha il suo pianeta, la luce della stella osservata sarà tipicamente distorta.
E infine, l'esopianeta può essere facilmente visto. I pianeti stessi sono sorgenti luminose molto deboli, quindi è molto difficile rilevare i corpi celesti terrestri utilizzando questo metodo. Gli oggetti più probabili da rilevare sono giganti più grandi di Giove, che sono abbastanza lontani dalla stella per emettere da soli raggi infrarossi.
Fino al 2014, il metodo Doppler, o metodo della velocità radiale, e il metodo di transito condividevano la leadership nel numero di esopianeti scoperti. Nel 2014, grazie all'ammiraglia della ricerca di esopianeti, il telescopio Kepler, il metodo di transito è andato molto avanti.
Un fatto interessante: le informazioni ottenute da Keplero sono così ampie che possono essere studiate gratuitamente da tutti. Pertanto, il progetto Planet Hunters ha già aiutato a scoprire tre esopianeti.
La possibilità di vita e le prospettive di colonizzazione
Naturalmente, le persone comuni sono meno interessate ai nettuni caldi e ai metodi per rilevare gli esopianeti. L'interesse principale del pubblico è la possibilità di vita e colonizzazione di corpi celesti lontani.
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In totale, a giugno 2017 sono stati scoperti 3.614 esopianeti. Di questi, assomigliano alla Terra - 216. Ce ne sono molti tra cui scegliere. Ma la presunta colonizzazione e la possibilità dell'esistenza della vita sono limitate da una serie di parametri.
Zona abitabile
Abituati a misurare tutto da soli, gli astronomi terrestri hanno derivato il concetto di zona abitabile. L'essenza del concetto è che ogni stella deve avere una certa zona in cui i pianeti possono essere abitati.
La condizione principale della zona abitabile è l'esistenza di acqua liquida. Pertanto, il pianeta deve essere abbastanza vicino alla stella in modo che l'acqua non si congeli e abbastanza lontano da non evaporare. Per calcolare il centro della zona abitabile, è stata anche derivata un'equazione simile a dAU = √Lstar / Lsun, dove d è il raggio medio della zona abitabile, Lstar è la luminosità della stella e Lsun è la luminosità del Sole.
Ci sono 52 pianeti nell'elenco degli esopianeti abitabili, secondo l'Università di Porto Rico. Uno di questi è il mini-terra TRAPPIST - 1d, 21 pianeti paragonabili alla Terra e 30 super-terre.
I criteri principali sono la composizione del pianeta, la temperatura della superficie, le dimensioni e l'atmosfera. I pianeti vengono valutati in base al grado di somiglianza con la Terra, ed è stato anche derivato uno speciale criterio numerico, che consiste in tutto quanto sopra. Se un pianeta sta guadagnando da 0,8 a 1 nell'indice di somiglianza della Terra, allora può essere tranquillamente inserito nell'elenco delle potenziali colonie. Quindi, fate la vostra scelta, signori coloni!
Kepler-438b
È stato il detentore del record di somiglianza con la Terra fino al 2016. Il suo ESI (Earth Similarity Index) è 0,88. Il pianeta stesso si trova a 470 anni luce dalla Terra, nella costellazione della Lyra, e la stella madre di Kepler-438b è solo la metà delle dimensioni del Sole. Il pianeta stesso si trova nella zona abitabile della stella, di dimensioni supera la Terra del 12%.
Proxima Centauri b
La stella natale di questo pianeta è Proxima Centauri, la più vicina al Sole. Il pianeta stesso, come il luminare, si trova a 4,22 anni luce da noi. Secondo l'indice di somiglianza, Proxima Centauri guadagna 0,85 e resta con sicurezza al vertice.
TRAPPISTA-1 d
Al momento, il pianeta TRAPPIST, scoperto dal telescopio, è il più simile alla nostra terra natale. È anche la terza dalla sua stella madre, leggermente inferiore alla Terra per dimensioni e molto simile nella composizione. La temperatura superficiale stimata è di +15 gradi Celsius.
Sfortunatamente, la disponibilità di pianeti adatti per la colonizzazione è lontana dalla barriera più importante sulla via della colonizzazione umana dell'Universo. Anche a Proxima Centauri b, con le attuali tecnologie, i potenziali coloni hanno un tempo di volo molto, molto lungo. E finché non impareremo a coprire efficacemente distanze di almeno 10 anni luce, è troppo presto per parlare della conquista di esopianeti.
Esistono ancora molte varianti di esopianeti. Ma le più grandi scoperte ci aspettano in anticipo: sulla Terra, sono già in preparazione ambiziosi progetti internazionali per creare telescopi giganti e osservatori spaziali che saranno in grado di vedere ciò che non possiamo trovare ora. Ma non ho ancora detto che gli esopianeti hanno satelliti.
