АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ВЕСТНИК, 2010, том 44, № 4, с. 381-384
УДК 523.41
СИМПОЗИУМ "НАБЛЮДЕНИЯ, ХАРАКТЕРИСТИКИ И ЭВОЛЮЦИЯ ОБИТАЕМЫХ ЭКЗОПЛАНЕТ И ИХ РОДИТЕЛЬСКИХ ЗВЕЗД", АВСТРИЯ, ГРАЦ-КОЛДОРФ, 29 НОЯБРЯ-1 ДЕКАБРЯ 2009 г.
© 2010 г. Л. В. Ксанфомалити1, В. И. Шематович2
Институт космических исследований РАН, Москва 2Институт астрономии РАН, Москва Поступила в редакцию 18.01.2010 г.
РАСЯ: 95.12.-a, 95.12.-e, 95.12.-g, 95.15.Bc, 95.75.Wx, 96.15.Gh, 96.15.Hy, 96.15.Kc, 96.15.Wx, 96.25.De, 97.82..)", 97.82.Fs, 97.82.Cp
Поиск и исследование экзопланет развиваются все ускоряющимися темпами. В конце 2009 г. были известны уже более 400 внесолнечных планет. Благодаря усилиям нескольких европейских научных групп, работающих совместно, в Австрии в период с 29 ноября по 1 декабря 2009 г. было проведено рабочее совещание (симпозиум) "Наблюдения, характеристики и эволюция обитаемых экзопланет и их родительских звезд". Устоявшийся термин "обитаемые планеты" следует понимать как планеты, пригодные для любой (примитивной) формы жизни. Фактически, это была небольшая конференция, где были представлены 30 докладов о последних результатах поисков и наблюдений экзопланет и моделирования происходящих на них процессов. Наиболее интересные сообщения отбираются для тематического выпуска подходящего научного периодического издания, вероятнее всего, Астрономического вестника. Для симпозиума было выбрано живописное куроротное место Байриш-Колдорф вблизи университетского города Грац. Организаторами симпозиума были Институт физики, геофизики, астрофизики и метеорологии и Институт космических исследований, оба расположенные в городе Грац и относящиеся к Академии наук Австрийской Республики.
Основные задачи и перспективы симпозиума были сформулированы следующим образом: "Скоординированные и объединенные усилия различных групп в Европе и скоординированные наземные и спутниковые наблюдения экзопланет позволят получить важные результаты в этой быстро развивающейся области. В ходе симпозиума будут изучены и обсуждены новые средства наблюдений и обсуждены и согласованы стандарты анализа данных."
Повестка симпозиума включала следующие сессии.
* Пути обнаружения и характеристики обитаемых экзопланет.
* Существующие проекты и миссии ближайшего будущего, относящиеся к экзопланетам.
* Проекты (телескопы) наземного базирования.
* СоЯоТ-7Ъ — первая "суперземля" с транзитами.
* Пути классификации родительской звезды.
* Эволюция характеристик звездного излучения и плазмы окружающей среды.
* Планируемые экзопланетные проекты и проекты в процессе подготовки.
* Планеты в окружающей среде с чрезвычайными свойствами.
Обсуждались также новые технические идеи наблюдений экзопланет, главным образом, те, которые опираются на усовершенствование коронографиче-ских методов. Большой интерес вызвали сообщения о наблюдениях экзопланет малой массы, СоЯоТ-7Ъ и с.
Вместе с предлагаемой хроникой в настоящем выпуске Астрономического вестника приводится первая из статей симпозиума.
"СУПЕРЗЕМЛИ" - ЭКЗОПЛАНЕТЫ МАЛОЙ МАССЫ
Поиск экзопланет, по массе подобных Земле и на ее орбитальном расстоянии от звезды, наземными средствами с помощью метода лучевых скоростей (МЛС) пока невыполним. Но именно такие планеты привлекают наибольшее внимание. Нет идеи, более популярной, чем поиск жизни на других мирах. Еще философы античности в своих догадках об устройстве Вселенной пытались судить о возможности обитания живых существ на других мирах. Обитаемость планет считалась почти очевидной, а великий Исаак Ньютон допускал, что обитаемо даже Солнце. Интерес к "братьям по разуму" вообще присущ человеку. Поиск
382
КСАНФОМАЛИТИ, ШЕМАТОВИЧ
обитаемых планет, пусть даже на самом примитивном уровне, уже обсуждается на конференциях. В этом отношении большие надежды вызывают два исследовательских аппарата на околоземной орбите, CoRoT, который работает уже два года, и Kepler, запущенный в марте 2009 г. Оба предназначены для поиска экзопланет, причем Kepler должен исследовать до 100000 звезд. С помощью аппарата CoRoT в двух наблюдательных сессиях 2007 и 2008 гг. исследовались два участка неба по 4 кв. градуса в направлениях центра и антицентра Галактики. Обнаружено 46 экзопланет с транзитами (прохождениями планет по диску звезды).
