ИЗВЪНСЛЪНЧЕВИТЕ ПЛАНЕТИ

(ЕКЗОПЛАНЕТИТЕ)

Ст.н.с. Димитър КолевИА с НАО, БАН

“Mundos esse innumerabilis”Джордано Бруно

Giordano Bruno (1548?-1600)

Изгорен на клада от Инквизицията на площад Campo dei Fiori в

Рим на 17.02.1600 след отказ да се покае и отрече от идеите си.

В поетично-философския си трактат За

безкрайната вселена и световете

(1584) Бруно проповядва:

безкрайност на Вселената, множество на световете

Елада - убедени в множествеността на обитаемите светове: Питагор, Анаксагор,Платон, Демокрит, Гераклит, Эпикур, Метродор, Плутарх.

В ТЪРСЕНЕ НА ИЗВЪНЗЕМЕН РАЗУМ: ДРЕВНИ и БЛИЗКИ ПРЕДСТАВИ

Рим - Тит Лукреций Кар (ок. 99 - 55 пр. н. е..): „...елементите наматерията са били длъжни и в останалата вселена да създадатбезбройно множество живи същества, моря, небеса и земи; те са билидлъжни да осеят вселената със светове, подобни на нашия“.

Волтер в сатирата „Микромегас“ описва гигант-пришелец от ...Сириус, който казва: „Творецът е пръснал във Вселената изобилие отразновидности с възхитително еднообразие. Всички мислещи съществаса различни, но в основата си приличат... Навсякъде материята ееднаква, но във всяко небесно тяло тя има различни свойства“.

Джон Хершел: „само непознаването на астрономическата картина насвета може да оправдае мисълта за уникалността на нашата земнацивилизация“.

В ТЪРСЕНЕ НА ИЗВЪНЗЕМЕН РАЗУМ: SETI

Идея – връзка начестота 1.42 ГХц(21см) на водорода.Десетки годиниспорадични сеансина „прослушване“.Липса на доброфинансиране.

Липса на резултат.Един-единствен„подозрителен“сигнал през 1977 свъзможен естественпроизход (комети).От 2015 – новофинансиране с по 10млн $ за 10 години

ОТ SETI към METI: да СЛУШАШ или да ПЕЕШ?

METI (Messaging to Extra-Terrestrial Intelligence) – друг подходкъм проблема ETI. SETI и METI – две страни на проблема«КОНТАКТ С ИЗВЪНЗЕМНИ»: Пасивно търсене (SETI) и Активнопредаване на информация към възможен друг разум (METI).

Две 70-м антени,задействани в края наXX в. за METI. Вляво –сигналът, изпратен в1974 г. към сферичниязвезден куп М13 чрез300-м радиотелескоп вАресибо.

Крим (СССР) Калифорния (САЩ)Аресибо

Отправените досега материални послания са ... АНТРОПОЦЕНТРИЧНИ.Ако ги намерят, дали ще ги РАЗЧЕТАТ?

METI: ПРЕДМЕТНИТЕ ПОСЛАНИЯ НА ЧОВЕЧЕСТВОТО

Пластината на Пионер 10(1972)

Златната плоча с „Дельо хайдутин“ на Вояджерите (1977)

СЛЪНЧЕВАТА СИСТЕМА: ДО СКОРО ЕТАЛОН НА ПЛАНЕТНА С-МА

За звезда с маса около слънчевата процесът на свиване напротозвездния облак до попадане върху ГП трае около 1 млрд. г. Притова най-често се образува и планетна система.

СЛЪНЧЕВА СИСТЕМА: ВЪЗНИКВАНЕ

Бавно въртящият се протопланетен газово-прахов

облак се свива самогравитационно, като се разпада на

отделни “парчета”. При това за да се запази моментът на

въртене скоростта на въртене на уплътняващите се

фрагменти се увеличава!

В оформящата се протослънчева система

възникват кондензации - бъдещи планети и

други тела с по-големи размери. По принцип,

общият произход изисква еднакви посоки на

въртене!

