A humanidade percebeu muito cedo que existem estrelas no céu, e existem muitas delas. Então, esse pensamento foi complementado pelo argumento de que as estrelas são semelhantes ao nosso Sol, ou antes eram semelhantes. Então ficou claro que a Terra e outros planetas giram em torno do Sol, e surge uma pergunta razoável: "Por que os planetas não giram em torno de outras estrelas?" A teoria não via nenhum problema na possível existência de planetas fora do sistema solar, mas a ciência sempre precisa de fatos. E com o tempo, os fatos foram encontrados.
Exoplaneta
O que é um exoplaneta? Tudo é simplesmente ultrajante - este é um planeta fora do sistema solar que gira em torno de uma estrela. O termo foi formado a partir da abreviatura planeta extra solar, ou seja, planeta extrasolar. Mas não se confunda: nem tudo fora do sistema solar é um exoplaneta, também existem corpos celestes - órfãos, os chamados planemos, que viajam pelo espaço fora da órbita da estrela-mãe.
Quais são os exoplanetas? Eles são muito diferentes. O telescópio espacial Kepler observou apenas duas constelações - Cygnus e Lyru - por 8 anos, mas encontrou cerca de mil candidatos a exoplanetas. E nós temos 88 constelações, e essas duas ainda têm algo a descobrir.
Portanto, existem muitos exoplanetas e são diferentes. Os métodos de detecção, dos quais falaremos mais tarde, não nos permitem determinar com precisão a composição, a atmosfera e a natureza dos planetas descobertos. O que podemos dizer, não podemos nem mesmo ver diretamente o exoplaneta. Mas mesmo por meio de sinais e dados indiretos, uma classificação pode ser feita.
As duas classes principais de exoplanetas são pequenos planetas rochosos e planetas gigantes. Se aplicarmos essa classificação ao nosso sistema solar, Vênus, Mercúrio, Terra e Marte irão para o primeiro, e Júpiter, Saturno, Urano e Netuno irão para o segundo.
Cada uma das classes pode ser dividida em várias subclasses. Vamos analisar os mais básicos.
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Planeta ctônico
O planeta ctônico é um gigante gasoso que está caindo rapidamente sobre a estrela-mãe. No centro do gigante gasoso há um pequeno nucléolo denso que contém enormes massas de matéria gasosa ao seu redor. Aproximando-se gradualmente da estrela-mãe, o gigante gasoso começa a evaporar sua casca até que um núcleo permaneça.
Representação artística do trânsito do planeta ctônico HD 209458b na frente de sua estrela. Agência Espacial Europeia, Alfred Vidal-Madjar (Institut d'Astrophysique de Paris, CNRS, França) e NASA / wikimedia.org (CC BY 4.0)
Super-terra
O principal e único critério pelo qual um planeta pode ser classificado como uma super-terra é sua massa. Esses planetas são geralmente várias vezes mais pesados que a Terra, mas, ao mesmo tempo, são muito menores que o gigante gasoso. Em contraste com os planetas ctônicos, muitos desses corpos celestes foram descobertos e, em 2007, os astrônomos encontraram a super-terra Gliese 581-c na zona habitável.
Gliese 581c Tyrogthekreeper / wikimedia.org (CC BY-SA 3.0)
Júpiter quente
O nome do planeta conhecido é escrito com uma letra minúscula, não por engano, Júpiter quente não é um planeta específico, mas uma classe planetária inteira. Ao contrário do nosso gigante gasoso, os Júpiteres quentes estão localizados quase perto da estrela-mãe, o que aquece sua atmosfera a 1500 K. Devido a uma série de características, em particular ao seu grande tamanho, muitos Júpiteres quentes foram descobertos.
Júpiter frio
É a esta classe que pertencem o Júpiter e Saturno originais - o frio Júpiter está localizado a uma distância tal da estrela que recebe a maior parte de seu calor de processos internos, e não de radiação.