На симпозиуме была представлена главная и наиболее интересная находка ИСЗ CoRoT — эк-зопланета CoRoT-7b, первая планета малой массы с транзитами, которые позволили достаточно точно определить ее свойства (Leger и др., 2009; Queloz и др., 2009). Родительская звезда — оранжевая класса K0V, 0.93 массы Солнца, с эффективной температурой 5275 К. Звезда далекая, около 150 пк, к тому же с неспокойной фотосферой, что резко ограничивает эффективность метода лучевых скоростей в поиске экзопланет. Поэтому результаты были получены объединением наблюдений транзитов с борта CoRoT со спектральными наблюдениями на спектрографе HARPS (телескоп 3.5 м, обсерватория Ла-Силла, Чили). В системе звезды обнаружены 2 планеты, CoRoT-7b и 7с. Обе находятся на очень низких орбитах, 0.0172 и 0.046 а. е. Масса CoRoT-7b в 4.8 раз, а радиус — в 1.7 раз больше массы и радиуса Земли, что дает среднюю плотность 5.6 г/см3, очень близкую к средней плотности Земли, 5.52 г/см3. Ускорение свободного падения всего на 66% больше земного, но на этом сходство "суперземли" CoRoT-7b с Землей заканчивается: из-за низкой орбиты и высокой светимости родительской звезды температура поверхности планеты достигает 2000 К, что исключает какие-либо надежды на присутствие биосферы. Орбитальный период менее суток, 20.4 час. Период второй экзопланеты, CoRoT-7c, 3.7 сут, а масса, по первым оценкам, 8.4 масс Земли.
Доклады о планетах, обнаруженных CoRoT, были встречены с большим интересом. Но, справедливости ради, нужно отметить, что еще раньше о другой "суперземле" сообщили М. Mayor и его швейцарские коллеги (Udry и др., 2007), которые на симпозиуме представлены не были. Коллектив М. Mayor, который открыл первую экзо-планету 51 Peg b у нормальной звезды, настолько усовершенствовал метод лучевых скоростей, что им удалось обнаружить 4 экзопланеты, с орбитальными периодами от 3.15 до 67 сут и с массами, соответственно, от 1.94 до 7 масс Земли у небольшой звезды позднего класса, Gl 581 (Mayor и др., 2009). Главная особенность эксперимента, кото-
рая обеспечила успех, заключается именно в малой массе звезды, благодаря которой кеплеров-ские орбита и скорость звезды значительно возрастают.
D. Charbonneau с международным коллективом (в который также входит М. Mayor) пошли еще дальше. Они выбрали в окрестностях Солнца 2000 небольших (карликовых) звезд (с массами от 0.10 до 0.35 солнечной), которые систематически наблюдались автоматизированной системой из 8 небольших телескопов в поисках транзитов (Charbonneau и др., 2009). Идея была в том, что у небольшой звезды прохождение планеты по диску звезды должно создавать достаточно глубокое ослабление света звезды. Так и произошло. У старой карликовой звезды GJ 1214 (удаленность от Солнца 13 пк), с диаметром 0.21 солнечного, обнаружены транзиты длительностью 52 мин, повторяющиеся каждые 1.58 сут, достаточно глубокие, чтобы определить свойства планеты. Свойства GJ 1214b оказались новым экзопланетным сюрпризом. Ее масса оценена как 6.55 масс Земли, а радиус — 2.68 радиусов Земли, что дает среднюю плотность всего 1.87 г/см3. Ускорение свободного падения на поверхности составляет 91% земного. Так как родительская звезда сравнительно холодная, 3030 К, эффективная температура планеты GJ 1214b тоже невысока и оценивается, в зависимости от альбедо, от 393 К (при сферическом альбедо 0.75) до 541 К (при более вероятном альбедо 0.10), несмотря на то, что орбита планеты проходит всего в 2 млн км над поверхностью звезды.
Массы планет CoRoT-7b и GJ 1214b близки, но сравнение плотности последней с теоретическими моделями указывает на совсем другую природу GJ 1214b. Исходный материал протопланетных дисков более или менее сходен по составу. Они состоят из газовой смеси водорода и гелия и включают 1%—2% твердого вещества — соединений или конденсатов углерода, азота, кислорода, кремния, магния, железа и никеля. Такой состав обнаруживается почти во всех звездах нашей Галактики, включая Солнце. Относительные содержания элементов различаются мало, не более чем в два раза. В образующихся планетах земного типа кислород связывается в горных породах, но значительная его часть уходит на образование воды. Поэтому, исходя из состава газопылевых протопланетных дисков и молодых звезд, можно сделать вывод, что плотности 1.9 г/см3 более всего соответствует комбинация скальных пород и металлов в ядре, большого количества воды и протяженной водородно-гелиевой атмосферы, на которую приходится всего около 0.05% массы планеты. Большая высота атмосферы отчасти снижает среднюю плотность. Наиболее вероятно, что GJ 1214b — это планета с глобальным океаном, водородно-гелиевой атмосферой и ядром из си-
CTMTOS^M "НАБЛЮДЕНИЯ, ХАРАКТЕРИСТИКИ И ЭВОЛЮЦИЯ
383
ликатов и металлов. Из сравнения экспериментальных данных (Charbonneau и др., 2009) с теоретическими моделями твердотельных планет (Sea-ger и др., 2007) были сделаны выводы о том, что характеристики GJ 1214b располагаются где-то между планетой-океаном (состоящей на 75% из H2O, 22% Si и на 3% из железа, сосредоточенного в ядре планеты) и планетой типа Земли (67.5% Si в мантии и 32.5% Fe в ядре планеты). Marcy (2009) отмечает, что GJ 1214b, по-видимому, имеет глубочайший океан над метало-силикатыми ядром и мантией. Такой мир немного напоминает Нептун, но очень мало похож на Землю с ее средней плотностью 5.52 г/см3 и вряд ли может рассматриваться в качестве возможного места обитания жизни, тем более, что даже минимальную температуру 393 К (120° С), приведенную выше, вряд ли можно считать комфортной для аминонуклеино-кислотной формы жизни. Давление у поверхности океана при 120°С должно составлять 2 бар, а атмосфера будет насыщена водяным паром. Более сложно представить себе водородно-гелие-вою атмосферу, если температура близка к верхней оценке, 541 К или 268°С. Вода все еще оста
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.