В резултат, вследствие на разграничението на „твърдата“ и „газовата“ съставляваща на

протопланетната вече обвивка-диск около протозвездата-Слънце, възникват 2 типа

планети:

земна група, малки по

размер, но с висока

плътност - „скална“ –

планети и „газова“

група, планети с

мнократно по-ниска

плътност, но огромни по

размер и с по-голяма

маса от Земята.

Границата на двете

области е там, където

водата замръзва в

лед.

СЛЪНЧЕВА СИСТЕМА: ВЪЗНИКВАНЕ

ПЛАНЕТИ И ЗВЕЗДИ: КРИТЕРИИТЕ

НАЛЯГАНЕTO В ЦЕНТЪРА СЕ УВЕЛИЧАВА и за поддържането на РАВНОВЕСИЕтрябва по-голяма плътност, т.е., ПОВЕЧЕ вещество в слоя над центъра.

Що е планета? МАС: „Обекти с маси, по-малки от необходиматаза поддържане на термоядрено горене на деутерий, коитообикалят около звезда или остатък от звезда, са ПЛАНЕТИ“.В центъра на такива обекти температурата е много-много по-нискаот около 15 млн градуса!

ЕКЗОПЛАНЕТИТЕ: ИСТОРИЯТА

Столетия мечти за други населенисветове, често представяни катоземен аналог.

Масите им – около 4 земни, аразстоянието до пулсара – едва около0.4 а.е., т.е., около 60 млн км. А ето, чев края на 2018 ние вече познаваме ...почти 4000 такива „ЕКЗОТИЧНИ“екзопланети!

Едва в края на 20-ти век - безспорнооткрити 2 такива тела, но околосъвършено не „жизнеподдържащ“обект – пулсара PSR B1257+12 (до ε Vir).

„ИЗВЪНСЛЪНЧЕВИТЕ“ ПЛАНЕТИ – ЕКЗОПЛАНЕТИТЕ : ИСТОРИЯТА

В 1989 - планета около звезда от 7m всъзв. Косите на Вероника. Нопотвърждение - едва в 1999 г.

В 1988 е обявена планета уАлраи (γ Cep) – но едва в 2002 епотвърдена!

ЕКЗОПЛАНЕТИТЕ : ИСТОРИЯТА1995 г. Мишель Майор и Дидие Кйело откриват промяна налъчевата скорост на звездата 51 от Пегас. Обяснението:планета, обикаляща близо до звездата с маса подобна наЮпитер. Такива екзопланети сега наричаме «горещиюпитери».

Планета Маса(MJ)

Радиус(RJ)

Период орбитален (дни)

Голяма полуос на орбитата

(а. е.)

Ексцентрицитетна орбитата

b 0.472 ? 4.23 0.0527 0

51 Peg: Sp=G2 IV; D=50 св. г.;Възраст ~7.5 млрд г.Светимост: L=1.3L

Звездна величина: V=5,5m

Светимост на звездата:

Осветеност (инсолация) на

Планетата в сравнение със , AU – разстояние до

земната : звездата (в а.е.)

Обитаема зона на звездата

(в а.е.):

ЕКЗОПЛАНЕТИТЕ: ФОРМУЛИ ЗА ОЦЕНКИ

https://exoplanetarchive.ipac.caltech.edu/docs/poet_calculations.html#insol_flux

ЗОНА НА ОБИТАЕМОСТ: СЪЩНОСТ, ГРАНИЦИ, ПЕРСПЕКТИВИ

Показана за типовете звезди с най-вероятно присъствие на обитаеми планети

ЕКЗОПЛАНЕТИТЕ: МЕТОДИ НА РЕГИСТРАЦИЯ

ЕКЗОПЛАНЕТИТЕ: МЕТОДИ НА РЕГИСТРАЦИЯ - СПЕКТРАЛЕН

Спектрографът HARPS (High Accuracy Radial velocity Planet Searcher) на 3.6 м телескоп в Ла Сийя

Лъчевата скорост на

звездата 18 Del – белег

за наличие на планета –

18 Del b. Телескоп: 1.9 м

+ HIDES (точн. 6 м/сек)

в Окаяма. Амплитуда

±100 м/сек, докато за

звездата на лявата

фигура е едва ±5 м/сек!