Gigante de gelo
Também temos esses planetas em nosso sistema: Urano e Netuno são representantes típicos de gigantes de gelo - planetas com grande tamanho e distância de sua estrela nativa. Devido ao fato de que os raios aquecem fracamente esses planetas, quase toda a sua superfície é limitada por gelo, não apenas gelo de água, mas também gelo de metano e sulfeto de hidrogênio.
Imagem de Netuno da Voyager 2 em agosto de 1989. NASA / wikimedia.org (CC0 1.0)
A lista de espécies de exoplanetas pode ser continuada por muito tempo. Existem planetas oceanos, planetas de carbono, Netuno quente e frio e muito, muito mais. Mas vamos falar sobre como eles são descobertos.
Métodos para detectar exoplanetas
Vamos fazer um experimento simples. De alguma forma, em uma noite quente de verão, de preferência no sul, perto do Equador, erga os olhos para o céu noturno. O que você vai ver? Isso mesmo, miríades de estrelas. Estrelas diferentes - brilhantes e não muito brilhantes, solitárias e em constelações. Mas praticamente todos, exceto Mercúrio, Júpiter, a Lua e talvez Marte, serão estrelas.
O mesmo acontece com os telescópios gigantes em observatórios. As estrelas, devido ao seu tamanho e radiação, obstruem quase completamente todo o espaço observável do espaço, e os planetas que brilham com uma luz refletida muito fraca simplesmente não são visíveis contra seu fundo. Portanto, se existe em algum lugar uma civilização em nosso nível de desenvolvimento, provavelmente ela adivinha sobre a presença de Júpiter e Saturno perto do Sol, mas não mais.
Mas exoplanetas são encontrados e muito confiáveis. Temos várias maneiras de fazer isso.
O mais prolífico é o trânsito, ou método de fotometria de trânsito. O fato é que toda estrela possui um indicador como a luminosidade. Grosso modo, luminosidade é toda a luz emitida por uma estrela por unidade de tempo. Mas se algum corpo celeste passa entre o telescópio do observador e a estrela, então, no momento da passagem, a luminosidade diminui. E se este processo se repetir periodicamente, significa que o planeta gira em torno da estrela. Existem prós e contras neste método. A principal vantagem é a capacidade de determinar o tamanho de um exoplaneta. Menos - para determinar com precisão a presença de um planeta com um longo período orbital, por exemplo, como Júpiter (12 anos), você terá que observar a estrela por um longo tempo.
Método Doppler. Batizado em homenagem ao matemático austríaco Christian Doppler, o método mede o deslocamento espectral de uma estrela sob a influência de um planeta. As leis da gravidade atuam nos dois sentidos, inclusive para nós, pois não só a Terra nos atrai, mas nós também a Terra. Da mesma forma, em um par de planeta - estrela. A rotação do exoplaneta massivo muda a velocidade radial radial da estrela-mãe, e os instrumentos mostram como o planeta oscila na região vermelha do espectro e depois na violeta. O método Doppler permite, junto com o de trânsito, determinar a densidade do planeta, mas novamente - somente se for grande o suficiente.
Microlente gravitacional. Este método está vinculado à presença de outra estrela entre o telescópio do astrônomo e a estrela observada, que atua como uma lente gravitacional. Mas se a estrela da lente tiver seu próprio planeta, a luz da estrela observada será caracteristicamente distorcida.
E, finalmente, o exoplaneta pode ser facilmente visto. Os próprios planetas são fontes de luz muito fracas, por isso é muito difícil detectar corpos celestes terrestres usando este método. Os objetos mais prováveis de serem detectados são gigantes maiores que Júpiter, que estão longe o suficiente da estrela para emitir raios infravermelhos por si próprios.
Até 2014, o método Doppler, ou método da velocidade radial, e o método do trânsito compartilhavam a liderança no número de exoplanetas descobertos. Em 2014, graças ao carro-chefe da busca por exoplanetas - o telescópio Kepler, o método de trânsito avançou muito.