НАЙ-БЛИЗКАТА „ЗЕМЯ“: ПРОКСИМА ЦЕНТАВЪР b

ЕКЗОПЛАНЕТИТЕ: МЕТОДИ НА РЕГИСТРАЦИЯ – ТРАНЗИТ

Транзит на планета пред

диска на звезда – добре

известно явление и за

Слънцето.

Прост и ефективен метод –

фотометрия. Изисква много

висока точност (<<1% от

потока!) Позволява да се

оцени размерът на

планетата. Ако има повече

от една планета се следят и

промените в периодите на

транзитите.

Повечето от днес

известните екзопланети са

открити по транзити от КТ

„Кеплер“.

Този метод използваткосмические търсачи наекзопланети – КОРОТ иКЕПЛЕР. Но едва около 40%от заподозрените „планети“се потвържцдават следдопълнителни изследвания,включително и с другиметоди, напр., спектрален(ако обектът позволява).

Мозайка от 42 бр. 2200х1024 CCD-

матрици във фокуса на

телескопа „Кеплер“

МЕТОДИ НА НАБЛЮДЕНИЯ: ТРАНЗИТ НА ПЛАНЕТА

По принцип този метод може да регистрира и наличиена атмосфера около дадена екзопланета. Така в 1761г. от Ломоносов бе открита атмосферата на Венера.

МЕТОДИ НА НАБЛЮДЕНИЕ : ТЕМП НА СИГНАЛИ

ПРЯКО ИЗОБРАЖЕНИЕ НА ПЛАНЕТА: ТЕХНИЧЕСКИ ПРЕДПОСТАВКИ

8-m телескоп Gemini North.

Адаптивната оптика

подобрява изображението,

успокоява го за секунда-

две чрез компенсация на

светлинния фронт.

ПРЯКО НАБЛЮДЕНИЕ НА ОРБИТИ: АСТРОМЕТРИЯ

Пряк образ на планетаоколо звездата CVSO 30 (вОрион).Звездата е червеноджудже с маса 0.5Мсл,R~1.5 Rсл и е на 1200 св. г.от нас. Има поне още 2планети, много по-близкидо нея.

Astronomy & Astrophysics, March 17, 2016

ПРЯКО НАБЛЮДЕНИЕ НА ОРБИТАЛНО ДВИЖЕНИЕ: Beta Pictoris b

Видео по наблюдения с 8-м телескоп

Gemini-South в Чили

Преместване на планета Beta Pictoris b за

около 2 години

ЕКЗОПЛАНЕТИТЕ: СТАТИСТИКИ

Брой на потвърдените екзопланети с годините: вляво – по години;вдясно – сумарна статистика (с натрупване). Прави впечатлениеприносът на КТ „Кеплер“, открил повечето от известните сегаекзопланети по метода на транзита.

ЕКЗОПЛАНЕТИТЕ: РАЗМЕРИ

Най-големите по размер известниекзопланети са около 2х по-големи отЮпитер. И сред астрономите, които саги открили (в частност, TrES-3 и TrES-4) енашият сънародник Георги Мандушев,който днес работи в обсерваторияЛоуел в Аризона.

ЕКЗОПЛАНЕТИТЕ: СТАТИСТИКИТова е най-интересната

статистика от гледна

точка на условията за

наличие на живот на

екзопланети.

Както виждаме, има доста

екзопланети с инсолация

от своите зезди близка до

земната. Следователно,

при наличие на

останалите най-малко 2

условия – неотровна

атмосфера и течна

вода, можем да очакваме

развитие на подобен на

земния живот!Огряване на екзопланетите от звездите

ЕКЗОПЛАНЕТИТЕ: СТАТИСТИКИ

Вляво - приносът и ограниченията на

методите за наблюдение. Спектралният

метод „работи“ главно за по-ярки (и по-

големи) обекти, докато транзитът е

подходящ за по-малките екзопланети.

Вдясно - чрез транзита се доближаваме

все повече до регистрация на

земеподобни (скални) планети. Те са

обикновено около по-слаби и по-хладни

звезди.

ЕКЗОПЛАНЕТИТЕ: ИЗНЕНАДИТЕ

… сравнявайки динамичната структура на Слънчевата с-ма с

екзопланетите, виждаме очевидни разлики – голям дял силно

ексцентрични орбити и много близки до звездата гигантски

газови планети. Досега нямаме приемливо обяснение за

тези удивителни факти.

...Екзопланетите показват изненадващи особености - много

къси орбитални периоди; големи ексцентрицитети; главни

и резонансни орбити – което разшири неимоверно нашето

знание за разнообразието на планетните системи.(Scott Tremaine and Nadia L. Zakamska, Extrasolar Planet Orbits and Eccentricities, AIP Conference

Proceedings 713, 243, 2004)

(Rudolf Dvorak, Extrasolar planets—A challenge for Astronomy, in: AIP Conference Proceedings 1076,

43, 2008)

Дълго-елиптични

орбити – силно

различаващи се

температурни условия

в апоастъра и

периастъра - пречка

за развитие на живот.

Проблематично е

наличието на течна

вода в зоната на

обитаемост!

Големи ексцентрицитети - вероятно особености в появата на такива

планети около звездата, например, захващане на планетата отвън,

или необичайна динамика в системата („дрейф“ след оформянето?).

ЕКЗОПЛАНЕТИ: ЕКСЦЕНТРИЦИТЕТИ

ЕКЗОПЛАНЕТИ: ЕКСЦЕНТРИЦИТЕТИ

ЕКЗОПЛАНЕТАТА HD80606 b: горещ „Юпитер“ около слънцеподобна звезда

Орбитата на планетата

HD80606 b е с много

голям ексцентрицитет

е=0.97 за разлика от

планетите в нашата

слънчева система

Голямата Мечка и звездата

HD80606 на небето

Загряване на планетата

HD80606 b около

периастрона

...Екзопланетната „революция“ възвести нов принцип:

орбиталното разнообразие е правило при

образуването на планетите... Това изисква коренна

ревизия на теориите за формиране на планетите: горещите

„Юпитери“ с няколкодневни орбитални периоди не са

образувани там ... сегашното им положение е следствие от

миграция след формирането. За отбелязване е, че

концепцията за радиална миграция вече е известна от

изследванията на акреционните дискове в двойни системи

и на планетните дискове!

ЕКЗОПЛАНЕТИТЕ: ОБЯСНЕНИЕ НА ПРОИЗХОДА?

(Fathi Namouni, Origin theories for the eccentricities of extrasolar planets, arXiv:astro-ph/0702203v1)

ЕКЗОПЛАНЕТИТЕ: МОДЕЛИРАНЕ НА

ПРОИЗХОДА

Численото моделиране на

еволюцията на

протопланетен диск около

двойна звезда показва, че

появата на протопланети

с голям ексцентрицитет

на орбитите е правило!

Случаят TRAPPIST-1. Екзопланети-“Земи“?

Звездата - „кафяводжудже“

Случаят TRAPPIST-1 - ЗВЕЗДИЧКАТА

Звездата TRAPPIST-1 или 2MASS J23062928-0502285 в каталога на проекта „2 Micron All Sky

Survey“ е почти пълен аналог на първото известно „кафяво джудже“, Teide 1 (в съзвездието Телец,

Те=2600 К, Sp=M8). Величината V≈19m прави невъзможни визуалните наблюдения даже със

сравнително голям (~0.5 м) телескоп. В близката инфрачервена област звездата свети 2500х по-

силно! Размерът на такъв обект е сравним с Юпитер, т.е., R~0.1 Rʘ, но масата му е M~0.01 Mʘ ≈100

MJ. Т.е., средната плътност на такова джудже е десетки пъти по-голяма от тази на Слънцето

(1.4 г/см3), докато Юпитер пък има почти „слънчева“ плътност (~1.3 г/см3). Това е следствие от

физиката на тези два типа обекти – в ядрото на звездата, за разлика от планетата Юпитер,

протичат термоядрени реакции с отделяне на много енергия и за да поддържа фигурата ѝ в

равновесие, налягането на стълба вещество над ядрото трябва да е голямо, т.е, количеството, а

оттам и плътността на това вещество, да са много по-големи от „юпитеровите“ величини!