Um fato interessante: as informações obtidas pelo Kepler são tão extensas que estão disponíveis gratuitamente para todos estudarem. Assim, o projeto Planet Hunters já ajudou a descobrir três exoplanetas.
A possibilidade de vida e as perspectivas de colonização
Naturalmente, as pessoas comuns estão menos interessadas em neptunes quentes e métodos para detectar exoplanetas. O principal interesse do público é a possibilidade de vida e colonização de corpos celestes distantes.
Forplayday / bigstock.com
No total, 3.614 exoplanetas foram descobertos em junho de 2017. Destes, eles se parecem com a Terra - 216. Há muito por onde escolher. Mas a suposta colonização e a possibilidade de existência de vida são limitadas por uma série de parâmetros.
Zona habitável
Acostumados a medir tudo sozinhos, os astrônomos terrestres derivaram o conceito de zona habitável. A essência do conceito é que cada estrela deve ter uma determinada zona na qual os planetas podem ser habitados.
A principal condição da zona habitável é a existência de água líquida. Portanto, o planeta deve estar perto o suficiente da estrela para que a água não congele e longe o suficiente para que ela não evapore. Para calcular o centro da zona habitável, uma equação foi até derivada que se parece com dAU = √Lstar / Lsun, onde d é o raio médio da zona habitável, Lstar é a luminosidade da estrela e Lsun é a luminosidade do Sol.
Existem 52 planetas na lista de exoplanetas habitáveis, de acordo com a Universidade de Porto Rico. Um deles é a mini-terra TRAPPIST - 1d, 21 planetas comparáveis à Terra e 30 superterras.
Os principais critérios são composição do planeta, temperatura da superfície, tamanho e atmosfera. Os planetas são avaliados de acordo com o grau de semelhança com a Terra, e até mesmo um critério numérico especial foi derivado, que consiste em todos os itens acima. Se um planeta está ganhando de 0,8 para 1 no índice de similaridade da Terra, ele pode ser inserido com segurança na lista de colônias potenciais. Então, façam a sua escolha, senhores colonos!
Kepler-438b
Ele foi o detentor do recorde de semelhança com a Terra até 2016. Seu ESI (Earth Similarity Index) é de 0,88. O próprio planeta está localizado a 470 anos-luz da Terra, na constelação de Lyra, e a estrela-mãe de Kepler-438b tem apenas metade do tamanho do Sol. O próprio planeta está localizado na zona habitável da estrela, em tamanho excede a Terra em 12%.
Proxima Centauri b
A estrela deste planeta é Proxima Centauri, a mais próxima do sol. O próprio planeta, como a luminária, está localizado a 4,22 anos-luz de nós. De acordo com o índice de similaridade, Proxima Centauri está ganhando 0,85 e permanece com segurança no topo.
TRAPPIST-1 d
No momento, o planeta TRAPPIST, descoberto pelo telescópio, é o mais semelhante à nossa terra natal. É também a terceira de sua estrela-mãe, ligeiramente inferior à Terra em tamanho e muito semelhante em composição. A temperatura estimada da superfície é de +15 graus Celsius.
Infelizmente, a disponibilidade de planetas adequados para a colonização está longe de ser a barreira mais importante no caminho da colonização humana do Universo. Mesmo para Proxima Centauri b, com as tecnologias atuais, os colonos em potencial têm um tempo de vôo muito, muito longo. E até que aprendamos a cobrir efetivamente distâncias de pelo menos 10 anos-luz, é muito cedo para falar sobre a conquista de exoplanetas.
Ainda existem muitas variações de exoplanetas. Mas as maiores descobertas nos aguardam - na Terra, projetos internacionais ambiciosos já estão sendo preparados para criar telescópios gigantes e observatórios espaciais que serão capazes de ver o que não podemos encontrar agora. Mas ainda não mencionei que os exoplanetas têm satélites.