Дължина навълната намаксималнопропускане нафилтрите

Звездата в базата данни SIMBAD (Set of Identifications,

Measurements, and Bibliography for Astronomical Data)

http://simbad.u-strasbg.fr/simbad/

Характеристика Слънце Траппист-1 Отн. Зв/Слънце Юпитер Отн. Зв/Юпитер

Радиус (км) ~700000 ~80000 ± 4000 0.114 ± 0.006 R☉ 70000 1.14

Диаметър (км) 1400000 156000-

168000

0.114 ± 0.006 140000 1.14

Площ (S☉) 1 0.013 0.013 0.00100 1.30

Обем (V☉) 1 0.00148 0.00148 0.00100 1.48

Маса (М☉) 1 0.08± 0.009 0.08 (~1/12) 1/1047 83.8048 ± 9.428 MJ

Ср. плътност

(г/см3)

1.408 ~75 ~53 1.326 ~56

Температура (К) 5772 2550 ± 55 ~1/2.3 - -

Отн. светимост

(визуална)

1 0.00000373 0.00000373 - -

Болометрична

светимост (W)

3.8х1026 1.9х1023 ~0.0005

Случаят TRAPPIST-1 - ЗВЕЗДИЧКАТА

Данни за звездата TRAPPIST-1 в сравнение със Слънцето и Юпитер

Това е пълната светимост в целия електромагнитен спектър!

Случаят TRAPPIST-1 - ЗАТЪМНЕНИЯТА

Наблюденията са с 60-см TRAPPIST (3 планети) и с космическия Spitzer

(4 планети)

Spitzer (900 кг;

от 2003 г.),

D=0.85 м,

F=10.2 м (1:12)

60-см (1:8)

TRAPPISТ-

телескоп на

Лиежкия

университет в

ЕЮО, Ла Сийя

(Чили)

Системата TRAPPIST-1 - СРАВНЕНИЯТА

Близки по размер до Земята тела със „земна“ плътност т.е.,скални, а не „водородни“. Орбити - почти кръгови. Отпериодите, по третия закон на Кеплер, следват иразстоянията до звездата. Аналогията със системата наЮпитер, а дори и със скалните планети от слънчеватасистема, е забележителна !

Системата TRAPPIST-1 - СРАВНЕНИЯТАОценка за потока лъчиста енергия в приближение на абсолютно черно тяло (АЧТ) и

осветеността (мощност, падаща на единица площ) от TRAPPIST-1 за всяка от нейните

планети. Отношението на светимостите L0 и L1 на тела с повърхности S0 и S1 и

температури Т0 и Т1 ще бъде (L0/L1)= (S0/S1)(Т0/Т1)4 . В нашия случай отношението на

повърхностите е (S0/S1)=(R0/R1)2.

Отношението звезда/Сл

е (L1/L0)≈0.0005.

Светимостта на

Слънцето е L0=3.8х1026

W и за светимостта на

TRAPPIST-1 получаваме

оценка L1≈1.9х1023 W.

Оттук лесно се оценява

осветеността върху

повърхността на всяка

от планетите в тази

система !

HST: спектралнинаблюдения насистематаTRAPPIST-1.

Резултат: Някои отпланетите са собилие на вода до5% от масата, коетое 250х повече отдела на океанитена Земята!

Случаят TRAPPIST-1 - НАДЕЖДИТЕ

Водата: като пара, в облаци; течна или като лед и скреж. Планетата с най-голяма вероятност да има течна вода е и най-“скалната“ от тях - TRAPPIST-1e.

Feb. 5, 2018; New Clues to TRAPPIST-1 Planet Compositions, Atmospheres

ЗЕМЕПОДОБНИТЕ ПЛАНЕТИ - НАДЕЖДИТЕ ...

• 52 (1.3% от всички) „скални“ са подобни

на Земята.

• Но само за 10-на развитие на живот е

по-вероятно.

• Атмосфера? Вода?

• Възраст – за появата на живот е нужно

време!

БЪДЕЩЕТО - ИНСТРУМЕНТИТЕ ...

Паркът от

телескопи,

продължаващи

изследването на

тези планети

ЕКЗОПЛАНЕТИ: БЪЛГАРСКИЯТ ПРИНОС

Фотометрични наблюдения на звезди с потенциални екзо-планетни системи у нас самостоятелно и в кооперация с колеги от други обсерватории се провеждат от много години.

ПРЕПОРЪКА: https://www.youtube.com/watch?v=FCP-eBmQOxU

ЕКЗОПЛАНЕТИ: БЪЛГАРСКИЯТ ПРИНОС

Лекция в 2 части на проф.

Димитър Съсълов от

Харвардския Университет

на семинара на Физическия

факултет и кръжока по

Астрономия при Центъра за

космически изследвания и

технологии на Софийския

Университет "Св. Климент

Охридски" на 13 Декември

2013 г.

ИЗВЪНСЛЪНЧЕВИЯТ ВЕСТИТЕЛ: ОУМУАМУАЗаснет месец след перихелия (когато е имал скорост 88 км/с !). Хиперболична (некеплерова) орбита. На

разстояние 1 а.е. скоростта му е била 50 км/с, с 8 км повече от трета космическа.

КЪДЕ ДА ТЪРСИМ ЗЕМЕПОДОБНИ ПЛАНЕТИ

ЗВЕЗДНАТА ИЗВАДКА НА КЕПЛЕР: ДОСТАТЪЧНО МНОГО СЛЪНЦЕПОДОБНИ ЗВЕЗДИ

ЗЕМЕПОДОБНИТЕ ПЛАНЕТИ: .

ИНСОЛАЦИЯ НА ЗЕМЕПОДОБНА ПЛАНЕТА: КАРТА-ЗЕМЯ-ОБРАЗЕЦ

Потокът енергия в дадена точка зависи от ексцентрицитета на орбитата и наклона на оста на въртене

ЗЕМЕПОДОБНИ ПЛАНЕТИ ОКОЛО СЛЪНЦЕПОДОБНИ ЗВЕЗДИ: ОБИЛИЕ

Обилието на земе-подобни планети околослънцеподобни (илиблизки до такива) звездие ВПЕЧАТЛЯВАЩО!

Разпределение порадиус - бимодално, в 2групи – „земи исуперземи“, и„субнептуни“.Засега не е много яснозащо е така.

УРАВНЕНИЕ НА ДРЕЙК (1960): БРОЙ НА ЦИВИЛИЗАЦИИТЕ В ГАЛАКТИКАТА

Франк Дрейк (р. 1930)

N = R . fp . ne . fl . fi . fc . L

N = 7.0.5. 0.015.0.15.0.01.0.01.10000 ≈ 0.008 ???

КЪДЕ ДА ОЧАКВАМЕ ПО-ДОБРИ УСЛОВИЯ ЗА ЖИВОТ ?

Фактори влияещи наинсолацията:• наклон на оста на въртене,

ε (неизвестен !!!)• ексцентрицитет на орбитата

– измерим параметър !!!

Сл

ън

чева

та с

ист

ема

Малък ексцентрицитет –по-равномерно

осветяване, по-добри за развитие на живот

условия!!!

КАКЪВ КОНТАКТ НИ ЧАКА: ВОЙНА НА СВЕТОВЕТЕ?Най-често се боим от враждебни намерения! Още от Херберт Уелс...

КАК СИ ГИ ПРЕДСТАВЯМЕ: ТЯХ, ИЗВЪНЗЕМНИТЕ

Най-често – антропоморфни (дори и да са космати)!

И ТАКА: ИМА ЛИ ЖИВОТ ТАМ?

И отговорът на бургаските художници: „ДА, ИМА!“

Благодаря за вниманието!